DE2911764A1

DE2911764A1 - Beschallungsvorrichtung zur schaedlingsbekaempfung

Info

Publication number: DE2911764A1
Application number: DE19792911764
Authority: DE
Inventors: George Ralph Mounce
Original assignee: RCD RES CORP Ltd
Current assignee: RCD RES CORP Ltd
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1979-10-04
Also published as: JPS54135158A; IT7948534A0; FR2420922A1; US4163966A; CA1097790A; GB2018090A; FR2420922B3; GB2018090B

Description

RCD RESEARCH CORPORATION LTD., 88 Eglington Avenue, East, Toronto, Ontario, Canada

"Beschallungsvorrichtung zur Schädlingsbekämpfung"

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Beschallungsvorrichtung zur Schädlingsbekämpfung.

Es ist wohl bekannt, daß Schädlinge, wie z.B. Nagetiere, empfindlich auf hohe Schallpegel reagieren, und zwar in einem Ausmaß, daß sie ein Gebiet, in dem ein hoher Schallpegel gegeben ist, nicht betreten, und zwar auch dann nicht, wenn sie in diesem Gebiet Nahrung finden können. Es sind bereits Geräte bekannt, die das Verhalten von Schädlingen beeinflussen durch das Ausstrahlen von in Schall umgewandelter Energie bei höheren Frequenzen, die die Schädlinge sehr gut hören können, bei denen die Reaktion des menschlichen Gehörs jedoch vernachlässigbar ist.

Die üblicherweise verwendeten Geräte dieser Art senden Schallwellen einer bestimmten Frequenz aus. Einige von ihnen senden mit Unterbrechungen, weil man herausgefunden hat, daß ein unterbrochener Ton einer bestimmten Frequenz effektiver wirkt als ein durchgehender gleichfrequenter Ton.

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Die Erfindung sieht die aufeinanderfolgende Schallabstrahlung von zwei oder mehr Frequenzen vor, so daß ein störendes Schallfeld von verschiedenen Frequenzen dauernd besteht. Es ist bekannt, daß ein solches Schallfeld sehr effektiv mit einem einzelnen Resonator erzeugt werden kann, der eine Vielzahl von Resonanzbereichen aufweist innerhalb des Frequenzbereiches, auf den die Schädlinge reagieren, wobei der Resonator elektronisch in seinen verschiedenen Resonanzbereichen betrieben wird.

Aufgrund der einfachen Verbindung des Vibrationselementes mit der Luft ist eine beträchtliche Amplitude des vibrierenden Körpers erforderlich, um eine ausreichende Schallenergie abzustrahlen. Bei Überschallfrequenzen sind solche Amplituden sehr schwierig und nur mit sehr großem Aufwand zu erzielen, bis der abstrahlende Vibrationskörper bei der gewünschten Frequenz resoniert.

Es hat sich als möglich herausgestellt, einen Resonator von praktischen Ausmaßen zu konzipieren mit einer Vielzahl von Resonanzfrequenzen, d.h. Vibrationsarten innerhalb des Frequenzbereiches, der für die Schädlingsbekämpfung in Frage kommt und weiterhin den Resonator wahlweise mit zwei oder mehr Resonanzbereichen zu betreiben.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, eine möglichst einfache und dabei sehr wirkungsvolle Beschallungsvorrichtung zu schaffen

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zur Erzeugung von Schallenergie in einem Frequenzbereich, der dem Zweck der Schädlingsbekämpfung angepaßt ist.

Eine Beschallungsvorrichtung zur Erzeugung von Schallenergie in einem Frequenzbereich, der dem Zweck der Schädlingsbekämpfung angepaßt ist, umfaßt einen Resonator mit einer Mehrzahl von Resonanzbereichen, von denen jeder zur Schädlingsbekämpfung geeignet ist, ein an diesen Resonator angeschlossenes Antriebselement, um den Resonator zum Vibrieren zu bringen, damit er Schallenergie abstrahlt sowie einen elektronischen Schwingkreis, bestehend aus einem Antriebsverstärker, dem besagten Antriebselement, einer Vorrichtung, die ein Rückkopplungssignal zu dem Antriebsverstärker ermöglicht, was eine Funktion der Amplitude der Vibration des Resonators ist sowie aus einer Vielzahl von Frequenzwahlmöglichkeiten, von denen jede die Verstärkung in Abhängigkeit von dem Frequenzausschlag des elektronischen Schwingkreises kontrollieren kann in Abhängigkeit von der Frequenz eines verschiedenen Resonanzbereiches des Resonators sowie aus Schaltmöglichkeiten, um jeweils eine der Frequenzwahlmöglichkeiten mit dem elektronischen Schwingkreis zu verbinden. Dabei ist das Antriebselement im Ausgang des Antriebsverstärkers angeordnet und der Antriebsverstärker weist eine Leistungsverstärkung auf, die eine für die Schädlingsbekämpfung ausreichende Vibrationsstärke des Resonators gewährleistet.

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Die Zeichnungen erläutern den Erfindungsgedanken näher, wobei zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer er-

findungsgemäßen Vorrichtung zur Schädlingsbekämpfung,

Fig. 2 eine Ansicht des Resonators aus Fig. 1, wobei

die Schwingungsknoten für einen Resonanzbereich dargestellt sind,

Fig. 3 eine Ansicht desselben Resonators wie in

Fig. 2, wobei jedoch die Schwingungsknoten für einen anderen Resonanzbereich dargestellt sind,

Fig. 4 einen Schaltplan für einen elektronischen

Schwingkreis für eine Vorrichtung zur Schädlingsbekämpfung ,

Fig. 5 eine Alternativmethode zur Erzielung der Rückkopplung zu dem Verstärker der Vorrichtung zur Schädlingsbekämpfung und

Fig. 6 einen detaillierteren Schaltplan für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Resonator besteht aus einer Aluminiumscheibe, deren Fläche und Steifigkeit so gestaltet ist, daß sie mehr als einen Resonanzbereich innerhalb des Bereiches aufweist, in dem die abzuschreckenden Schädlinge empfindlich sind. Bei Nagetieren

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liegt dieser Bereich üblicherweise im Frequenzbereich zwischen 20.000 und 40.000 Hz.

Eine in Fig. 1 dargestellte Scheibe 10 besteht aus Aluminium, von der Kaiser-Aluminium-Company mit der Nummer 50 52-H34-A-25018. Sie hat einen Durchmesser von etwa 15 cm und eine Dicke von etwa 1 mm und resoniert bei ungefähr 22,42 kHz mit sieben ringförmigen Schwxngungsknoten und bei ungefähr 29,2 kHz mit acht ringförmigen Schwingungsknoten. Die Fig. 2 und 3 zeigen Schwingungsknoten 12 für den Resonanzbereich mit sieben Schwingungsknoten und Schwingungsknoten 14 für den Resonanzbereich mit acht Schwxngungsknoten. Im Gebrauch ist ein piezoelektrisches Element 16 im Mittelpunkt der Scheibe durch einen elektrisch leitenden Kleber angebracht und diese Einheit ist mit einer elektrischen Schaltung verbunden, wie es später weiter erklärt werden wird, durch eine elektrische Verbindung zur einen Seite des piezoelektrischen Elementes und der Scheibe.

Während des Gebrauchs wird das piezoelektrische Element 16 angeregt,abwechselnd in einer der beiden Frequenzen zu vibrieren, die die Scheibe zum Resonieren anregen, in denen sie entweder ihre sieben Schwxngungsknoten oder ihre acht Schwxngungsknoten aufweist. Als Resultat strahlt die Scheibe Energie in Form von Schallwellen ab in einer Frequenz, die von der Vibrationsart abhängt, in der das die Scheibe antreibende Element 16 vibriert.

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Das Konzept, eine Scheibe mittels eines piezoelektrischen Elementes dazu zu bringen, Energie in Form von Schallwellen abzustrahlen, ist nicht völlig neu, aber es ist wesentlich, daß in dieser Erfindung das piezoelektrische Element abwechselnd in zwei Frequenzen vibriert, die den beiden Resonanzbereichen der Scheibe entsprechen, so daß die Scheibe abwechselnd Schallenergie in zwei verschiedenen Frequenzen abstrahlt.

Die Resonanzbereiche der Scheibe 10 sind relativ eng begrenzt und die Antriebsfrequenz des Antriebselementes 16 muß der Resonanzfrequenz sehr nahekommen, um eine ausreichende Anregung der Scheibe zu gewährleisten. Eine Möglichkeit, diese ausreichende Anregung der Scheibe zu erreichen, liegt darin, daß es der Vibration der Scheibe selbst ermöglicht wird, die Antriebsfrequenz zu bestimmen. Dies kann durch eine elektronische Schaltung erreicht werden, die einen Verstärker aufweist, dessen Verstärkung ausreicht, um ein Vibrieren des Resonantors im Sinne der Schädlingsbekämpfung aufrechtzuerhalten und der ein Rückkopplungssignal aufweist, das die Vibrationsfrequenz kontrolliert, welches unmittelbar von der Komponente des Stromes im Antriebselement abhängt, die von der Scheibe verursacht wird, die bei Resonanz Energie verbraucht. Wenn die erzwungene Frequenz nicht sehr nahe an der Resonanzfrequenz der Scheibe liegt, wird von dem Antriebselement sehr wenig Energie verbraucht. Das piezoelektrische Antriebselement

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wirkt unter solchen Umständen wie ein Kondensator und der durchfließende Strom ist sehr klein und ungefähr 90° in Phase mit der angelegten Spannung. Bei Resonanz nach einer Nullung für einen Resonanzbereich der Scheibe wird eine beträchtliche Energie durch das piezoelektrische Element geliefert, was darin resultiert, daß die Komponente in Phase des Stroms durch das piezoelektrische Element von beträchtlich größerem Ausmaß als der kapazitive Strom im nichtresonierenden Zustand ist. Bei Verwendung einer Vorrichtung zum Ausgleichen des Effektes des kapazitiven Stromes durch das piezoelektrische Element bei Nlchtresonanz und zur Rückkopplung eines Signals, das durch das Anwachsen der Widerstandskomponente des Stroms in dem piezoelektrischen Element bei Resonanz der Scheibe verursacht wird, um eine Rückkopplung zu dem Antriebsverstärker zu ermöglichen, um so die Vibration zu steuern, kann man den Verstärker bei einer Resonanzfrequenz der Scheibe betreiben. Damit ist das Eingangssignal für den Verstärker eine Funktion der Vibration des Resonators.

Ein typischer elektronischer Schaltkreis, um die Scheibe sehr genau in einem Resonanzbereich vibrieren zu lassen, ist in Fig. 4 dargestellt. Das piezoelektrische Element ist durch die Nr. 16 gekennzeichnet. Die Nummer 18 bezieht sich auf einen Antriebsverstärker, dessen Leistungsausgang mit dem piezoelektrischen Element 16 durch den Transformator verbunden ist, um die Schallenergie zu liefern. Der Arbeitsstromkreis wird

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vervollständigt durch das eine oder das andere von zwei Filterelementen 22 und 24 je nach Stellung eines Schalters Und zwar wird der Schalter 26 von der in der Fig. 4 dargestellten Stellung, in der der Filter 22 in den Stromkreis einbezogen ist, zu einer Stellung in dem Stromkreis hin betätigt, in der der Filter 24 durch einen Zeitschalter 28 mit dem Stromkreis verbunden wird.

Der Filter 22 ist so ausgelegt, daß er ein Frequenzband durchläßt, welches nahe der Frequenz von etwa 29,2 kHz liegt, bei der der Resonanzbereich der Scheibe durch acht ringförmige Schwingungsknoten gekennzeichnet ist gemäß Fig. 2 und der Filter 24 ist so ausgelegt, daß er ein Frequenzband durchläßt, welches nahe der Frequenz von etwa 22,42 kHz liegt, bei der der Resonanzbereich der Scheibe sieben ringförmige Schwingungsknoten aufweist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Ein Rückkopplungssignal zu dem Verstärker wird über einen Widerstand 30 geleitet. Dieses Rückkopplungssignal hängt wesentlich von der Komponente im Strom des piezoelektrischen Elementes 16 ab, die durch die Scheibe 10 verursacht wird, wenn die Scheibe Energie bei Resonanz verbraucht und dient dazu, die Oszillationsfrequenz des elektronischen Kreises in einer Frequenz aufrechtzuerhalten, die dem Resonanzbereich der Scheibe 10 für das jeweilige gewählte Filterelement entspricht.

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In dieser letzteren Verbindung wird sehr wenig Energie von dem piezoelektrischen Element 16 verbraucht, wenn die dem piezoelektrischen Element aufgezwungene Frequenz nicht nahe genug an der Resonanzfrequenz der Scheibe liegt, an die das Element angeschlossen ist. Das Element 16 wirkt unter solchen Umständen ähnlich einem Kondensator,und sein Strom ist ungefähr 90° in Phase mit der angelegten Spannung. Bei Resonanz nach der Nullung für den Resonanzbereich der Scheibe hingegen wird relativ viel Energie durch das piezoelektrische Element geliefert, was in einer In-Phase-Komponente des durch das piezoelektrische Element fließenden Stromes resultiert, die eine beträchtlich größere Amplitude aufweist als der kapazitive Strom im nicht resonierenden Zustand. Ein Kondensator ist so ausgelegt, daß er eine dem piezoelektrischen Element ähnliche Kapazität hat, so daß die kapazitive Komponente des durch das piezoelektrische Element fließenden Stromes aufgehoben wird durch den kapazitiven Strom, der durch den Kondensator 32 fließt, der durch den entgegengesetzten Phasenausgang des Antriebstransformators 20 gespeist wird. Das Resultat liegt darin, daß die am Widerstand 30 anliegende Spannung im wesentlichen von der Erhöhung des Stromes durch das piezoelektrische Element 16 abhängt, sobald die Resonanzfrequenz der Scheibe annähernd erreicht wird und sie wird sich unter Resonanzbedingungen automatisch maximieren.

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Eine alternative Möglichkeit zur Erzeugung eines Rückkopplungssignales ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Fall wird der Antrieb für das piezoelektrische Element 16 direkt von einem Antriebsverstärker 34 genommen,und der resultierende Strom durch das piezoelektrische Element erzeugt eine Spannung an einem Belastungswiderstand 36. Diese Spannung wird dem nicht umkehrenden Eingang eines Operationsverstärkers 38 zugeführt. Ein Kondensator 40 wird ebenfalls an dem Ausgang des Antriebsverstärkers 34 angeschlossen und der durch ihn fließende Strom erzeugt eine Spannung entlang einem veränderlichen Belastungswiders tand 42. Dieses Signal wird dem verändernden Eingang des Verstärkers 38 durch einen Widerstand 44 zugeführt. Um die Spannung am Belastungswiderstand 42 im wesentlichen um 90° von der Ausgangsspannung des Antriebsverstärkers 34 zu halten, muß die Stärke dieses Widerstandes im Vergleich zu der Reaktanz des Kondensators 40 klein sein. Ein Rückkopplungswider stand 46 bestimmt die Verstärkung des Operationsverstärkers 38. Wenn der veränderliche Belastungswiderstand 42 richtig eingestellt ist, kompensiert das Signal, das entsprechend dem kapazitiven Strom durch den Kondensator 40 in den umkehrenden Eingang des Operationsverstärkers 38 gegeben wird, genau das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 38, welches an einem Widerstand 25 anfällt in Abhängigkeit von dem kapazitiven Strom durch ein piezoelektrisches Element 21, wenn die aufgezwungene Frequenz nicht im Bereich der Resonanzfrequenz der Ubertragungsscheibe liegt. Das Ergebnis ist ein

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Ausgangssignal von dem Operationsverstärker 38, welches im wesentlichen abhängig ist von dem Anwachsen des Stromes durch das piezoelektrische Element 21, wenn eine Resonanzfrequenz der Ubertragungsscheibe erreicht wird.

Andere Methoden, um den Oszillator in einer einen Resonanzbereich entsprechenden Frequenz zu halten, sind aus dem Stand der Technik ersichtlich (s. z.B. US-PS 38 79 702), und wenn auch die hier beschriebenen Methoden wichtig sind, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung in ihren weiteren Aspekten auf diese Methoden zu beschränken.

Andere Vorrichtungen zur Erzielung eines Rückkopplungssignales, welches abhängig von der Vibration der Scheibe ist, sind aus dem Stand der Technik ersichtlich, und die Einrichtungen, um die Vibration des piezoelektrischen Elementes in einem Resonanzbereich der Scheibe zu halten, sind an sich nicht so wichtig für die Erfindung. Andere Anordnungen, um ein Signal zu gewährleisten, das die Antriebsfrequenz regelt, verlassen nicht den Erfindungsgedanken.

Fig. 6 erläutert eine erfindungsgemäße Schaltung näher. Dabei werden die Hauptkomponenten der Vorrichtung blockweise zusammengefaßt, und sie umfassen den Resonator und seine angegliederten Vorrichtungen zur Erzeugung des Rückkopplungssignals an den Antriebsverstärker, wobei dieser Block insgesamt mit

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der Nummer 48 gekennzeichnet ist. Nr. 50 bezieht sich auf den Antriebsverstärker und Nr. 52 bezeichnet die Filter zur Frequenzwahl; und der Zeitschalter, der die frequenzbestimmenden Filter abwechselnd in den elektrischen Schaltkreis einschaltet, wird durch die Nummer 54 gekennzeichnet.

Hierbei wird wie oben das piezoelektrische Element mit 16 und die Scheibe mit 10 gekennzeichnet. Das Element 16 ist mit elektrisch leitendem Kleber auf den Mittelpunkt der abstrahlenden Scheibe 10 geklebt und wie oben ausgeführt, ist die elektrische Charakteristik dieser Kombination, wenn man die Eingangsverbindungen zu der einen Seite des piezoelektrischen Elementes 16 als die eine Verbindung des Einganges und die Metallscheibe als die andere ansieht, wie eine hohe Impedanz besonders kapazitiver Natur, wenn die Eingangsfrequenz nicht der einem der beiden Resonanzbereiche der Scheibe 16 entspricht, wobei die Impedanz erheblich absinkt, wenn die Frequenz sich einer Frequenz nähert, die einem Resonanzbereich der Scheibe 10 entspricht. Wie oben ausgeführt, erklärt sich das Absinken der Impedanz des piezoelektrischen Elementes 16 bei der Resonanzfrequenz der Scheibe aus der Leistung, die die Scheibe bei Resonanz aufnimmt. Ein Teil dieser von der Scheibe 10 aufgenommenen Energie wird dabei im Überschallbereich abgestrahlt.

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Offensichtlich ist in Fig. 1 ein Widerstand 56 in Serie mit dem piezoelektrischen Element 16 geschaltet, und diese Kombination wird gespeist von einer Hälfte der Sekundärspule eines Transformators 58. Wie oben beschrieben, kann der Strom durch das piezoelektrische Element 16 als aus zwei Komponenten zusammengesetzt betrachtet werden, und zwar aus einer kapazitiven Komponente, abhängig von der Kapazität des piezoelektrischen Elementes 16 und der ihm angeschlossenen Scheibe 10, und aus einer Widerstandskomponente, abhängig von der von der Scheibe 10 über das piezoelektrische Element 16 aufgenommenen Energie, wenn die Scheibe vibriert.

Gegenstand der Erfindung ist es, die Scheibe 10 bei einer ihrer Resonanzfrequenzen zu betreiben und die Widerstandskomponente des Stromes zeigt dabei den Resonanzfall an.

Die kapazitive Komponente des Stromes ist ein unerwünschtes Signal, und es wird aufgehoben durch den Strom durch einen Kondensator 60, der an der Sekundärspule des Transformators 58 entgegengesetzt zu der Seite angeschlossen ist, die mit dem piezoelektrischen Element 16 und der Kreuzung des Wider-Standes 56 und der Verbindung mit dem piezoelektrischen Element durch die Scheibe verbunden ist. Wenn die mittig angezapfte Ausgangsspule des Transformators 58 abgeglichen und der Kondensator 60 in seiner Kapazität gleich dem piezoelektrischen Element 16 und der ihm angeschlossenen Scheibe ist,

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wird das am Widerstand 56 entwickelte Signal im wesentlichen gleich Null sein, wenn die Antriebsfrequenz des Transformators 58 nicht einer der Resonanzfrequenzen der Scheibe entspricht, es wird jedoch im Resonanzfall der Scheibe zu einem Maximum anwachsen. Es ist offensichtlich, daß ein Abgleichen für andere Spannungsverteilungen über den Transformator durch die Wahl des Kondensators 32 erreicht werden kann. Die Phase des am Widerstand 56 erzeugten Signals wird im wesentlichen der der Antriebsspannung an der Sekundärseite des Transformators 58 entsprechen.

In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden abwechselnd zwei Resonanzfrequenzen benutzt und ihre Auswahl wird durch die Filter 52 und den Zeitschalter 54 geregelt. Die Stromquelle, die in diesem speziellen Fall 12 Volt Gleichstrom liefert, speist bei 62 den Verstärker und bei den Zeitschalter.

Offensichtlich wird das am Widerstand 56 entstehende Signal der Filtereinheit 52 zugeführt. Die Filtereinheit umfaßt eine Induktionsspule 66, einen Kondensator 68, einen Widerstand 70, einen Kondensator 72 und einen Transistor 74. Der Block mit dem Zeitschalter 54 ist mit dem Tor des Transistors 74 des Filters verbunden, wodurch der Filter wahlweise die höhere oder niedrigere Frequenz durchlassen kann, wie es erforderlich ist, um die eine oder andere Resonanzfrequenz der Scheibe auszuwählen.

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Die höhere Durchlaßfrequenz der Filteranordnung wird dadurch erreicht, daß die Induktionsspule 66 und der Kondensator 68 in Serie resonieren. Das ist dann der Fall, wenn der Transistor 74 nicht leitet. In diesem Fall liegt eine niedrige impedanz, die im wesentlichen einem Widerstand gleicht, zwischen dem Widerstand 56 und dem Widerstand 70. Unter diesen Umständen erscheint das am Widerstand 56 entstehende Signal auch am Widerstand 70 mit sehr geringer Dämpfung. Jedoch bei Frequenzen, die beträchtlich von der Resonanzfrequenz abweichen, ist die Serienimpedanz durch die Induktionsspule 66 und den Kondensator 68 relativ hoch im Vergleich zu dem Wert des Widerstandes 70, und das Signal vom Widerstand 56 wird sehr stark gedämpft. Wenn nun die Resonanzfrequenz der Induktionsspule 66 und des Kondensators 72 einer der Resonanzfrequenzen der Scheibe 10 entspricht, wird die Rückkopplung zu dem Eingang des Verstärkers, der das piezoelektrische Element 16 antreibt, diese Frequenz gegenüber allen anderen vorziehen und das System wird in dieser Frequenz schwingen unter Ausschaltung aller anderen Frequenzen, vorausgesetzt, daß eine ausreichende Verstärkung erfolgt.

Die niedrigere Durchlaßfrequenz des Filters wird dadurch erreicht, daß der Transistor 74 leitend gemacht wird, indem das Steuersignal seinem Tor zugeführt wird. Die Filtereinheit umfaßt nun die Induktionsspule 66 in Serie mit den parallelgeschalteten Kondensatoren 68 und 72. Die Resonanzfrequenz

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dieser Schaltung ist so gewählt, daß sie mit der niedrigeren Resonanzfrequenz der Scheibe 10 übereinstimmt/ so daß das System in dieser zweiten Frequenz schwingen wird unter Ausschließung aller anderen Frequenzen.

So können dadurch, daß der Transistor 74 abwechselnd leitend und dann wieder nicht leitend gemacht wird, indem seinem Tor ein Steuersignal zugeführt wird, zwei Resonanzfrequenzen der Scheibe 10 abwechselnd gewählt werden und die Energie wird von der Scheibe in diesen beiden Frequenzen abgestrahlt.

Die beiden ausgewählten in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellten Resonanzfrequenzen wiesen keine dazwischenliegenden Resonanzfrequenzen auf, so hatte z.B. die Scheibe 10 einen Durchmesser von im wesentlichen 15 cm, wie oben beschrieben wurde, und die höhere Resonanzfrequenz lag im Bereich von etwa 29 kHz und die niedrigere Resonanzfrequenz lag im Bereich von etwa 22 kHz.

Das Signal, das am Widerstand 70 auf die oben beschriebene Art und Weise erzeugt wird, wird durch einen Widerstand 78 und einen Kondensator 80 zu der Basis eines NPN-Transistors geleitet. Der Transistor 84 und ein Transistor 86 umfassen eine Differentialverstärker-Eingangsstufe, wobei ein Widerstand 89 den gemeinsamen Emitter-Widerstand darstellt. Die Vorspannungsbedingungen werden durch die Spannung bestimmt,

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mit der die Basis des Transistors 86 gespeist wird von einem Teiler von der Plusversorgung der Spannungsquelle zur Erde, der sich aus einem Widerstand 88 und einem Widerstand 90 zusammensetzt. Da diese Spannung Gleichstrom erfordert, ist an die Basis des Transistors 86 ein Ableitungskondensator 92 angeschlossen. Der andere Differentialeingang wird mit dem Wechselstromsignal durch den Widerstand 78 und den Kondensator 80 gespeist, wobei das Gleichspannungsniveau an der Basis des Transistors 84 anliegt über einen Teiler, der einen Widerstand 94 und einen Widerstand 96 umfaßt. Der Eingang zum Teiler zu dem oberen Ende des Widerstandes 94 kommt von einem Kondensator 98 in Serie mit der Primärspule des Transformators 58 am Ausgang des Verstärkers. Pie Funktionsweise dieses Teilers des Schaltkreises wird später erklärt werden.

Der Ausgang von der Differentialeingangsstufe wird von dem Kollektorkreis des Transistors 84 genommen. Die Kollektorlast besteht aus einem Widerstand 100 in Serie mit einer Diode 102, die wiederum in Serie mit einer Diode 104 geschaltet ist. Die Diode 104 ist parallel geschaltet mit einem Widerstand 106. Die Polarität der Dioden ist so ausgelegt, daß der Strom in Durchflußrichtung zum Kollektor des Transistors 84 fließt. Es ist offensichtlich, daß die Anode der Diode 102 mit der Basis eines Transistors 108 und daß die Kathode der Diode 104 mit der Basis eines Transistors 110 verbunden ist. An den beiden Dioden würde normalerweise ein Spannungsabfall entstehen, der

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dem der Ansprechspannungen der Transistoren 108 und 110 entspricht. Um unerwünschte Ströme durch diese beiden Transistoren zu verhindern, wird der Spannungsabfall entlang der beiden Dioden durch den Widerstand 106 parallel zu der Diode 104 leicht verringert. In Anbetracht der Wechselstromsignale zu der Basis der Transistoren 108 und 110 in Abhängigkeit von dem relativ konstanten Spannungsabfall entlang der Dioden und 104, werden diese beiden Wechselstromsignale im wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen und die Gleichspannungsstärke wird um etwa 1,4 Volt abweichen, den Betrag der beiden Transistoransprechspannungen. Der Emitterkreis der Transistoren 108 und 110 besteht im wesentlichen aus einem Kondensator 112. Der Teiler von der Versorgungsspannung zur Erde umfaßt Widerstände 114 und 116 und leitet zu dem Emitterkreis eine Spannung, die halb so groß wie die Versorgungsspannung ist, aber die.eigentliche Arbeit dieses Teilers besteht darin, daß er der Oszillation in dem System vorausgehaide, anfängliche Vorspannungsverhältnisse schafft. Der Kondensator 112 wird von dem Emitter des Transistors 108 gespeist und leitet den Strom zu dem Emitter des Transistors 110. Das Potential an diesen beiden Emittern wird von einer Höhe sein, wo sich diese beiden Ströme genau ausgleichen.

Die Verstärkung des Verstärkers ist so ausgelegt, daß der Transistor 108 vollkommen leitend gemacht wird auf der positiven Seite des Signals von dem Kollektorkreis des Transistors 84, während der Transistor 110 abgeschnitten ist. Genau das

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Gegenteil geschieht auf der negativen Seite des Signals von dem Transistor 84, d.h. der Transistor 110 ist vollkommen leitend und der Transistor 108 ist abgeschnitten.

Der Kollektorstrom des Transistors 108 wird durch einen strombegrenzenden Widerstand 118 von der Basis des Ausgangs PNP-Transistors 120 gezogen. Wenn der Transistor 108 leitend ist, ist der Transistor 120 völlig eingeschaltet. Dieselben Bedingungen gelten für die Kombination des PNP-Transistors und NPN-Transistors 122. Wenn der Transistor 110 leitend ist, ist der Transistor 122 völlig eingeschaltet. Die Transistoren 120 und 122 sind Typen mit einer niedrigen Spannung vom Emitter zum Kollektor, wenn sie völlig leiten. Der kleine Spannungsabfall an diesen Transistoren bewirkt eine sehr geringe Aufheizung und daher einen hohen Wirkungsgrad. Es ist sehr wichtig, daß der Verstärker so wenig Hitze wie möglich abstrahlt, da es sehr schwierig ist, diese Hitze abzuführen in einem versiegelten Behälter, wie er bei Außenbetrieb erforderlich ist.

Der Kondensator 98 ist der Gleichstromkoppelkondensator in Serie mit der Primärspule des Transformators 58. Er wird ein solches Potential annehmen, daß der Strom vom Transistor 120 gleich dem vom Transistor 122 abgezapften Strom ist. Diese Bedingung ist offensichtlich, wenn man bedenkt, daß der Transistor 122 abgeschnitten ist, wenn der Transistor 120

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leitend ist. Die optimalen Bedingungen werden erreicht, wenn die Gleichstromvorspannungsbedingungen im gesamten Verstärker so sind, daß das Potential an einem Kondensator zwischen der Versorgungsspannung und der Erde liegt. Um sicherzustellen, daß diese Bedingungen erreicht werden, wird die Spannung am Kondensator 124 zu dem oberen Ende eines Teilers geleitet, der aus den Widerständen 94 und 96 besteht. Der Ausgang dieses Teilers ist an die Basis des Transistors 84 angeschlossen. Wie oben erwähnt, ist diese Basis ein Differentialeingang zu dem Verstärker, wobei der andere Eingang von einem Verteiler in dem Basiskreis des Transistors kam. Diese beiden Teiler sind so ausgelegt, daß die Gleichstromstärke an der Basis der Transistoren 84 und 86 gleich ist, wenn die Spannung am Kondensator 124 die Hälfte der Versorgungsspannung beträgt. Dies dient dazu, eine negative Gleichspannungsrtlckkopplung zu schaffen, um so richtige Vorspannungswerte im gesamten Verstärker zu erreichen.

Der Schwingkreis besteht aus einem Signalausgang von dem Transformatorausgang, der den Strom veranlaßt, durch das piezoelektrische Element zu einem Resonanzpunkt für die Ubertragungsscheibe zu fließen, wodurch ein Signal am Vorwiderstand 56 erzeugt wird, welches am Endwiderstand 60 erscheint, vorausgesetzt, daß der Filter, der die Induktionsspule 66 und entweder den Kondensator 68 oder den Kondensator 68 parallel mit dem Kondensator 74 umfaßt, in einer Resonanzfrequenz der

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Ubertragungsschei.be 10 resoniert und daß die Spannung am Widerstand 70 zu dem Eingang des Verstärkers geleitet wird, welcher wiederum den Antrieb für das piezoelektrische Element 16 sicherstellt, um den Kreis abzuschließen. Die Phase der Kombination aus Verstärker und Transformatorausgang ist so, daß sie eine positive Rückkopplung schafft.

Das Steuersignal, welches dem Tor des Transistors 74 zugeführt wird, um zu entscheiden, welche der beiden Resonanzfrequenzen des Filters zu einer bestimmten Zeit gewählt wird, kommt von einer zeitabhängigen Kippschaltung, die aus Transistoren und 128 und ihrem dazugehörigen Schaltkreis bestehen. Der Transistor 126 ist abwechselnd leitend oder abgeschnitten, was zu einem Rechtecksignal an die Basis des Transistors 74 führt, welcher abwechsend leitend und abgeschnitten ist. Die Dauer des leitenden Zustandes ist normalerweise gleich der Dauer des nichtleitenden Zustandes, wobei jede dieser beiden Perioden etwa eine Sekunde andauert. Um eine Frequenz der Kippschaltung im Zweisekundentakt zu erhalten, werden Transistoren vom SET-Typ verwendet, um den Gebrauch von sehr hohen Werten der Koppelkondensatoren zu verhindern, wie es bei NPN-Transistoren nötig sein würde aufgrund des Basisstromes, der bei diesem Gerätetyp vorgesehen sein muß. Das einzig unübliche Merkmal dieser Kippschaltung ist die spezielle Schaltung, um sicherzustellen, daß sie oszilliert. In einer konventionellen Kippschaltung, die FET- Transistoren verwendet, ist es für beide

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Transistoren möglich, daß sie voll leitend sind und daß somit der Schaltkreis gesperrt wird. Diese Möglichkeit wird in dem vorliegenden Schaltkreis durch den Transistor 130 verhindert, welcher ein konventioneller NPN-Transistor ist, in Serie mit der Quelle der Transistoren 126 und 128. Wenn der Transistor 126 abgeschnitten ist, ist seine Abflußspannung hoch, welches einen Basisstrom zu einem Transistor 138 durch eine Diode 140 und einen Widerstand 142 in Serie mit einem Widerstand 143 schafft. Wenn der Transistor 128 abgeschnitten ist, läuft ein Basisstrom zum Transistor 130 durch eine Diode 144 zu denselben zwei Widerständen 142 und 143. Ein Kondensator 146 schafft einen Speicher, um eine dauernde Versorgung des Basisstromes während des Überganges der Leitfähigkeit von einem FET zu dem anderen zu gewährleisten. Es ist offensichtlich, daß beide Transistoren der Kippschaltung nicht gleichzeitig leiten können, weil das bedeuten würde, daß beide Abflußströme niedrig wären und es würde damit keine Quelle für den Basisstrom für den Transistor 138 geben, der damit aufhören würde, elektrisch zu leiten und somit beide Transistoren der Kippschaltung ausschalten würde.

Es ist nicht vorgesehen, daß die Erfindung auf das spezielle Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde? beschränkt ist.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-INQ. H.-g. HABBEL

I-OSTFACH j«,! . D-44C0 MÜNSTER 23.03.1979 λλΜ KANONiENQ,iA3EN 11 · TELEFON (0251) 43911 TELiX 89285/haeed

MEINE AKTE: I

(bitte angeben) F26/7265 I X/Sc

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RCD RESEARCH CORPORATION LTD., 88 Eglington Avenue, East,
Toronto, Ontario, Canada

"Beschallungsvorrichtung zur Schädlingsbekämpfung"
Patentansprüche;

Eine Vibrationsvorrichtung, um Schallenergie herzustellen in einem Frequenzbereich, der dem Zweck der Schädlingsbekämpfung angepaßt wird und die umfaßt:

a) einen Resonator mit einer Mehrzahl von Resonanzfrequenzen, von denen jede zur Schädlingsbekämpfung geeignet ist,

b) ein Antriebselement, das an diesen Resonator angeschlossen ist, um den Resonator zum Vibrieren zu bringen und dazu Schallenergie abzustrahlen,

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c) einen elektronischen Schwingkreis mit einem Antriebsverstärker, dem Antriebselement, einer Vorrichtung zur Schaffung eines Rückkopplungssignals zu dem Antriebsverstärker, welches eine Funktion der Vibrationsamplitude des Resonators ist sowie mit einer Mehrzahl von frequenzwählenden Einrichtungen, von denen jede imstande ist, die Verstärkung zu steuern in Abhängigkeit von der Frequenzantwort des elektronischen Schwingkreises auf die Frequenz eines abweichenden Vibrationszustandes des Resonators und Schaltmöglichkeiten, um jeweils eine der frequenzwählenden Vorrichtungen aus der Mehrzahl in den elektrischen Kreis zu schalten,

d) das Antriebselement liegt im Ausgang des Antriebsverstärkers, und der Antriebsverstärker weist eine Leistungsverstärkung auf, die ausreichend ist, um den Resonator in einen Vibrationszustand zu halten, der für die Schädlingsbekämpfung geeignet ist.

2. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement ein piezoelektrisches Element von bedeutender Kapazität ist, und daß die Vorrichtung zur Schaffung eines Rückkopplungssignals zu dem Verstärker eine Kondensatoranordnung aufweist, um den Speichereffekt des piezoelektrischen

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Elementes auszugleichen und die ein Rückkopplungssignal schaffen, das der Größe der Widerstandskomponente des Stromes entspricht, der durch das piezoelektrische Element läuft.

Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einer Scheibe besteht.

Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einer Scheibe besteht.

Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Schaffung eines Rückkopplungssignals zu dem Verstärker eine Kondensatoranordnung beinhaltet, um den kapazitiven Effekt des piezoelektrischen Elementes aufzuheben und um ein Rückkopplungssignal zu schaffen, das der Größe der Widerstandskomponente des Stromes entspricht, durch den das piezoelektrische Element fließt.

Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Antriebselement ein piezoelektrisches Element von bedeutender Kapazität ist.

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7. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Resonator aus einer Scheibe besteht.

8. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet / daß der Resonator aus einer Scheibe besteht.

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