авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

МЕТОД ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

-- [ Страница 4 ] --

Вектор силы F параллелен и перпендикулярен и , причем он не может производить работу при воздействии магнитного поля, поскольку . Так как бесконечно мал, то и . Тогда, представив , получаем, что составляющая силы перпендикулярна полю, а – и поэтому работы не производит. Отсюда =const и, следовательно, =const, а так как , то конечное движение будет равномерным по окружности. Тогда из равенства и , где - центростремительная сила, следует зависимость, описывающая характер движения элементарной массы заряда по окружности радиуса .

Таким образом, предположение о дипольном строении спермия оказывается справедливым. Следовательно, при воздействии магнитного поля этот диполь ориентируется по силовым линиям поля, отчего и возникает сила и изменяется радиус движения спермиев и их скорость.

Для расчета влияния магнитного поля на спермии можно предложить следующую смоделированную схему расчета, изображенную на рисунке 5. Магнитное поле нормально к плоскости движения спермиев. Выбираем систему координат так, чтобы плоскость Z = 0 была равноудалена от полюсов.

Рисунок 5 – Смоделированная схема расчета действия

магнитного поля на спермий

Тогда граничные условия можно записать следующим образом:

u = 0; Hx = 0; Hz = Ho; u1 = u2 = 0, при z = ±.

С учетом граничных условий, опуская промежуточные преобразования, получено окончательное решение в виде:

; (48)

, (49)

; ; (50)

где Нх – составляющая магнитного поля; - вязкость.

Способность к движению является характерной особенностью спермиев. Нормальным является только прямолинейно-поступательное движение. Спермии быка в окружающей их жидкости движутся со скоростью 5-6 мм в минуту. Манежное движение по кругу присуще ослабленным спермиям. Колебательное движение (вправо и влево) наблюдается так же у ослабленных спермиев. Воздействие электромагнитного поля повышает активность спермиев и их переживаемость, а, зная необходимые интервалы облучения, можно рассчитать параметры проектируемого устройства для любого биологического объекта.



С учетом нелинейного характера внешнего воздействия электромагнитных полей небольшой интенсивности и жестких требований стандартов к обрабатываемому материалу, требуется оценить не только параметры индуктора, но и в динамике контролировать сам технологический процесс. Это возможно осуществить только с помощью специального прибора цифровой оценки сигналов биоэнергетической природы, основанного на высокоскоростной обработке характеристик электромагнитных полей искусственного и естественного происхождения с использованием пакетов Simulink и Power Sistem Blockset MATLAB.

Моделирование процессов инкубации эмбрионов яиц, обработки спермы быков-производителей для искусственного осеменения коров и телок связано с рядом технологических трудностей. Поэтому все расчеты индукторов-излучателей ведутся с учетом геометрии объекта и его биологических особенностей. В каждом конкретном случае расчеты ведутся с целью определения не только оптимальных параметров устройства облучения, но и физические величины доз и времени воздействия для увеличения количественных и улучшения качественных показателей производимой сельскохозяйственной продукции. При реализации режима параметрического управления для диагностики обработка информации строится на формировании конечно-разностных оценок на основе двумерного дискретного прямого преобразования Фурье. Применение двумерного преобразования Фурье для сигналов на основе 512 точек и построение графика спектральной плотности позволяет выделить частоты, на которых амплитуда спектра максимальна. Применение цифровых фильтров при фильтрации сигналов позволяет, имея пакет программ, вычислить все величины требуемых компонентов схемы фильтра, его амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, изменять отдельные требования теоретически без реального этапа конструирования. Прямое преобразование Фурье переводит описание сигнала из временной области в частотную область, а обратное преобразование Фурье переводит описание сигнала из частотной области во временную. На этом основаны многочисленные методы фильтрации сигналов. В применяемых программах реализуется особый метод быстрого преобразования Фурье-Fast Fourier Transform (FFT или БПФ). Из существующих множества разнообразных способов уменьшения сложности наиболее распространен алгоритм по основанию 2. Простая структура БПФ способна быстро выполнить преобразование на кристалле цифрового процессора обработки сигналов, а поскольку алгоритмы реализуются аппаратно, то такие кристаллы успешно выполняют БПФ. С помощью алгоритмов БПФ современные процессоры вычисление 1024-точечного ДПФ производят менее чем за 5 мс. Стандартный поток ввода информации представляет собой массивы непрерывно измеряемых спектральных составляющих бегущего и осциллирующих электромагнитных полей. Стандартный поток вывода обработанной информации представляет собой отображение на экране дисплея значений амплитуд спектральных составляющих, фазовых соотношений, корреляционных оценок и т.д. Общефизическая проблема представления результата с требуемой точностью прояснила задачу необходимости учета эффекта Гиббса. Стандартные спектральный анализ и синтез применимы для любого числа отсчетов функции, но не свободны от сильного проявления эффекта Гиббса. Для ослабления или подавления этого эффекта применима коррекция амплитуды гармоник с помощью корректирующего множителя, постепенно ослабляющего высшие гармоники спектра.

В четвертой главе рассматриваются вопросы цифровой оценки результатов электромагнитного воздействия на объекты биологического происхождения.

Поставленная задача программирования для решения проблемы оценки электромагнитного влияния на объекты сельскохозяйственного назначения решается с помощью специальных программ, где реализуется особый метод быстрого преобразования Фурье-Fast Fourier Transform (FFT или БПФ).

Обобщенный алгоритм работы прибора цифровой оценки сигналов приведен на рисунке 6. В качестве датчиков для оценки магнитной составляющей используются индуктивности, а для контроля отклика биологического объекта применяются датчики контактного типа (иглы, пластины и другие элементы). В данном цифровом приборе оценки сигналов (ЦПОС) электромагнитного воздействия на биологические объекты использованы цифровые процессоры как аналогового, так и цифрового источников. АЦП работает как с внешним, так и с внутренним источником образцового напряжения. Математический аппарат ПЦОС, такой как ДПФ и БПФ позволяет не только значительно сократить время обработки сигналов возмущающего (в нашем случае электромагнитного) воздействия, но и в динамике контролировать отклик биологического объекта растительного или животного происхождения. Программное обеспечение дает возможность теоретически рассчитывать любые технические параметры проектируемых устройств.

Начало работы по заданной программе
Ввод данных с датчиков 1 и 2
Обработка спектральных характеристик сигналов с датчиков 1 и 2
Вычисление амплитудно-фазовых соотношений полученных сигналов
Сравнение вычисленных значений с требуемыми параметрами при обработке или проектировании
Перевод цифровых данных в аналоговую форму
Вывод результатов вычислений (амплитуда, частота, напряженность ЭМП)

Рисунок 6 – Обобщенный алгоритм работы прибора цифровой оценки сигналов.

Внешний вид прибора оценки электромагнитных воздействий представлен на рисунке 7.

  Внешний вид прибора оценки-120

Рисунок 7 – Внешний вид прибора оценки электромагнитных воздействий

При помощи прибора цифровой оценки сигналов в лаборатории экспериментально исследована активная часть индуктора одной из установок для предпосевной обработки семян и определена пространственная структура электромагнитного поля. Исследования при использовании данного прибора позволили уточнить параметры ранее разработанных индукторов и показали конкретные места помещения обрабатываемых сред.

После обработки экспериментальных данных, связанных с определением влияния электромагнитных воздействий на выводимость яиц и подвижность спермиев и в результате расчета коэффициентов регрессии были получены соответствующие математические модели. На основании этих моделей получены необходимые данные проектируемого индуктора.

Государственное управление ветеринарии Краснодарского края утвердило рекомендации по применению и инструкцию по эксплуатации комплекса устройств, используемых в системе мероприятий по борьбе с маститами. В хозяйствах Гулькевичского и Выселковского районах применение данных устройств показало их высокую эффективность и надежность. Так, молочная железа у первотелок развивалась лучше у тех животных, на которых воздействовали электростимуляцией. Увеличился также обхват вымени, возросли продуктивность и интенсивность молокоотдачи.

С помощью устройства для электромагнитной обработки спермы быков-производителей на Гулькевичском государственном унитарном племенном предприятии с 1988 года обработано и отправлено на животноводческие фермы девяти районов Краснодарского края более трех млн. спермодоз. По данным племенного предприятия, оплодотворяемость коров возросла на 19%, снижены затраты на осеменение животных на 25,8%.

Значительный положительный эффект достигнут с применением электромагнитной обработки инкубационных яиц. Повышение выводимости цыплят на 3,4% против контрольных групп позволило заметно снизить эксплуатационные затраты более чем 3600 рублей на 1000 голов полученных цыплят.

Улучшение посевных кондиций семян сельскохозяйственных культур до 10-22% также наблюдается практически во всех фиксированных случаях применения подобных электромагнитных конструкций.

Предлагаемые учеными университета и уже внедренные в сельскохозяйственное производство комплексы устройств электрофизического воздействия на конкретные биологические организмы не исключают дальнейших проработок и исследований в области электронанотехнологии с учетом современной тенденции совершенствования микропроцессорной техники. Накопленный в лабораториях Кубанского ГАУ теоретический и экспериментальный опыт позволяет продолжить исследования в этих перспективных отраслях в рамках национального проекта поддержки сельскохозяйственного товаропроизводителя.





В пятой главе приводятся результаты экономического расчета аппаратов электромагнитного воздействия на объекты сельскохозяйственного назначения. Расчеты экономической эффективности проводились в два этапа: на стадии организации серийного производства и при внедрении аппаратов обработки спермы непосредственно на пунктах осеменения. Для внедрения в пункты осеменения аппараты магнитной обработки необходимо начать серийное производство с объемом в 100 штук в год, на протяжении первых трех лет. При отпускной цене аппарата 29500 руб. ежегодная прибыль составит 375300 руб. и срок окупаемости капитальных вложений 1,8 года. Произведен расчет эффективности приобретения и применения аппарата магнитной обработки спермодоз в хозяйствах, расположенных в зоне обслуживания ФГУП «Гулькевическое» (38 шт.) на начало 2008 года. При расчетном уровне инфляции 10% и банковской ставке 18 % чистый дисконтированный доход составит около 22,2 млн. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Внутренние электрические поля в биологических системах определяются окислительно-восстановительным потенциалом между донорной и акцепторной молекулами. В этом случае, определяющее значение для биологического объекта, имеет глубина проникновения электромагнитного поля – на частоте в проводящую среду нейрона. Для параметров: 4 См/м, 103 с-1 и 0 = 4 10-7 Гн/м имеем 20м, что намного больше пространственного размера типичного потенциала действия . Это позволяет принять с достаточным приближением для технических расчетов радиальный параметр нейрона k равным потенциалу действия . Перемещение электронов по квазипериодическим молекулярным системам, можно оценить с помощью новейших инструментов – аппаратно-программных изделий, основанных на использовании высокоскоростной обработки сигналов и построении интегральных оценок энергетических процессов в исследуемых биологических системах.

2. Переход к полной системе уравнений Максвелла, при описании электромагнитных полей в биологическом объекте, позволяет более точно определить пределы применения квазистатического приближения и на этом допущении учесть нелинейность, проявляемую на мембране, что существенно упрощает решение электромагнитной задачи. Изучение биологических систем в электромагнитном поле сопровождается математическими методами моделирования биофизического процесса с последующей разработкой алгоритма, схемного решения и конструкций для магнитного воздействия на объект исследования. Проектирование технических устройств необходимо вести с учетом биологических особенностей живых организмов, нелинейного характера происходящих биохимических процессов на клеточном уровне и технической возможности создания внешних электромагнитных полей с индукцией до 0,5 Тл.

3. Биологические объекты (жидкости и растворы, эмбрионы яйца, семена растений и другие) представляют собой сложную многосвязную нелинейную динамическую систему, к тому же подверженную в процессе развития, жизнедеятельности и старения электромагнитным влияниям как естественного (фонового) так и искусственного (вносимого) происхождения. При реализации режима параметрического управления для диагностики обработка информации строится на формировании конечно-разностных оценок на основе двумерного дискретного прямого преобразования Фурье. Применение двумерного преобразования Фурье для сигналов на основе 512 точек и построение графика спектральной плотности позволяет выделить частоты, на которых амплитуда спектра максимальна.

4. Инструментальная оценка воздействия электромагнитных полей на биологические системы возможна при применении методов исследования твердого тела для выяснения природы переноса энергии и электронов вдоль белковых молекул. Метод экспресс-анализа включает режимы: первичной обработки с анализом функциональной зависимости, интерпретацию и учет различных приближений на структуре аддитивной схемы, анализ точности управляющих параметров и численные оценки результатов. Для выяснения характера биоэлектрических сигналов на путях их возможного распространениях достаточно учитывать несколько первых гармоник пространственного распределения электромагнитного поля, следовательно, применение микроконтроллеров в составе аппаратно-программного изделия позволяет решить задачу по оценке микробиологических сигналов от их зарождения и изменения в условиях воздействия внешних электромагнитных полей различного происхождения.

5. Применение цифровых фильтров при фильтрации сигналов позволяет, имея пакет программ вычислить все величины требуемых компонентов схемы фильтра, его амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, изменять отдельные требования теоретически без реального этапа конструирования. В предлагаемых программах реализуется особый метод быстрого преобразования Фурье-Fast Fourier Transform (FFT или БПФ). Простая структура БПФ способна достаточно быстро выполнить преобразование на кристалле цифрового процессора обработки сигналов.

6. Стандартный поток ввода информации в предлагаемом устройстве представляет собой массивы непрерывно измеряемых спектральных составляющих бегущего и осциллирующих электромагнитных полей. Стандартный поток вывода обработанной информации представляет собой отображение на экране дисплея значений амплитуд спектральных составляющих, фазовых соотношений, корреляционных оценок и т.д. Общефизическая проблема представления результата с требуемой точностью прояснила задачу необходимости учета эффекта Гиббса. Для ослабления или подавления этого эффекта применима коррекция амплитуды гармоник с помощью корректирующего множителя, постепенно ослабляющего высшие гармоники спектра. Если умножить значение амплитуды каждой к-й гармоники на множитель это будет означать переход от формул интегрирования методом прямоугольников к формулам интегрирования методом трапеций – с применением линейной интерполяции



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.