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电子杀虫灯的硬件结构分析

来源: http://www.tpscd.cn  类别:技术文章  更新时间:2013-1-22  阅读3260次

  食品安全已成为社会性、世界性的重大课题,要做到食品安全,必须从农业生产源头抓起。电子杀虫灯利用紫外线光源引诱农业害虫扑灯,光源外设置高压电网将扑灯的害虫击杀。杀虫灯的大面积推广应用,能减少对农药尤其是高毒化学农药的使用量,对改善食品的质量有明显作用,是生产无公害农产品的有效措施。近几年广东省佛山市推广应用电子杀虫灯2 300 多台,使用覆盖面积0.33 万hm²(5万多亩)。电子杀虫灯有许多品种,其结构设计不尽相同,本文根据理论分析和实际使用经验,对杀虫灯主要部分的结构、性能进行技术上的分析和评价。
  1 高压杀虫网结构
  1.1 绕线杀虫网
  绕线杀虫网用2 根金属线相间斜绕在由4~8 根绝缘材料组成的近似圆柱形的骨架上,形成一个金属线网。2 根金属线分别接在2 000~3 000 V 高压电源的不同电极上,网线距离约9 mm,紫外线光源放置在网的中间。当田间的昆虫受光源的吸引扑火时,碰撞带有高压电的杀虫网,体型较大的昆虫同时接触2 根不同电极网线而触电,体型较小的昆虫身体占据网线间的空间,导电和极化作用引起空气放电被击杀。
  绕线杀虫网只需2 个接头连接高压电源,可靠性高;网线接近横向绕在绝缘材料上,2个支承点之间的距离短,间距较稳定;结构简洁,加工安装容易,使用故障较少。但这种杀虫网电击后死亡的昆虫容易挂在网线上,昆虫碎片在网线上积累,阻挡紫外线光源向外照射,减弱电网对其它昆虫的电击。因此,要求使用者每天清理杀虫网,恢复高压电网功能。
  1.2 垂直网线杀虫网
  太阳能辐射式杀虫灯杀虫网有上下2 个支架,几十条独立的网线由上至下垂直插在上下2 个支架上,网线的下端装有高频陶瓷绝缘管,由下支架固定。上端用金属导线将相间的网线连接起来,分成2 组分别与高压电源的2 个电极连接,不同电极网线交错排列,形成了一个垂直圆柱形的杀虫网。
  昆虫被击杀后,大部分虫体会顺着网线往下滑,最后掉进装虫袋中,网上挂虫比较少,易清理。但是这种杀虫网单支网线跨度大,中间没有支承点,容易弯曲改变网线间距;固定网线的下支架一般用塑料制造,电击后燃烧的昆虫掉到支架上,容易引起塑料变形甚至烧坏;高压网线脚密集,触电死伤的昆虫布满下支架,虫的分泌物在下支架的平面上形成果冻状物体,潮湿环境下成为导电体,在高压网线脚之间发生短路分流,造成高压下降或消失。
  1.3 精焊整体杀虫网
  精焊整体杀虫网是由6 块整体结构组成,其中正极3块,负极3块,共12个下脚和12个上脚。下支架分为上下2 层,不同电极的精焊结构分别安装在不同层次的支架上。组装完成后,高压网线上下走向,分布在同一个圆柱面上,不同电极网线交错排列。
  这种杀虫网击杀昆虫后,大部分虫体会顺着网线往下滑进装虫袋,网上挂虫比较少,容易清理;整体刚性大,网线不易弯曲,间距稳定;电击后燃烧的昆虫远离支架上表面,不会引起塑料变形或烧坏;网脚在下支架分层安装,避免在潮湿环境下发生短路分流。
  2 紫外线光源
  杀虫灯以长波紫外线(UV-A)来吸引昆虫靠近,紫外线灯管放出的紫外线波长及强弱都会影响吸引昆虫的效果。
  2.1 峰值为365 nm 紫外线光源
  大多数趋光性昆虫喜好330~400 nm 的紫外光波,特别是鳞翅目和鞘翅目昆虫对这一波段更为敏感,峰值为365 nm 的长波紫外线灯管,能引诱大多数趋光性农业害虫进行测报和诱杀。由于这种灯以放射紫外线和紫光为主,这是人类不敏感的光,也叫做黑光灯。
  单灯管太阳能杀虫灯紫外线灯管是个密闭的气体放电管,管内主要为氩气和几滴水银,并且保持一定的真空。灯丝受热时发射出来的电荷在灯管两端高压电场作用下加速运动,碰撞管内氩气原子而产生电离,氩气迅速电离产生的热量使水银形成微量的水银蒸汽,电子与水银气体碰撞,水银原子吸收电子的部份动能,转换成不稳定的激发态,当水银原子回到原来稳定状态时,释放出主要波长为254 nm 的紫外线。这一波长的紫外线很难穿透玻璃灯管壁,也不适用于吸引趋光性昆虫,因此杀虫灯管用透紫玻璃制造,内壁涂有特殊的涂层,能吸收中、短波紫外线,最后发出峰值为365 nm 的长波紫外线和一些蓝紫色光。
  从杀虫灯管工作的物理过程可以知道,管内气压的改变、涂层材料的变化和透紫玻璃的光衰等因素都影响灯管发出紫外线的波长和强度。使用中普遍认为灯只要亮着,就一定具有诱虫能力,这样的方法是不正确的。紫外线为非可见光,杀虫灯管中水银蒸气释放的蓝紫色光芒强度与紫外线强度虽然有其关联性,但是并不直接代表紫外线的强度,有效紫外线的强度无法用肉眼来判定。因此要按照生产厂的说明,定时更换杀虫灯管,提高诱捕率。
  2.2 广谱紫外线光源
  昆虫对不同波长及强度的单色光有不同的行为反应,而昆虫的趋光性与对单色光的敏感度有关。丁岩钦等对8 种夜蛾分别进行了3~5 种波长的行为测定,峰值出现在365,450,525 nm; 魏国树等的研究则表明,在340~605 nm 波谱范围内,棉铃虫光反应的峰值从大到小依次为483,340,400和538nm,并且反应强度随光强度的增强而增强,到一定强度时增长变缓,呈近S 曲线型。可见不同昆虫对光的波长选择特性不同。
  广谱杀虫灯管发射波长为300 至450 nm 光线,诱杀昆虫效果较好,实际使用中灯管点亮5 min 后可将蚊、飞蛾等诱至灯光区内,且有驱之不散的效果。广谱光源的另一种方式是使用单色光组合光源。例如由365 nm,450 nm,525 nm 的3 个单色光源组成的组合光源,有长短3 种光波,大气对长光波吸收小,可以增大照射范围,这3 个波长的单色光均对蛾类敏感,各种昆虫总是趋向于与它发生作用的那一种光波,扩大了同一区域光波的范围,因此组合光源一般比单色光源诱虫效果更佳。
  2.3 特种紫外线光源
  研究表明,昆虫的趋光行为表现得十分怪异和多变,至今还没有让人信服的合理解释。比较成熟的假说有以下几种:光定向行为假说认为,许多夜间活动的昆虫会以某一天体做参照,以身体纵轴垂直于天体与昆虫躯体的连线进行活动,而夜间的灯光也会被昆虫当作定向参照物,结果使昆虫产生螺旋形向灯飞行轨迹,这种轨迹最终导致昆虫飞向光源;生物天线假说认为,昆虫的触角有各种各样的突起、凹陷及螺纹,这些结构使昆虫的触角可以感受信息素分子的振动而吸引昆虫灯光中的某些光谱与信息素分子的振动谱线一致,昆虫的触角可以感受该信息导致趋光;光干扰假说认为,夜行性昆虫适应暗区的环境后进入灯亮区时,灯光使复眼发生炫耀,越敏感的单色光的刺眼作用越强,干扰了其正常行为。由于暗区的亮度低,昆虫无法返回暗区继续活动而导致扑灯。
  由于昆虫趋光行为的复杂性以及人们对其原因了解甚少,以往的紫外线光源引诱昆虫无选择性,对害虫诱杀的同时,也对中性昆虫和益虫实行通杀,诱杀害益比低。特种紫外线光源以选择种类诱杀技术为重点,研究对特定害虫有高度诱杀性,又能保护害虫天敌的回避技术,通过灯管荧光粉的配制,在灯光的波长上选择害虫敏感而益虫不敏感的波段,形成了独特光源的设置,同时通过开灯时段控制和杀虫网结构的配合,提高击杀昆虫的害益比例,保护正常的生物链,体现了生态保护技术的进步。
  3 自动控制
  3.1 单灯电子自动控制
  新设计的杀虫灯自动控制电路由光敏电阻、雨控触点、水银倾控开关、555时基集成电路等元件组成,能实现自动昼停夜开,雨天关灯,见图1。

图1 杀虫灯自动控制电路示意图
  图1 杀虫灯自动控制电路示意图
  工作原理:使用555 时基集成电路接成施密特触发器,白天外界自然光线较强,光敏电阻RL 呈现低电阻,时基集成电路2,6 两脚为高电平(大于2VDD/3),其输出端3 脚处于低电平,继电器K 不动作,杀虫灯也不工作。晚上光敏电阻RL 失去光照呈现高电阻,使时基集成电路的2、6 脚为低电平(小于VDD/3),其输出端3 脚跳变为高电平,继电器K得电吸合,其常开触点K-1闭合,220 V的交流电通过继电器触点K-1 向高压电网和紫外线灯管电路供电,杀虫灯开始工作。
  杀虫灯自动控制电路的技术性能成熟,工作可靠。调节电位器RP 的阻值可以调节电路的光控灵敏度,使电路在需要开灯的环境下继电器K得电吸合;R1 与C1 组成干扰脉冲吸收电路,可防止因短暂光线(如雷电闪光)干扰电路的正常工作;时基集成电路组成的施密特触发器具有VDD/3的回差电压,可避免继电器在早晚的光控临界点处频繁跳动而造成紫外线灯管的频繁闪亮;电路配件成本低廉,容易制造和推广,因而得到广泛使用。
  3.2 集群自动控制
  单灯电子自动控制也有其局限性。根据经验,晚上7时至早晨1时趋光性昆虫的活动较多,1时以后逐渐减少,杀虫灯需要定时控制功能;为了防止触电伤亡,避免漏电引起的火灾事故,杀虫灯需要漏电和过载的保护功能;农民反映杀虫灯在田间使用容易被盗,需要防盗报警功能;大风天气昆虫活动较少,需要风控功能。单灯电子自动控制虽然能实现自动昼停夜开,雨天关机,但要实现更多的功能,生产成本显然太高,也增加发生故障的概率。
  集群自动控制就是架设一条专用电路安装杀虫灯,将光控、雨控、风控、定时、漏电保护、防盗报警等功能集中在一起,控制专用电路电源。安装在电路中的杀虫灯不再需要单个自动控制功能,电路通电杀虫灯就亮灯工作,停电就关灯,有效低杀虫灯的生产成本,减少故障发生,方便维护管理,受到电子杀虫灯用户的重视。

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