Главная → Статьи по пчеловодству → Биология медоносных пчел → Прибор для акустического контроля физиологического состояния семей

Прибор для акустического контроля физиологического состояния семей

Во многих случаях практической и исследовательской работы с пчелами возникает необходимость контро­ля физиологического состояния пчелиной семьи на рас­стоянии. Первая попытка использования для этого элект­ронного акустического анализатора была предпринята Е. Вудсом, сконструировавшим прибор, выделяющий с помощью полосопропускных фильтров звуки в диапа­зоне 225–285 Гц и на частоте около 3000 Гц. Одна­ко, как показали испытания, проведенные Лэнгриджем (1962) и другими исследователями, принцип действия этого прибора основан на неверном представлении о действительно существующей связи между физиологи­ческим состоянием пчел и спектральной структурой издаваемых ими звуков. Так, взятые Вудсом в каче­стве показателей роевого состояния составляющие в об­ласти 225–285 Гц постоянно присутствуют в звуковом фоне пчелиной семьи. Именно на эти частоты в тече­ние летнего периода приходится максимум энергии спектра ее звуков. Изменения же физиологического со­стояния семьи отражаются на соотношении интенсивностей спектральных составляющих в диапазоне 130−500 Гц. В частности, усиление звуков в области 130−190 Гц свидетельствует о перегреве гнезда или превы­шении в нем нормы концентрации углекислого газа. О возбуждении и активности пчел с высокой надеж­ностью можно узнать по изменению интенсивностей составляющих в области 210–400 Гц. Например, сме­щение пика интенсивности на высокочастотную область по отношению к исходному уровню свидетельствует об активизации пчел. Понижению активности пчел, в том числе в период подготовки пчел к роению, соответствует рост интенсивности составляющих в области 210−240 Гц. Возбуждение семьи в связи с потерей матки отражается на усилении интенсивности составляющих в области 330–390 Гц и т. д. (Еськов, 1970, 1971, 1972).

Принцип действия прибора

Прибор, предлагаемый нами для контроля физиологического состояния пчели­ной семьи, представляет собой анализатор частотного спектра (рис. 1). Он позволяет анализировать интенсив­ность спектральных составляющих сигнала в диапазоне от 130 до 500 Гц. Разрешающая способность прибора регулируется в пределах от 10 до 50 Гц. Анализатор рассчитан на работу с динамическим микрофоном, име­ющим внутреннее сопротивление 200–250 Ом (МД 59, МД 200 и т. п.). При этом минимальное звуковое дав­ление, необходимое для нормальной работы прибора, составляет около 0,1 н/м2, что примерно на порядок ниже величины давления звуков, издаваемых в летний период семьей средней величины на расстоянии 15–20 см от верхних планок рамок. На таком же рас­стоянии предусмотрено расположение микрофона зву­коприемника, представляющего собой фанерную пира­миду, основание которой накрывает надрамочное про­странство улья (рис. 2). Это устройство, выполняя роль концентратора звука, ограничивает также приближение пчел к микрофону.

При работе анализатора сигнал от микрофона, поме­щенного в улей, поступает на вход предварительного усилителя, собранного на микросхеме МС2 и транзис­торе Т5. В усилителе предусмотрена плавная (R20) и ступенчатая (через 10 дБ, R 23–26) регулировка уси­ления. Усиленный сигнал поступает на вход избирательного усилителя, собранного на микросхеме МС 1 и транзисторах Т1, Т2 по регенеративной схеме с поло­совым RC-фильтром (R1–R4; С1, С2). Перестройка по­лосового RC-фильтра производится одновременным из­менением сопротивления потенциометров R1, R4. Избирательность усилителя регулируется изменением величины отрицательной обратной связи с помощью потенциометра R7. Отселектированный сигнал поступает на эмиттерный повторитель Т4, после чего выпрямляет­ся Д1, Д2 и измеряется с помощью микроампермет­ра ИП1.

Для оценки интенсивности звукового фона пчелиной семьи в широкой полосе (150 Гц–1 кГц) и калиб­ровки усиления в приборе предусмотрен режим «ши­рокой полосы» (калибровки). Такой режим работы до­стигается с помощью переключения тумблера В1 (на схеме В1 — в рабочем положении). При этом на вход измерительной схемы поступает неселектированный сигнал с выхода усилительного каскада, собранного на транзисторе ТЗ. С помощью подстроечного потен­циометра R14 выравнивается усиление прибора в рабо­чем режиме и режиме «широкой полосы».

В приборе можно применять резисторы и конденса­торы любых типов с соответствующими номиналами. Потенциометр R1, R4 — сдвоенный, типа ПЛ1. Остальные потенциометры типа СП. В качестве индикатора можно применять любой микроамперметр с максимальным то­ком отклонения 100 мкА.

Питание прибора осуществляется от двух последова­тельно соединенных батарей «Крона» или четырех ба­тарей 333 6Л. Возможно применение любого источника питания с напряжением 15–18 В.

Настройка прибора

Налаживание правильно собранно­го прибора заключается лишь в подборе сопротивле­ния резистора R18 и в выравнивании усиления в рабо­чем режиме и режиме «широкой полосы». Для подбора резистора R18 на вход прибора подают сигнал от зву­кового генератора с амплитудой порядка 0,1–1 мВ (при этом усиление прибора должно быть максимальным). С помощью осциллографа наблюдают форму сигна­ла на эмиттере транзистора Т4. Плавной регулировкой усиления добиваются получения максимальной амплиту­ды неискаженной синусоиды, после чего подбирают со­противления резистора R18, обеспечивающие полное от­клонение стрелки микроамперметра ИП1.

Для выравнивания усиления в рабочем режиме и ре­жиме «широкой полосы» необходимо переключить тумблер В1 в положение, соответствующее указанному на схеме, и выставить максимальное сопротивление по­тенциометра R7. С помощью перестройки звукового ге­нератора, подключенного ко входу прибора, или изби­рательного усилителя добиваются максимальной ампли­туды сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа. После этого запоминают показание микроамперметра и переключают тумблер В1. Изменяя положение движка потенциометра R14, добиваются такой же величины от­клонения стрелки микроамперметра.

После наладки прибора его необходимо проградуировать. Для этого в рабочем режиме на вход прибора подают сигналы различных частот от звукового генера­тора. С помощью перестройки избирательного усилите­ля добиваются максимального отклонения стрелки ин­дикатора для каждой частоты, после чего на шкале анализатора (совмещенной с потенциометром R1, R4) отмечают значение этих частот. Для удобства работы с прибором желательно отметить следующий ряд час­тот: 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450, 500 Гц.

Шкалу микроамперметра градуируют в децибелах. Для этого максимальное отклонение стрелки микроам­перметра условно принимают за 0 дБ. Затем, изменяя с помощью регулировок звукового генератора ступен­чато через 1 дБ уровень входного напряжения, отме­чают показания измерительного прибора ИП1 и строят новую шкалу.

Аналогичным образом градуируют шкалу потенцио­метра R20, регулирующего усиление предварительного усилителя. В этом случае положение движка потенцио­метра, соответствующее максимальному усилению, условно принимают за 0 дБ и, запомнив показание ин­дикатора, ступенчато увеличивают уровень входного на­пряжения. Вслед за этим с помощью R20 уменьшают усиление прибора, добиваясь прежнего показания мик­роамперметра. В результате отмеченные положения движка потенциометра будут соответствовать шкале усиления в децибелах.

Порядок работы с прибором

Перед анализом струк­туры звукового фона пчелиной семьи в улей помеща­ют звукоприемник. Для этого с улья снимают крышку и подушку, после чего на холстик ставят пирамиду (концентратор). Микрофонный кабель звукоприемника подключают ко входу прибора. В режиме «широкой по­лосы» выставляют усиление, при котором уровень фо­на, отсчитываемый по микроамперметру, не превыша­ет 0 дБ. Затем переключают прибор на рабочий ре­жим и, перестраивая анализатор, снимают показания индикатора для различных частот. Относительную интенсивность спектральных составляющих рассчитывают по формуле: 1F=A+B−С, где 1F — относительная интенсивность звукового фона на частоте F; А — показания переключателя ступенчатой регулировки усиления (за 0 дБ принимают положение, соответствующее максимальному усилению); В — пока­зание шкалы потенциометра плавной регулировки уси­ления; С — среднее показание индикатора.

Во время анализа стрелка индикатора постоянно «дрейфует». Это объясняется изменением интенсив­ности звукового фона в анализируемой полосе частот. Амплитуда «дрейфа» увеличивается с уменьшением ши­рины полосы, то есть с увеличением разрешающей спо­собности анализатора. Это накладывает ограничение на желательное, с точки зрения точности анализа, повы­шение избирательности прибора. Поэтому во время ра­боты с прибором добиваются небольшого «дрейфа» по­казаний микроамперметра при достаточной разрешаю­щей способности анализатора с помощью регулировки его полосы пропускания потенциометром R7.

Е. К. Еськов, А. М. Сапожников, А. И. Торопцев.
Научно-исследовательский институт пчеловодства Рязанская обл. , г Рыбное.
Журнал «Пчеловодство», №12, издательство «Колос», Москва, 1975 г.

Анатомия, физиология и генетика медоносной пчелы

Общественный образ жизни пчелиной семьи

Восковыделение. Строительная деятельность пчел

Рост пчелиной семьи

Роение