Светотехнические установки для повышения проду к тивности сельскохозяйственных животных
На правах рукописи
Коваленко Ольга Юрьевна
Светотехнические установки для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных
Специальность 05.09.07- светотехника
05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Саранск 2009
Работа выполнена на кафедре теоретической и общей электротехники Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарёва»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Овчукова С.А.
Официальные оппоненты: доктор технических наук
Сарычев Г.С.
доктор технических наук, профессор
Кокинов А.М.
доктор технических наук, профессор
Учеваткин А.И.
Ведущая организация: ОАО «ЛИСМА-ВНИИИС»
Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт источников света им. А.Н. Лодыгина
Защита состоится «___» 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.13 при ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, д.68, ауд. 243.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».
Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, д.68а, ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», Диссертационный совет Д 212.117.13.
Автореферат разослан «____» 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 212.117.13.
к.т.н., доцент Кошин И.Н.
Общая характеристика работы
Актуальность работы. В процессе преобразований в экономике Российской Федерации, начавшихся в 1991г., состояние основной жизнеобеспечивающей отрасли сельского хозяйства – животноводства, в том числе мясного направления крупного рогатого скота (КРС), к 2006 г. стало кризисным. В период становления рынка мясных ресурсов сократилось поголовье КРС, уменьшился объем производства мясной продукции, что при превышении порогового уровня ведет к потере продовольственной независимости страны. Эти тенденции объясняются удорожанием кормов, ростом цен на энергоносители и средства технического обеспечения технологий разведения и содержания сельскохозяйственных животных, недостатками действующего механизма квотирования импорта мяса, а также несовершенством технологий, в том числе, электротехнологий с применением оптического излучения (ОИ).
В связи со сложившейся ситуацией в 2006 г. правительство Российской Федерации приняло к реализации приоритетный национальный проект «Развитие АПК», который с 2008 г. трансформировался в Государственную программу развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 20082012 гг. Мясное направление КРС относится к приоритетным видам сельскохозяйственной деятельности. Одним из основных направлений реализации национального проекта и государственной программы является осуществление строительства, реконструкции и модернизации животноводческих комплексов, что связано, в том числе, с оснащением комплексов светотехническими установками, отвечающими современному научно-техническому уровню. Перечисленный комплекс мер создает возможности переоснащения технической базы фотобиологических технологических процессов в животноводстве для увеличения выхода мясной продукции.
В этих условиях исследования, направленные на совершенствование электротехнологий с применением ОИ для повышения продуктивности животных, а также повышение энергоэкономичности и эффективности светотехнических установок, способствующие повышению конкурентоспособности продукции и увеличению прибыли, чрезвычайно актуальны.
Большой вклад в развитие теоретических и практических основ в развитие электротехнологий облучения животных и техники оптического излучения внесли: А. Майер, А. Маккинли, Н.М. Данциг, Д.Н. Лазарев, Г.М. Франк, В.М. Юрков, А.К. Лямцов, И.И. Свентицкий, А.Л. Вассерман, А.И. Учеваткин, Г.В. Новикова, А.Б. Матвеев, Е.Н. Живописцев, А.В. Чурмасов, Б.Н. Орлов, Н.П. Симонова. Фундаментальные работы в области исследования высокоэффективных источников ОИ и световых приборов принадлежат зарубежным и отечественным ученым: В. Эленбаасу, Д. Уэймаусу, Г.Н. Рохлину, С.П. Решенову, Г.С. Сарычеву, А.Е Атаеву, Ю.Б. Айзенбергу, В.В. Трембачу, А.М. Кокинову и многим другим.
Однако исследования в области технологий облучения сельскохозяйственных животных проводились на основе устаревших представлений о функции относительной спектральной эритемной эффективности (ФОСЭЭ), что ограничивает возможности совершенствования облучательной техники для технологий УФО в сельском хозяйстве на современном этапе. Острая необходимость разработки перспективных энергосберегающих и биологически эффективных светотехнических установок определяет актуальность настоящей работы.
Целью работы является обеспечение прироста животноводческой продукции путем теоретического обоснования и практического введения в эксплуатацию перспективных энергосберегающих светотехнических установок повышенного фотобиологического действия.
Для достижения поставленной цели были решены следующие теоретические, научно-технические и прикладные задачи:
- определена возможность использования предлагаемых функций эритемной эффективности в диапазоне профилактических доз для составления математического описания процесса воздействия источников ОИ на биообъект;
- установлена математическая связь между функцией эффективного потока источника излучения и показателями продуктивности животных путем разработки комплекса взаимно дополняющих методов корреляционного и регрессионного анализа экспериментальных данных в целях контроля и прогнозирования мясной продуктивности;
- разработаны высокоэффективные РЛНД с заданными параметрами излучения в области УФВ и УФС, работающие на промышленной частоте и высокочастотных (ВЧ) режимах питания;
- разработаны облучательные приборы (ОП) с расширенными функциональными и улучшенными энергосберегающими и ресурсосберегающими свойствами;
- разработано светотехническое программное обеспечение (СПО), осуществляющее повышение эффективности автоматизированного проектирования облучателей, осветительных (ОУ) и облучательных светотехнических (ОСУ) установок фотобиологического действия и оптимизацию параметров при их совместном применении.
Объектом исследования является система, состоящая из светотехнических средств, технологических режимов и приемов воздействия ОИ на биообъект, позволяющая получить максимальный выход сельскохозяйственной продукции.
Предметом исследования являлось изучение процессов, протекающих в подсистемах по изучению воздействия ОИ на биообъекты, определяющих характер и направление совершенствования светотехнических средств и электротехнологий на их основе в сельскохозяйственном производстве.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы. Методология исследования базируется на системном подходе к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, светотехнических, фотометрических, биометрических, статистических методов. Решение ряда новых задач теории светотехники, поставленных в работе, разработка теоретических положений и создание на их основе математических моделей, а также алгоритмов расчета параметров ОП, ОУ и ОСУ не противоречит известным достижениям в этой области знаний.
Разработанные теоретические положения и новые технические решения подтверждены практически. Экспериментальные исследования метрологически обеспечены и проведены на экспериментальной базе Мордовского государственного университета и предприятиях светотехнической отрасли. Облучательные установки опробованы, испытаны и успешно используются в животноводческих хозяйствах Мордовии. Результаты эксперимента и испытаний для подтверждения сопоставлялись с экспериментальными данными других исследователей.
Разработанные программы на ЭВМ испытаны и успешно используются на предприятиях светотехнической отрасли, научно-исследовательских и проектных институтах республики Мордовия.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые
1. На основе известных научных исследований выработаны теоретические положения и уточнена математическая модель для описания ртутного разряда низкого давления для определения электрических характеристик и эритемного потока источников ультрафиолетового излучения и описания процессов работы РЛНД с электронными пускорегулирующими аппаратами; получены математические модели эффективного потока с помощью функции эритемной эффективности с двумя максимумами, соотношение между которыми зависит от доз облучения в области УФС и УФВ.
2. Проведены экспериментальные исследования светотехнических характеристик ультрафиолетовых РЛНД мощностью 13, 15, 30, 40 Вт при импульсном высокочастотном питании в широком диапазоне частот при различных скважностях
3. Предложены и конструктивно проработаны технические решения и принцип формирования излучения ультрафиолетовых РЛНД и ОП со спектром в области УФС и УФВ, защищенных авторским свидетельством и патентами.
4. Представлены алгоритмы и программы на ЭВМ для расчета интегрального и спектрального распределения энергетической освещенности облучательных и осветительных установок и моделирования профиля отражателя ОП с трубчатыми лампами и расположения ультрафиолет излучающих диодов в модуле с получением заданной кривой силы излучения.
5. Разработаны технические требования к проектированию светотехнических ОП и установок оптимального использования электроэнергии в животноводческих комплексах; создан и представлен программно-аппаратный комплекс для сбора фотометрических данных, расчета и оптимизации ОП и светодиодных модулей, расчета облучательно-световых комплексов.
6. Приведены результаты испытаний ультрафиолетовых РЛНД и ОП с расширенным спектром области УФС и УФВ с использованием ВЧ питания по воздействию на сельскохозяйственных животных и получены на их основе с помощью методов регрессионного анализа математические зависимости для расчета и прогнозирования показателей продуктивности телят.
Практическая ценность и научная полезность результатов диссертационной работы.
1. Разработанные и запатентованные конструктивные решения ультрафиолетовых РЛНД и ОП для профилактического ультрафиолетового и инфракрасного облучения животных и обеззараживания помещений позволяют увеличить эффективную отдачу ламп и расширить функциональные возможности приборов. Идеи разработанных технических средств могут быть использованы при проектировании новых ламп и приборов.
2. Гибкие методики дисперсионного и регрессионного анализа обеспечивают отработку технологии изготовления эффективных источников излучения с улучшенными качественными показателями на ламповых заводах и предприятиях светотехнической отрасли.
3. Практически реализованные и испытанные в животноводческих хозяйствах схемы импульсных ЭПРА для ультрафиолетовых РЛНД с блоком стабилизации лучистого потока и автоматизированные устройства контроля дозы облучения позволяют получить максимальный зоотехнический эффект.
4. Созданный программно-аппаратный комплекс для расчета светотехнических характеристик облучательных установок, сбора фотометрических данных и контроля эксплуатационных характеристик осветительных и облучательных установок позволяет обеспечить точность соблюдения режимов и доз, повысить качественный уровень и энергосберегающие свойства облучательно-световых комплексов в животноводческой отрасли.
5. Разработанные автором алгоритмы для программ на ЭВМ для сбора фотометрических данных, расчета профиля отражателя ОП с трубчатыми лампами и светотехнических характеристик осветительных и облучательных установок позволяют повысить эффективность проведения НИР и ОКР при создании новых образцов светильников и облучателей и модернизации существующих в КБ предприятий светотехнической отрасли, повысить качественные результаты разработок.
6. Полученные программы на ЭВМ, комплекс методик дисперсионного и регрессионного анализа с компьютерной обработкой экспериментальных данных используются в программах для обучения студентов в образовательных учреждениях.
Реализация и внедрение результатов работы.
1. Программы по анализу качества разрядных ламп и методика исследования зависимости качества от влияющих факторов внедрены в ГУП РМ «Лисма» и ОАО «Лисма-ВНИИИС им. А.Н. Лодыгина».
2. Программа обработки экспериментальных данных и автоматизированное устройство сбора фотометрических данных внедрены в ОАО «Лисма-ВНИИИС им. А.Н. Лодыгина».
3. Комплекс программ расчета осветительных установок внедрен в ОАО «Кадошкинский электротехнический завод», проектный институт «Мордовгражданпроект», ОАО «Ардатовский светотехнический завод», Муниципальное предприятие городского округа Саранск «Горсвет».
4. Облучатели с эритемными лампами и комплектами ЭПРА внедрены в комплексе КРС совхоза им. 60-летия Союза ССР Горьковской области, учхозе Мордовского госуниверситета.
5. Облучатели с излучением в области УФС и УФВ внедрены в колхозе «Россия» Инсарского района Мордовии, учхозе Мордовского госуниверситета, СПК «Садовод» Чамзинского района Мордовии, ООО «Кочкуровский» Дубенского района Мордовии.
6. Программы для реализации методов регрессионного анализа используются в учебном процессе Мордовского госуниверситета и Чувашской государственной сельскохозяйственной академии.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту.
1. Способы регулирования соотношения потоков излучения ультрафиолетовых РЛНД в области УФВ и УФС.
2. Принцип создания комбинированных ультрафиолетовых облучателей, сочетающих функции профилактического облучения животных и обеззараживания помещений.
3. Алгоритмы и программное обеспечение для моделирования профилей облучателей, расположения ультрафиолет излучающих диодов в модуле и расчета осветительных и облучательных установок.
4. Математическая модель, описывающая процесс воздействия излучения от ультрафиолетовых РЛНД на показатели продуктивности животных.
5. Режимы ультрафиолетового облучения животных с использованием новых светотехнических средств и автоматизированных устройств контроля эксплуатационных характеристик.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы по мере их получения докладывались и обсуждались на I, III Всероссийской научно - технической конференции «Светоизлучающие системы, эффективность и применение» (Саранск, 1994 г., 2001 г.);.II Международной светотехнической конференции (Суздаль, 1995 г.); Международной конференции «Осветление’96» (Варна, Болгария 1996 г.); IV, V Всероссийском с международным участием совещании по материалам для источников света, электронных приборов и светотехнических изделий (Саранск, 1996 г., 2000 г.); III Международной светотехнической конференции (Н.-Новгород, 1997 г.); Международной конференции «Современные проблемы в животноводстве» (Казань, 2000г.); V Международной светотехнической конференции «Свет и прогресс!» (СПб., 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и природопользования (М., 2004 г., 2005 г.); I, II, III, IV, V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2002 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г., 2007 г.); VI Международной Светотехнической конференции «Свет без границ» (Калининград – Светлогорск 2006 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании и науке» (М., 2006 г.); V Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики полупроводников и источников света» (Саранск, 2007 г.); Международной конференции «Проектирование новой реальности» (Таганрог, 2007 г.), Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB» (СПб., 2007 г.), II Международной научно-практической конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектированием CAD/CAM/CAE/PDM. (Пенза, 2008 г.), Международной научной конференции «Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза» (Таганрог, 2008 г.), VI Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2008 г), IV Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, Болгария, 2008 г.).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 105 работах, включая авторское свидетельство, 3 патента, 2 свидетельства на регистрацию программы на ЭВМ, 16 статей, опубликованных в рецензируемых журналах, а также статьи в сборниках материалов и тезисов докладов Международных и Всероссийских конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Объем диссертации составляет 345 стр., включая 107 рис., 42 табл. Список цитируемой литературы содержит 344 наименований.
Личный вклад автора. Исследования и разработки, составляющие основу диссертации, выполнены автором лично или под его руководством. Экспериментальные образцы ламп и программы на ЭВМ изготавливались и выполнялись в рамках НИР: госбюджетной темы «Применение оптического излучения в животноводстве и птицеводстве», хоздоговорной темы «Разработка комплекта программ расчета осветительных установок отечественной комплектации» и других хоздоговорных работ, а также НИР при финансовой поддержке республиканского бюджета Республики Мордовия, на ОАО «ЛИСМА - ВНИИИС им. А.Н. Лодыгина», ОАО «ЛИСМА», ОАО «Кадошкинский электротехнический завод», ОАО «Ардатовский светотехнический завод» и сельскохозяйственных предприятиях Республики Мордовия и Горьковской области.
На различных этапах исследования, учитывая комплексность работы, в постановке конкретных задач, обсуждении результатов по вопросам технических и биологических наук, изготовлении экспериментальных образцов и опытных партий, проведении измерений принимали участие А.А. Ашрятов, В.К Самородов, О.А. Захаржевский, В.В Афонин, В.Ф. Дадонов, В.В. Азаренок, И.Р. Шашанов. Выражаю им свою глубокую благодарность.
Содержание работы
Введение. Во введении показана актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, представлена структура диссертации.
Первая глава посвящена описанию и анализу эффективности использования светотехнических установок фотобиологического действия в электротехнологиях выращивания сельскохозяйственных животных.
Анализ экспериментальных исследований применения источников оптического излучения в системе биоэнергетических и технологических процессов в животноводстве показал, что в настоящее время отсутствие достаточной информации о количественных характеристиках комбинированного оптического излучения препятствует систематизации экспериментальных данных, выработке обоснованного подхода к выбору спектрального состава источников искусственного излучения, идентификации процесса облучения с возможностью прогнозирования конечных показателей продуктивности.
Анализ систем показателей эффективности оптического излучения показал следующее: ограниченный диапазон исследований эффективности воздействия ОИ на биообъект обусловлен использованием на протяжении многих лет упрощенной функции спектральной эритемной эффективности, отсутствием обобщенной теории влияния качественных и количественных характеристик комбинированного излучения на показатели эффективности ОИ, а также отсутствием научно обоснованной методической базы по планированию и организации эффективного фотобиологического эксперимента.
Анализ современного состояния технической базы и методов проектирования световых приборов (СП) и ОУ и технологических процессов освещения и облучения животных показал, что отсутствует комплексный подход к созданию современных светотехнических установок в промышленном животноводстве с улучшенными эколого-энергетическими характеристиками на базе высокоэффективных источников излучения и комбинированных многофункциональных облучателей. Отсутствует специализированное светотехническое программное обеспечение (СПО) по проектированию осветительно-облучательных установок требуемого спектрального состава и устройств автоматизированного управления режимами и дозами облучения с учетом влияния внешних факторов в процессе эксплуатации.
Вторая глава посвящена математическому моделированию процессов воздействия ОИ на биообъект.
В процессе жизнедеятельности макроскопические процессы, связанные с обменом веществ, энергии, информации происходят непрерывно. Способность организма избирательно потреблять из окружающей среды доступную (свободную) энергию, вещество и использовать их для построения и поддержания в работоспособном состоянии своих структур обусловлена специальной их организацией, наличием управляющих систем, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию.
В общем случае процессы не линейны и в соответствии с данными литературных источников могут быть представлены уравнениями баланса, отражающими процессы обмена веществ и энергообмена в живой системе
(1)
(2)
где m0, Е0 – количество в живой системе (организме) вещества и энергии в начальный момент времени; mпр(t), Епр(t) – временные функции поступления соответственно вещества и энергии; mот (t), Еот (t) – временные функции оттока соответственно вещества и энергии; mt, Еt – количество вещества и энергии, содержащихся в живой системе по истечении времени t=t2 - t1.
Для завершения описания системы уравнений баланса к выражениям (1), (2) добавим выражение, отражающее процесс обмена информацией в живой системе
(3)
где Н0 – количество информации в живой системе (организме) в начальный момент времени; Нпр(t) – временная функция поступления информации; Нот (t) – временная функция оттока информации; Нt – количество информации, содержащейся в живой системе по истечении времени t= t2 - t1.
Рассматривая влияние ОИ на выход продукции животноводства, а именно мясной продукции в виде среднесуточных привесов, за оптимизируемый параметр целесообразно принять mt. При этом входными переменными в зависимости от условий конкретного эксперимента могут служить начальные параметры и временные функции всех трех уравнений.
При рассмотрении влияния на привесы управляемых энергетических параметров необходимо учитывать наличие их взаимосвязи с информационными параметрами и другими контролируемыми параметрами: проводить эксперименты с учетом вида, породы, возраста животных в связи с особенностями их наследственной информации; обеспечить идентичность условий содержания, рацион, режимы кормления, уровень естественного и искусственного освещения и других, т.е. всех факторов, принятых в данном эксперименте за контролируемые переменные; максимально снизить влияние внешних (неуправляемых) переменных.
Варьирование входных переменных в большинстве биологических экспериментов проводится с такими параметрами как доза, уровень освещенности (облученности). Выходной переменной для описания общей реакции животных на ОИ в УФ области спектра является степень покраснения кожи, используемая для представления функций относительной спектральной эритемной эффективности.
Для практического применения в разное время применялись ФОСЭЭ, не зависящие от количественных характеристик излучения: Kcff, приведенная в ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000, и К, приведенная в РТМ.3-381-73 (рис.1 а).
А. Майер и Э. Зейтц приводят кривые эритемной эффективности, основным свойством которых является наличие в них двух максимумов, уровень которых меняется при изменении внешнего фактора – дозы облучения, в связи с чем степень покраснения для различных длин волн 254 и 297 нм в зависимости от дозы различна (рис. 1б).
Уравнения линий регрессии кривых, изображенных на рисунке 1 б), могут быть представлены логарифмическими зависимостями от доз в области УФС и УФВ А’(D1), А’2(D2), с положительными значениями параметров.
Рассматривая в качестве гипотезы возможность представления ФОСЭЭ как функции с изменяющимися в зависимости от дозы облучения максимумами, для определения эффективности комбинированного УФ излучения удобно ФОСЭЭ представить в виде
(4)
где К1(), К2() – левая и правая часть ФОСЭЭ, А1(D1), А2(D2) – логарифмические функции, полученные из А’(D1), А’2(D2) путем нормирования и определения соотношения между ними.
а) б)
Рис. 1. ФОСЭЭ: Kcff - эритемной по ГОСТ-2000; К – эритемной по РТМ-73 (а); зависимости интенсивности покраснения кожи от величины дозы для различных длин волн (нм) падающего излучения (б)
В общем случае в связи с многообразием фоторецепторов у биообъектов и перехода к энергетическим освещенностям может оказаться необходимым применение обобщенной модели:
(5)
где А1(Е1), А2(Е2),.. А (Е) – зависимости уровней максимумов кривой спектральной эффективности от энергетической освещенности в соответствующем диапазоне спектра ( не фиксировано);
К1(), К2(),..К() – кривые относительной спектральной эффективности при уровнях энергетической освещенности, обеспечивающих максимальную чувствительность составляющих кривых;
При переменных значениях энергетической освещенности в рассматриваемом спектральном диапазоне следует провести разбиение диапазона на n участков, в каждом из которых Еi является постоянной, и значения кривой спектральной эффективности определять для каждого из слагаемых выражения (2.17) в виде кусочно-непрерывной функции по формуле 
, где i = 1,2,..n, j = 1,2..n. (Вместо освещенности E в выражении (2) может быть использована доза D).
Для описания функции с двумя максимумами (бимодальной) удобно представить ФОСЭЭ с помощью суммы двух экспоненциальных функций. Для математического описания источника излучения, а именно, разрядных ламп, можно использовать функцию Дирака с фиксированным основанием и известной площадью импульса и экспоненциальную функцию.
Тогда математическое описание эффективного потока Фэф (Вт) системы: источник оптического излучения со спектром в области УФС и УФВ – биообъект с использованием бимодальной с меняющимися уровнями максимумов функции относительной спектральной эффективности примет вид:
(6)
где D1, D2 – значения доз в областях УФС и УФВ (Дж/м2); D0 1, D0 2 – значение биодозы в областях УФС и УФВ (Дж/м2); 1max, 2max, 0max – длины волн, на которые приходятся максимумы спектральной эффективности в области УФС, УФВ и максимум излучения люминофора (нм); (-i) – функция Дирака; k0, k1, k2, - масштабные коэффициенты; 0, 1, 2 – постоянные коэффициенты; m0, mi – коэффициенты, зависящие от мощности и спектрального состава источника излучения (Вт).
Для получения более простого расчетного соотношения для идентификации процесса УФ облучения животных в рабочем диапазоне доз был спланирован и проведен вычислительный эксперимент по определению влияния доз облучения области УФС и УФВ на эффективный поток, вычисленный по бимодальной и стандартной ФОСЭЭ, с целью получения оценок параметров множественной линейной регрессии.
Для проведения предварительного вычислительного эксперимента значениям доз, вычисленных по ФОСЭЭ, представленных в ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000, с диапазоном в области УФВ и УФС Dуфс = 162270 Дж/м2; Dуфв = 205484 Дж/м2 были поставлены в соответствие параметрам РЛ НД типа ЛЭ-30, ЛЭР-40 в колбах из бактерицидного стекла с использованием эритемного люминофора Э-2 с потоками в области УФВ равными 0,6 и 1,4 эр (энергетическими потоками – 1,5 и 3,5 Вт), в области УФС – 0,6 и 1 Вт при заданном времени облучения 1 час и высоте подвеса 1 м.
Значения коэффициентов для данных ламп в выражении (6): m0=1,6363,817; m1=0,603 1,01: m2=0,1040,243; m3=0, 087 0,203.
В результате расчетов установлено, что для зависимостей потоков, вычисленных по стандартной ФОСЭЭ, от доз нет различия тангенсов угла наклона для совместного действия излучения с отношением доз области УФВ и УФС не превышающим 1,8 и превышающем это значение (0,00377 и 0,00377). В то время как для потоков, вычисленных по бимодальной ФОСЭЭ, для тех же соотношений доз такое различие в тангенсах угла наклона имеется (0,00377 и 0,00318). То есть, при использовании бимодальной ФОСЭЭ обнаруживается закономерность увеличения эффективного потока при совместном действии излучения области УФС и УФВ и его уменьшения при действии излучения преимущественно одной области. Можно предположить, что такая же закономерность может быть обнаружена для показателей продуктивности животных.
Для получения уравнения множественной линейной регрессии эксперимента типа 22 был выбран диапазон вычислительного эксперимента при значениях отношений доз Dэф уфв и Dэф уфс, рассчитанных по стандартной ФОСЭЭ, не превышающих 1,6 (отношений энергетических доз не более 3).
Значения доз, вычисленные по ФОСЭЭ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000, были выбраны в диапазоне: Dуфс = 250400 Дж/м2 ;Dуфв = 250400 Дж/м2. Значения коэффициентов выражения (6) соответствовали параметрам ламп типа ЛЭ-30 в колбах из бактерицидного стекла с использованием эритемного люминофора Э-2 с потоками в области УФВ равными 0,35 и 0,55 эр (энергетическими потоками 0,9 и 1,4 Вт) в области УФС – 0,42 и 0,66 Вт при заданном времени облучения 1 час и высоте подвеса 0,82 м: m0=0,9071,435; m1=0,9311,496: m2=0,1600,350; m3=0,133 0,292.
Таблица 1 – Значения эффективного потока Фэф (Вт) области УФС и УФВ ламп мощностью 30 Вт для различных ФОСЭЭ
| № опыта | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Dэф УФВ, Дж/м2 | 250 | 250 | 400 | 400 |
| Dэф УФС, Дж/м2 | 250 | 400 | 250 | 400 |
| Фэф бимод | 0,463 | 0,707 | 0,831 | 1,177 |
| ФэфГ-00 | 0,862 | 1,106 | 1,119 | 1,363 |
Для сравнительной оценки эффективного потока, полученного по бимодальной и стандартной ФОСЭЭ, найдены уравнения регрессий для эксперимента типа 22 с четырьмя точками плана в зависимости от доз излучения области УФВ и УФС. Управляемые переменные (дозы) приведены к безразмерной шкале (нормализованы). Максимальные значения (верхние точки плана) равны плюс 1, минимальные (нижние точки плана) равны минус 1. При введенных ограничениях по результатам вычислительного эксперимента уравнение множественной линейной регрессии для определения эффективного потока в диапазоне профилактических доз для бимодальной ФОСЭЭ примет вид:
Фэф бимод=0,794+0,147d1+0,209d2+0,025d1d2 (7)
для ФОСЭЭ по ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000:
ФэфГ-00 =1,113+0,122d1+0,129d2 (8)
где d1, d2 – нормализованные значения доз области УФС и УФВ.
Для подтверждения выдвинутой гипотезы о наличии зависимости показателей продуктивности от эффективного потока, рассчитанного с учетом значений доз облучения в области УФС и УФВ, на практике необходимо проверить наличие корреляции значений эффективного потока, получаемых по выражению (6), (7) и (8), с экспериментальными значениями продуктивности при соответствующих дозах облучения УФС и УФВ.
На чистоту эксперимента могут оказать значительное влияние различные внешние переменные. При введении еще одного существенного фактора – освещенности к эксперименту необходимо добавить дополнительный блок опытов для получения уравнения множественной регрессии типа 23.
Практическая реализация должна базироваться на разработке и исследовании источников и облучательных приборов с соответствующими характеристиками излучения в области УФС и УФВ при оптимизации воздействующих спектров излучения, математического моделирования фотобиологических процессов при установлении связи эффективных величин и продуктивности сельскохозяйственных животных с целью увеличения выхода конечного продукта.
Третья глава посвящена исследованию возможностей повышения эффективности ультрафиолетовых РЛ НД за счет увеличения эффективной отдачи путем расширения их спектрального диапазона и за счет повышения КПД излучения ламп различной мощности при использовании высокочастотного питания.
Целью теоретических исследований являлось проведение качественной оценки изменения эффективности эритемных ламп в зависимости от меняющихся давления ртутных паров, давления и состава наполняющего газа, диаметра трубки, разрядного тока и т.п. Для проведения теоретических исследований за основу была принята упрощенная модель разряда в инертном газе при низком давлении, дающей аналитические выражения для электронной температуры, выхода резонансного излучения и градиента потенциала в зависимости от плотности электронов, плотности наполняющего газа и радиуса трубки для стационарных условий разряда.
Расчет удельной мощности излучения резонансной линии ртути с длиной волны 254 нм на единицу длины положительного столба (Вт/м) для ламп мощностью 30 Вт (R = 1,3 см) и 40 Вт (R = 1,8 см) проводился по выражению (6) базовой модели:
(9)
Для ламп меньшего диаметра выражения были уточнены.
Для ламп мощностью 15 Вт (R = 1,3 см) выражение представлено в следующем виде:
(10)
для ламп мощностью 13 Вт (R = 0,65 см) выражение имело вид:
(11)
где R – радиус трубки, см; РAr – давление аргона, тор; PHg – давление паров атомов ртути, мтор; Ne – концентрация электронов на оси трубки, 1017 м-3.
Давление аргона PAr варьировалось в диапазоне 1- 4 мм рт.ст. или тор (133 - 533 Па). Значения давления паров ртути PHg принимались равными 1 и 2 Па. Значения радиуса разрядной трубки R (см) принимались равными 0,65 (мощность 13 Вт); 1,3 (мощность 15 и 30 Вт); 1,8 см (мощность 40 Вт). Значение разрядного тока соответствовало номинальному значению в условиях работы лампы на промышленной частоте, на которое рассчитаны электроды ламп соответствующих мощностей: 13 Вт - Iр = 0,16 А, 15 Вт - Iр = 0,31 А; 30 Вт - Iр = 0,36 А; 40 Вт - Iр = 0,43 А.
Результаты расчета мощности излучения резонансной линии ртути с длиной волны 254 нм, приходящаяся на единицу длины положительного столба (Ф1 254), представлены на рисунке 2.
Анализ баланса мощностей позволил выбрать оптимальные условия разряда с целью повышения КПД эритемных ламп. При номинальных токовых режимах для ламп с трубками радиусом 1,3 и 1,8 см наблюдается снижение доли мощности, идущей на излучение ртутных линий положительного столба разряда, при повышении давления аргона от 1 до 4 мм рт.ст.: для ламп мощностью 15 и 40 Вт с 70 до 60%, для ламп мощностью 30 Вт с 75 до 58%. Такое снижение вызвано резким повышением доли мощности, идущей на нагрев газа за счет упругих столкновений (упр) и более медленным снижением доли мощности, затрачиваемой на нагрев стенок (ст). В лампах с радиусом трубки 0,65 см наблюдается одинаковая скорость роста упр и снижения ст, поэтому доля мощности, идущая на излучение ртутных линий положительного столба разряда, практически не меняется и остается в диапазоне 70-75%.
а) б)
Рис. 2. Мощность излучения резонансной линии ртути с длиной волны 254 нм, приходящаяся на единицу длины положительного столба,
при PHg = 1 Па (а) и PHg = 2 Па (б)
Режимы с уменьшенными значениями разрядного тока способствуют некоторому повышению КПД разряда, но ухудшают его стабильность и приводит к повышению напряжения зажигания. Поэтому граничные значения диапазона изменения тока при подборе эффективных режимов питания эритемных ламп мощностью 13, 15, 30, 40 Вт не должны отличаться от номинальных более, чем в 1,5 раза.
Для проведения экспериментов по выявлению режимов и доз профилактического облучения от излучения в области УФС и УФВ для молодняка КРС были изготовлены образцы ламп, излучающих в этих областях.
По первому способу получения широкодиапазонного ультрафиолетового спектра излучения в области УФС, УФВ для опытных образцов РЛ НД было выбрано увиолевое бактерицидное стекло марки СЛ-97-2, пропускающего 56% излучения с =254 нм и 80% излучения с =297 нм вместо стекла марки СЛ-97-3, используемого в стандартных эритемных лампах с коэффициентом пропускания излучения с =297 нм не менее, чем на 76%. Для обеспечения достаточной составляющей излучения в области УФВ был использован стандартный эритемный люминофор марки Э-2 (CaMg)3(PO4)2:Tl, с максимумом на длине волны (310±5) нм, нанесенный на часть поверхности колбы.
Разработаны ультрафиолетовые лампы мощностью 30 Вт (ЛЭБ30) и мощностью 18 Вт (ЛЭБ 18) в колбах из бактерицидного стекла марки СЛ-97-2 частично покрытые эритемным люминофором с соотношениями энергетических потоков в области УФС и УФВ в лампах ЛЭБ 30, ЛЭБ 18 для профилактического и терапевтического облучения от 1 : 1,4 до 1:0,5.
Для получения различных соотношений УФ потоков в области В и С для подбора эффективных соотношений спектра для целей облучения животных был предложен специальный источник УФ излучения на базе трубчатой бактерицидной газоразрядной лампы низкого давления. Регулирование спектрального состава за счет изменения соотношения потоков УФВ, УФС разработанной РЛНД достигалось тем, что внешняя колба трубчатой газоразрядной лампы низкого давления, выполненной из бактерицидного стекла и наполовину покрытой люминофором, излучающим в диапазоне длин волн 280-320 нм, содержала внутри подвижную и вдвое ее меньшую по длине цилиндрическую трубку, выполненную из бактерицидного стекла и покрытую тем же люминофором.
По второму способу получения эритемных ламп с широкодиапазонным ультрафиолетовым спектром для опытных образцов было выбрано РЛНД стекло марки РН160 фирмы «Philips» с нанесением эритемного люминофора при различной удельной нагрузке. Опытные партии ламп изготавливались с различными давлениями аргона. Лампы мощностью 15 в трубках диаметром 26 мм (Т8) имели удельную нагрузку люминофора 1,15 и 3,33 мг/см2, давление аргона 1; 2,5 и 4 мм рт. ст.; мощностью 13 Вт в трубках диаметром 16 мм (Т5) - 1,40 и 2,03 мг/см2 и 2; 4 и 8 мм рт. ст., соответственно.
Средние значения облученностей области УФС, УФВ, УФА от изготовленных ламп, создаваемые на расстоянии 1 м после 100 часов горения, получены при обработке результатов измерений, проведенных с помощью УФ-радиометра ТКА-АВС для партий ламп по 3-4 образца в каждой партии.
Результаты измерений представлены на рисунке 3.
Энергетический поток в области УФВ рассчитывался по результатам спектральных измерений на установке с монохроматором дифракционным МДР-23 и фотоприемником ФЭУ-100. Энергетический поток в области УФС оценивался из соотношения потоков и облученностей в области УФВ и УФС. Для ламп с удельной нагрузкой слоя люминофора 3,33 мг/см2 средние значения потоков в области УФС и УФВ составили, соответственно, 0,043 и 0,803 Вт (отношение потоков – ФУФС: ФУФВ = 1 : 19), примерно такое же значение потока в области УФС имеют стандартные лампы типа ЛЭ 15.
Для ламп с удельной нагрузкой слоя люминофора 1,15 мг/м2 средние значения потоков в области УФС и УФВ составляют, соответственно, 0,808 и 1,047 Вт (отношение потоков – ФУФС : ФУФВ = 1 : 1,3).
Для опытных образцов РЛНД с широкодиапазонным ультрафиолетовым спектром с различной удельной нагрузкой люминофора был проведен анализ качества при контроле таких технологические операции как подготовка электродных узлов, подготовка эритемного люминофора, откачка и наполнение инертным газом и пр.
Конечными параметрами, которые были приняты за основные при проведении отбраковочного контроля и анализе качества ламп мощностью 15 Вт, явились начальные электрические параметры и начальная облученность, размеры ламп, которые сравнивались с соответствующими значениями, регламентируемыми ТУ-09-4817-80, ТУ16-535-274-74.
При проведении выборочного отбраковочного контроля в соответствии с ГОСТ 6825-74, по результатам приемки отдельной партии ламп не выявлены дефекты по размерам ламп (выборка в количестве 20 шт.); по начальным электрическим параметрам и облученности (выборка 12 шт.).
а) б)
Рис. 3. Средние значения облученностей в ультрафиолетовых областях спектра в трубках из стекла марки РН160 при различных значениях удельной нагрузки эритемного люминофора от ламп мощностью 15 Вт для
PAr= 2,5 мм рт. ст. (а) и ламп мощностью 13 Вт PAr= 8 мм рт. ст. (б)
Для ламп мощностью 15 Вт с удельной нагрузкой слоя люминофора 3,33 мг/см2 среднее значение энергетического потока в области УФС составляет 0,043 Вт (значение регламентируемое ТУ16-535,274-74 0,15 Вт или 0,15 бк); энергетическая облученность в области УФВ не ниже 78 мВт/м2 (соответствующей для люминофора Э-2 допустимой эритемной облученности 28 мэр/м2); спад облученности за 100 ч горения не выше 25% при давлении наполняющего газа 4 мм рт.ст. Для 6 ламп мощностью 15 Вт анализ качества проведен с получением комплексных оценок качества, по которым установлено, что наибольшую долю потерь качества составляет спад облученности после 2000 часов горения, превышающий регламентируемое значение.
Для ламп мощностью 13 Вт анализ проводился по сокращенному числу параметров. Для ламп с удельной нагрузкой слоя люминофора 2,03 мг/см2 среднее значение энергетического потока в области УФС составляет 0,045 Вт. Все лампы имеют энергетическую облученность в области УФВ не ниже 78 мВт/м2.
По результатам дисперсионного анализа, установлено, что давление аргона не оказывает существенного влияния на облученности в области УФВ и УФС в начале срока службы. Значимые различия при Р>0,95 в значениях облученности в зависимости от давления установлены только в случае ламп ЛЭБ-15 при сравнении результирующего отношения Фишера с критическим значением (17,86 > 5,32). Значимые различия при Р>0,95 установлены для различных удельных нагрузок люминофора ламп ЛЭБ-15 для излучения области УФС и области УФВ. Для ламп ЛЭБ-13 различия установлены для излучения области УФС, для излучения области УФВ различия отсутствуют.
Испытания на полный срок службы при постоянной работе ламп проводились с лампами ЛЭБ-15. Для ламп с давлением аргона 4 мм рт.ст. спад облученности достигает к 4000 ч горения 60% и практически не зависит от значения удельной нагрузки (доверительные интервалы при Р>0,95 перекрываются). Для ламп с давлением аргона 2,5 мм рт.ст. при удельной нагрузке 3,33 мг/см2 после 1000 ч горения превысил 80%, при удельной нагрузке 1,15 мг/см2 к 4000 ч горения достиг значения 60%.
Для повышения эффективности эритемных ламп и срока службы можно рекомендовать обеспечение давления наполняющего газа не менее 4 мм рт.ст.; применение эффективного люминофора (Э-4 или ФЛ-306), применение защитных пленок (например, на основе оксинитрита алюминия), применение геттера (газопоглотителя ТНЭ-3) и др.
Разработанные лампы при удельной нагрузке люминофора 1,15 мг/см2 с излучением в области УФС и УФВ имеют в 3,2 раза более высокую эффективную отдачу и в 2 раза меньший спад эффективной отдачи к концу срока службы по сравнению с лампами типа ЛЭ.
Исследования характеристик эритемных ламп при импульсном однополярном высокочастотном питании с целью выявления оптимальных режимов питания были проведены с эритемными лампами мощностью 13,15, 30, 40 Вт. Однополярный высокочастотный импульсный режим питания наиболее близок к стационарному и наиболее прост для практической peaлизации.
Для проведения экспериментальных исследований использовалась экспериментальная установка кафедры источников света МГУ имени Н.П. Огарева, включающая усилитель мощности для усиления сигнала, поступающего с задающего генератора импульсов Г5-54 с частотным диапазоном до 100 кГц для обеспечения питания разрядной лампы однополярными импульсами тока произвольной амплитуды, частоты, скважности. В электрической схеме был предусмотрен также вариант питания испытуемой лампы переменным током с частотой 50 Гц, что необходимо для проведения сравнительных измерений. Методика обработки измерений интенсивности излучения линий ртути для ламп мощностью 30 и 40 Вт при использовании кварцевого спектрографа ИСП-30, основывалась на стандартной методике определения спектрального состава источника излучения и обеспечивала качественное сравнение интенсивностей линий ртутного разряда при различных режимах питания. Интегральные характеристики излучения ламп мощностью 30 и 40 Вт регистрировались при использовании в качестве приемника фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) типа 28 ЭЛУ-Ф15. При проведении измерений лучистых характеристик ламп мощностью 13 и 15 в ультрафиолетовых областях спектра (УФА, УФВ, УФС) применялся радиометр ТКА-АВС.
В результате спектральных измерений обнаружена тенденция изменения интенсивностей излучения нерезонансных линий ртутного разряда при увеличении частоты для ламп низкого давления ЛЭ-30 и ЛЭР-40: соответственно, 1,1-1,2% и 0,8% на частоте 50 Гц; 1,5% и 1,1% на частоте 5 кГц; 1,2% и 0,9% и на частоте.50 кГц
В результате проведения и анализа интегральных измерений установлено следующее:
- эффективность полного излучения эритемных ламп мощностью 30 и 40 Вт, определенная как отношение относительного потока излучения на повышенной частоте к относительному потоку излучения на частоте 50 Гц (fлф+уф/50лф+уф) при Рл50 = Рлf, с увеличением частоты возрастает и составляет для частоты 50 кГц 15-18% при скважности С=2 и 22-27% при С=3 по сравнению с режимом 50 Гц;
- при сопоставлении лучистой отдачи суммарного излучения люминофора и УФ линий ламп различной мощности в зависимости от частоты и скважности можно констатировать, что более эффективным для ламп обеих мощностей является режим при скважности С = 3. Для реального осуществления ВЧ режима можно рекомендовать для ламп ЛЭР-40 частотный диапазон 20-35 кГц, а для ЛЭ-30 – 30-50 кГц при скважности для обоих типов ламп равной 3.
В результате исследования работы ультрафиолетовых РЛ НД малой мощности на высокой частоте при импульсном однополярном питании при условии постоянства тока лампы установлено, что для ультрафиолетовых ламп мощностью 15 Вт при скважности 2 и частоте выше 5 кГц среднее значение облученности возрастает более, чем на 22% по сравнению с режимом 50 Гц; для ламп мощностью 13 Вт при скважности 3 и частотах 30 и 50 кГц среднее значение облученности в области УФВ и УФС возрастает на 15-17% по сравнению с режимом 50 Гц.
Разработка ультрафиолетовых ламп с излучением в области УФВ и УФС с увеличенным эффективным потоком, а также повышение лучистой отдачи за счет применения высокочастотных режимов питания способствует переходу к меньшим мощностям источников УФ излучения.
Четвертая глава посвящена вопросам совершенствования облучательных приборов для повышения энергетической и эритемной эффективности.
Для решения задачи повышения энергетической эффективности облучательных приборов использовались комплекты эритемная лампа - ЭПРА. Целью теоретических и экспериментальных исследований являлось создание опытного образца ЭПРА, осуществляющего питание лампы прямоугольными высокочастотными импульсами, обеспечивающего надежное зажигание лампы и стабильный рабочий режим. Исследования главы 3 показали возможность повышения относительной лучистой отдачи эритемных ламп при высокочастотном импульсном питании по сравнению с режимом 50 Гц. Кроме того, из литературных источников известно, что при высокочастотном питании РЛНД импульсные режимы являются более эффективным, чем синусоидальные ВЧ режимы.
Теоретические исследования характеристик ЭПРА проводились с применением адаптивных моделей расчета мгновенных значений электрических и потока резонансной линии ртути длиной волны 254 нм при различных режимах питания и форме питающего тока РД НД. Интегральные характеристики рассчитывались за период их изменения при задаваемом значении длительности паузы и условии ограничения амплитуды ВЧ импульсов в схеме ЭПРА кривой выходного сетевого напряжения преобразованной выпрямителем и сглаживающим фильтром, описываемого в различные моменты времени синусоидальной и экспоненциальной функциями. Для ламп мощностью 30 и 40 Вт расчет производился при условии постоянства мощности лампы. Первоначально задаваемое амплитудное значение напряжения в ходе расчета корректировалось до тех пор, пока среднее значение мощности не становилось равным установленной константе. В результате расчета определялись мгновенный ток (iн), о.е., мгновенный лучистый поток 254-линии (Fн), о.е., относительные значения лучистой отдачи ртутной линии 254 нм эритемных ламп мощностью 30 и 40 Вт по сравнению со стационарным режимом. Установлено, что относительная лучистая отдача комплекта растет при увеличении величины сглаживающего фильтра с 30 до 50 мкФ, с увеличением частоты с 24 до 41-43 кГц и с увеличением скважности от 1,5 до 2,4. Значения относительной лучистой отдачи для ламп мощностью 30 Вт выше в среднем на 11%, чем для ламп 40 Вт.
Результаты математического моделирования ЭПРА были реализованы в схемном решении на основании варианта схемы ВЧ преобразователя (высокочастотного ключа) с одним среднечастотным транзистором при питании РЛ НД однополярными импульсами и разработанной схемой зажигающего устройства. Основной особенностью этой схемы является разделение режимов зажигания и горения лампы, осуществляемого с помощью соответственного подключения различных контактов реле, что позволяет исключить токоограничивающие резисторы и повысить надежность всего устройства. Схема высокочастотного ключа является автогенераторной (самовозбуждающейся), в которой функции преобразования и управления выполняются одними и теми же элементами схемы. Применение схемы с самовозбуждением представляется здесь наиболее обоснованным, так как в этой схеме присутствует обратная зависимость длительности импульса тока от напряжения на входе: чем меньше это напряжение, тем меньше скважность, что повышает стабильность лучистого потока.
При проведении экспериментальных исследований использовалась экспериментальная установка, обеспечивающая: плавное в заданных пределах изменение сетевого напряжения; мгновенное переключение испытуемой лампы с работы совместно с импульсным ЭПРА на работу совместно с дросселем; изменение полярности тока лампы; измерение температуры колбы.
Результаты испытаний трех аппаратов на временные параметры показали, что при постоянной длительности паузы действующее значение тока линейно зависит от длительности импульса и меняется в среднем от 0,28 до 1,01 А при изменении длительности импульса от 9,5 до 4,4 мкс (диапазон изменения частоты питания 50-75 кГц). Получены эмпирические коэффициенты для расчетных зависимостей тока лампы от напряжения.
Эксперимент по обнаружению катафореза в лампах ЛЭ-15 и ЛЭ-30 проводился при температуре окружающей среды 220С. Катафореза в лампах ЛЭ-15 обнаружено не было, что, по-видимому, можно объяснить тем, что для коротких трубок (менее 600 мм длиной) катафорез значительно ослабляется за счет диффузного противотока ионов ртути в анодную область. Таким образом, однополярное питание существенно не изменяет лучистую отдачу ламп ЛЭ-15 особенно при импульсных режимах. Для ламп ЛЭ-30 при стационарном режиме время наступления катафореза составляет 13-15 мин. Следует отметить, что заметное снижение лучистой отдачи у ламп ЛЭ-30 при импульсном однополярном питании наблюдается после 40-60 мин горения.
Исследовались динамические характеристики электрических параметров на различных элементах схемы при зажигании лампы.
Исследовались эксплуатационные параметры ЛЭ-30 с ЭПРА в сравнении со стандартным комплектом с дросселем. Измерялись напряжение, ток и мощность лампы, ток, мощность схемы, лучистый поток, определялась лучистая отдача. Эксплуатационные характеристики комплекта эритемная лампа – ЭПРА лучше, чем у стандартного комплекта с электромагнитным ПРА. Из сравнения величин Кл видно, что плазма при ВЧ режиме имеет более высокую стационарность, что определяет больший поток и относительную отдачу. Получены параметры импульсных ЭПРА, при которых обеспечивается повышение лучистой отдачи комплекта: эритемная лампа – ЭПРА при токе лампы 0,32-0,34 А более, чем на 40% по сравнению с электромагнитным ПРА.
Разработаны варианты схем импульсного ЭПРА, обеспечивающие стабильный поток и возможность его регулирования за счет управления фоторезистором величины полного сопротивления балластного элемента.
Решение задачи повышения эритемной эффективности осуществлялась двумя способами. Первый способ основан на использовании в стандартных облучателях ультрафиолетовых ламп с излучением в области УФВ и УФС, разработке и исследованию которых посвящена глава 3 настоящей работы. Второй способ базировался на разработке новых облучательных приборов исходя из принципа одновременного использования ультрафиолетового излучения от двух типов ультрафиолетовых ламп, каждая из которых излучает поток либо области УФВ, либо области УФС, то есть могут применяться стандартные лампы типа ДБ и ЛЭ. Оба способа предполагают расширение функциональных возможностей облучательного прибора при его использовании как для профилактического облучения сельскохозяйственных животных, так и для обеззараживания помещений.
Конструкция многофункциональных облучателей, предназначенных и для облучения животных, и для обеззараживания помещений, совмещала конструкцию эритемного облучателя, обеспечивающего действие прямых УФ лучей для целей профилактического облучения, и конструкцию закрытого бактерицидного облучателя (рециркулятора), обеспечивающего обеззараживание среды обитания при безопасности нахождения под ним животных. Кроме того, при использовании источников ИК излучения облучатели обеспечивали функцию обогрева животных.
Для проведения испытаний на подопытных животных по эффективности облучения в области УФС, УФВ совместно с ИК (лампы T30/CL 500W) разработаны комбинированные облучатели, в которых за счет отраженной составляющей излучения от ламп ДБМ-15 и излучения от ламп ЛЭ-15 получено соотношение максимальных значений сил излучения области УФС и УФВ в энергетических единицах 1 : 16,3. Для проведения испытаний на подопытных животных по эффективности облучения в области УФС, УФВ разработаны комбинированные облучатели, в которых за счет отраженной составляющей излучения от ламп ДБМ-15 и излучения от ламп ЛЭ-15 получено соотношение максимальных значений сил излучения области УФС и УФВ в энергетических единицах 1 : 4,2.
Получение кривой силы излучения облучателей является необходимым условием для проведения программного расчета облученностей для уточнения средних доз в зависимости от размещения ОП в животноводческих помещениях при проведении эксплуатационных испытаний и исследовании биологических показателей и показателей продуктивности подопытных животных.
При создании энергоэкономичных облучателей повышенной эффективности с функциями профилактического, терапевтического облучения, обеззараживания воздуха и воды максимально их спектральные характеристики были приближены к функциям спектральной эффективности.
Облучатели с эритемно-бактерицидными лампами с использованием в качестве балласта и зажигающего устройства ЭПРА по сравнению с серийными эритемными и бактерицидными облучателями имели меньший вес и габариты. С целью оптимизации режимов облучения интенсивность излучения лампы регулировалась изменением напряжения питания при использовании разработанных вариантов схем стабилизации и регулирования потока излучения. Для облучателей на базе лампы типа PL мощностью 18 Вт в бактерицидной колбе с половиной колбы свободной от эритемного люминофора (соотношение энергетических потоков ФУФС : ФУФВ = 1 : 0,5 или Фбк : Фэ = 1 : 0,2) с помощью расчетных соотношений определялись зависимости эффективных потоков от доз в диапазоне до 1,6 бк и 0,3 эр.
Установлено, что энергоэкономичные облучатели повышенной эффективности - бактерицидные облучатели-озонаторы, в которых бактерицидные свойства излучения линии =254 нм усилены путем добавления более коротковолновой области УФС - озонообразующей спектральной линии =184,9 нм, инициирующей в воздухе фотохимические реакции образования озона в безопасных для человека концентрациях (0,1-0,2 ПДК), обеспечивают в животноводческом помещении комплексное облучение высокого качества
Проведены исследования облучателей-озонаторов с лампами ДРБ-8 (ДБ 36), использованных в установке для обработки воздуха с содержанием примеси аммиака и сероводорода. В результате одного цикла работы концентрация аммиака снижалась на 31%, концентрация сероводорода на 21%. Применение ЭПРА на базе тиристорного инвертора позволяет повысить энергоэкономичность описанных облучателей-озонаторов.
Таким образом, создание облучателей повышенной эффективности с ЭПРА и с малоинтенсивными источниками УФ излучения, осуществляющих профилактическое облучение от коротковолнового УФС и длинноволнового УФВ излучений или обеззараживание и дезодорирование с использованием близкого и дальнего УФС излучения, позволяет: решить проблему увеличения эффективности источников УФИ без повышения его мощности, т.е. без дополнительных энергетических затрат; снизить затраты на светотехническую арматуру и эксплуатационные расходы ОУ; осуществить регулирование качества излучения при изменении технологических режимов облучения для разных видов объектов.
Пятая глава посвящена программно-техническому обеспечению проектирования и эксплуатации облучательных приборов и установок.
Совокупность облучателей и световых приборов рассматривалась как единый облучательно-световой комплекс. Для проектирования облучательно-световых комплексов с заданными интегральными и спектральными параметрами оптических полей проведена разработка светотехнического программного обеспечения. Разработаны технические требования к проектированию облучательно-световых комплексов с заданными интегральными и спектральными характеристиками распределения излучения и оптимальным использованием электроэнергии, достигаемых путем определения эффективных кривых силы света (КСС) и кривых силы излучения (КСИ) для СП и ОП, выбором источников излучения по мощности и спектральному составу. Для сбора и контроля фотометрических данных об облучательных приборах и установках в процессе проектирования, производства, испытаний и эксплуатации были разработаны и изготовлены автоматизированные устройства сбора данных с программным обеспечением для их обработки.
В системной разработке ОП для облучения животных основной задачей проектирования является разработка профиля поверхности оптического устройства эффективно перераспределяющего излучение при обеспечении заданных светотехнических параметров ОП, а также высокого оптического и эксплуатационного КПД. В основу расчета профиля зеркального отражателя облучателя с цилиндрическим источником излучения положен метод заполнения заданной КСИ зональными, дополненный выражениями, описывающими зональные КСИ по действительной функции габаритной яркости. При расчете отражателей ОП с трубчатыми разрядными лампами низкого давления учитывался ряд параметров, таких как радиус лампы rл, высота отражателя от центра лампы h, начальный угол падения на отражатель 0, защитный угол (угол затенения), коэффициент отражения отражателя, а также заданная кривая силы излучения, графически изображающую зависимость I = f(), где — угол между направлением силы излучения и осью облучателя.
Сила излучения, Вт/ср, для выбранного шага изменения угла определялась по формуле:
(12)
где 
– i-я составляющая заданной КСИ при 
, где 
;
отр – угол охвата отражателя, в котором лучи от лампы отражаются от поверхности отражателя и распределяются в пространстве под облучателем в соответствии с заданной КСИ по зависимости = f(), град.
Профильная кривая зеркального отражателя может быть набрана рядом зон разной кривизны, имеющих общие нормали в граничных точках.
Уравнение, дающее зависимость между граничными радиус-векторами rj, rj+1, м, и полярными углами j, j+1, град, имеет вид:
(13)
где
(14)
Выражение для энергетической яркости, Вт/(м2.ср) зоны отражателя примет вид:
, (15)
где Io – сила излучения равнояркого цилиндрического тела, Вт/ср; rср j – средний радиус j-ой зоны, м; j – угол между нормалью к средней точке отрезка профильной кривой j-ой зоны и лучом, вдоль которого направлен радиус rср j, град; ’jk – угол (град) между лучом, вдоль которого направлен радиус rср j, и направлением луча, изменяющегося с шагом ’ от ’=00 до ’=’пред при этом 
, где 
.
Зональная сила излучения I определялась по закону Манжена.
Синтез профиля оптического устройства облучателя с цилиндрическим источником излучения был реализован с помощью программного обеспечения «LFM 3.1 – Syntesis», разработанного в ядре системы MATLAB.
В основу расчета профиля облучательного прибора (ОП) на базе ультрафиолет излучающих диодов (УФД) положен метод элементарных отображений. Применительно к излучающим диодам задача упрощается, так как за элементарное отображение (ЭО) можно принять ультрафиолет излучающий диод, имеющий конечные габаритные размеры. При этом использование численно-лучевых методов при построении задаваемой КСИ основывалось на известной КСИ УФД. Для модуля с УФД была выбрана полусфера. Расчеты сводились к определению радиуса полусферы для размещения необходимого количества УФД с целью получения заданной КСИ. При известном диаметре основания полуцилиндрических УФД d и заданном расстоянии между двумя соседними диодами 2а радиус. Угол между окружностями, на которых располагаются УФД (угол между зонами), определяется как = max/m, где max - максимальный угол излучения модуля, m – число зон. R полусферической поверхности модуля (м) можно определить по формуле:
, (16)
Тогда средний радиус соответствующей зоны rср k (м) – окружности, на которой расположены УФД, в плоскости перпендикулярной оси симметрии модуля можно определить по формуле:
(17)
где ср k - средний угол тороидной зоны, (град).
Расчет максимального количества УФД (nmax k), которое можно разместить в k-ой тороидной зоне, производился по формуле:
(18)
Зональные потоки определялись как произведение силы излучения в направлении ср k зоны и зонального телесного угла. Для расчета количества УФД в каждой зоне было использовано уравнение зональных лучистых потоков, в котором величина зональных потоков пропорциональна площади светлой части зоны.
В модуле с вогнутыми поверхностями существенное влияние на величину общего потока излучения модуля может оказывать взаимное расположение УФД. Для обеспечения минимизации перекрытия потоков излучения УФД корпусами смежных диодов с целью повышения КПД необходимо откорректировать значение радиуса при известном угле излучения УФД с использованием уравнения касательной, прямой выходящей из светового центра одного УФД к сферической части поверхности другого. Минимальный радиус окружности поверхности модуля R (м) можно определить по формуле:
(19)
Значение радиуса, полученное по формуле (19) сравнивается со значением, полученным по выражению (16). В процессе расчета происходит корректировка значения R при вычисленном с помощью уравнения касательной угле.
Синтез профиля полусферического облучательного прибора на основе УФД и светодиодов реализован с помощью программы «LFM 3.1 – LED» в ядре системы MATLAB.
В результате проведенных расчетов созданы и испытаны рабочие образцы облучателя с цилиндрическим источником излучения и светодиодного модуля. Количество светового потока вышедшего за пределы допусков расчетной КСС типа Г светодиодного модуля составили 15,4%, экспериментального – 10,1% (регламентируемое значение 20%).
Для ускорения процесса измерения и обработки фотометрических данных ОП при их проектировании было разработано автоматизированное устройство сбора фотометрических данных, на базе микроконтроллера (МК) семейства AVR фирмы «Atmel» с использованием программ, написанных в Borland Delphi 7, для организации обмена данными от приемника излучения, МК и ПК. Для преобразования аналогового сигнала от приемника ОИ в цифровой код используется встроенный в МК аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Блок согласования сигналов представляет собой операционный усилитель с инвертирующей схемой включения. Управление работой автоматизированного устройства осуществляется с помощью программного обеспечения, которое установлено на ПК. Считывание информационно-измерительного сигнала производится по шинам RS-232 (COM-порт) и I2C (LPT- порт). Регистрируемые данные сохраняются в файл в формате *. csv, который можно открыть в программе Microsoft Excel или в любой системе управления базами данных для дальнейшей обработки.
Для удобства представления полученных результатов в соответствии с ГОСТ 17677-82 была разработан комплект программ «Свет из Мордовии–LFM-Metr-IES», входящий в программный комплекс LFM 3.1. Главное окно комплекта программ содержит кнопки вызова программ: кнопка «RPТ» - для программы создания отчета в формате *.rpt, фотометрических данных ОП по ГОСТ 17877-82; кнопка «IES» - для программы формирования файла в формате IES. Файлы, записанные в формате *.ies (IESNA:LM-63-1995), могут быть загружены в различные компьютерные программы для проектировании осветительных установок.
Программно-техническое обеспечение для проектирования светотехнических установок включает программу расчета освещенности (облученности) – «LFM». Программа «LFM» является утилитарной, базируется на точечном методе расчета и использует принятые в упрощенных методах допущения. Базы данных (БД) для различных версий программ выполнены в различных системах: Microsoft Access и Paradox for Windows (версия 4.5 компании Borland). В основу концептуальной модели был положен принцип представления данных в соответствии с формой, принятой в каталогах отечественных предприятий-изготовителей светотехнической продукции. В качестве логической модели была принята реляционная модель данных, в которой объекты и связи между ними представляются в виде таблиц, при этом связи тоже рассматривались как объекты, то есть кроме описания структуры таблиц, задавались связи между таблицами. Запросы в базе формируются на языке структурированных запросов (SQL — Structured Query Language). Связь с программой расчета облучательной установки осуществляется с помощью технологии ODBC, позволяющей использовать БД, созданные приложением при помощи SQL. При выборе ОП возможен избирательный подход к техническим характеристикам: напряжению питания, типу источника света, типу ПРА, мощности, модификации ОП и др. Такой выбор осуществляется с помощью фильтра – программы выбора ОП по заданным параметрам. Вводимыми параметрами в окне интерфейса программы расчета являются: задаваемая средняя облученность, размеры помещения, высота подвеса, коэффициент запаса, коэффициент использования. Программа позволяет рассчитывать распределение облученности по рабочей поверхности. Результатом предварительного расчёта является необходимое число ОП, высота их подвеса при автоматическом размещении ОП. Корректировочные расчёты позволяют уточнить размещение и число ОП. Результаты расчета ОСУ выводятся на печать в описательном, в табличном и графическом представлении в форме именованного отчёта.
Модифицированная программа «LFM» для расчета облученности, используемая для проектирования облучательных установок, имеет дополнительный расчетный блок для определения спектрального распределения от источников излучения различного спектрального состава.
Алгоритмы расчета основывались на определении спектральных энергетических освещенностей в точках рабочей поверхности отдельно для каждого из близко расположенных источников: Формула для расчета спектральной энергетической освещенности от i-го ОП в точках рабочей поверхности имеет следующий вид:
(20)
где Фi() – спектральный поток излучения от i-го источников, Вт;, К3 – коэффициенты использования и запаса; h – высота подвеса над рабочей поверхностью, м; аi – расстояния от ОП до расчетной точки в проекции на горизонтальную плоскость, м.
Реализация алгоритмов в виде программы расчета спектрального распределения энергетической освещенности «LFM-Spectrum» выполнена в среде Delphi 7.
Для строящихся и реконструируемых животноводческих комплексов были разработаны основные этапы проектирования ОУ, определены основные техническим требования с указанием необходимых параметров расчета для проектирования ОСУ.
С целью образования единого облучательно-светового комплекса для создания благоприятной оптической среды в животноводческих помещениях расчет облучательных светотехнических установок был проведен после расчета осветительных установок с согласованием расположения светильников и облучателей. С помощью вычислительного эксперимента проанализировано несколько вариантов установок для типовых животноводческих помещений (проекты 801-275, 801-314, 801-315).
Компьютерная оптимизация облучательно-световых комплексов на основе новых светотехнических средств позволила выявить варианты ОУ с удельными мощностями в 1,5 раза меньшими, чем с использованием стандартных светильников, и ОСУ с удельными мощностями в 3,4 раза меньшими, чем с использованием стандартных облучателей. Так для светотехнических установок со стандартными светильниками ПВЛМ-ДОР-2х36 (КСС типа Д) удельные мощности составили 3,2-4 Вт/м2 при Еср/Емакс < 0,7, для опытных двухламповых светильников с ЛБЦТ-35 (КСС типа Ш1) – 2,5-2,9 Вт/м2 при Еср/Емакс > 0,9.Для случая экономного режима, действующего в течение периода с марта по октябрь с освещением от двух центральных рядов светильников: для ПВЛМ-ДОР-2х36 удельная мощность составляет 2 Вт/м2, СП с ЛБЦТ-35 - 1,45 Вт/м2. При оснащении телятника установкой для УФ профилактического облучения, действующей совместно с осветительной, облучателей, установленных в рядах между светильниками ПВЛМ-ДОР-2х36 потребуется примерно в полтора раза больше, чем с установкой с СП с лампами ЛБЦТ -35 (рис.4). В ОСУ при замене стандартных облучателей ЭСП01-30 с эритемными лампами мощностью 30 Вт опытными облучателями с разработанными лампами ЛЭБ-13 при отношении энергетических потоков для ламп с удельной нагрузкой 1,40 мг/см2 ФУФС : ФУФВ = 1 : 1,1 при том же времени облучения позволяет снизить удельные мощности и расход электроэнергии примерно в два раза.
Рис. 4. Зависимости удельной мощности установок от ширины
помещения: 1 – со светильниками ПВЛМ-ДОР-2х36, 2 – с опытными СП с ДНаТ-70 и 3 – СП с двумя ЛБЦТ -35 при высоте подвеса 2,8; 2,5; 2,2 м
Основной проблемой эксплуатации облучательных установок является поддержание постоянства дозы облучения. При снижении потока излучения в течение срока службы, загрязнения ламп, отклонения температуры окружающей среды от номинальной, отклонения напряжения питающей сети, повышенной влажности в животноводческих помещениях доза может уменьшится до значений, при которых облучение перестанет быть эффективным.
Для решения этой задачи разработано автоматизированное устройство контроля времени облучения в процессе эксплуатации. Автоматизированного устройство содержит следующие узлы: приёмник оптического излучения, датчик температуры, блок согласования сигналов, микроконтроллер семейства AVR фирмы «Atmel», интерфейс-адаптер RS-232, вторичный блок питания. Программное обеспечение, установленное на ПК, обеспечивает регистрацию показаний от датчиков с занесением в сводную таблицу с дальнейшей обработкой результатов измерений оператором. С помощью программы осуществляется сравнение текущего показания уровня облученности со значением облученности при нормальных условиях (температуры, влажности) с учетом спада лучистого потока в процессе срока службы, сравнение производится и с требуемой дозой облучения в соответствии с установленным временем облучения в сутки. В результате сравнения принимается одно их трех решений: о чистке ламп, изменении времени облучения, о замене ламп. При снижении облученности на 30%, необходимо увеличить время облучения также на 30%. В диапазоне значений облученностей не превышающих 30% от номинальных значений, стабилизацию потока излучения можно осуществлять за счет блока стабилизации ЭПРА.
Таким образом, программное обеспечение способствует созданию светотехнических установок с заданными контролируемыми в процессе эксплуатации значениями средних освещенностей и облученностей, с эффективными КСС и КСИ используемых осветительных и облучательных приборов, что способствует совершенствованию электротехнологий в животноводстве.
Шестая глава посвящена научно-производственным испытаниям разработанных облучательных светотехнических установок.
Целью комплексных исследований по совершенствованию фотобиологического технологического процесса при воздействии разрабатываемых технических средств облучения на сельскохозяйственных животных являлось установление аналитических зависимостей продуктивности телят (среднесуточных привесов) в сравнении с контрольной (необлучаемой) группой от эффективной дозы облучения для прогнозирования выхода дополнительного хозяйственного продукта в установленные зоотехнические сроки за счет повышения эффективности облучательных светотехнических установок.
В настоящей работе представлены результаты комплексных исследований биологической эффективности УФ облучения (УФО), генерируемого установками с высокочастотным питанием и комбинированными установками с излучением области УФВ, УФС и ИК. Биологическая эффективность оценивалась по функциональному развитию, состоянию здоровья молодняка КРС и в конечном итоге по приросту продуктивности животных. Параллельно проводилась оценка технико-эксплуатационных характеристик и экономических показателей разработанных светотехнических средств.
В составе масштабных комплексных исследований эксперимент проводился сериями опытов. Контроль биологических показателей осуществлялся гематологическими, биохимическими, биометрическими, физиологическими, этологическими методами.
Для обеспечения, сравнимости результатов экспериментов, поставленных в разных с.-х. помещениях на разных группах животных, условия проведения экспериментов контролировались по внешним переменным – показателям микроклимата с использованием зоогигиенических методов.
Продолжительность опыта составляла 3-3,5 месяца (в соответствии с рассматриваемым циклом выращивания). Суточный режим УФО представлял собой 3-х и 4-х кратные включения, управляемые автоматизированными устройствами управления.
Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики с помощью критериев значимости и с учетом корреляционных связей. Для идентификации объектов исследования применялись комплексные оценки с помощью методов корреляционного и регрессионного анализа.
Исследования эффективности применения высокочастотного питания реализуемого с помощью ЭПРА проводились в сравнении со стандартными облучателями с электромагнитными ПРА. Все группы облучались с суточной дозой 140 мэр.ч/м2.
В результате проведенного исследования было установлено, что применение ламп ЛЭР-40 с высокочастотным ЭПРА с блоком стабилизации потока излучения для ультрафиолетового облучения животных является более эффективным, чем с электромагнитным ПРА (привесы по сравнению с контролем в среднем составили соответственно 15 и 7%. Во втором опыте при отсутствии блока стабилизации привесы не имели значимых различий и в среднем были для ОП с ЭПРА 8%, для ОП с электромагнитным ПРА – 11%. выше, чем в контрольной группе. Во втором опыте параллельно исследовалась возможность прогнозирования привесов при помощи этологических (поведенческих) показателей. В результате анализа были получены достоверные значения коэффициентов корреляции и установлена умеренная (ближе к сильной) и сильная связь между привесами телят и индексами пищевой активности, а также индексом двигательной активности. Причем значения привесов на всем протяжении опыта вплоть до его окончания имеют сильные связи с индексами пищевой активности, определенными для контрольной группы в марте (в начале поставки опыта) и для опытной группы в апреле, то есть через месяц после начала воздействия ультрафиолетового излучения. Увеличение значения индекса пищевой активности телят в контрольной группе через месяц составляло 11,7%, в опытной группе 19,8%, соответственно для индекса двигательной активности – 23,1 и 58,5%. Существенное различие между указанными показателями говорит о высокой разрешающей способности метода в прогнозировании конечных привесов.
Исследования по применению комбинированного излучения УФВ и УФС проводились в несколько серий опытов при использовании разработанных ламп и облучателей с целью выявления возможности повышения продуктивности животных при сравнении со стандартными облучателями с лампами типа ЛЭ, а также типа ДБМ.
Значения эффективных доз определялись по средним значениям облученности, вычисленным с помощью компьютерных программ, и представлялись в двух системах единиц измерения мэр.ч/м2 (в соответствии с РТМ.3-381-73) и Дж/м2 (в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000). Например, «для ламп типа ЛЭ-30 средняя эффективная доза УФВ облучения составляла 36 мэр.ч/м2 (167 Дж/м2)».
Сравнительный анализ результатов исследований по воздействию излучения УФВ и УФС был проведен после уточненных расчетов с помощью программы расчета ОСУ для средних по площади на уровне спин животных значений облученностей и доз, рассчитанных по ФОСЭЭ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000 (табл.2).
Таблица 2. Среднесуточные привесы облучаемых животных по сравнению с
контролем в зависимости режимов и усредненных по площади доз облучения
на уровне спин животных (ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000)
| Место и время опыта | Используемые ОП и ИС | Дозы, Дж/м2 | Ср. сут. при- весы, % | ||
| DУФВ | DУФС | DУФВ+DУФС | Y | ||
| Совхоз "Россия" 90 | ЛЭ30 | 388 | 105,1 | ||
| ЛЭБ30 | 167 | 158 | 325 | 115,2 | |
| Учхоз МГУ 04 | ЛЭ30 | 384 | 109,1 | ||
| ДБМ30 | 504 | 115,3 | |||
| СПК "Садовод" 05 | ОЖ (ЛЭ15, ДБМ15) | 152 | 111 | 263 | 111,7 |
| ЛЭ30 | 622 | 116,3 | |||
| ДБМ30 | 760 | 124,6 | |||
| ЛЭБ30 | 622 | 760 | 1382 | 116,9 | |
| ООО"Кочкуров-ский"07 | ЭКСП06 (ЛЭБ15, ДБМ15) | 374 | 252 | 626 | 145,8 |
Из таблицы 2 можно установить, что при значениях суммарных доз выше 850 Дж/м2 наблюдается уменьшение привесов, связанное по-видимому с подавлением физиологических процессов живого организма при передозировке. Дальнейший анализ проведен для диапазона доз ниже критического значения. Для расчетных значений эффективных потоков, вычисленных по соответствующим функциям относительной спектральной эритемной эффективности (ФОСЭЭ) построены графики и получены линии регрессии (рис.5), представленные в виде математических зависимостей: зависимость эффективного потока от DУФВ+DУФС (по бимодальной ФОСЭЭ) DУФВ+DУФС (ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000) в виде степенной и линейной функции. Наибольшие привесы получены для экспериментального четырехлампового облучателя ЭКСП06. Режимы облучения: для 2хЛЭБ-15 – 3 часа ( 4-5; 12-13; 20-21 ч); при средней облученности в области УФВ 27 мэр/м2; 2хДБМ-15 5 часов (23-4 ч.) при средней облученности в области УФС 14 мВт/м2.
Для математического моделирования технологии УФО были получены зависимости привесов телят в возрасте до 6 месяцев от эффективной дозы облучения для различных ФОСЭЭ в диапазоне 0,7-1,8 Вт области УФВ и 0,4-1,4 Вт области УФС при высоте подвеса облучателей 0,82-1,2 м, при времени облучения 1 час и естественной (искусственной) освещенности 50-160 лк.
Из проведенного анализа можно сделать следующие заключения:
1) Технологический процесс облучения животных для ламп и облучателей с излучением в области УФВ и УФС, действующими совместно и отдельно, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000 описывается, соответственно, уравнениями:
(21)
(22)
где у – привесы облученных телят, % (за 100% приняты привесы необлученных животных); Dэф Г-2000 – эффективный поток, рассчитанный по ФОСЭЭ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000, Вт.
2) Технологический процесс облучения животных для ламп и облучателей с излучением в области УФВ и УФС, действующими совместно и отдельно, в соответствии с бимодальной ФОСЭЭ описывается, соответственно, уравнениями:
(23)
(24)
где у – привесы облученных телят, % (за 100% приняты привесы необлученных животных); Dэф бимод – эффективный поток, рассчитанный в соответствии с бимодальной ФОСЭЭ, Вт.
а) б)
Рис. 5. Зависимости привесов телят от суммарной дозы,
рассчитанной по ФОСЭЭ бимодальной с линейным трендом (а), в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000 с линейным трендом (б)
Регрессионный анализ по идентификации процесса облучения животных выражениями (21) - (24) проведен с оценкой воспроизводимости с помощью критерия Кохрена и оценкой адекватности с помощью критерия Фишера. Эксперимент с получением уравнений для привесов в зависимости от эффективных доз признан воспроизводимым, оценки привесов адекватными.
Наибольшие привесы по данным экспериментальных исследований получены при совместном (комбинированном) воздействии излучения области УФВ и УФС. Проведенный анализ показывает, что степень корреляции полученных уравнений регрессии для описания технологического процесса облучения телят с получением значений привесов в зависимости от эффективного потока высокая с коэффициентом детерминации R2 близким к единице. Однако для зависимостей потоков, вычисленных по стандартной ФОСЭЭ, от доз нет различия в тангенсе угла наклона для совместного и отдельного действия излучения области УФВ и УФС. Это не согласуется с коэффициентами 0,0994 и 0,0303 при Dэф в выражениях (21), (22). В тоже время как для потоков, вычисленных по бимодальной ФОСЭЭ, такое различие есть, что согласуется с коэффициентами 0,0999 и 0,0292 в выражениях (23), (24). С помощью бимодальной ФОСЭЭ теоретически найдено оптимальное соотношение доз области УФВ и УФС, подтвержденное экспериментально. В связи с этим целесообразно при значениях отношений эффективных доз области УФВ и УФС, вычисленных по стандартной ФОСЭЭ, превышающих 1,6, применить более детальный анализ с использованием выражения с бимодальной ФОСЭЭ (6).
Использование корреляционного метода анализа для показателей продуктивности телят, показателей роста и здоровья позволило выявить наиболее значимые с точки зрения прогнозирования конечного результата показатели роста и здоровья молодняка КРС. Для прогнозирования конечных привесов могут быть рекомендованы наиболее информативные поведенческие показатели. Отмечено положительное влияние облучения лампами с излучением УФС на иммунную систему, на что указывает значительное повышение гамма-глобулина в составе крови облучаемых животных по сравнению с животными контрольных групп.
В одном из опытов с облучателем ОЖ имел место значительный разброс привесов, связанный с обнаруженным в процессе опыта заболеванием (диспепсии). Вследствие этого появилась необходимость дифференцировать структуру данных и выявить внешние факторы, вызывающие существенные различия в полученных привесах. Наряду с основным регулируемым параметром (x1)– облученностью, в анализ был введен фактор, появившийся в результате патологии (x3) – число дней заболевания, варьирующихся у телят от 3 до 8. Были выделены два уровня заболеваемости нижний – 3-4 дня и верхний – 6-8 дней. Вторым внешним фактором (x2) являлся исходный вес телят – вес при рождении. На диапазон изменения веса были наложены ограничения и выделены две группы с весом 39-42 кг и 45-46 кг. Эксперимент определялся тремя независимыми переменными и одной зависимой и был классифицирован как многофакторный эксперимент типа 23. С использованием экспериментальных данных для нормированных переменных была построена линия регрессии:
y=11,285+0,63х1-0,951х3+0,554х1х2 -1,016х1х3+0,835х2х3 (25)
При выполнении условия Кохрена и критерия Фишера эксперимент был признан воспроизводимым, модель адекватной. Проведенный анализ позволил выявить особенности технологического процесса облучения телят на фоне патологии. Регрессионный анализ применен при сравнительных экспериментах для отдельного действия источников с излучением в области УФВ и УФС, в результате которого установлены значимые различия коэффициентов регрессии на отдельных стадия эксперимента.
Комплекс методов планирования и организации фотобиологического эксперимента при учете технических и биологических аспектов его проведения с привлечением эффективных методов анализа полученных результатов обеспечивает эффективный контроль и возможность прогнозирования показателей мясной продуктивности молодняка КРС.
В основу экономических расчетов было положено определение возможности получения максимальной прибыли от использования ОСУ. Проведен расчет влияния поголовья и продуктивности телят на выход продукции животноводства и расчет влияния категории упитанности телят на среднюю цену реализации С учетом эксплуатационных и приведенных затрат сравниваемых вариантов ОСУ вычислена себестоимость и прибыльность продаж мясной продукции. Получение прибыли для варианта с экспериментальным четырехламповым облучателем с излучением УФВ и УФС, говорит о возможности перехода к рентабельному производству мясной продукции.
На основании анализа планирования результатов производственной и сбытовой деятельности можно рекомендовать внедрение разработанных облучателей в производстве светотехнических предприятий.
Основные выводы и результаты работы
1. На основе теоретических, экспериментальных и прикладных результатов работы выработан комплексный подход к вопросам повышения эффективности светотехнических установок с использованием программного обеспечения для технологий освещения и облучения сельскохозяйственных животных, включающим лампы с учетом спектрального состава излучения и условий генерации разряда, облучательные приборы с учетом конструктивного исполнения, облучательные установки, используемые совместно с осветительными, с оптимизированными интегральными и спектральными характеристиками распределения энергетической освещенности при минимизации удельной мощности.
2. Разработаны математические модели для определения эффективного потока с помощью бимодальной функции относительной спектральной эритемной эффективности с учетом меняющихся в зависимости от доз соотношений между уровнями максимумов этой функции и стандартной функции эритемной эффективности в рабочем диапазоне доз профилактического УФО сельскохозяйственных животных; предложено оптимальное отношение энергетических доз (потоков) УФВ и УФС не превышающее 3.
3. Уточнена математическая модель для описания ртутного разряда низкого давления для определения электрических характеристик и эритемного потока источников УФИ и работы разрядной лампы с электронными пускорегулирующими аппаратами.
4. Отработаны конструктивные решения комплекта «ультрафиолетовая РЛНД - импульсный ЭПРА» на основе экспериментальных исследований и математического моделирования процессов, происходящих в РЛНД; получено повышение лучистой отдачи комплекта более, чем на 40% при реализации импульсного высокочастотного питания на частотах 30-50 кГц с регулированием уровня входного напряжения.
5. Созданы и защищены авторским свидетельством и патентами новые конструкции ультрафиолетовых РЛНД и облучательных приборов, позволяющие более, чем в 1,5 раза, увеличить эффективность, улучшить энергосберегающие и ресурсосберегающие свойства за счет расширения спектра излучения в области УФС, ведущие уменьшение мощности и габаритных размеров.
6. Выявлены на основе экспериментальных исследований с использованием гибких методик анализа качества и дисперсионного анализа пути повышения эффективности, качества, улучшения эксплуатационных характеристик ультрафиолетовых РЛНД при их производстве.
7. Созданы алгоритмы и программы расчета профиля отражателя для трубчатых ламп и модуля с ультрафиолет излучающими диодами, обеспечивающими требуемые светотехнические параметры приборов.
8. Разработаны принципы усовершенствования облучательных приборов и технические требования к проектированию светотехнических установок оптимального использования электроэнергии для животноводческих комплексов.
9. Разработаны концептуальная модель и алгоритмы программно-технического комплекса для проектирования осветительно-облучательных установок с получением интегральных и спектральных характеристик распределения энергетической освещенности в точках рабочей поверхности, а также контроля параметров при проектировании световых и облучательных приборов.
10. Проведена оптимизация параметров и режимов работы светотехнических установок с помощью разработанных светотехнических средств и программного обеспечения для расчета освещенности и облученности для обеспечения энергосберегающих технологий в сельскохозяйственном производстве при уменьшении удельной мощности в 1,5 и более раз по сравнению с существующими осветительными и облучательными установками.
11. Получены результаты экспериментальных исследований промежуточных биологических и зоотехнических показателей, а также конечных показателей продуктивности телят в зависимости от параметров спектра и доз воздействующего ультрафиолетового излучения.
12. Применен новый метод промежуточного контроля и прогнозирования показателей мясной продуктивности КРС.
13. Получено на основе теоретических и экспериментальных исследований с использованием корреляционного и регрессионного анализа математическое описание технологического процесса УФО молодняка КРС для контроля и прогнозирования мясной продуктивности с указанием области применимости стандартной и бимодальной функции относительной спектральной эритемной эффективности в зависимости от величины доз области УФС, УФВ и их соотношения.
14. Разработаны рекомендации по обеспечению технологического УФ облучения области УФС и УФВ от разработанных облучательных установок на базе новых светотехнических средств и автоматизированных устройств контроля эксплуатационных характеристик с использованием полученного математического описания, которое обеспечивает увеличение привесов от 15 до 45% по сравнению с необлученными животными.
15. Установлено, что при использовании разработанных ОСУ возможен переход к рентабельному производству мясной продукции с получением прибыли от продаж до 5%.
16. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в научно-исследовательских и проектных институтах, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях Республики Мордовия.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО
В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
- Коваленко О.Ю. О возможности применения перспективных источников излучения в осветительных и облучательных установках / О.Ю. Коваленко, В.В. Козырева // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. – 2008. – Вып. №4(29). – С. 9-13.
- Коваленко, О.Ю. Повышение эффективности оптического излучения в сельскохозяйственном производстве / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова // Механизация и электрификация сельского хозяйства.–2006.– №4. – С.18-20.
- Коваленко, О.Ю. Возможность использования оптического излучения для повышения производительности труда и оздоровления персонала в полиграфической промышленности / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова, М.Н. Паротькина // Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2007. – №1. – С. 26-29.
- Коваленко, О.Ю. Математическое моделирование воздействия оптического облучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, Н.И. Кирилин, С.А. Овчукова // Пути повыш. эффективн. функционир. механич. и энергетич. сист. в АПК: межвуз. сб. научн. тр. – Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. – с.118 – 122.
- Коваленко, О.Ю. Физические основы действия оптического излучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова // Свет без границ: Тезисы докладов VI Междун. светотех. конф. 19-21 сентября 2006 г.– Калининград, 2006. – С. 60.
- Коваленко, О.Ю. Основы действия оптического излучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова, С.А. Микаева // Инженерная физика. – 2008. – №2. –С.43-48.
- Коваленко, О.Ю. Облучение сельскохозяйственных животных для повышения их продуктивности / О.Ю. Коваленко // Светотехника. – 2004. – №5. – С.18-22.
- А. с. 1749950 СССР. МКИ3 Н 01 J 61/42. Газоразрядная лампа низкого давления с комбинированным излучением./ Коваленко О.Ю., Кокинова С.Я., Дадонов В.Ф., Овчукова С.А., Прикупец Л.Б. (Россия). – №4882061; заявл.16.11.90; опубл.22.03.92, Бюл. №27. – 3 с.: ил.
- Пат. 2163407 РФ. МПК7 Н 01 J 61/42. Газоразрядная лампа низкого давления / Ашрятов А.А., Коваленко О.Ю., Овчукова С.А. (Россия). – №99116802/09; заявл. 03.08.1999; опубл.20.02.2001, Бюл. №5. – 3 с.: ил.
- Коваленко, О.Ю. Новые возможности повышения эффективности эритемных ламп /О.Ю. Коваленко, В.Ф. Дадонов//Светотехника.–2008.– №2.–С.43-44.
- Коваленко, О.Ю. Некоторые аспекты совершенствования ультрафиолетовых разрядных ламп низкого давления для целей облучения животных / О.Ю. Коваленко. – Вестник МЭИ. – 2008. – №4. – С.99-101.
- Коваленко, О.Ю. Влияние высокочастотного импульсного питания на лучистую отдачу эритемных люминесцентных ламп / О.Ю. Коваленко // Тез. докл. тр. II Междун. светотехн. конф. 27 мая, 1995. – Суздаль,1995. – с.167.
- Коваленко, О.Ю. Применение эритемно-бактерицидных ламп для ультрафиолетовых облучателей / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов, В.Н. Миронов, В. А. Здоровинин // Тез. докл. научн. конф. Огаревские чтения. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1991.– с.107-109.
- Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовое облучение телят раннего возраста новыми эритемно-бактерицидными газоразрядными лампами // Функцион. морфология, болезни плодов и новорожд. животных: межвуз. сб. науч. тр. / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов, В.Н. Миронов, В. А. Здоровинин – Саранск: Изд. Мордов. ун-та, 1993.– с.107-110.
- Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовые лампы при импульсном высокочастотном питании / О.Ю.Коваленко, В.К.Самородов, А.В. Кудряшов // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. 23-24 окт. 2008 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С.66-67.
- Коваленко, О.Ю. К расчету потока излучения резонансных линий ртути в лампе НД, включаемой с электронным импульсным ПРА / О.Ю. Коваленко // Тез. докл. III Междунар. светотех. конф. 9-12 июня, 1997. – Н.-Новгород, 1997. – с.122.
- Коваленко, О.Ю. Повышение лучистой отдачи разрядных ламп низкого давления и стабилизация потока излучения в облучательных приборах / О.Ю. Коваленко, С.А. Микаева // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2007. – №12. – С.36-39.
- Коваленко, О.Ю. Параметры светотехнической установки для предпосевной обработки семян / О.Ю. Коваленко, А.В. Иванцев, С.В. Усанова // Механизация и электрификация сельского хозяйства.–1996. – № 5. – с.15-16.
- Коваленко, О.Ю. Светотехническая установка - имитатор Солнца / О.Ю. Коваленко, А.С. Иванцев, С.В. Усанова // Осветление' 96: тез. докл. тр. Междунар. светотехн. конфер. 9-11 октября, 1996 г. – Варна, Болгария, 1996. – с.36.
- Пат. 36934 РФ. МПК7 А01К 1/00. Устройство для облучения сельскохозяйственных животных / Костюченко С.В, Красночуб А.В., Васерман А.Л., Фомин В.В., Коваленко О.Ю. (Россия). – №2003135020/20; заявл. 04.12.2003; опубл. 10.04.2004, Бюл. №10. – 4 с.: ил.
- Пат.66888 РФ. МПК7 А01К 1/00. Устройство для облучения сельскохозяйственных животных / Ашрятов А.А., Коваленко О.Ю., Захаржевский О.А., Панфилов С.А. (Россия). – №2007119597/22; заявл. 25.05.2007; опубл. 10.10.2007, Бюл. №28. – 3 с.: ил.
- Коваленко, О.Ю. Облучатель для животноводства / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов, Е.Е. Молчанова // Пробл. и перспект. развития отеч. светотех., электротех. и энергетики: сб. научн. тр. IV Всерос. научн.-техн. конф. – Саранск: СВМО, 2006. – С. 110-114.
- Коваленко, О.Ю. Новые системы освещения и облучения в животноводческих помещениях / О.Ю. Коваленко, Л.К Алферова., О.А. Косицын, С.А. Овчукова // Экология и с.-х. техника. СЗНИИМССХ: Матер. II научн.-техн. конф. 25-27 апр., 2000 г. – Т.3.– СПб.,2000. – с.47-49.
- Коваленко, О.Ю. Облучатели нового поколения / О.Ю. Коваленко, Л.К. Алферова, С.А. Овчукова // Повыш. эффект. использ. с.- х. техники: Инф. вест. дисс. сов. Д063.72.04. – Вып.5. – Саранск, 2000. – с.36-40.
- Коваленко, О.Ю. Применение облучателей нового поколения / О.Ю. Коваленко, Л.К. Алферова, С.А. Овчукова // Светоиз. системы. Эффективность и применение: сб. науч. тр. III Всерос. науч.-техн. конф.– Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – с.55-56.
- Коваленко, О.Ю. Автоматическое регулирование освещения сельскохозяйственных помещений / О.Ю. Коваленко, Г.Н. Горбачев, С.А. Овчукова, А.А. Ашрятов //Сб. научн. тр. ученых Мордов. ун-та.– Саранск: СВМО, 1999.–с.10-13.
- Коваленко, О.Ю. Модельный синтез профиля отражателя по заданной КСС / О.Ю. Коваленко, В.В.Афонин, О.А. Захаржевский // Пробл. и перспект. развития отеч. светотех., электротех. и энергетики: сб. науч. тр.IV Всерос. научн.-техн. конф. – Саранск: СВМО, 2006. – С. 124-130.
- Коваленко, О.Ю. Параметрическая оптимизация профиля зеркального отражателя / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. V Всерос. науч.-технич. конф. 25-26 окт. 2007 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – С.153-156.
- Коваленко, О.Ю. Синтез профиля отражателя осветительного прибора по задаваемой кривой силы света в ядре системы MATLAB / О.Ю. Коваленко, В.В.Афонин, О.А. Захаржевский // Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB: Тр. III Всероссийск. научн. конф.–СПб., 2007.– С.65-74.
- Коваленко, О.Ю. К проблеме синтеза светодиодного модуля. / О.Ю.Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Проблемы и перспективы развитечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-технич. конф. 23-24 окт. 2008 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С.38-41.
- Коваленко, О.Ю. Моделирование светодиодного модуля по заданной кривой силы света / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM: сб. статей II Междунар. научно-практич. конф.– Пенза: АНОО «Приволжский Дом знаний», 2008. – С.30-33.
- Коваленко О.Ю. Расчет модуля с ультрафиолетизлучающими диодами / О.Ю. Коваленко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 12. – с.24-25.
- Коваленко, О.Ю. Методика проектирования полусферического светодиодного модуля / О.Ю. Коваленко, О.В. Пивкин, С.А. Панфилов // Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза: матер. междунар. научн. конф.– Ч.5. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. – С. 20-23.
- Коваленко, О.Ю. Определение потерь светового потока в светодиодном модуле / О.Ю. Коваленко, И.Г. Башмаков, О.В. Пивкин // Естественно-научные исследования: теории, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. – Саранск: Ковылк. тип. – 2008. – Вып. VI. – С.3-8
- Коваленко, О.Ю. Программно-аппаратные средства измерения светотехнических характеристик световых и облучательных приборов и установок / О.Ю. Коваленко, О.В. Пивкин, С.А. Микаева // Инженерная физика. – 2008. – №2. – С.40-42.
- Свид. 2007610137 РФ. Программа для создания отчёта о светотехнических измерениях параметров светильников по ГОСТ 17677-82 и для формирования файла параметров светильников по стандарту IESNA:LM-63-1995 (LFM-Metr-IES) /Панфилов С.А., Коваленко О.Ю., Захаржевский О.А., Кондратьев А.Ю., Шпиндлер И.Р.(Россия).– №2006613644; заявл. 26.10.06; зарег. 9.01.07.– С.35.
- Свид. 2005612861 РФ. Программа расчета освещенности в помещении со свободным расположением источников света /Панфилов С.А., Коваленко О.Ю., Захаржевский О.А., Савкина А.В., Чирясов К.Г., Соломкин А.В., Морозов Е.И., Кошелев Д.А. (Россия). – №2005612391; заявл. 16.09.05; зарег. 3.11.05. – С. 73.
- Коваленко, О.Ю. Разработка базы данных для светотехнических расчетов / О.Ю. Коваленко, С.Д. Богатырев, А.В. Савкина, О.А. Захаржевский // Свет и прогресс: тез. докл. V Междунар. светотехнич. конференц. 2-5 сентября 2003 г. – СПб., 2003. – с.46-48.
- Коваленко, О.Ю. Комплект программ «LFM-METR-IES» для записи измерений параметров светильников в файл формата IES / О.Ю. Коваленко, С.А. Панфилов, О.А. Захаржевский // Матер. научн. конф. ХХХV Огаревские чтения.: в 2 ч. – Ч 2. Естественные и технические науки. 4-9 декабря 2006 г. – Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – С. 227-229.
- Коваленко, О.Ю. Формирование базы данных программного комплекса для расчета облучательных установок / О.Ю Коваленко // Математич. моделиров.: технолог. процессы и научн. исследования: межвуз. сб. науч. тр.– Саранск: Ковылк. тип., 2003. – Вып.2. – с. 133 – 135.
- Коваленко, О.Ю. Программно-аппаратный комплекс системы проектирования осветительных приборов и установок / О.Ю. Коваленко, С.А. Панфилов, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин, О.В. Пивкин // Пробл. и перспект. разв. отечеств. светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. V Всерос. науч.-техн. конф. 25-26 окт. 2007 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – С.118-122.
- Коваленко, О.Ю. Компьютерный расчет облучательных установок в с.-х. производстве / О.Ю. Коваленко, А.А. Спирин, О.А. Захаржевский, А.В. Савкина // Наука и инновации в Республике Мордовия: матер. IV начн.-практ. конф. 22-24 дек. 2004 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С.340-343.
- Коваленко, О.Ю. К расчету результирующего спектра от двух типов источников различной цветности / О.Ю. Коваленко // Сб. науч. тр. III конф. молодых ученых МГУ 22 – 24 апреля 1998 г. – Саранск, 1998. – с.182.
- Коваленко, О.Ю. Методика определения спектральных характеристик смешанного излучения от двух источников света / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова // Обеспеч. надежности машин при эксплуат. и ремонте: матер. Всерос. научн. техн. конф. 27-28 ноября 1998 г. – Саранск, 1998. – С.26-27.
- Коваленко, О.Ю. Сравнительные характеристики результирующих спектров от двух источников света в осветительных установках для освещения промышленных помещений / О.Ю. Коваленко // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники: сб. науч. тр. Всерос. научн.-техн. конф.– Саранск: СВМО. 2002. – С.182-184.
- Коваленко, О.Ю. Основные требования и необходимые параметры для проектирования облучательных установок / О.Ю. Коваленко, Ю.И. Шатилов // Энергосберегающие технологии и системы в АПК: межвуз. сб. науч. тр. – Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. – с. 64-67.
- Коваленко, О.Ю. К расчету локализованной облучательной установки с эритемно-бактерицидными лампами / О.Ю. Коваленко // Технич. обеспечение перспек. технологий: сб. науч. тр. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1995. – с.181-187.
- Коваленко, О.Ю. Расчет комбинированного спектра от светотехнической установки для животноводческих помещений /О.Ю.Коваленко, А.А. Умняшкин // Фундамент. и прикладн. проблемы физики полупров. и источн. света: тез. докл.V Всерос. конф. 16-18 апр. 2007 г.– Саранск: Мордов. гос. пед. ин-т, 2007. – С.8.
- Коваленко, О.Ю. Модернизация осветительной установки / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов, О.А. Захаржевский // Пробл. и перспек. развит. отечеств. светотехники: сб. науч. тр. II Всерос. научн.-техн. конф. – Саранск: СВМО, 2004. – С. 18-22.
- Коваленко, О.Ю. Эффективность компьютерного проектирования освещения / О.Ю. Коваленко, С.А. Панфилов, О.А. Захаржевский, А.А. Ашрятов, Д.А. Кошелев // Наука и инновации в Республике Мордовия: матер. IV начн.-практ. конф. 22-24 дек. 2004 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С. 343-347.
- Коваленко, О.Ю. Компьютерные технологии для энергосбережения в освещении / О.Ю. Коваленко, С.А. Панфилов, О.А. Захаржевский, А.Б. Бартанов, А.А. Спирин // Наука и инновации Республики Мордовия: матер. III респ. научн.-практ. конф. 25-26 дек. 2003 г. – Ч.1. Техн. науки.– Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. – с.106-109.
- Коваленко, О.Ю. Компьютерные технологии – светотехнике Мордовии / Коваленко О.Ю., Панфилов С.А., Захаржевский О.А., Афонин В.В., Страдин Ю.А. // Наука и инновации в Республике Мордовия: матер. VI респуб. научн.- практ. конф. 8-9 февр., 2007 г. – Саранск, 2007. – С.490-492.
- Коваленко, О.Ю. Программное обеспечение для расчета облучательных установок / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, А.А. Спирин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2006. – №9. – С.14-15.
- Коваленко, О.Ю. Возможности повышения эффективности осветительных и облучательных установок в животноводстве / О.Ю. Коваленко // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. – 2008. – Вып. №3(28). – С. 39-42.
- Коваленко, О.Ю. Информационно-измерительные приборы, установки и системы / О.Ю. Коваленко, С.А. Микаева, К.А. Польдяев // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2008.– №3. – С.18-22.
- Коваленко, О.Ю. Устройство для измерения температуры от источников лучистой энергии с использованием микроконтроллера / О.Ю. Коваленко, П.А. Ивойлов, С.А. Панфилов // Пробл. и перспек. развит. отечеств. светотехники: сб. науч. тр. II Всерос.научн.-техн. конф. - Саранск: СВМО, 2004. – С. 103-105.
- Коваленко, О.Ю. Исследование влияния изменения концентрации вредных газов в обрабатываемом воздухе на эффективность дезодорации окислительно-абсорбционным способом / О.Ю. Коваленко, Ю.И. Шатилов // Энергосберегающие технологии и системы в АПК: межвуз. сб. науч. тр. – Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. – с. 67-70.
- Коваленко, О.Ю. Контроль характеристик облучения / О.Ю. Коваленко, О.В. Пивкин, С.А. Панфилов // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. 23-24 окт. 2008 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С.134-136.
- Коваленко, О.Ю. Новый критерий оценки эффективности облучательной установки на базе РЛВД в животноводческих комплексах / О.Ю. Коваленко., С.А. Овчукова, Г.А. Петрова // Свет и прогресс: тез. докл. V Междунар. светотехнич. конф. 2-5 сентября 2003 г. – СПб., 2003. – с.74-75.
- Коваленко, О.Ю. Использование программного обеспечения по планированию и статистической обработке измерительного эксперимента / О.Ю. Коваленко, А.В. Савкина // Учебный эксперимент в высшей школе. Саранск: МГПИ, 2003. – Вып.1. – с.12-16.
- Коваленко О.Ю. Об информационных технологиях в образовании / О.Ю. Коваленко, С.А. Панфилов, Н.Р. Некрасова, О.А. Захаржевский, О.В. Пивкин // Стратегия качества в промышленности и образовании: матер. IV Междунар. конф. 30 мая -5 июня 2008 г. в 2 т. – Т.2. – Варна, Болгария: ТУ-Варна, 2008. – С.683-686.
- Коваленко, О.Ю. Применение новых эритемно-бактерицидных ламп для облучательных установок в животноводстве / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов // Современ. проблемы в животноводстве: Матер. междунар конф.– Казань. 2000. –с.187-189.
- Коваленко, О.Ю. Экспериментальная светотехническая установка с переменным соотношением эритемного и бактерицидного потоков / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов // Тез. докл.4 Всерос. с междунар. учас. совещ. МИСЭПСИ-4 10-12 декабря, 1996 г. – Саранск, 1996. – С.10.
- Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовые газоразрядные лампы низкого давления в комплекте с полупроводниковым ПРА для облучения с.-х. животных / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов // Светоизлучающ. системы. Эффективн. и применение: сб. науч. тр. II Всерос. науч.-тех. конф. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. – с.86.
- Коваленко, О.Ю. О возможности повышения эффективности УФ облучения с.х. животных и оперативного контроля качества облучения / О.Ю. Коваленко // Светоизлуч. систмы, эффективн. и применение: тез. докл. I Всерос. научн.- техн. конф.– Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1994. – с.32-33.
- Коваленко, О.Ю. Облучательная установка с эритемными и бактерицидными лампами для облучения телят и обеззараживания животноводческих помещений / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов, О.А. Захаржевский // Пробл. и перспект. разв. отечеств. светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. Всерос. науч.-технич. конф. 25-26 окт. 2007 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – С.146-148.
- Коваленко, О.Ю. Влияние различных спектров ультрафиолетового облучения на рост и развитие молодняка крупного рогатого скота / О.Ю. Коваленко, В.И. Ерофеев, П.А. Сарычев, Л.П. Антошина // Ресурсосбер. экологич. безопас. технолог. получения с.-х. продукции: Матер. республ. научн.-практ. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С.68-71.
- Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовое облучение молодняка крупного рогатого скота эритемно-бактерицидными лампами / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова, Е.Н. Живописцев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1999. – № 8. – с.7-9.
- Коваленко, О.Ю. Комбинированное облучение молодняка крупного рогатого скота / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов, П.А. Сарычев, Л.П. Антошина, О.В. Пивкин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – №9. – С.19-21.
