一种荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法

1.本发明属于超声驱虫领域，尤其涉及一种荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法。


背景技术：

2.目前，沙生树苗可以降低地面水分蒸发量，降低荒漠的干旱程度，并减少荒漠浮沙量，改善沙漠植物的生存环境，其正常生长对于荒漠治理具有十分重要的作用。对于沙生树苗成长威胁最大的主要是鼠害，它们啃食树皮、咬断树枝、咬断根系，对沙生树苗的成活构成了严重威胁。
3.目前治理沙生树苗鼠害的主要手段有捕鼠夹法和化学药剂防治法。捕鼠夹法是将捕鼠夹放置于大沙鼠等沙漠鼠类的洞口，鼠类会绕开布有捕鼠夹的洞口选择别的洞口进行活动，因此靠人工防治或器械防治的效果非常有限，且会消耗大量的人力。长期以来，化学药剂防治法是荒漠鼠害防治的主要手段，虽然短期内效果立竿见影，但由于化学药剂带有毒性，使用时容易引起人、畜和其他野生动物中毒，严重破坏生态平衡，不宜作为荒漠鼠害治理的根本解决方法。
4.超声波驱鼠是一种利用超声波使大沙鼠等荒漠鼠类产生生理、心理不适，刺激鼠类感觉到威胁与不安，创造鼠类无法生存的环境，迫使鼠类自动迁移，远离被保护沙生树苗的物理防治手段。目前超声波驱鼠装置往往采用刚性换能器向一固定区域发射超声波，由于超声波具有较强的指向性，导致其有效声场为一有限区域，在此区域外很难阻止鼠类靠近沙生树苗，所起的保护作用存在盲区，而要实现全方位空间范围覆盖，则会要求在多个方向同时布设多个超声波驱鼠装置，使用过程繁琐，设备成本高，且需要大量人力去布设与维护，直接导致实际应用存在较大难度的现实问题。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
6.传统超声波驱鼠装置由于超声波的指向性传播只能在局部区域内有效驱鼠，要实现全方位驱鼠只能通过多个方向布设多个超声波驱鼠装置的方式来实现，使用过程繁琐，设备成本高，且需要大量人力去布设与维护，直接导致实际应用存在较大难度的现实问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法。
8.本发明是这样实现的，一种荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法，所述方法采用的装置包括：
9.太阳能电池板，用于将太阳光能转化为电能；
10.电源控制器，用于控制所述太阳能电池板向蓄电池充电，以及控制蓄电池放电以向太阳能沙生树苗超声驱鼠装置提供电能；
11.蓄电池，用于存储电能，同时为太阳能沙生树苗超声驱鼠装置提供电能；
12.红外传感器，用于检测是否有生物靠近被保护的沙生树苗，并输出对应的电信号；
13.信号处理器，用于控制输出超声波波形、定期更换驱鼠波形以及切换装置工作模式，并向功率放大器输出超声频段电信号；
14.功率放大器，用于对所述超声频段电信号进行功率放大。
15.柔性换能器阵，用于将所述功率放大器输出的超声频段电信号转化为超声波信号，并向外发射，形成超声波场。
16.进一步，所述信号处理器为信号处理器(dsp)、嵌入式系统(arm)或现场可编程逻辑门阵列(fpga)中的一种；所述超声频段电信号的频段范围为20～55khz，波形为固定频率波形或扫频波形，所述固定频率波形及扫频波形由信号处理器预存波形样本提供，或通过波形生成函数产生。
17.进一步，所述信号处理器定期更换的驱鼠波形采用随机提取预存波形库中的波形样本或随机产生，1个月内不使用重复的波形。
18.进一步，所述太阳能沙生树苗超声驱鼠装置的工作模式包括正常模式和强声模式，处于所述正常模式时，所述信号处理器以额定功率输出超声波，所述红外传感器输出电信号到信号处理器中，当所述电信号的强度超过强声模式切换阈值时，所述信号处理器将装置的工作模式从正常模式切换到强声模式，并以最大功率输出超声波；当所述红外传感器输出的电信号小于强声模式切换阈值时，控制装置切换回正常模式，强声模式工作时长不超过装置最大功率输出安全时间的1/3。
19.进一步，所述柔性换能器阵由柔性基板、多个换能器单元、联接线和接线器组成，通过扎带、绳索方式固定于沙生树苗树干上；
20.所述柔性基板由具有防水能力的绝缘材料制成；
21.所述多个换能器单元由锆钛酸铅压电陶瓷(pzt)或聚偏二氟乙烯(pvdf)膜材料制成，为圆形或正方形，通过粘结剂粘结于所述柔性基板上，并以规则阵列的方式排布；
22.所述联接线用于将所述换能器单元连接到所述接线器上；
23.所述接线器与所述功率放大器的输出端联接。
24.进一步，所述柔性换能器阵中相邻换能器单元在x方向的间距为dx，d《dx≤1.2d；在y方向的间距为dy，dy≤1.2d，每列换能器阵元通过并联或串联的方式形成一组；其中，d表示特征尺寸，为所述换能器单元的直径或边长。
25.本发明提供一种实施所述荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法，所述荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法包括：
26.初始化太阳能沙生树苗超声驱鼠装置，设置驱鼠波形更换周期，设置为3天，同时设置波形生成方式为预置波形方式或调用波形生成函数随机生成驱鼠波形方式；
27.利用红外传感器检测是否有生物靠近，当红外传感器输出的电信号小于强声模式切换阈值时则没有生物靠近，进入正常模式；当超过强声模式切换阈值时则有生物靠近，进入强声模式，信号处理器自动调用预存驱鼠波形或调用波形生成函数随机生成驱鼠超声波形，对鼠类或其它生物进行有效驱离；
28.同时，信号处理器检测是否到波形切换周期，如果是，则切换波形，不是则正常运行；以及检测是否有停止按键被按下，如果被按下则终止程序执行，如果没有被按下，则继续检测。
29.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
30.本发明利用柔性换能器阵可以灵活弯曲的特点，将沙生树苗近地树干上包裹一圈柔性换能器阵，从而形成一个绕树干360
°
分布的超声声场，实现在一定高度范围内水平方向的全向驱鼠作用场，进而解决刚性换能器只能在其前面有限区域内形成超声驱鼠声场，无法对此声场外的区域进行有效驱鼠的固有缺陷。
31.本发明通过柔性换能器阵包裹沙生树苗近地树干产生全向声场，实现水平方向360
°
无死角驱鼠，由太阳能及蓄电池供电能长期持续驱鼠，通过定期切换驱鼠声波可避免鼠类产生适应性，在设备未坏前基本无需维护，使用方便，是一种纯物理驱鼠装置，不会引起人、畜和其他野生动物中毒而破坏生态。
32.本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明公开的荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法采用柔性换能器阵有效解决传统装置的技术难题，利用柔性换能器阵实现全方位无死角驱鼠，为荒漠治理提供了新的思路，具有一定的实用价值和商用价值。
33.本发明提供一种荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法，以解决传统超声波驱鼠装置由于超声波的指向性传播只能在局部区域内有效驱鼠，要实现全方位驱鼠只能通过多个方向布设多个超声波驱鼠装置的方式来实现，使用过程繁琐，设备成本高，且需要大量人力去布设与维护，直接导致实际应用存在较大难度的现实问题，为荒漠治理中有效驱离鼠类，保证沙生树苗正常成长提供了有效技术手段。
附图说明
34.图1是本发明实施例提供的荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法系统图；
35.图2是本发明实施例提供的柔性换能器阵结构图；
36.图3是本发明实施例提供的采用条形单元的柔性换能器阵结构图；
37.图4是本发明实施例提供的信号处理器的处理流程图；
38.图中：1、太阳能电池板；2、电源控制器；3、蓄电池；4、信号处理器；5、功率放大器；6、柔性换能器阵；601、柔性基板；602、换能器单元；603、联接线；604、接线器；7、红外传感器。。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
41.如图1所示，本发明实施例提供的荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法采用的装置由太阳能电池板1、电源控制器2、蓄电池3、信号处理器4、功率放大器5、柔性换能器阵6和红外传感器7组成。
42.所述太阳能电池板1，用于将太阳光能转化为电能，在电源控制器2的控制下将电
能输送到蓄电池3中进行存储。
43.所述电源控制器2控制蓄电池3向信号处理器4、功率放大器5供电。
44.所述信号处理器4由信号处理器(dsp)、嵌入式系统(arm)或现场可编程逻辑门阵列(fpga)等信号处理器件中的一种实现，产生20～55khz范围内的超声频段电信号，电信号的波形为具有固定频率的方波、正弦波、三角波或其它规则波形，或为20～55khz频段范围内的某个频段此类波形的一种或多种组合的扫频波形，固定频率波形及扫频波形由信号处理器4预存波形样本提供，或通过波形生成函数实时产生。
45.所述信号处理器4定期更换驱鼠超声波形，更换的超声波形采用随机提取预存波形库中的波形样本，或通过波形生成函数通过频率、幅值、基本波形种类等随机参数产生，且须保证与被更换的波形不同，在每次更换波形时，检索已使用过的波形记录，保证在1个月内不使用重复的波形。
46.所述信号处理器4同时控制太阳能沙生树苗超声驱鼠装置的工作模式，平时一般工作在正常模式下，该工作模式下系统以额定功率输出超声波，红外传感器7通过生物产生的红外信号检测是否有生物靠近被保护的沙生树苗，并输出对应的电信号到信号处理器4中，当该电信号的强度超过典型大沙鼠靠近该红外传感器0.5m处产生的红外传感器输出电信号强度(即强声模式切换阈值)时，信号处理器4将系统的工作模式从正常模式切换到强声模式，并以系统的最大功率输出超声波，并在红外传感器检测信号小于强声模式切换阈值时将强声模式切换到正常模式，一般强声模式工作时长不超过系统最大功率输出安全时间的1/3。信号处理器4通过控制输出波形、定期更换驱鼠波形、切换工作模式来管控太阳能沙生树苗超声驱鼠装置工作，并确定其当前工作模式，并向功率放大器5输出当前驱鼠电信号。
47.所述功率放大器5主要由d类、e类或t类功率放大器，以保证功放具有较高效率。功率放大器5将信号处理器4发送来的超声频段驱鼠波形放大后，驱动柔性换能器阵6将产生与超声频段驱鼠波形对应的超声波，并将其向空气中发射。
48.所述柔性换能器阵6在使用时一般采用包裹沙生树苗树干的方式，通过扎带、绳索等方式固定于沙生树苗树干上，因此可以产生绕树干360
°
范围内的全向超声声场，并对此声场区域内的鼠类或其它生物进行有效驱离。
49.柔性换能器阵6的结构如图2所示，柔性换能器阵6由柔性基板601、换能器单元602、联接线603和接线器604组成。所述柔性基板601由具有防水能力的绝缘材料，如橡胶等制成。所述换能器单元602由锆钛酸铅压电陶瓷(pzt)或聚偏二氟乙烯(pvdf)膜等具有压电效应的材料制成，通过粘结剂粘结于柔性基板601上，并以规则阵列的方式在柔性基板601上排布。两个相邻换能器阵元602在x方向的间距为dx，在y方向的间距为dy。所述换能器单元602采用正方形、圆形等规则外形，以圆形直径或正方形边长为其特征尺寸，以d表示。相邻换能器单元602间距dx不能太大，须保证d《dx≤1.2d。在y方向上，相邻换能器单元602间距dy≤1.2d，即y方向上阵元可以连接到一起，在该方向上形成条形阵列结构。在y方向上，每列换能器阵元通过并联或串联的方式形成一组，每组换能器通过联接线603接到接线器604上。接线器604与功率放大器5的输出端联接。
50.采用条形单元的柔性换能器阵结构如图3所示。在该结构中，换能器阵元不再是圆形或正方形结构，而是条件结构。采用pzt等硬质换能器材料时，该类柔性换能器阵只能沿x
方向卷曲包裹于沙生树苗树干上。
51.为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
52.本发明还提供了一种应用所述荒漠治理中的太阳能沙生树苗超声驱鼠方法，具体过程如图4所示：
53.太阳能沙生树苗超声驱鼠装置开机时，首先进行系统的初始化，初始化可以设置驱鼠波形更换周期，一般设置为3天，也可以根据用户需要自定义，由信号处理系统输入设置即可，同时设置波形生成方式为预置波形方式或调用波形生成函数随机生成驱鼠波形方式。接下来进行生物靠近检测，当红外传感器输入信号小于强声切换阈值时进入正常工作模式，当超过该阈值时进入强声模式，信号处理器自动调用预存驱鼠波形或调用波形生成函数随机生成驱鼠超声波形。然后信号处理器检测是否停止按键被按下，如果被按下则终止程序执行，如果没有被按下，则回到检测生物是否靠近程序段继续执行。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。