Светотехнические установки для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный консультант Ведущая организация Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.117.13. к.т.н., доцент Кошин И.Н. Целью работы Объектом исследования Предметом исследования Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы. Научная новизна работы Практическая ценность и научная полезность результатов диссертационной работы. Реализация и внедрение результатов работы. Апробация работы. Объем и структура диссертации. Личный вклад автора. Первая глава Вторая глава Фэф бимод Фэф бимод Третья глава R – радиус трубки, см; Р Четвертая глава ... Полное содержание

Подобный материал:

• Канд с. Х наук, доцент О. Ю. Петров Актуальность, 19.83kb.
• Примерная программа современные проблемы зоотехнии Рекомендуется для направления подготовки, 274.57kb.
• Научное обоснование повышения обмена веществ, мясной продуктивности птицы при использовании, 531.52kb.
• Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 06. 02. 01 Разведение, селекция,, 74.53kb.
• Программа вступительного экзамена для поступления в магистратуру по профессионально-образовательной, 41.2kb.
• Методичские рекомендации по изучению дисциплины: «Кормление сельскохозяйственных животных», 399.33kb.
• Воспроизводительные качества коров в зависимости от уровня молочной продуктивности, 413.96kb.
• 2 Применение препаратов «Янтарос плюс», «Сувар», «Комбио- лакс» для повышения продуктивности, 175.07kb.
• Виды и ставки субсидий гражданам, ведущим личные подсобные хозяйства в 2012 году, 25.51kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 06. 02. 02 «Кормление сельскохозяйственных, 119.14kb.

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 2008÷2012 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; m_пр(t), Е_пр(t) – временные функции поступления соответственно вещества и энергии; m_от (t), Е_от (t) – временные функции оттока соответственно вещества и энергии; m_t, Е_t – 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; Н_пр(t) – временная функция поступления информации; Н_от (t) – временная функция оттока информации; Н_t – 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 m_t. 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: K_cff, 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(λ), К₂(λ) – 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: K_cff - 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(Е_λ1), А₂(Е_λ2),.. А_g (Е_γg) – зависимости уровней максимумов кривой спектральной эффективности от энергетической освещенности в соответствующем диапазоне спектра (g не фиксировано);

К₁(λ), К₂(λ),..К_g(λ) – 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 Е_λi 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 Ф_эф (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 D_1λ, D_2λ – значения доз в областях УФС и УФВ (Дж/м²); D_{0 1λ} , D_{0 2 λ} – значение биодозы в областях УФС и УФВ (Дж/м²); λ_1max, λ_2max, λ_0max – длины волн, на которые приходятся максимумы спектральной эффективности в области УФС, УФВ и максимум излучения люминофора (нм); δ(λ-λ_i) – функция Дирака; k₀, k₁, k₂, - масштабные коэффициенты; σ₀, σ₁, σ₂ – постоянные коэффициенты; m₀, m_i – 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 D_уфс = 162270 Дж/м²; D_уфв = 205484 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=1,6363,817; m₁=0,603 1,01: m₂=0,1040,243; 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 D_{эф уфв} и D_{эф 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: D_уфс = 250400 Дж/м² ;D_уфв = 250400 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=0,9071,435; m₁=0,9311,496: m₂=0,1600,350; m₃=0,133 0,292.


Таблица 1 – Значения эффективного потока Ф_эф (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:


Ф_{эф бимод}=0,794+0,147d₁+0,209d₂+0,025d₁d₂ (7)


для ФОСЭЭ по ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000:


Ф_эфГ-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.