一种太空仓内的声波灭虫装置

本发明属于声波灭虫，尤其涉及一种用于太空仓内的声波灭虫装置。

背景技术：

1、无论人类在哪儿生存，都要解决吃饭问题。为了解决吃饭问题，人们不仅在向土地、向海洋，还在不断向太空要答案。太空生存，种植农作物是必解问题。

2、由于污染、微重力以及容易对航天员身体造成伤害等原因，太空仓内植物灭虫不能使用农药。植物虫害物理防治技术中，声波灭虫已被证实是一种有效的技术手段。声波灭虫的基本原理是通过产生特定频率的声波与害虫身体共振，使其身体组织由于这种共振产生破坏，达到损伤、杀害害虫的目的。声波杀灭虫卵方法与农药灭虫方法相比，具有无农药残留、不污染太空仓内环境及水源、不危害航天员身体健康等显著优势。

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种太空仓内的声波灭虫装置，解决太空仓内植物灭虫不能使用农药的问题。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种太空仓内的声波灭虫装置，包括用于产生和发出超声波的声波灭虫单元和用于包围灭虫区域、扩大声波影响范围的连接装置。

3、所述声波灭虫单元，包括基座、电源、声信号发生器、功率放大器、换能器组。

4、所述声信号发生器用于产生特定频率与波形的声波，该声波能与害虫身体共振，使其身体组织由于这种共振产生破坏，达到损伤、杀害害虫的目的。

5、进一步，本装置使用的信号发生器频率为18-55khz。

6、可以理解的是，人耳听力的频率范围为20hz-20khz，使用18-55khz的信号可以防止对人的听力造成影响(18-20khz虽然为可听声频段，但大部分人在这个频段基本上听不到声音，或听到的声音很微弱，因此本发明中也涵盖了该频段，后面所说的换能器单元事实上也涵盖了该可听声频段)。

7、进一步，所述信号发生器可以是振荡电路，也可以采用dsp、arm、fpga等产生正弦、方波、三角波等周期性信号。

8、所述功率放大器用于将声信号发生器产生的特定频率及波形的电信号进行功率放大，以同时驱动五个换能器单元。

9、所述基座为一个四棱柱，所述四棱柱其中两个侧面为底角60°的等腰梯形；所述四棱柱上底面为以等腰梯形上底为边长的正方形，下底面为以等腰梯形的上底和下底为邻边的矩形；其余两面为以等腰梯形的上底和腰为邻边的矩形；所述等腰梯形所在平面与上底面和下地面均垂直。

10、进一步，所述电源、声信号发生器、功率放大器都集成在基座内部。

11、所述换能器组由5个换能器单元组成，设置在所述基座的表面，除边长较长的正方形面外，其余面分别设置了一个换能器单元。

12、所述换能器单元用于将功率放大后的电信号转换为声信号，向传播介质(空气、水、固体等)中传播；换能器可由单个磁致伸缩换能器、压电换能器等组成。

13、进一步，所述基座侧面的换能器单元外围设置了连接口，所述连接口为管状结构，所述连接口外设置有外螺纹，用于连接包围灭虫区域的连接装置。

14、所述连接装置，用于连接和加强各声波灭虫单元并扩大声波影响区域，以满足体积较大植株的灭虫需求。

15、在所述管状结构同一侧等间隔设置若干通孔，换能器单元发出的声波可在管状结构形成的传播通道中传输，并通过通孔向外传播，加强声波影响范围，扩大声波灭虫区域。

16、进一步，所述传播通道的通道壁铺设有金属层。

17、可以理解的是，声波在固定金属中，传播速度较快，并且衰减系数较小，这种设计，便于进一步减少声波能量在传播通道中的衰减。

18、进一步，所述金属层为铜制成。

19、可以理解的是，虽然铜的造价相对于铁等金属更高，但是声波在铜中传播效果却远大于铁等材料，因此本装置的金属层优选为铜材料制成。

20、进一步，所述连接装置两端设置有与声波灭虫单元中接口外螺纹相匹配的内螺纹。

21、可以理解的是，这种设计方便连接装置与各声波灭虫单元的连接和拆卸，以满足不同区域范围的声波灭虫需求。

22、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：

23、1)本发明的声波灭虫单元之间相互独立，且每个声波灭虫单元上设置了五个换能器单元，每个换能器单元可发出不同频率的超声波，不同频率声波不会干涉，互不影响；其次，多个声波灭虫单元组合成适用于一定区域大小的声波灭虫装置后，大量相互独立的换能器单元可覆盖一定的频段，减少共振频率搜索时间，可移植性也更强；再次，多个声波灭虫单元与连接装置组合后，超声波在连接装置的传播通道中传输并通过通孔发出，可对植株形成立体环绕式的灭虫声波，大幅提高声波灭虫能力；再者，本发明所公开的一种太空仓内的声波灭虫装置为可拆卸拼装结构，方便携带运输的同时，更可根据培养仓中的植株高度，组装不同大小的声波灭虫装置，为不同的需要提供了极大的便利。

24、2)本发明公开了一种太空仓内的声波灭虫装置，由声波灭虫单元和连接装置构成，适用于太空仓中不同大小的植物培养箱，以满足不同区域大小的声波灭虫需求。

25、3)本发明公开的太空仓内的声波灭虫装置为可拆卸组装结构，通过声波灭虫单元上连接口处的外螺纹与连接装置中相匹配的内螺纹进行组装，可视需要灭虫的植株体积大小组装出不同大小的声波灭虫装置。

26、4)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：自第一颗人造地球卫星发射以来，如何利用植物保障人类在地外环境中生存所需要的食物、氧气和纯净水，成为空间生命科学最为关注的问题之一，太空种植同样可能存在虫害问题；本发明专利公开的太空仓内的声波灭虫装置可为太空种植、空间生命科学的发展在虫害问题上提供有效途径，并为将来外星资源利用时，短期内无法在星球表面建设农药生产工厂，采用本发明提供的太空仓声波灭虫装置将是星球表面植物生产中害虫防治的重要技术手段，并由此形成一种可在外太空植物生产中防治虫害用的绿色、环保、便携式治理装置，大幅降低太空植物生产成本，并由此产生巨大的商业价值。

27、5)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：太空植物生产将是未来航天技术的重要发展方向，也是人类利用外太空资源必备的重要基础技术。在太空植物生产中由于短期无法实现农药生产产业链，采用物理虫害防治技术几乎是太空植物虫害防治选择的唯一途径。本发明公开的一种太空仓内的声波灭虫装置解决了太空仓内植物灭虫不能使用农药的问题，并且利用所提出的声波灭虫单元与连接装置组合的形式，在换能器单元数量较少的情况下，扩大了声波灭虫区域，大幅提高了声波灭虫能力。

技术特征：

1.一种太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，所述声波灭虫单元，其特征在于，包括基座、电源、声信号发生器、功率放大器、换能器组；

3.根据权利要求1所述太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，所述声信号发生器用于产生特定频率与波形的声波，该声波能与害虫身体共振，使其身体组织由于这种共振产生破坏，达到损伤、杀害害虫的目的；所述声信号发生器产生的声波频率范围为18-55khz，可以采用振荡电路，也可以采用dsp、arm、fpga产生正弦、方波、三角波周期性信号；

4.根据权利要求1所述太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，声信号发生器产生能与幼虫共振的超声波电信号，功率放大器将该超声波电信号进行功率放大后驱动换能器单元，换能器单元将电信号转换为声信号产生超声波。

5.根据权利要求1太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，换能器单元用于将功率放大后的电信号转换为声信号，向传播介质中传播；换能器可由单个磁致伸缩换能器、压电换能器等组成；基座侧面的换能器单元外围设置了连接口，该连接口为管状结构，其外设置有外螺纹，用于连接包围灭虫区域的连接装置。

6.根据权利要求5所述太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，在管状结构同一侧等间隔设置若干通孔，换能器单元发出的声波可在管状结构形成的传播通道中传输，并通过通孔向外传播，加强声波影响范围，扩大声波灭虫区域；传播通道的通道壁铺设有金属层，金属层优选为铜材料。

7.根据权利要求1或4所述太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，连接装置为中空的管状结构，在管状结构同一侧等间隔设置若干通孔；所述连接装置两端设置有与声波灭虫单元中接口外螺纹相匹配的内螺纹；所述连接装置的管状结构内部形成超声波传播通道，所述通孔将所述传播通道于外界连通；这种设计方便连接装置与各声波灭虫单元的连接和拆卸，以满足不同区域范围的声波灭虫需求。

8.根据权利要求1所述太空仓内的声波灭虫装置，其特征在于，为可拆卸组装结构，连接装置与声波灭虫单元通过螺纹实现可拆卸连接，可视需要灭虫的植株体积大小组装出不同大小的声波灭虫装置；用户可以根据所需进行灭虫的植株体积大小、高度，将多个声波灭虫单元连接起来，形成单层或多层正六棱柱塔状结构，环绕包围植株，从而扩大声波灭虫范围。

技术总结
本发明设计声波灭虫领域，具体的涉及到一种太空仓内的声波灭虫装置，其中，所述的声波灭虫装置由若干声波灭虫单元和连接装置组成，可根据实际需要灭虫的区域大小进行拼接组装。将所述声波灭虫装置包围除虫区域，声波灭虫单元产生的超声波可以在连接装置中传输，并通过若干通孔向外传播。所述的太空仓内的声波灭虫装置，通过声波灭虫单元与连接装置的组合使用，实现了立体的对灭虫区域进行灭虫，扩大了声波影响区域，增强了灭虫效果。

技术研发人员：陈敏,郑纪豪,耿智博,倪帅,谢晓梅,李学生,徐利梅,魏明珠,汪传甲,曹阳
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13