Метод экспресс-анализа электротехнологических показателей и выбор параметров установок электрофизического воздействия на объекты сельскохозяйственного производства

1. Внутренние электрические поля в биологических системах определяются окислительно-восстановительным потенциалом между донорной и акцепторной молекулами. В этом случае, определяющее значение для биологического объекта, имеет глубина проникновения электромагнитного поля – на частоте  в проводящую среду нейрона. Для параметров: σ 4 См/м,   10³ с^-1 и ₀ = 4 10^-7 Гн/м имеем   20м, что намного больше пространственного размера типичного потенциала действия . Это позволяет принять с достаточным приближением для технических расчетов радиальный параметр нейрона k равным потенциалу действия . Перемещение электронов по квазипериодическим молекулярным системам, можно оценить с помощью новейших инструментов – аппаратно-программных изделий, основанных на использовании высокоскоростной обработки сигналов и построении интегральных оценок энергетических процессов в исследуемых биологических системах.

2. Переход к полной системе уравнений Максвелла, при описании электромагнитных полей в биологическом объекте, позволяет более точно определить пределы применения квазистатического приближения и на этом допущении учесть нелинейность, проявляемую на мембране, что существенно упрощает решение электромагнитной задачи. Изучение биологических систем в электромагнитном поле сопровождается математическими методами моделирования биофизического процесса с последующей разработкой алгоритма, схемного решения и конструкций для магнитного воздействия на объект исследования. Проектирование технических устройств необходимо вести с учетом биологических особенностей живых организмов, нелинейного характера происходящих биохимических процессов на клеточном уровне и технической возможности создания внешних электромагнитных полей с индукцией до 0,5 Тл.

3. Биологические объекты (жидкости и растворы, эмбрионы яйца, семена растений и другие) представляют собой сложную многосвязную нелинейную динамическую систему, к тому же подверженную в процессе развития, жизнедеятельности и старения электромагнитным влияниям как естественного (фонового) так и искусственного (вносимого) происхождения. При реализации режима параметрического управления для диагностики обработка информации строится на формировании конечно-разностных оценок на основе двумерного дискретного прямого преобразования Фурье. Применение двумерного преобразования Фурье для сигналов на основе 512 точек и построение графика спектральной плотности позволяет выделить частоты, на которых амплитуда спектра максимальна.

4. Инструментальная оценка воздействия электромагнитных полей на биологические системы возможна при применении методов исследования твердого тела для выяснения природы переноса энергии и электронов вдоль белковых молекул. Метод экспресс-анализа включает режимы: первичной обработки с анализом функциональной зависимости, интерпретацию и учет различных приближений на структуре аддитивной схемы, анализ точности управляющих параметров и численные оценки результатов. Для выяснения характера биоэлектрических сигналов на путях их возможного распространениях достаточно учитывать несколько первых гармоник пространственного распределения электромагнитного поля, следовательно, применение микроконтроллеров в составе аппаратно-программного изделия позволяет решить задачу по оценке микробиологических сигналов от их зарождения и изменения в условиях воздействия внешних электромагнитных полей различного происхождения.

5. Применение цифровых фильтров при фильтрации сигналов позволяет, имея пакет программ вычислить все величины требуемых компонентов схемы фильтра, его амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, изменять отдельные требования теоретически без реального этапа конструирования. В предлагаемых программах реализуется особый метод быстрого преобразования Фурье-Fast Fourier Transform (FFT или БПФ). Простая структура БПФ способна достаточно быстро выполнить преобразование на кристалле цифрового процессора обработки сигналов.

6. Стандартный поток ввода информации в предлагаемом устройстве представляет собой массивы непрерывно измеряемых спектральных составляющих бегущего и осциллирующих электромагнитных полей. Стандартный поток вывода обработанной информации представляет собой отображение на экране дисплея значений амплитуд спектральных составляющих, фазовых соотношений, корреляционных оценок и т.д. Общефизическая проблема представления результата с требуемой точностью прояснила задачу необходимости учета эффекта Гиббса. Для ослабления или подавления этого эффекта применима коррекция амплитуды гармоник с помощью корректирующего множителя, постепенно ослабляющего высшие гармоники спектра. Если умножить значение амплитуды каждой к-й гармоники на множитель это будет означать переход от формул интегрирования методом прямоугольников к формулам интегрирования методом трапеций – с применением линейной интерполяции

7. Сложная функциональная зависимость магнитной обработки живых организмов и их среды развития затрудняет использование традиционных методов экспериментального исследования и предопределяет необходимость использования методов многофакторного планирования эксперимента. Экспериментально доказано, что на эффективность магнитной обработки влияют энергия единичного импульса, частота пульсаций и напряженность электромагнитного поля, амплитудное значение, время воздействия на обрабатываемую среду. По обобщенным параметрам ротатабельного планирования определялась оптимальная зона электромагнитных параметров устройств, воздействующих на биологические объекты и которые легко контролируются предлагаемым цифровым прибором. Использование прибора цифровой оценки сигналов, как результатов электромагнитной обработки, так и отклика биологического объекта на внесенное возмущение позволяет значительно упростить расчеты оптимальных параметров проектируемых аппаратов для нужд сельскохозяйственных потребителей.

8. Применение электрофизических устройств, спроектированных предлагаемыми методиками, показало их высокую эффективность и надежность. С помощью устройства для электромагнитной обработки спермы быков-производителей на Гулькевичском государственном унитарном племенном предприятии с 1988 года обработано и отправлено на животноводческие фермы 9 районов Краснодарского края более 3-х млн. спермодоз. По данным племенного предприятия оплодотворяемость коров возросла на 19%, снижены затраты на осеменение животных на 25,8%. Экспериментально не установлено побочных явлений при использовании обработанной в электромагнитном поле спермы, а выход телят по половому признаку не изменился. При воздействии электростимуляцией молочная железа у первотелок развивалась лучше, чем у животных контрольной группы.. Обхват вымени увеличился на 19,2%, длина – на 13,8%, ширина – на 14,7%; продуктивность и интенсивность молокоотдачи возросли соответственно на 12,4% и 14,6%. Восстановление функции молочной железы коровы при высокочастотном импульсном воздействии происходит в более короткие сроки за 3-4 дня. При определении ранней стадии мастита у коров точность его определения возрастает на 11,2%.

9. При организации серийного производства аппаратов магнитной обработки необходимо производить 100 штук в год с учетом перспективы увеличения поголовья в Краснодарском крае. В результате производства аппаратов предприятие-производитель может получить чистый дисконтированный доход в размере 37433 руб., при этом внутренняя норма доходности составит 51%, инвестиции окупятся за 1,8 года, начиная с 3-го года предприятие будет получать ежегодную прибыль 375300 руб. Рассчитана цена реализации аппарата – 29500 руб. Внедрение аппаратов магнитной обработки в 38 хозяйствах Краснодарского края приведет к получению ими чистого дисконтированного дохода 22,2 млн. руб. при норме доходности 18% и уровне инфляции 10%. Такой доход получен за счет сокращения затрат на покупку спермодоз и получения дополнительной продукции виде молока из-за увеличения количества рождаемых телят.

1. 
   Курзин Н.Н. Методология проектирования устройств и оценка электрофизического воздействия на биологические объекты сельскохозяйственного производства / Н.Н. Курзин – Краснодар, 2008. – 300 с.: ил.
   

2. 
   Курзин Н.Н. Моделирование электроимпульсного воздействия при профилактике и лечении мастита / Н.Н. Курзин, Л.А. Дайбова // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – № 5. – 2003. – С 14-22.
   
3. 
   Курзин Н.Н. Новые электромагнитные устройства сельскохозяйственного назначения / Н.Н. Курзин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – № 6. – 2004. – С 20-22.
   
4. 
   Курзин Н.Н. Инструментальная оценка воздействия электромагнитных полей на биообъекты / Н.Н. Курзин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – № 11. – 2006. – С 11-12.
   
5. 
   Курзин Н.Н. Применение импульсных электромагнитных полей для массажа вымени животных / Н.Н. Курзин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – № 8. – 2007. – С 29.
   
6. 
   Курзин Н.Н. Обоснование механизма воздействия внешних электромагнитных полей на процессы стимулирования жизнедеятельности биологических систем / Б.Л. Александров, А.Б. Александров, Н.Н. Курзин // Тр./ КГАУ. – Краснодар, 2007. – Вып. № 5(9). – С. 197-201.
   
7. 
   Курзин Н.Н. Способы снижения энергетических затрат и повышение эффективности работы электромагнитных аппаратов / Н.Н. Курзин // Экономика сельского хозяйства России. – № 9. – 2007. – С. 53.
   
8. 
   Курзин Н.Н. Влияние электромагнитных полей на биологические объекты в животноводстве / Н.Н. Курзин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – № 1. – 2008. – С 55.
   
9. 
   Курзин Н.Н. Применение цифровых процессоров для инструментальной оценки воздействия электромагнитных полей на объекты растительного и животного происхождения / Н.Н. Курзин // Тр./ КГАУ. – Краснодар, 2008. – Вып. № 1 (10). – С 215-220.
   

2. 
   Курзин Н.Н. Электромагнитное поле в животноводстве. / Н.Н. Курзин // Повышение эффективности электрификации сельскохозяйственного производства / Тр./ КГАУ. – Вып. 360 (388) – Краснодар, 1997.– С 138-145.
   
3. 
   Курзин Н.Н. Электростимулятор нервно-гуморальной реакции крупного рогатого скота. / А.Г. Демьянченко, Н.А. Демьянченко, Н.Н. Курзин // Повышение эффективности электрификации сельскохозяйственного производства. / Тр./ КГАУ. – Краснодар, 1997. – Вып. 360 (388) – С 76-81.
   
4. 
   Курзин Н.Н. Электрофизические методы повышения продуктивности животных / Н.Н. Курзин, Н.И. Богатырев, Н.А. Демьянченко, М.А. Вольнова – В кн.: Материалы международного научного симпозиума. – Кишинев, 1998.
   
5. 
   Курзин Н.Н. Применение электромагнитного поля в животноводстве / Н.Н. Курзин // Наука Кубани. – № 5. – 1999. – С. 9-13.
   
6. 
   Курзин Н.Н. Электрофизические методы повышения воспроизводства крупного рогатого скота в Краснодарском крае: Автореф. дис. … канд. техн. наук/ Н.Н. Курзин; КубГАУ.- Краснодар, 1999. – 24с.
   
7. 
   Курзин Н.Н. Обоснование устройства для стимуляции развития эмбрионов птиц электромагнитным полем / Н.Н. Курзин, В.В. Пушкарский, М.А. Вольнова // Применение электротехнических устройств в АПК / Тр./ КГАУ. – Вып. 381 (409) – Краснодар, 2000. –С. 83-96.
   
8. 
   Курзин Н.Н. Оптимизация режимов электромагнитного аппарата для воздействия на биологические объекты / Н.Н. Курзин, Н.В. Силяева // Применение электротехнических устройств в АПК / Тр./ КГАУ. – Краснодар, 2000. – Вып. 381 (409) – С. 102-114.
   
9. 
   Курзин Н.Н. Электрофизическое воздействие на биологические объекты / Н.Н. Курзин, Н.В. Когденко – В кн.: Материалы ежегодной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии и процессы в АПК». – Краснодар, 2000. – С. 19-20.
   
10. 
    Курзин Н.Н. История племенного свиноводства и племенная работа с крупной белой породой свиней в племзаводе «Венцы-Заря» с 1923 по 2001 годы / В.И. Трухачев, Н.Н. Курзин, В.В. Поляков, А.А. Багмут, В.Ф. Филенко // Монография в 2-х томах под редакцией доктора с.-н. наук, профессора В.И. Трухачева – Ставрополь, 2001. Т.1 – 512с. Т.2 – 576с.
    
11. 
    Курзин Н.Н. Перспективы применения аппаратов электрофизиотерапии / Н.Н. Курзин, Н.А. Демьянченко // Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК / Сб. науч. тр., СГСХА. – Ставрополь, 2001. – Т 2. – С. 260-262.
    
12. 
    Курзин Н.Н. Перспективы применения аппаратов электрофизиотерапии / Н.Н. Курзин, Н.А. Демьянченко – В кн.: Материалы ежегодной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии и процессы в АПК». – Краснодар, 2001. – С. 95-97.
    
13. 
    Курзин Н.Н. Проблемы технологии свиноводства Кубани: рекомендации по улучшению работы в свиноводстве / Н.Н. Курзин, В.В. Поляков – Краснодар: КГАУ, 2002. – 137с.
    
14. 
    Курзин Н.Н. Анализ методов содержания, кормления, развития животных и птицы, влияние биопрепаратов на урожайность растений: научные рекомендации / Н.Н. Курзин – Краснодар: КГАУ, 2002. – 79с.
    
15. 
    Курзин Н.Н. Прибор оценки значений воздействия электромагнитного поля на биологический материал / Н.Н. Курзин – В кн.: Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы оптимизации затрат при передачи и распределении электрической энергии» – с. Дивноморское, 2003.– С. 168-170.
    
16. 
    Курзин Н.Н. Рекомендации по применению и инструкция по эксплуатации комплекса устройств, используемых в системе мероприятий по борьбе с маститами / Н.И. Богатырев, Н.Н. Курзин, М.В. Назаров, Л.А. Дайбова, Н.А. Демьянченко – Государственное управление ветеринарии Краснодарского края и КубГАУ, Краснодар, 2003. – 10с.
    
17. 
    Курзин Н.Н. Новые электромагнитные устройства для АПК / Н.Н. Курзин, // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе / Сб. науч. тр., СГСХА. – Ставрополь, 2003. – Т. 1. – С. 57-62.
    
18. 
    Курзин Н.Н. Прибор для оценки значений воздействия электромагнитного поля на биологические объекты / Н.Н. Курзин, А.С. Чесовской – В кн.: Материалы третьей межвузовской научной конференции «Электромеханические преобразователи энергии». – Краснодар, 2004. – Т 2. – С. 24-27.
    
19. 
    Курзин Н.Н. Оценка воздействия внешних электромагнитных полей на процессы стимулирования биологических объектов / Н.Н. Курзин // Разработка новых южнороссийских технологий и технической базы для возделывания зерновых в зоне засушливого земледелия / Сб. науч. тр. ВНИПТИМЭСХ. – Зерноград, 2005. – С.128-132.
    
20. 
    Курзин Н.Н. Влияние электромагнитных полей на биологические системы растительного и животного происхождения / Н.Н. Курзин // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК / Тр./ КГАУ. – Краснодар, 2005. – Вып. 420 (150) – С 297-300.
    
21. 
    Курзин Н.Н. Оценка воздействия внешних электромагнитных полей на процессы стимулирования биологических объектов / Н.Н. Курзин, // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК / Тр./ КГАУ. – Краснодар, 2006. – Вып. 421 (151) – С 180-184.
    
22. 
    Курзин Н.Н. Применение импульсных электромагнитных полей для повышения эффективности массажа вымени животных / Н.Н. Курзин – В кн.: Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования: материалы международной научно-практической конференции 5-6 декабря 2006г. – Волгоград, 2007. – С. 130-133.
    
23. 
    Пат. 2128965 Российская Федерация, МПК С1 А 61 D 19/02, 19/00 Устройство для обработки спермы животных / Н.И. Богатырев, Н.Н. Курзин, В.И.Комлацкий, Е.А. Зайцев, В.Н. Темников; заявитель и патентообладатель КГАУ.–№ 97119562/13 заявл. 26.11.1997; опубл. 20.04.1999. Бюл. № 11. – 8 с.
    
24. 
    Пат. 2136123 Российская Федерация, МПК С1 Н 05 В 6/10, 6/50 Индукционный проточный нагреватель / Н.И. Богатырев, О.В. Вронский, Е.А. Зайцев, Н.Н. Курзин, В.Н. Темников; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 97120742/09 заявл. 11.12.1997; опубл. 27.08.1999. Бюл. № 16. – 8 с.
    
25. 
    Пат. 2136605 Российская Федерация, МПК С1 С 02 F 1/48 Устройство для магнитной обработки жидкости / Н.И. Богатырев, Н.Н. Курзин, О.В. Вронский, В.Н. Темников, М.А. Вольнова, А.Б. Александров; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 98103200/25 заявл. 10.02.1998; опубл. 10.09.1999. Бюл. № 25. – 8 с.
    
26. 
    Пат. 2136606 Российская Федерация, МПК С1 С 02 F 1/48 Электромагнитное устройство для обработки жидкости / Н.И. Богатырев, Н.Н. Курзин, И.В. Жраков, В.Н. Темников, В.Ф. Кремянский, Г.К. Горячкин; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 98103207/25 заявл. 10.02.1998; опубл. 10.09.1999. Бюл. № 25. – 6 с.
    
27. 
    Пат. 2137333 Российская Федерация, МПК С1 А 01 С 1/00 Установка для предпосевной обработки семян / Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, Н.И. Богатырев, В.К. Андрейчук, В.Ф. Кремянский,; заявитель и патентообладатель КГАУ.–№ 98102421/13 заявл. 10.02.1998; опубл. 20.09.1999. Бюл. № 26. – 4 с.
    
28. 
    Пат. 2137334 Российская Федерация, МПК С1 А 01 С 1/00 Устройство для предпосевной обработки семян / Н.И. Богатырев, Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, В.Н. Темников, В.Ф. Кремянский, М.А. Вольнова; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 98103201/13 заявл. 10.02.1998; опубл. 20.09.1999. Бюл. № 26. – 6 с.
    
29. 
    Пат. 2140147 Российская Федерация, МПК С1 А 01 К 41/00, А 61 N 2/04 Устройство для воздействия на эмбрионы птиц пульсирующим электромагнитным полем / Н.И. Богатырев, М.А. Вольнова, Н.Н. Курзин, В.Ф. Кремянский, В.В. Пушкарский, В.И. Щербатов; заявитель и патентообладатель КГАУ.–№ 98116031/13 заявл. 11.08.1998; опубл. 27.10.1999. Бюл. № 30. – 6 с.
    
30. 
    Пат. 2145467 Российская Федерация, МПК С1 7 Н 04 R 15/00, В 06 В 1/08, Н 01 L 41/12 Импульсный ультразвуковой генератор / Н.И. Богатырев, О.В. Вронский, Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, В.Н. Темников, А.Г. Матящук; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 98104611/28 заявл. 24.02.1998; опубл. 10.02.2000. Бюл. № 4. – 6 с.
    
31. 
    Пат. 2155558 Российская Федерация, МПК С2 А 61 D 19/02 Устройство для электромагнитного воздействия на сперму животных / Н.И. Богатырев, М.А. Вольнова, Н.А. Гуськов, Н.А. Демьянченко, Н.Н. Курзин, И.С. Иващенко; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 98121964/13 заявл. 01.12.1998; опубл. 10.09.2000. Бюл. № 25. – 10 с.
    
32. 
    Пат. 2190324 Российская Федерация, МПК С2 А 01 J 7/00 Способ стимуляции молочной железы первотелок при машинном доении и устройство для его осуществления / Н.И. Богатырев, М.В. Назаров, Л.А. Дайбова, А.Л. Кулакова, Н.В. Когденко, Н.Н. Курзин; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2000110973/13 заявл. 28.04.2000; опубл. 10.10.2002. Бюл. № 28. – 12 с.
    
33. 
    Пат. 2210768 Российская Федерация, МПК С2 G 01 N 33/48, А 01 J 5/14 Способ диагностики мастита у коров и устройство для его осуществления / Н.И. Богатырев, Л.А. Дайбова, Н.Н. Курзин, Н.А. Демьянченко, Н.В. Когденко, А.Л. Кулакова; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2000118494/13 заявл. 11.07.2000; опубл. 20.08.2003. Бюл. № 23. – 6 с.
    
34. 
    Пат. 2255467 Российская Федерация, МПК С1 А 01 J 7/00 Устройство для массажа вымени животных / Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, Д.Н. Курзин, М.В. Лепетухин, А.Л. Кулакова; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2004100498/12 заявл. 05.01.2004; опубл. 10.07.2005. Бюл. № 19. – 4 с.
    
35. 
    Пат. 2263446 Российская Федерация, МПК С1 А 01 J 7/00, J 7/04 Устройство для массажа вымени животных / Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, М.В. Лепетухин, Д.Н. Курзин, А.С. Чесовской, Д.В. Военцов; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2004117306/12 заявл. 07.06.2004; опубл. 10.11.2005. Бюл. № 31. – 4 с.
    
36. 
    Пат. 2271645 Российская Федерация, МПК С1 А 01 С 1/00 (2006.01) Устройство для предпосевной обработки семян / Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, О.В. Григораш, В.К. А.С. Чесовской, М.В. Лепетухин, Д.Н. Курзин, Д.А. Ирха; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2004119669/13 заявл. 28.06.2004; опубл. 20.03.2006. Бюл. № 8. – 4 с.
    
37. 
    Пат. 2278491 Российская Федерация, МПК С2 А 01 С 1/00 (2006.01) Установка для предпосевной обработки семян / Н.Н. Курзин, О.В. Григораш, Б.Л. Александров, И. А. Потапенко, А.Б. Александров, А.С. Чесовской, Д.Н. Курзин, Д.В. Военцов; заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2004128767/12 заявл. 28.06.2004; опубл. 27.06.2006. Бюл. № 18. – 3 с.
    
38. 
    Пат. 2299559 Российская Федерация, МПК С2 А 01 J 7/00 (2006.01) А 01 J 7/04 (2006.01) Устройство для массажа вымени животных / Н.Н. Курзин, И.А. Потапенко, А.Л. Кулакова, Н.Н. Гугушвили, М.В. Назаров, А.С. Чесовской, Д.Н. Курзин, заявитель и патентообладатель КГАУ. – № 2004134316/12 заявл. 24.11.2004; опубл. 27.05.2007. Бюл. № 15. – 4 с.