Попытки сконструировать прибор акустической диагностики биологического состояния пчелосемей предпринимались неоднократно [1]. Принцип действия большинства известных приборов состоит в том, что из создаваемого пчелосемьей акустического шума фильтром выделяют узкую полосу частот с центром на частоте 240 Гц. Предполагается, что наличие в спектре шума составляющих с частотами, близкими к указанной, свидетельствует о низкой активности пчел. Но испытания подобных приборов в реальных условиях не дают положительных результатов. Основная причина их неудовлетворительной работы ≈ неправильный выбор критерия оценки состояния пчелосемьи.

Дело в том, что составляющие с частотами, близкими к 240 Гц, присутствуют в создаваемом пчелами шуме всегда. Их интенсивность зависит не только от биологического состояния семьи (например, роения), но и от других факторов, например, числа пчел в улье. Поэтому показания приборов, измеряющих абсолютное значение интенсивности шума, недостоверны, а сами приборы непригодны для пчеловодческой практики.

Чтобы показания прибора зависели только от биологического состояния пчелосемьи, следует оценивать отношение интенсивностей двух узкополосных шумовых сигналов, выделенных в различных частотных участках. В [2] показано, что активное состояние пчелосемьи (весеннее развитие, медосбор) характеризуется максимальной интенсивностью спектральных составляющих в полосе частот 260...320 Гц. При снижении активности (роение, болезнь, отсутствие матки) максимум спектра смещается в область 210...250 Гц. Определив, в каком из указанных диапазонов интенсивность шума больше, можно судить о состоянии пчел.

Предлагаемый прибор акустической диагностики, работающий по этому принципу, снабжен двумя светодиодными индикаторами: "Да" и "Нет" . Предусмотрены три режима работы. Первый из них ≈ "П" (пассивное состояние) ≈ предназначен для выявления нерабочего состояния пчелосемьи, связанного, например, с роением, отсутствием места для расплода или перегрузкой гнезда медом. Слабое по сравнению с индикатором "Да" свечение индикатора "Нет" означает, что в улье накапливаются бездеятельные пчелы и пчелосемья в ближайшие дни войдет в роевую стадию. В режиме "М" (прием матки) выявляют отношение семьи к подсаженной пчеломатке, которая может быть принята ("Да") или отвергнута ("Нет"). Состояние зимующих пчел оценивают в режиме "3" (зимовка). Оно удовлетворительное, если горит индикатор "Да", или плохое в противном случае.

Схема прибора показана на рис. 1. Двухкаскадный усилитель с автоматической регулировкой усиления, построенный на микросхеме DA1 (К157УД2), предназначен для усиления звуковых сигналов, принятых микрофоном ВМ1. Между двумя каскадами усилителя установлен пассивный полосовой фильтр C3R2R4C5, пропускающий частоты от 160 до 890 Гц.

Сигнал с выхода ОУ DA1.2 поступает на входы полосовых фильтров, а через резистор R3 ≈ на телефонный капсюль BF1 для слухового контроля. Этот же сигнал поступает на детектор АРУ (VD1). Изменение уровня шума приводит к изменению смещения на затворах полевых транзисторов VT1.1, VT1.2, сопротивления их каналов и глубины обратной связи, которой охвачены каскады усилителя. В результате при колебаниях интенсивности шума, создаваемого пчелосемьей, напряжение сигнала на выходе усилителя поддерживается неизменным.

Два полосовых фильтра выделяют из спектра шума узкие участки, соотношение уровней сигналов в которых несет информацию о состоянии пчел. Оба фильтра построены по одинаковым схемам на микросхемах DA2 и DA3. ОУ каждой из них соединены таким образом, что образуют гираторы. Эквивалентные индуктивности гираторов составляют с конденсаторами С9 и С10 параллельные колебательные контуры. От номиналов резисторов R8 и R9 зависит добротность контуров и ширина полосы пропускания каждого фильтра. Подстроенными резисторами R11, R13, R15 и R18 (в зависимости от положения переключателя SA1) фильтры настраивают на частоты, указанные в таблице. С помощью резисторов R12 и R14 добиваются максимальной добротности контуров: при снятых перемычках Х1 и Х2 фильтры должны находиться на границе самовозбуждения.

Отфильтрованные сигналы через однополупериодные выпрямители на диодах VD2 и VD3 поступают на входы дифференциального усилителя на транзисторах VT2 и VT3, служащего узлом сравнения. В коллекторные цепи транзисторов включены светодиоды HL1 ("Нет") и HL2 ("Да"), сравнительная яркость свечения которых свидетельствует о состоянии пчелосемьи.

Схема узла питания прибора показана на рис. 2, причем нумерация элементов продолжает начатую на рис. 1. Здесь установлены две аккумуляторные батареи GB1 и GB2. Каждая состоит из четырех аккумуляторов Д-0,26. Прибор включают кнопочным выключателем SB1. Потребляемый ток не превышает 25 мА, и полностью заряженных батарей хватает на 2000 сеансов измерения длительностью по 5 с.

Триггер на транзисторах VT4, VT5 разной структуры служит для контроля напряжения аккумуляторных батарей. Образцовым служит падение напряжения на светодиоде HL4, сигнализирующем о включении прибора. При суммарном напряжении батарей GB1 и GB2 выше 7 В падение напряжения на резисторе R30 превышает образцовое, транзисторы VT4 и VT5 закрыты, светодиод HL5 не светится. При напряжении батарей ниже указанного триггер изменяет состояние, его транзисторы открываются, светодиод HL5 сигнализирует о необходимости зарядить аккумуляторы.

Узел зарядки батарей от сети выполнен по простейшей схеме с гасящим конденсатором С21. В него входят также диодный мост VD4 и резисторы R24 ≈ R31. Во время зарядки светодиод HL3 светится. Полное восстановление емкости аккумуляторов занимает 14 ч.

Конструкция прибора может быть любой. Важно обеспечить удобство его использования и переноски. В авторском варианте он имеет габариты 260x180x70 мм и весит 1,4 кг.

Для настройки диагностического прибора необходимы генератор 3Ч и милливольтметр переменного тока. Милливольтметр подключают к выходу первого полосового фильтра (выводу 13 микросхемы DA2) и общему проводу. Сняв перемычку Х1, подстроечным резистором R12 вводят фильтр в режим генерации, фиксируя возникновение колебаний по отклонению стрелки милливольтметра. Небольшим поворотом оси резистора R12 в противоположном направлении срывают генерацию.

Соединяют выход генератора 3Ч с левым по схеме выводом резистора R8 и, оперируя переключателем SA1 и подстроечными резисторами R11 и R15, настраивают фильтр на указанные в таблице частоты. Начинать настройку следует резистором R11, установив переключатель SA1 в положение "3". В положениях "М" и "П" найденное положение оси этого резистора не меняют.

Подключив милливольтметр к выводу 13 микросхемы DA3 и сняв перемычку Х2, аналогичным образом с помощью подстроечного резистора R14 добиваются генерации и ее срыва во втором фильтре. Затем настраивают фильтр на нужные частоты подстроечными резисторами R13 (SA1 ≈ в положении "3" или "М") и R18 (в положении "П").

Закончив настройку, перемычки Х1 и Х2 устанавливают на место. Работу прибора в целом можно проверить, подав сигнал генератора 3Ч на небольшую динамическую головку и расположив ее рядом с микрофоном ВМ1. При перестройке частоты генератора максимальная яркость свечения светодиодов HL1 и HL2 должна соответствовать частотам настройки соответствующих фильтров и мало зависеть от громкости звука.

Для проверки состояния пчелосемьи микрофон прибора помещают на холст, накрывающий рамки с пчелами. Сверху кладут утеплительную подушку, чтобы ослабить внешний шум. Прибор включают на несколько секунд, наблюдая за светодиодами HL1 и HL2. Диагностику в режиме "М" проводят после того, как в улей в "клетке Титова" помещена пчеломатка. Спустя примерно полчаса можно определить, принята ли она пчелами.

ЛИТЕРАТУРА
1. Смирнов А. Радиолюбители ≈ народному хозяйству. ≈ М.: Энергия, 1970.
2. Еськов Е. Поведение медоносных пчел. ≈ М.: Колос, 1981.

http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200205/p26-27.html