СВЧ-технологии для АПК

Челябинские ученые-аграрии создали уникальные инновационные технологии предпосевной обработки почвы и семян, а также методы измерения влажности при помощи высокочастотного электромагнитного излучения, до которых не смогли додуматься западные мэтры агронауки. Один из ав-торов ноу-хау, Сергей Панферов в своей разработке решил проблему измерения влажности больших объемов зерна, которая кроется в конструкции существующих влагомеров и специфике промышленной сушки зерна. Производительность зерносушилок достигает более 70 тонн в час, и это колоссальные объемы зерна, в то время как существующие влагомеры обеспечивают только дискретные измерения. Такое сочетание ведет к поражению зерна вредителями и болезнями во время хранения, потери от которых могут достигать 30%.
 

Ученые ЮУрГАУ разработали метод объемного (интегрального) измерения влажности, который заключается в том, что в процессе измерения участвует большое количество зерна. Такой подход позволит сгладить неравномерность сушки зерна путем интегральной (усредненной) оценки влажности и избежать, таким образом, перерасхода средств на пересушивание зерна, а также снизить его потери при хранении. Также метод позволит снизить себестоимость продукции. Его разработал аспирант Сергей Панферов под руководством кандидата технических наук, доцента ЮУрГАУ Николая Полевика и кандидата технических наук, доцента ЮУрГУ (НИУ) Бориса Жданова.
 

За эти разработки челябинские инноваторы в 2017 году были удостоены золотых медалей Всерос-сийской сельхозвыставки «Золотая осень» и областной «Агро». В рамках прошедшего 11-12 марта этого года Всероссийского форума сельхозпроизводителей ученые представили доклады о своих научных разработках в 5 тематических секциях, посетили выставку инновационных разработок и технологических стартапов молодых ученых в сфере АПК. И разработка челябинцев получила высокую оценку на общероссийском уровне.
 

Что эти высокие технологии мо-гут дать нашему АПК? И почему они заинтересовали даже видавших виды экспертов «Сколково»? Это и стало главной темой нашего разговора с одним из ее авторов, кандидатом технических наук, доцентом ЮУрГАУ Николаем Полевиком.

 

– В одной челябинской фирме, взяв за основу разработку немецкой компании Petkus, сконструировали собственную зерносушилку, запустили ее в производство. Появилась потребность «в потоке» измерить влажность большого объема зерна, напрямую влияющую на его качество. На тот момент такое оборудование еще не сумели придумать ни немцы, ни наши ученые. Мы же отошли от микроволновых измерений: разработали новый, интегральный метод, испытали его в университетской лаборатории… В германской компании очень заинтересовались нашей разработкой. Для дальнейшей работы нуж-но изготовить производственный образец. Но мы не хотим продавать инновационную технологию за рубеж, чтобы потом за большие деньги покупать у немцев. Я верю: она может очень пригодиться и нашим аграриям.

 

– Наше изобретение не имеет аналогов в мире, сейчас на него оформляется патент. Мы подыскиваем инвесторов, представили интегральную технологию на всероссийских агрофорумах. Недавно в ЮУрГАУ побывали эксперты «Сколково», ознакомились с нашей разработкой и высоко оценили ее, а для внедрения посоветовали обратиться в Фонд Бортника. Шансы на получение грантов есть, и мы подали заявки на участие в конкурсах Российского фонда фундаментальных исследований.

 

– Обычно замеры влажности зерна делают выборочным забором проб, например, из кузова машины или емкости-силоса элеватора. Из-за того, что оценивается малый объем зерна, такие измерения не дают полной картины оценки качества, что чревато снижением кондиционности заложенных на хранение семян.
 

Мы пошли по другому пути. Известно, что скорость распространения и длина электромагнитной волны меняются в зависимости от влажности среды, например, зерна. Поэтому о ней, рассчитав этот процесс по математической формуле, можно судить по отраженному сигналу. Мы, используя модель электрических свойств материалов Нельсона – Крашевски, вычислили частотную зависимость коэффициента отражения и распространения волны. И разработали интегральный высокочастотный метод измерения влажности сельхозпродукции.

 

– Нашим методом можно измерить и влажность потока зерна, текущего в трубе, например, в сушилке. Добавлю, что за рубежом уже начинают применять так называемую радарную технологию измерения влажности зерна, но она дает лишь приблизительные данные. А наш метод интегральный, принципиально отличается от других способов, поскольку измерения ведутся не только там, где стоят «антенны», а по всему объему зернопровода. В работе участвует весь объем зерна, что повышает достоверность измерений. Причем мы исследуем его свойства, используя не высокую, а безопасную – низкую частоту электромагнитного излучения.

 

– Своего рода прообразом этой технологии можно назвать интегральный метод измерения влажности тонких слоев сельхозсырья, который мы разработали с аспирантом Сергеем Панферовым. Он по-лучил высокую оценку жюри на прошедшем летом этого года в Нижнем Новгороде финале Всероссийского конкурса «Наука будущего – наука молодых». За техническое решение Сергею присуждено 2-е место в «поединке мозгов» молодых инноваторов России.

 

– Дело в том, что в нашем вузе сконструировали и изготовили необычную сушилку, в которой сельхозсырье сушат не традиционным, а инфракрасным способом, при помощи инновационной технологии. Но проблема в том, что высушиваемый материал распределен на транспортере слоем малой толщины и измерить его влажность очень непросто. Мы разработали метод, который по изменению характеристик отраженного электромагнитного сигнала определяет влажность.

 

– К примеру, в нефтехимической, автомобильной промышленности – для определения содержания воды в сырой нефти, для измерения октанового числа бензина, качества трансформаторного масла...