何毅昌庞兴沛陈晓
佛山供电局广东佛山528000
摘要：现有的驱鸟措施主要针对输电线路，而配网线路同样遭受鸟害侵袭，却较少有针对性的鸟害防范措施。相较于输电线路，配电线路大多位于居民区而对驱鸟措施的应用有特殊的要求。本文提出一种针对配电线路进行应用的超声波驱鸟器装置。该超声波驱器最大的特点是采用了高通滤波技术滤除声音中的低频部分，因而使其不发出人类听觉范围内的声音。其供电方式采用太阳能电池板和蓄电池混合供电的方式，解决了户外用电的问题。
关键词：10kV配电线路；鸟害；超声波驱鸟器
1背景及意义
近几年来，不仅远离城市的输电线路承受鸟害的侵袭，配电线路也越来越多的出现鸟类筑巢和鸟粪闪络等现象。然而现有的驱鸟措施主要针对机场、果园以及输电线路等场所的应用。这些场所的特点是位于郊外等无人环境，这导致现有的驱鸟措施只考虑驱鸟器应用的效果，而几乎不考虑其对周围环境的影响。而配电线路主要位于居民区，这要求相应驱鸟措施的应用必须考虑对周围居民的影响。考虑到这点限制，现有的大多数驱鸟措施因为扰民问题而不能适用配电线路。因此，本文需要配网线路的这种特点，提出一种新型的超声波驱鸟器装置。该装置可以发出特定频率的超声波对鸟类进行驱赶，又不带来任何扰民的问题。
2超声波驱鸟技术在配电线路的应用
文献[1]对现有的驱鸟技术进行了分析，认为现有的大多数驱鸟技术要么效果不佳，要么因为扰民问题而不适用在配电线路。文章还得出一个结论：超声波驱鸟技术是解决配网鸟害问题的一个可行策略。超声波驱鸟器利用一种超声波脉冲干扰刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统，使其生理紊乱以达到驱鸟的目的。超声波驱鸟器，采用的是物理驱鸟法，利用超声波能够有效地将鸟类驱离家居、工作等生产、生活环境。人耳的听觉范围约是16-20000Hz，超声波驱鸟器的超声波的输出的频率一般都在20000Hz以上，所以我们的耳朵根本听不到的，而且超声波驱鸟器的功率都未能达到穿透对人体的能力，所以对人体没有影响。
超声波驱鸟器采用变频超声波来驱走鸟类，经实际证明，其效果明显。另一方面，超声波驱鸟技术对周围的居民不带来任何影响，安装维护也较为方便。可以认为，使用超声波驱鸟技术来解决配电线路的鸟害问题是可行的。
现有的超声波驱鸟器主要通过变频技术来驱赶鸟类，并取得了很好的效果。但存在的问题是，这些超声波驱鸟器没有滤除低频部分的声音。也就是它们会发出比较明显的人类能听到的声音。这对野外等驱鸟场所并不太来坏的影响，但配电线路上应用就会受到限制[2]。
3超声波驱鸟装置
基于上一节分析，本文提出一种新型的超声波驱鸟器。该驱鸟器通过高通滤波技术将20000Hz以下的低频部分完全滤去，因而不会发生人能听到的声音。改超声波驱鸟器的系统结构如图1所示。
图1超声波驱鸟器的系统结构
3.1超声波驱鸟器的设计
超声波驱鸟器的实现是通过一个高频的电能信号驱动超声波喇叭进行换能，最终发出超声波声音对鸟类进行驱赶。我们采用STC12C5A60S2单片机的定时器生成一个频率自动变化的方波信号，又因为从单片机出来的信号电压低，故需要外部放大电路，采用NPN三极管即可。而为了尽可能较少低频声音的发出，增加一个高通滤波电路对单片机出来的高频信号进行滤波。滤波后的信号经过放大电路再驱动超声波喇叭发出只有高频的声音。电源模块采用太阳能电池板和蓄电池混合供电的方式，最后设计出来的电路图如图2所示。
3.2高通滤波器
滤波器部分采用的是二阶高通滤波器，其特点是只允许高于截止频率的信号通过。二阶有源高通滤波电路图如图2所示，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。二阶有源高通滤波电路：
电容器、的容量应在纳法数量级上，电阻的阻值应在几百千欧以内。现选择电容大小C5=C6=5nF，则根据公式可得：R4=R5=1/（2*π*fL*C）=1.59千欧，选择阻值为1.66千欧的电阻。与计算值有一点误差，所以，可能导致截止频率比20KHz稍有偏差。所以选择：R4=R5=1.66千欧，C5=C6=5nF，R6=10千欧，R7=5千欧，则：A0=1+R7/R6=1.5（符合<3，能稳定工作）。
4测试
为了测试超声波驱鸟器是否正常工作以及性能，我们进行了4组测试。第一组测试时，装置发出的声音频率为12.35kHz，并关闭高通滤波。这种情况下，人能听到很明显的声音。第二组测试时，装置发出的声音频率为12.35kHz，但开通高通滤波。这种情况下人能听到的声音比第一组时小很多。第三组测试时，装置发出的声音频率为24.70kHz，并关闭高通滤波。这种情况下，人同样能听到很明显的声音。第四组测试时，装置发出的声音频率为24.70kHz，并开通高通滤波。这种情况下，几乎听不到声音。
以上的测试表明，高通滤波技术确实可以大幅度减少装置发出低频部分声音。而超声波驱鸟器工作在正常状态时，只对2米范围内对人的听觉产生刺激。我们将示波器接在超声波喇叭输入端用来观察驱动电信号，两个频段的驱动信号如图3所示。
图3示波器检测到的驱动信号
5结论
由于为无法除去低频声音而造成扰民问题，市面上的超声波驱鸟器并不能应用于配电线路。超声波驱鸟器的这种局限性并不难打破，本文所提出的新型超声波驱鸟器通过高通滤波技术将该问题解决。最终测试结果也证明了，该装置在发出24.69kHz超声波时候不对2米范围外的听觉。而配电线路杆塔一般都高于2米，所以理论上该超声波驱鸟器应用于在配电线路是可行的。
参考文献：
[1]徐欣慰，庞兴沛，杨鑫．10kV配电线路鸟害分析及防范措施[J]．工程技术，2015，9（6），22-23．
[2]闵建平夏震梁烨王海坤马程远魏来李海英．基于红外感应的超声波驱鸟器[J]．信息技术，2013，10，31-34．
基金项目：佛山供电局职工技术创新项目（FSZC2015-039）