LED水下集鱼灯的研究与设计探讨

LED是一种半导体固态光源,与金属卤化物灯相比较,具有功耗低、易于控制、寿命长、环保、抗震性好等诸多优势,适合作为水下集鱼灯的光源.本文基于LED的特点,将多只LED组合排列在一起,用集成电路驱动,采用数字化控制电路,根据诱集目标鱼类的视觉特性,调节LED水下集鱼灯的亮灯模式、时间、闪烁频率等动态参数,以彩色的动态图像来诱集、驱集鱼群,达到节能、环保、科学捕捞、提高效益的目的;同时阐述了无线供电技术的基本结构和原理,并把该技术引入LED水下集鱼灯,提高其防水性与易用性.     

鱿钓船水上集鱼灯的光照度分布及钓捕效果分析

根据2003年10月在印度洋鸢乌贼渔场中鱿钓船周围某一断面水中光照度的实测数据和渔获生产统计数据,对金属卤化物灯和高压钠灯的光照度分布及其钓捕效果进行了比较分析。在120盏×2kW金属卤化物灯作用下,在距船舷3.0m的垂直断面,其水深5m内的光照度多在100lx以上,10lx的等光照度曲线在20m水层左右,0.01lx的等光照度曲线在55m水层附近。但在20盏×500W高压钠灯作用下,在距船舷3.0m的垂直断面,其海面的平均光照度为3lx左右,0.01lx的等光照度曲线在20m水层附近。以一些头足类的适宜光照度(0.01～10lx)为例,其在该照度范围内的水体体积仅为120盏×2kW金属卤化物灯作用下的1/5左右。这说明采用高压钠灯可以使鱿鱼聚集密度增大,钓捕深度变浅,从而提高渔获效率,且其平均产量比采用高压钠灯前高1～3倍。另外,研究表明大型专业鱿钓船钓捕鸢乌贼时的最适集鱼灯功率为112～160kW,鸢乌贼的最适光照度为0.01lx左右。     

国产LED水下集鱼灯光学特性与节能分析

通过使用高光谱剖面仪Hyperspectral profiler II和IU-2B型照度计对所研制的国产LED水下集鱼灯(480 W型)的光学特性进行测量,并与2 kW型金属卤化物水下集鱼灯进行比较,分析表明国产LED水下集鱼灯具有相对较好的水中穿透率,能够满足渔业生产需要。根据目前我国近海3 000艘光诱渔船的水下灯配置情况,以水下灯每千瓦燃油消耗260 g计算,年总耗油量共约为3.6万t。若使用国产LED水下集鱼灯替代渔船原先的金属卤化物水下集鱼灯,则仅需燃油0.8万t,每年共可节约燃油近2.8万t。一艘渔船使用LED水下集鱼灯,仅需约1.8年即可收回成本。     

应用Monte Carlo方法计算水上集鱼灯向下辐照度在一类海水中的分布

利用叶绿素浓度、海表风速数据及集鱼灯、渔船的相关特征参数(集鱼灯的配光曲线、波谱分布、辐射通量、集鱼灯在渔船上几何位置等),采用Monte Carlo方法构造了一个计算水上集鱼灯水下辐照度分布的模型。该模型利用叶绿素浓度数据、纯海水水光学特性及其与吸收、散射系数的关系计算波束衰减系数(包括吸收系数、散射系数),利用风速数据构造毛细波面,计算该波面对光路及菲涅耳反射的影响。该模型与传统计算方法相比,有如下优点:(1) 利用叶绿素浓度数据计算波束衰减系数,并考虑了波束衰减系数的波谱特征;(2) 能提供不同水层集鱼灯向下辐照度的光谱分布;(3) 能提供渔船阴影区向下辐照度的分布;(4) 考虑了毛细波面的影响,使集鱼灯水下辐照度的计算更合理;(5) 叶绿素浓度、风速数据可由遥感获取,使模型更易应用于实际计算。模型计算结果与实测值进行了比较,相对均方根误差为37.6%,但两者之间存在显著相关性(P<0.001),文中对模型结果进行了分析。     

水下集鱼灯在近海水体中的光场分布数值模拟

为提高水下集鱼灯光场分布计算精度,本实验采用集鱼灯光谱数据、光度分布数据和海水固有光学参数,基于蒙特卡罗模拟方法构建了新的光场传输数值模拟方法,将光束能量离散成大量光子,通过追踪光子路径计算水下集鱼灯形成的光场强度,并开展水槽实验对计算方法进行了验证。同时,提出了新的集鱼灯光场分布评价指标I_ds和A_ds。利用模型分析了海水的叶绿素a质量浓度、散射作用类型和散射相位函数HG (Henyey Greenstein)中非对称参量g的取值对水下光场分布的影响。结果显示,①叶绿素a质量浓度从1mg/m³增加到5 mg/m³,LED集鱼灯A_5m减少了72.73%,MH集鱼灯A_5m减少了72.17%;LED集鱼灯I_5m减少了66.69%,MH集鱼灯I_5m减少了53.29%。②当海水介质引起的散射类型分别为米氏散射和瑞利散射时,MH集鱼灯I_5m分别为1 058.48和1 020.5 lx,LED集鱼灯I     

2种水下集鱼灯水中光强分布及其比较研究

根据在印度洋鸢乌贼(Symplectoteuthisluminose)渔场对鱿钓船周围水中光照度的实测数据,对5kW金属卤化物灯和5kW卤素灯的水中光照度分布进行了分析和比较。结果表明,金属卤化物灯和卤素灯光照度的衰减曲线分别为:I=28 74×e-0 0952r和I=6 29×e-0 0914r;金属卤化物灯0 01lx等光照度曲面所包含的水体体积为244 6×104m3,是卤素灯的1 67倍。以一些头足类的适宜光照度0 01～10lx为例,金属卤化物灯和卤素灯在这一光照度的诱集范围之比为1 66∶1。