CN104823916B - 一种水下光照调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下光照调控装置，用于分布在需光水域，包括能够漂浮于水面的光路器件，所述光路器件的主体部分为透光区域，所述光路器件为凹透镜或光学特性等效于凹透镜的透光体，其光线收集面向上，光线扩散面向下，以向其下方及周边的受遮挡区域投射光线。该装置向水下投射光线的范围可扩展至死角区域，所需的布置面积和数量都大为减少，不会过多的挤占浮水植物的生长空间，进而保证了净水效果，而且制造和使用成本相对较低，适于大范围推广应用。

Description

一种水下光照调控装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光照设备技术领域，特别是用于改善水下光照条件，以促进生态平衡、 消除污染的的水下光照调控装置，主要用于水污染治理，特别是促进自然水体的自净能力， 其次用于水产养殖，增加产量，降低病死率。

背景技术

[0002] 2〇15年4月2日国务院发布《水污染防治行动计划》（即“水十条，，），提出到2020年全 国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提 升，地下水超采得到严格控制，地下水污染加剧趋势得到初步遏制，近岸海域环境质量稳中 趋好，京津冀、长三角、珠三角等区域水生态环境状况有所好转。到2030年，力争全国水环境 质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系 统实现良性循环。

[0003]水环境保护事关人民群众切身利益，事关全面建成小康社会，事关实现中华民族 伟大复兴中国梦。当前，我国一些地区水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题十 分突出，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展。

[0004]当前，全国水环境的形势非常严峻。体现在三个方面:第一，就整个地表水而言，受 到严重污染的劣V类水体所占比例较高，全国约10 %，有些流域甚至大大超过这个数。如海 河流域劣V类的比例高达39.1 %。第二，流经城镇的一些河段，城乡接合部的一些沟渠塘坝 污染普遍比较重，并且由于受到有机物污染，黑臭水体较多，受影响群众多，公众关注度高， 不满意度高。第三，涉及饮水安全的水环境突发事件的数量依然不少。

[0005]污水治理除了利用污水处理厂来净化以外，自然水体也有自净能力。污水排入水 体后，一方面对水体产生污染，另一方面水体本身有一定的净化污水的能力，即经过水体的 物理、化学与生物的作用，使污水中污染物的浓度得以降低，经过一段时间后，水体往往能 恢复到受污染前的状态，并在微生物的作用下进行分解，从而使水体由不洁恢复为清洁，这 一过程称为水体的自净过程。但其自净需要的时间长，范围大。如果能够提高自然水体的自 净能力则非常有利于全国水环境改善。B㈤5 (生化需氧量)就是一个表示水体被有机物污染 程度的重要指标。

[0006]空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧。溶解氧值是研究水自净能力的一种依 据。水里的溶解氧被消耗，要恢复到初始状态，所需时间短，说明该水体的自净能力强，或者 说水体污染不严重。否则说明水体污染严重，自净能力弱，甚至失去自净能力。

[0007]水体富营养化是指因湖泊、河流、水库等水体中氮、磷等植物营养物质含量过多所 引起的水质污染现象。生活污水以及化肥、食品、洗涤剂等工业产生的废水中，含有大量的 氮、磷等植物营养元素。这些物质进入水体后，使水中营养物质过剩，藻类大量繁殖，引起水 中溶解氧大量减少，水质恶化，最终导致鱼、虾等水生生物死亡。这种现象在湖泊出现叫“水 华”，在海湾出现叫“赤潮”。

[0008]治理水体富营养化，我们从一种典型的水生植物——水葫芦入手，水葫芦学名凤 眼莲。水葫芦茎叶悬垂于水上，蘖枝匍匐于水面，其须根发达，分蘖繁殖快，管理粗放，是美 化环境、净化水质的良好植物。

[0009] 但是，水葫芦的繁殖能力极其旺盛，一旦有适合它生长的环境，它便快速生长，并 成为当地的优势物种，抑制或影响其他物种的生长，破坏生态多样性，极易造成该地区生态 恶化，物种单一。水葫芦繁殖速度极快，生长时会消耗大量溶解氧，几乎成了“污染”的代名 词，滇池、太湖、黄浦江及武汉东湖等著名水体，均出现过水葫芦泛滥成灾的情况，耗费巨资 也无法根治，水葫芦给滇池造成损失的案例是入侵物种危害的经典案例之一。

[0010] 水葫芦的危害根源主要包括两个方面，一方面是对其生活的水面采取了野蛮的封 锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，破坏水下动物的食物链，导致水 生动物死亡。另一方面是某些其代谢产物对于其它水生植物产生的化感作用一一但这种化 感作用经研宄在其根区光照充足的时候得到抑制(影响水生高等植物与藻类之间克生作用 的因素 唐萍）。

[0011] 目前解决水葫芦的危害的方法打捞法，机械打碎沉底法，化学除草法等。打捞法是 目前最常用的方法，效果虽好但人力物力投入很大，而且不治本，常常反复。机械打碎水葫 芦并将其沉底的方法过于简单粗暴，且营养依然存在水中，而且腐烂的水葫芦加剧了水质 恶化。化学除草法更加破坏生态平衡，同时没有清除水中的营养，效果最差。

[0012] 虽说泛滥的水葫芦造成了生态灾难，但是水葫芦确实能治污水:水葫芦的吸污能 力在所有的水草中，被认为是最强的，在适宜条件下，一公顷水葫芦能将800人排放的氮、磷 元素当天吸收掉，水葫芦还能从污水中除去镉、铅、汞、铊、银、钴、锶等重金属元素。

[0013] 然而，现有技术是无论哪种方法，都是要消灭浮水植物，费时费力而且效果不佳， 有的方法还增加了其它污染(例如用化学除草剂)。

[0014] 如果能够即保持水萌芦正常生长，又能让水体中的生物生存，则可以使水体保持 较高的自净能力，也能保证生物多样化。

[0015] 水相对于空气是一种光密介质，依据光学原理，光在两种介质间传播时，在光疏介 质，光线与法线的夹角比光密介质光线与法线的夹角大，入射角与折射角为正相关。当太阳 高度角越低，即入射角越大，则照射入水中的折射角越大，达到相同深度的光线的光程越 长，受到的削弱越多，因此水中的照度越小。同时，当太阳高度角越低，折射的光线就越少， 反射的光线越多，照射进水中的光线就越少，水面及水里的杂质、浮游生物、水生动植物等 都会遮挡阳光，影响阳光在水中的照明。

[0016]如图1所示，针对以上影响水下光照条件的因素，可采用“物理开窗”的方式进行改 善，具体方式是采用某种物理结构(例如框架等)放置在水葫芦1的水域，挤占水葫芦1的生 长区域，从而在水体上形成若干类似天窗的透光区域，通过这些透光区域向水下投射光线， 改善水下光照条件，在利用水萌芦1解决水体富营养化引发的各种水华、赤潮等问题的同 时，可避免水葫芦1对水体生态系统造成不利影响，从而达到保持生态平衡，消除污染的目 的。

[0017]但是，根据光学知识可知，在通过窗口向水下投射光线时会存在较大的死角区域 H，导致投射的光照范围较为有限，对此，要么增大水域上的窗口面积，要么增加水域上的窗 口数量，不论哪一种方式都会过多的挤占浮水植物的生长空间，导致净水效果变差，而且所 需要的设备体积较大、数量较多，成本将大幅提高。

[0018] 因此，在向水下投射光线的过程中，如何避免过多的挤占浮水植物的生长空间即 可达到改善光照条件的目的，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

[0019] 本发明的目的是提供一种水下光照调控装置。该装置向水下投射光线的范围可扩 展至死角区域，所需的布置面积和数量都大为减少，不会过多的挤占浮水植物的生长空间， 进而保证了净水效果。

[0020] 为实现上述目的，本发明提供一种水下光照调控装置，用于分布在需光水域，包括 能够漂浮于或安置于水面的光路器件，所述光路器件的主体部分为透光区域，所述光路器 件为凹透镜或光学特性等效于凹透镜的透光体，其光线收集面向上，光线扩散面向下，并挤 压水体形成与光线扩散面相一致的形状，以向其下方及周边的受遮挡区域投射光线。

[0021] 优选地，所述透光体由透明材料制成，其光线扩散面为球面。

[0022] 优选地，所述透光体由透明材料制成，其光线扩散面的横截面轮廓为二次曲线、二 次曲线的的等效曲线或者内接于所述二次曲线、等效曲线的多段线。

[0023] 优选地，所述透光体由其横截面轮廓沿放样路径放样形成，所述放样路径为原点 旋转放样路径、直线放样路径、曲线放样路径或多段线放样路径，且放样为等截面放样或变 截面放样。

[0024]优选地，所述透光体上方设有透光顶盖或与之上下对称的另一透光体。

[0025]优选地，所述凹透镜或透光体的光线扩散面下方设有光导管。

[0026] 优选地，所述光导管下端设有另一凹透镜或透光体。

[0027]优选地，进一步包括平面透光体，其设于所述凹透镜或透光体周边，或者与所述凹 透镜或透光体组合连接。

[0028]优选地，所述凹透镜或透光体的光线收集面上方设有光线追踪装置。

[0029]优选地，所述凹透镜或透光体下方连接有配重和/或养殖箱。

[0030]优选地，所述凹透镜或透光体密封且内部填充有平衡水压的气体;或者，所述凹透 镜或透光体上设置有平衡水压的加强筋、肋条或支撑架。

[0031 ]本发明通过漂浮于水面的凹透镜或等效于凹透镜的透光件调整水面水体的阳光 分布，协调水面水体内生物的生存空间，其一方面可挤占水葫芦等浮水植物的水面空间，为 水体中的动植物争取光照，另一方面利用凹透镜光学原理，加大水下光照角度，减少光照死 角，增加水下阳光照射量和照射时间，在达到相同光照效果的条件下，又不会过多的挤占水 葫芦等植物的水面空间，即保证水下动植物能够得到足够的光照，从而使水下生态系统保 持平衡，消除浮水植物过度泛滥对所在水域造成的灾难性影响，又保证了足够数量的浮水 植物来降低水体富营养程度，最终达到净化水质的目的。

[0032]这种可以维持水体生态平衡的装置，投入少、见效快、无污染，使得浮水植物、沉水 植物及水里的其它生物都能够得以生存，投放在浮水植物水域后，净水效果十分显著，同时 在经济方面不仅减少了清理浮水植物的损失，还能增加多种经济产品（水萌芦及水下养殖 品），具有较高的经济效益。

[0033]而且，由于水相对于空气是一种光密介质，依据光学原理，通过光线扩散面控制水 体形状就可以达到凹透镜的光学效果，而不一定用到专业的光学器件，从而降低成本。

附图说明

[0034]图1为浮水植物水域下方的光照死角示意图；

[0035]图2为本发明采用凹透镜作为光路器件时的光照路线示意图；

[0036]图3为图2的光照范围示意图； ’

[0037]图4为光学特性等效于凹透镜的第一种透光体的结构示意图；

[0038]图5为第二种透光体的结构示意图； ’

[0039]图6为第三种透光体的结构示意图；

[0040]图7为第四种透光体的结构示意图；

[0041]图8为第五种透光体的结构示意图；

[0042]图9为第六种透光体的结构示意图；

[0043]图10为第七种透光体的结构示意图；

[0044]图11为第八种透光体的结构示意图；

[0045]图12为第九种透光体的结构示意图；

[0046]图13为采用第十种透光体作为光路器件时的光照路线示意图；

[0047] 图14为图13的光照犯围不意图；

[0048] 图15为第i^一种透光体的结构示意图；

[0049] 图16为第十二种透光体的结构示意图；

[0050] 图17为第十三种透光体的结构示意图；

[0051] 图18为第一种透光体的光路示意图；

[0052]图19为凹透镜下方设有光导管时的光照路线示意图；

[0053]图20为图19的光照范围示意图；

[0054]图21为光导管上下两端分别设有图16所示第十二种透光体时的光照范围示意图； [0055]图22为图18所示第一种透光体下方设有光导管时的光照路线示意图； ’

[0056] 图23为凹透镜上方设有光线追踪装置时的结构示意图； ’

[0057] 图24为光导管位于光线追踪装置与凹透镜之间的结构示意图；

[0058] 图25为图7所示第四种透光体的光照路线示意图；

[0059] 图26为图9所示第六种透光体的光照路线示意图；

[0060] 图27为图9的基础上进一步增设光线追踪装置的结构示意图；

[0061] 图28为图18所示第一种透光体下方连接配重或进行锚固的示意图；

[0062] 图29为图18所示第一种透光体下方连接养殖箱的结构示意图；

[0063] 图30为图25所示第四种透光体两侧设养殖箱的结构示意图；

[0064] 图31为图26所示第六种透光体的一侧设养殖箱的结构示意图；

[0065] 图32为第十四种透光体的结构示意图；

[0066] 图33为第十五种透光体的结构示意图；

[0067] 图34为图5所示第二种透光体周边设有环形平面透光体的结构示意图；

[0068] 图35为图4所示第一种透光体之间通过平面透光体组合连接的结构示意图；

[0069] 图36为第十六种透光体的结构示意图； ’

[0070] 图37为第十七种透光体的结构示意图；

[0071] 图38为第一种透光体组合使用的结构示意图。

[0072] 图中：

[0073] 1.水葫芦2.凹透镜3•透光体3-1 •水平顶盖4•橡胶保护件5.捆绑把手6•水 底植物7.光导管8.光线追踪装置9•配重10•养殖箱11 •平面透光体

具体实施方式

[0074]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式 对本发明作进一步的详细说明。

[0075]请参考图2、图3,图2为本发明采用凹透镜作为光路器件时的光照路线示意图；图3 为图2的光照范围示意图。

[0076]在一种具体实施方式中，本发明提供的水下光照调控装置，用于分布在浮水植物 (图中所示为水葫芦1)治理水域，主要由能够漂浮于水面的凹透镜2等构成，其主体部分为 透光区域，其光线收集面向上，光线扩散面向下，以向其下方及周边的受遮挡区域投射光 线。

[0077]由于凹透镜2在光学上具有扩散光线的功能，因此在相同的光照条件下，其在向水 下投射光线时，光照范围可明显的超过虚线所示的死角区域，从而扩大了光照范围，只需数 量较少、面积较小的区域就可以有效改善水下光照条件，不会过多的挤占水葫芦1的生长空 间，从而在保持水下光照与水葫芦1净水之间取得了良好的平衡，最终达到净化水质、改善 环境的目的。

[0078]为了使凹透镜2可以稳定的漂浮在水面上，可以为凹透镜配设相应的漂浮部件，例 如浮球、浮架(图中未示出）等等。

[0079]作为一种可选的方式，也可以采用菲聂耳透镜来代替凹透镜2。

[0080]当然，除了凹透镜2，还可以采用光学特性等效于凹透镜的透光体来作为光路器 件。

[0081] 请参考图4,图4为光学特性等效于凹透镜的第一种透光体的结构示意图。

[0082]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，呈具有一定壁厚的圆筒形，其 两端封闭，由于是空心结构，因此无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其边缘可 设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获得基本 上与凹透镜2相同的光学效果(见图18)。

[0083]当然，上述圆筒形透光体3的两端也可以不封闭，在这种情况下，由于其本身不会 产生浮力，因此需要设置能够使其漂浮在水面上的漂浮部件。

[0084]请参考图5,图5为第二种透光体的结构示意图。

[0085]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，呈具有一定壁厚的球形，由于 是空心结构，因此无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其边缘可设置橡胶保护 件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获得基本上与凹透镜2相 同的光学效果。

[0086]请参考图6,图6为第三种透光体的结构示意图。

[0087]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，呈具有一定壁厚的半球形，由 于是空心结构，因此无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其边缘可设置橡胶保 护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获仿基本上与凹透镜2 相同的光学效果。

[0088] 请参考图7,图7为第四种透光体的结构不意图。

[0089]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃)制成，呈上宽下窄的楔形，底部呈尖 角状，其可以是实心结构，也可以是空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件，以保证 能够漂浮在水面上，当其为空心结构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其 边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获 得基本上与凹透镜2相同的光学效果(其光照路线如图25所示）。

[0090] 这种楔形透光体3在投入水中时，是逐渐没入水中的，在没入过程中所占水域面积 逐渐变大，因此可更加容易的占据水葫芦1的水面空间，同时，其底部伸入水中，可增加照射 深度，两侧的斜面还能适应水的压力变化，而且成本相对较低。

[0091] 请参考图8,图8为第五种透光体的结构示意图。

[0092] 如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，呈上宽下窄的棱锥形，底部呈 尖角状，其可以是实心结构，也可以是空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件，以保 证能够漂浮在水面上，当其为空心结构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上， 其边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可 获得基本上与凹透镜2相同的光学效果。

[0093]当然，除了棱锥形，还可以将其设计为圆锥形或锥台形。

[0094] 请参考图9,图9为第六种透光体的结构示意图。

[0095]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃)制成，呈上宽下窄的梯形(或槽形）， 底部为平面，其可以是实心结构，也可以是空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件， 以保证能够漂浮在水面上，当其为空心结构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水 面上，其边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用 时可获得基本上与凹透镜2相同的光学效果(其光照路线如图26所示），除了拥有楔形、锥形 透光体的全部优点之外，还能更好的适应浅水环境。

[0096] 请参考图10,图10为第七种透光体的结构示意图。

[0097]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃)制成，呈上宽下窄的梯形域槽形）， 底部为平面，由图8所示的锥形透光体3沿水平方向切去底部尖角后形成，其可以是实心结 构，也可以是空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件，以保证能够漂浮在水面上，当 其为空心结构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其边缘可设置橡胶保护 件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获得基本上与凹透镜2相 同的光学效果。

[0098]请参考图11，图11为第八种透光体的结构示意图。

[0099]如图所示，此透光体3由透明材料（例如玻璃）制成，其两端呈“V”字形，底部为尖 角，大体上呈船形，这种流线型形状能够较好的消除流水阻力，适于布置在流动水域，可看 作是从图7所示的楔形透光体3在两端增加“V”形部分后形成，其可以是实心结构，也可以是 空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件，以保证能够漂浮在水面上，当其为空心结 构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水面上，其边缘可设置橡胶保护件4及配重连 接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用时可获得基本上与凹透镜2相同的光学效 果。

[0100]请参考图12,图12为第九种透光体的结构示意图

[0101]如图所示，此透光体3由透明材料（例如玻璃）制成，其两端呈“V”字形，底部为平 面，大体上呈船形，能够较好的适应流动水域，由图11所示船形透光体沿水平方向切去底部 尖角后形成，其可以是实心结构，也可以是空心结构。当其为实心结构时，需设置漂浮部件， 以保证能够漂浮在水面上，当其为空心结构时，无需设置漂浮部件就可以稳定的漂浮在水 面上，其边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可以设置捆绑把手5等附件，其在使用 时可获得基本上与凹透镜2相同的光学效果。

[0102]请参考图13、图14,图13为采用第十种透光体作为光路器件时的光照路线示意图； 图14为图13的光照范围示意图。

[0103]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃)制成，在横截面上呈具有一定壁厚的 弧形，其垂直向下照射的光照射深度最大，边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时还可 以设置捆绑把手5等附件。

[0104]为了使其可以稳定的漂浮在水面上，可以配设相应的漂浮部件，其在使用时可获 得基本上与凹透镜2相同的光学效果，而且与以上几种方式相比，结构更为简单，可有效的 降低成本。

[0105]请参考图15,图I5为第^^一种透光体的结构示意图。

[0_ 如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，在横截面上呈圆心角等于180 度的环形，其垂直向下照射的光照射深度最大，边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同时 还可以设置捆绑把手5等附件，为了使其可以稳定的漂浮在水面上，可以配设相应的漂浮部 件，其在使用时可获得基本上与凹透镜2相同的光学效果。

[0107]请参考图I6，图16为第十二种透光体的结构示意图。

[0108]如图所示，此透光体3由透明材料(例如玻璃）制成，其下半部分在横截面上呈弧 形，上半部分为覆盖在下半部分上的水平顶盖3-1，边缘可设置橡胶保护件4及配重连接，同 时还可以设置捆绑把手5等附件，为了使其可以稳定的漂浮在水面上，可以配设相应的漂浮 部件。

[0109] 如果其两端封闭，则不设置漂浮部件也能漂浮在水面上，其在使用时可获得基本 上与凹透镜2相同的光学效果。

[0110] 与图13、图14所示的透光体相比，其在使用时不会因凹面内积水而使扩散效果消 失，甚至使设备沉入水底。

[0111]同理，如图17所示，顶盖除了水平形式外，还可以是与下半部分透光体上下对称的 另一半透光体。

[0112]请参考图19、图20,图I9为凹透镜下方设有光导管时的光照路线示意图；图2〇为图 19的光照范围示意图。

[0113]为了将光线投射至水底，对水底植物6进行光照，可以在上述凹透镜2或透光体3的 光线扩散面下方加装光导管7,以提高指向性，避免光线在到达水底之前向四周扩散，光导 管7下端亦可加装凹透镜2或类似凹透镜的透光体3。

[0114]光导管7大体可以有三种主要形式：

[0115]第一种为增透型光导管，其管内为真空或容纳有空气等其它增加光透射的气体、 液体或固体。

[0116]第二种为反射型光导管，其管内为自然水体，内壁为反射面。

[0117]第二种为复合型光导管，其为增透型光导管与反射型光导管的组合，g卩管内为真 空或容纳有空气等其它增加光透射的气体、液体或固体，同时，内壁为反射面。

[0118]请参考图21，图2丨为光导管上下两端分别设有图ie所示第十二种透光体时的光昭 范围示意图。 ^

[0119]其与上述图19、20所示透光件的不同之处在于，光导管7上下两端分别设有图16所 不第十二种透光体3,其余结构基本保持不变。

[0120]除了以上实施例，在其余各种透光体3下方亦可加装光导管7，如图22所示，其在图 18所示第一种透光体3下方设有光导管7，从而将光线定向投射到水底区域，保持水底植物6 光照充足，由于光线在投向水底之前，不会向四周扩散，因此无法照射到光导管7周围的区 域，从而将水体分为两个促进生长区A和一个抑制生长区B，其中，水面区域和水底区域为促 进生长区A，两者之间的区域为抑制生长区B，水底促进生长区的植物可以吸收水中的营养 物质，同时限制水中水藻的生长，净化水质，保障水下生物的生存。

[0121]为进一步改善光照效果，还可以在凹透镜2或透光体3的光线收集面上方设置光线 追踪装置。

[0122]请参考图22,图22为凹透镜上方设有光线追踪装置时的结构示意图。

[0123]如图所示，其在图2所示实施例的基础上，在凹透镜2的光线收集面上方加装有光 线追踪装置8 (又称为主动式定日镜），其进光或出光方向可覆盖周天范围内的任意方向，因 此能够十分灵活地适应光源位置或目标位置的变化，通过自动调节始终能够处于最大采光 状态，从而使光线更加容易利用，同时能避免光线衰减，可实现远距离大量输送光线。

[0124] 具体地，可采用本发明申请人之前所申请的公开号为CN203147619U的实用新型专 利所公开的光线立体追踪采集装置，或已经获得授权的公开号为CN203147619U的发明专利 所公开的光线立体追踪采集装置。

[0125] 如箭头所示，这种结构可定向的向水下投射光线，特别适于用来改善水底植物6的 光照条件。

[0126] 可以理解，除了图2所示的实施例，在其余各实施例的基础上，均可以加装上述光 线追踪装置8,如图27所示，在图9的基础上进一步增设光线追踪装置8,等等，而且图示为双 镜式光线追踪装置8,也可用其它如单镜式多镜式的光线追踪装置8。

[0127] 请参考图23,图23为光导管位于光线追踪装置与凹透镜之间的结构示意图。

[0128] 在图22所示结构的基础上，还可以作出进一步改进，即在光线追踪装置8的下方加 装光导管7,同时将凹透镜2安装在光导管7下端的出光口处。

[0129] 这种结构的凹透镜2沉入水面以下的位置，利用光导管7可实现光线的远距离定向 投射，避免光线在到达凹透镜2之前向四周扩散。

[0130] 请参考图28、29、30、31，图28为图18所示第一种透光体下方连接配重或进行锚固 的示意图；图29为图18所示第一种透光体下方连接养殖箱的结构示意图；图3〇为图25所示 第四种透光体两侧设养殖箱的结构示意图；图31为图26所示第六种透光体的一侧设养殖箱 的结构示意图。

[0131] 如图所示，在凹透镜2或透光体3下方可通过绳索连接养配重9或养殖箱10,设置配 重9的目的是为了更好的控制透光体3的位置，如果透光体3的位置固定不变，也可以对其进 行锚固。

[0132]养殖箱10可以用来替代配重9，可分为垂吊型养殖箱，和依附型养殖箱等多种形 式，在实现配重功能的同时，可进行水下养殖，从而增加实用价值，具有较高的经济效益。 [0133]本发明在使用时，既可以以单体的形式进行投放，也可以多个单体连接起来(见图 37、38)甚至采用多种形态的个体组合，进行有组织有计划的分布，凹透镜2或透光体3与周 边有连接或与水下有锚固。

[0134]具有以下技术效果：

[0135] 1)挤占水葫芦等浮水植物的水面空间，为水体中的植物争取光照。

[0136] 2)利用凹透镜光学原理，增加水下光照角度，增加水下阳光照射量和照射时间，减 少水下光照死角。

[0137] 3)利用水中光导管增加光传导距离，或照射指定区域。

[0138] 4)通过悬挂配重物、养殖箱增加水生物的生长生活空间，替代浮球养殖。

[0139]当然，透光体3的具体结构并不局限于以上几种形式，其在纵截面上可以呈内接于 圆形的多边形(见图32、图36)或内接于一段圆弧的多段线(见图33)，而且以上几种透光体3 的基础上，还可以进一步增设平面透光体11，如图34所示，球形透光体3的周边设有一圈环 形平面透光体11，此平面透光体11可以使平面玻璃、平面空心玻璃或平面箱形玻璃等等，此 夕卜，相同或不同的透光体3之间也可以通过平面透光体11相互组合连接后使用，平面透光体 11的形状可根据需要灵活设计，如图35所示，圆筒形透光体3之间通过矩形平面透光体11组 合连接为一个整体。

[0M0]上述各实施例中的透光体3的横截面轮廓为二次曲线或其它同样效果的曲线，以 及内接于二次曲线或等效曲线的多段线，如圆形的内接三角形、四边形、五边形等，其横截 面轮廓沿特定路径放样形成透光体3,截面放样路径包括等截面的原点旋转放样、直线放样 及其它曲线放样。如形成圆球、圆环、圆锥、圆管、圆筒等形状的放样，截面放样路径包括不 等截面放样，如椭球体放样，截面放样路径包括简化曲线而形成的多段线，如形成棱锥或棱 台的放样。

[0141]此外，凹透镜2或透光体3可设计为密封结构，并在内部填充空气，例如加压空气， 以提高凹透镜2或透光体3的结构强度，抵抗水的压力。当然，除了填充气体的方式，还可以 通过在凹透镜2或透光体3上设置加强筋、肋条、支撑架等方式来提高其结构强度，同样可以 达到抵抗水压力的效果。

[0142]本发明的水下光照调控装置光学方面的作用主要有三个:包括占据水面空间增加 接受光照的面积、增加水下水平方向光照(消减死角）以及增加水下水深方向光照(光线在 水体中的衰减远大于空气），增加水下光照就可以促进水体内植物的光合作用，增加水中溶 解氧，提高自然水体的自净能力，同时促进水体内植物和微生物生长，增加水产产量。还可 以用于诱光型渔业。

[0143]该装置零能耗、无污染、可回收再利用，而且制造和使用成本相对较低，适于大范 围推广应用。

[0144]以上对本发明所提供的水下光照调控装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个 例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的 核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提 下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护 范围内。

Claims (8)

1. 一种水下光照调控装置，用于布置在自然界开阔水域的浮水植物生长区以向水下投 射光线，包括能够漂浮于水面的光路器件，所述光路器件的主体部分为透光区域，其特征在 于，所述光路器件为凹透镜(2)或光学特性等效于凹透镜的透光体(3)，其光线收集面向上， 光线扩散面向下，并挤压水体形成与光线扩散面相一致的形状，以向其下方及周边的受遮 挡区域投射光线;所述透光体(3)由透明材料制成，其光线扩散面为球面，或者，其光线扩散 面的横截面轮廓为二次曲线、二次曲线的的等效曲线或者内接于所述二次曲线、等效曲线 的多段线;所述透光体(3)由其横截面轮廓沿放样路径放样形成，所述放样路径为原点旋转 放样路径、直线放样路径、曲线放样路径或多段线放样路径，且放样为等截面放样或变截面 放样。

2. 根据权利要求1所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述透光体(3)上方设有透 光顶盖(3-1)或与之上下对称的另一透光体。

3. 根据权利要求1所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述凹透镜(2)或透光体(3) 的光线扩散面下方设有光导管C7)。

4. 根据权利要求3所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述光导管(7)下端设有另 一凹透镜(2)或透光体⑶。

5. 根据权利要求1至4任一项所述的水下光照调控装置，其特征在于，进一步包括平面 透光体，其设于所述凹透镜(2)或透光体(3)周边，或者与所述凹透镜(2)或透光体(3)组合 连接。

6. 根据权利要求1至4任一项所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述凹透镜(2)或 透光体⑵的光线收集面上方设有光线追踪装置⑻。

7. 根据权利要求1至4任一项所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述凹透镜(2)或 透光体(3)下方连接有配重⑼和/或养殖箱(10)。

8. 根据权利要求1至4任一项所述的水下光照调控装置，其特征在于，所述凹透镜(2)或 透光体(3)密封且内部填充有平衡水压的气体;或者，所述凹透镜(2)或透光体(3)上设置有 平衡水压的加强筋、肋条或支撑架。