CN107711607B - 一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法，特点是：检测装置包括检测机构、检测信号采集模块、数据处理模块和结果输出模块，检测机构包括水平设置在待检测池中供水产动物游过的导游管，导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置有至少两对检测器，检测器是能供水产动物游过并测得其电导率变化的非接触式电导检测器，检测器的信号输出端与检测信号采集模块电连接，检测信号采集模块与数据处理模块电连接，数据处理模块与结果输出模块电连接，优点是：能够实现对水产养殖中水产动物的生命体征参数进行原位、实时检测和记录分析，无需捕捞测定，为水产动物的精准养殖和科学养殖提供新技术。
Description
技术领域
本发明涉及游动类水产动物生命体征参数的检测领域，尤其涉及一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法。
背景技术
我国是水产养殖大国，水产养殖产量占到全世界的73%，水产养殖在改善我国民生、增加农民收入等方面发挥了重要的作用。现代水产养殖正朝着规模化、高度集约化、高效生态安全的方向发展，传统的水产养殖模式已经无法满足现代水产养殖的发展要求。因此，基于物联网技术开发的水产养殖智能化和可视化无线传感网络监控系统，并实现水产养殖的智能化监控，已逐步在现代水产养殖业发展起来。这些技术的发展为水产养殖水体水质环境的监控提供了有效的手段。
水产动物作为水产养殖中的主体，对其生命体征和生长状态进行监测，能够更好提高水产动物养殖产量和品质，实现科学化水产养殖。但目前针对游动类水产动物（如虾、鱼类等）生命体征参数（如大小、体重等）往往只能通过捕捞后对个体进行测量和分析的方法来进行，相对而言采样量、采样频率、实时性等方面都有显著不足，难以准确反应水产动物在实际养殖过程中的具体情况，不能实时掌握水产动物的生长状态。加之，由于实际水产养殖水体复杂、环境条件多变等原因，目前尚没有针对水产动物的生命体征参数进行实时在线检测方法和仪器。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法，能够实现对水产养殖中水产动物的生命体征参数进行原位、实时检测和记录分析，无需捕捞测定，为水产动物的精准养殖和科学养殖提供新技术。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，包括检测机构、检测信号采集模块、数据处理模块和结果输出模块，所述的检测机构包括水平设置在待检测池中供水产动物游过的导游管，所述的导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置有至少两对检测器，所述的检测器是能供水产动物游过并测得其电导率变化的非接触式电导检测器，所述的检测器的信号输出端与所述的检测信号采集模块电连接，所述的检测信号采集模块与所述的数据处理模块电连接，所述的数据处理模块与所述的结果输出模块电连接。
在一些实施方式中，所述的导游管的两端设置有锥型的导游网，所述的导游网的锥型口与所述的导游管相连通，所述的导游管和所述的导游网的材料为玻璃或其他绝缘材料。由此，能将水产动物更好地引导游入导游网并进入导游管中进行检测。
在一些实施方式中，所述的检测器包括两个金属电极，所述的金属电极的背面分别设置在所述的导游管相对应的内侧壁上，所述的金属电极之间设置有供水产动物游过的检测区，所述的金属电极的表面设置有绝缘层，所述的金属电极通过连接导线与所述的检测信号采集模块电连接。由此，制得的检测器具有较优的检测效果。
在一些实施方式中，所述的绝缘层的材料为SiO2，所述的绝缘层的厚度为100nm-1μm。由此，能够提高检测的灵敏度，检测效果好。
在一些实施方式中，所述的金属电极包括基底层和金属层，所述的基底层的材料为硅或玻璃，所述的金属层的材料为金属铂，所述的金属电极采用lift-off工艺制备而成。由此，制得的金属电极具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述的导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置有两对所述的检测器，两对所述的检测器之间为垂直布设。由此，能够从不同角度测得水产动物不同部位的电容变化，使检测结果更全面准确。
在一些实施方式中，所述的导游管的直径为待检测水产动物宽度的2-3倍。由此，能使检测结果更准确，此外也能一定程度上减少多个水产动物同时游入的情况发生。
一种采用游动类水产动物生命体征参数的检测装置进行检测的方法，包括以下步骤：
①在导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置第一检测器和第二检测器，再将导游管固定安装于待检测池中，使导游管保持水平并淹没入水面下一定深度；
②使用增氧泵将待检测池中的水体按照设定方向流动，使待检测池中的水产动物游动进入导游管中；
③水产动物游过第一检测器时，引起第一检测器的金属电极之间的电容变化，第一检测器将该电容变化信号测得，记为第一电容变化信号；
④水产动物游过第二检测器时，引起第二检测器的金属电极之间的电容变化，第二检测器将该电容变化信号测得，记为第二电容变化信号；
⑤检测信号采集模块将第一电容变化信号和第二电容变化信号采集后，输送给数据处理模块，数据处理模块根据测得的第一电容变化信号、第二电容变化信号以及产生电容变化信号间隔的时间，计算得到水产动物生命体征参数，结果输出模块将生命体征参数输出并显示。
所述的水产动物生命体征参数包括水产动物的大小、体重、介电常数、游动速度和游动量。
步骤⑤中计算得到水产动物生命体征参数的具体包括：根据测得的第一电容变化信号和第二电容变化信号，计算得到水产动物的大小和介电常数，根据水产动物的大小计算得到其体重；根据两个检测器之间的距离及产生电容变化信号所间隔的时间，计算得到水产动物的运动速度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于非接触式电导检测原理提供一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法，实现对水产动物的原位实时检测，能够在正常养殖过程中对水产动物的大小、体重等生命体征参数，游动状态，生活习性等关键数据进行实时检测和记录分析，无需将水产动物从养殖池中捕捞后进行逐个检测分析，为水产动物的精准养殖和科学养殖提供新技术，具有重要的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置的结构示意图；
图2为图1中检测器部分的结构示意图；
图3为本发明一实施例的检测结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置及检测方法作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，包括检测机构、检测信号采集模块、数据处理模块和结果输出模块。检测机构包括水平设置在待检测池中供水产动物1游过的导游管2，导游管2的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次间隔设置有两对检测器：第一检测器3和第二检测器4，检测器为能供水产动物1游过并测得其电导率变化的非接触式电导检测器。检测器的信号输出端与检测信号采集模块电连接，检测信号采集模块与数据处理模块电连接，数据处理模块与结果输出模块电连接。
导游管2的两端还设置有锥型的导游网5，导游网5的锥型口与导游管2相连通，以更好地将养殖池中的水产动物1引导游入导游管2中。导游管2和导游网5的材料为玻璃或其他绝缘材料，以避免影响检测结果。导游管2的直径为待检测水产动物1宽度的2～3倍，由此能更加准确地测定水产动物1的体征参数，此外也能一定程度上减少多个水产动物1同时游入的情况。
如图2所示，优选的检测器包括两个金属电极6，金属电极6的背面分别设置在导游管2相对应的内侧壁上，两个金属电极6呈平行相对，金属电极6之间形成供水产动物1游过的检测区7，金属电极6的表面设置有绝缘层8，金属电极6通过连接导线9与检测信号采集模块电连接。绝缘层8的材料为SiO2，绝缘层8的厚度为100nm-1μm。金属电极6包括基底层和金属层，基底层的材料为硅或有机玻璃，金属层的材料为金属铂，金属电极6采用lift-off工艺制备而成。由此制得的金属电极6、第一检测器3及第二检测器4具有较好的检测效果。
优选的，第一检测器3和第二检测器4的设置方向不同，呈设定角度或垂直布设，第一检测器3和第二检测器4的金属电极6之间为同轴不同面地设置在导游管2的内侧壁上。由此，能够从不同角度测得水产动物不同部位的电容变化，使检测结果更全面准确。
实施例2
如图2所示，检测器是按如下方法制备的：①选择硅或有机玻璃作为基底层，采用lift-off（剥离）工艺在基底层上制备铂金属层，得到铂电极；②在铂电极的表面层积一层厚度为100nm-1μm的SiO2绝缘层8，形成检测电极。
实施例3
一种游动类水产动物生命体征参数原位检测方法，包括以下步骤：
①在导游管2的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置第一检测器3和第二检测器4，再将导游管2固定安装于待检测池中，使导游管2保持水平并淹没入水面下一定深度。本实施例中第一检测器3和第二检测器4在导游管2中为平行布设，在其他实施例中也可以是相互垂直方向布设或者呈设定角度布设。
②使用增氧泵将待检测池中的水体按照一个方向流动，使待检测池中的水产动物1随水流游动起来，部分游入导游管2中。
③水产动物1游过第一检测器3时，引起第一检测器3的金属电极6之间的电容变化，第一检测器3将该电容变化信号测得，记为第一电容变化信号。
④水产动物1游过第二检测器4时，引起第二检测器4的金属电极6之间的电容变化，第二检测器4将该电容变化信号测得，记为第二电容变化信号。
⑤检测信号采集模块将第一电容变化信号和第二电容变化信号采集后，输送给数据处理模块，数据处理模块根据测得的第一电容变化信号、第二电容变化信号以及产生电容变化信号间隔的时间，计算得到水产动物1生命体征参数，结果输出模块将生命体征参数输出并显示。
水产动物1生命体征参数包括水产动物1的大小、体重、介电常数、游动速度和游动量等。
如图3所示为检测结果示意图，横坐标表示运动距离，单位通常为cm。根据测得的第一电容变化信号10和第二电容变化信号11，计算得到水产动物1的大小和介电常数。信号强度是测得的水产动物1在游过检测区7时引起的电容变化，用于表征水产动物1的身体的粗细大小；信号宽度是水产动物1头部至尾部游过检测窗口的时间，用于表征动物的长度。综合模拟可得水产动物1的大小，根据水产动物1的大小计算得到其体重。信号顶部的差异变化表征水产动物1不同部位介电常数的不同，可以判断出水产动物1的各个身体部位参数，基于所获得的数据计算出水产动物1的全长、体长、头胸甲长、头胸甲宽、头胸甲高和体质量6个生长性状参数。根据两个检测器之间的距离及产生电容变化信号所间隔的时间，计算得到水产动物1的游动速度，从而判断动物的活动能力。通过记录一定时间内游过检测器的水产动物1的数量，估算整个养殖池内水产动物1的数量和密度。
本发明的基本原理是非接触式电导率测量原理，即水产动物作为一种高蛋白的生物体，其介电常数与养殖水体的介电常数之间存在显著差异，通过本发明设置的特定结构，使水产动物游到检测器的检测区，基于电学检测方法，测量水产动物游过检测窗口时所引起的电导率的变化来判断水产动物的运动状态，并进一步测量得到水产动物的大小、体重、介电常数、运动速度、运动量以及估算养殖池中水产动物的数量和密度。本发明常用于水产养殖中对例如对虾、鱼类等水产进行检测，在同一个池中的水产养殖动物的类型往往比较单一，而且大小体态较为均匀，由此能使本发明具有较优的效果。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，其特征在于包括检测机构、检测信号采集模块、数据处理模块和结果输出模块，所述的检测机构包括水平设置在待检测池中供水产动物游过的导游管，所述的导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置有至少两对检测器，所述的检测器是能供水产动物游过并测得其电导率变化的非接触式电导检测器，所述的检测器的信号输出端与所述的检测信号采集模块电连接，所述的检测信号采集模块与所述的数据处理模块电连接，所述的数据处理模块与所述的结果输出模块电连接，所述的导游管的直径为待检测水产动物宽度的2-3倍，所述的导游管的两端设置有锥型的导游网，所述的导游网的锥型口与所述的导游管相连通，所述的导游管和所述的导游网的材料为玻璃或其他绝缘材料；所述的检测器包括两个金属电极，所述的金属电极的背面分别设置在所述的导游管相对应的内侧壁上，所述的金属电极之间设置有供水产动物游过的检测区，所述的金属电极的表面设置有绝缘层，所述的金属电极通过连接导线与所述的检测信号采集模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，其特征在于所述的绝缘层的材料为SiO2，所述的绝缘层的厚度为100nm-1μm。
3.根据权利要求1所述的一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，其特征在于所述的金属电极包括基底层和金属层，所述的基底层的材料为硅或玻璃，所述的金属层的材料为金属铂，所述的金属电极采用lift-off工艺制备而成。
4.根据权利要求1所述的一种游动类水产动物生命体征参数的检测装置，其特征在于所述的导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置有两对所述的检测器，两对所述的检测器之间为垂直布设。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的游动类水产动物生命体征参数的检测装置进行检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
①在导游管的内侧壁上沿水产动物的游动方向依次设置第一检测器和第二检测器，再将导游管固定安装于待检测池中，使导游管保持水平并淹没入水面下一定深度；
②使用增氧泵将待检测池中的水体按照设定方向流动，使待检测池中的水产动物游动进入导游管中；
③水产动物游过第一检测器时，引起第一检测器的金属电极之间的电容变化，第一检测器将该电容变化信号测得，记为第一电容变化信号；
④水产动物游过第二检测器时，引起第二检测器的金属电极之间的电容变化，第二检测器将该电容变化信号测得，记为第二电容变化信号；
⑤检测信号采集模块将第一电容变化信号和第二电容变化信号采集后，输送给数据处理模块，数据处理模块根据测得的第一电容变化信号、第二电容变化信号以及产生电容变化信号间隔的时间，计算得到水产动物生命体征参数，结果输出模块将生命体征参数输出并显示。
6.根据权利要求5所述的一种游动类水产动物生命体征参数的检测方法，其特征在于所述的水产动物生命体征参数包括水产动物的大小、体重、介电常数、游动速度和游动量。
7.根据权利要求6所述的一种游动类水产动物生命体征参数的检测方法，其特征在于步骤⑤中计算得到水产动物生命体征参数的具体包括：根据测得的第一电容变化信号和第二电容变化信号，计算得到水产动物的大小和介电常数，根据水产动物的大小计算得到其体重；根据两个检测器之间的距离及产生电容变化信号所间隔的时间，计算得到水产动物的运动速度。
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