CN108401974B - 一种养殖水体自主巡航多级增氧设备及其增氧方法 - Google Patents

Abstract

涉及一种养殖水体自主巡航多级增氧设备，包括：承载驱动装置、曝气增氧装置、检测控制装置和供电蓄能装置；承载驱动装置包括浮台、驱动组件和方向传感器，驱动组件均布安装在浮台的边缘；方向传感器安装在浮台上并与检测控制装置电连接；曝气增氧装置包括：集成箱、微型制氧机、抽气泵、抽水泵、抽水管、回流管、连轴和喷洒头；集成箱安装于浮台上方，集成箱、抽气泵和微型制氧机依次连接，抽水管、回流管和连轴分别穿过浮台，抽水管、抽水泵、集成箱、回流管沿水流方向依次连接，连轴与集成箱连接；喷洒头和抽水泵连接。该设备能够根据缺氧等级实现多级增氧。还涉及一种养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法。属于水产养殖技术领域。

Description

一种养殖水体自主巡航多级增氧设备及其增氧方法

技术领域

本发明属于水产养殖技术领域，具体地说是一种养殖水体自主巡航多级增氧设备及其增氧方法。

背景技术

我国是世界水产养殖大国，仅池塘养殖面积就有约2000万亩，养殖产量位居世界第一。近来，我国水产养殖面积和养殖密度的不断扩大，由于天气条件越来越恶劣，水产品对溶解氧的要求越来越高，水溶氧含量较低会使水产品呼吸加快，水溶氧含量再低水产品则会出现浮头现象，甚至死亡。

充足的氧气对鱼塘里的鱼生长非常重要，不能及时给鱼塘提供新鲜的氧气就会造成鱼塘里的鱼大面积的死亡，对鱼塘养殖户造成非常大的经济损失。同时由于人类的生产和生活，导致水体污染，水质恶化，不利于鱼类的生长。使用增氧机能抑制水中的厌氧菌的生长，能够防止鱼塘水变质影响鱼类生存环境，从而提高池塘养鱼产量。鱼塘水质监测及增氧装置可以对鱼塘实现实时水质监测，并在缺氧时及时供氧，保证鱼类的生长。

增氧机的目的主要是使水体增加溶氧，它可综合利用物理、化学和生物等功能，不但可以解决池塘养殖中因为缺氧而产生的鱼浮头的问题，而且可以消除有害气体，促进水体对流交换，改善水质条件，提高鱼塘活性和初级生产率，从而提高放养密度，增加养殖对象的摄食强度，促进生长，使亩产大幅提高，充分达到养殖增收的目的。

增氧机种类很多，主要有叶轮增氧机、水车式增氧机、充气式增氧机、喷水式增氧机等。现有传统的增氧机主要都是定点增氧，增氧机固定在养殖池塘中的某个位置，呈现出离增氧装置越远，增氧效果越弱的趋势。为了比较均匀地给池塘的各个区域增氧，需要间隔均匀地配置多台增氧机，设施的投入较大，给渔民造成了较大的负担。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种养殖水体自主巡航多级增氧设备，该设备能够实现多级增氧，增氧方式多样。

本发明的另一目的是提供一种可根据养殖水体的缺氧等级切换增氧模式的养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种养殖水体自主巡航多级增氧设备，包括：承载驱动装置、曝气增氧装置、用于检测养殖水体并控制设备的检测控制装置和为增氧设备供电的供电蓄能装置；

承载驱动装置包括浮台、若干驱动组件和方向传感器，驱动组件均布安装在浮台的边缘；方向传感器安装在浮台上并与检测控制装置电连接；

曝气增氧装置包括：用于曝气的集成箱、微型制氧机、抽气泵、抽水泵、抽水管、回流管和喷洒头；集成箱安装于浮台上方，集成箱、抽气泵和微型制氧机依次连接，抽水管、回流管和连轴分别穿过浮台，抽水管、抽水泵、集成箱、回流管沿水流方向依次连接；喷洒头和抽水泵连接。

优选地，还包括连轴；集成箱上设有进水口、出水口和进气口；集成箱通过隔档分为上室和下室，上室沿着水流的入水方向依次连通设有混合腔和扰流器，进水口和混合腔连通，扰流器和出水口连通，进气口与混合腔连通；上室内还设有增氧剂存储盒，增氧剂存储盒通过电磁比例阀可控连通；下室设有步进电机和第二减速器，第二减速器、步进电机和连轴依次连接。采用这种结构后，步进电机通过连轴带动搅拌轴转动，第二减速器适用于调节连轴转速的，使搅拌轴可以实现不同力度的搅拌。

优选地，检测控制装置包括位于养殖水体内的溶解氧传感器和位于浮台上方的控制器，控制器与溶解氧传感器通过防水导线连接；供电蓄能装置包括安装在集成箱上方的太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器；太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器串联。

优选地，回流管与集成箱之间还设有增压泵，控制器分别与驱动组件、微型制氧机、抽气泵、抽水泵、步进电机和增压泵电连接；微型制氧机和抽气泵通过三通接头连接，三通接头的两个接头分别与微型制氧机和抽气泵连接，另一接头作为于抽取空气的入口。

优选地，还包括搅拌轴和设在搅拌轴上的浆叶；搅拌轴连接抽水管的下端和回流管的下端，浆叶为螺旋带形、扇形或交错长柄形。采用这种结构后，桨叶的选择更为多样。

优选地，驱动组件包括驱动电机、浆板、转轴和第一减速器；浆板、转轴、第一减速器、驱动电机的输出轴和浮台依次连接。

优选地，驱动组件的数量为四组；承载驱动装置的运动方式为：当位于一条直线上的两块浆板同向运动，其余浆板相对静止时，增氧设备直线前进；当所有浆板均呈顺时针或者逆时针运动时，增氧设备原地旋转。采用这种结构后，增氧设备可通过控制承载驱动装置的运动方式实现自主巡航。

优选地，回流管位于浮台下方的部分等间距设有若干喷头，抽水管位于浮台下方的部分等间距设有若干抽水孔。采用这种结构后，抽水管抽水的范围和抽水效率大大提高，回流管喷水的深度和喷水效率得到有效提高，缩短增氧时长，实现高速增氧。

一种养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法，包括以下步骤：

S1：利用溶解氧传感器检测，控制器分析评估水体的溶氧解含量并划分缺氧等级；S2：根据缺氧等级确定增氧模式和承载驱动装置的运动方式；缺氧等级为零级时，驱动增氧设备前进巡逻；缺氧等级为非零级时，驱动增氧设备原地旋转增氧；S3：当原地旋转增氧结束，承载驱动装置的运动方式由原地旋转改为前进巡逻；S4：重复步骤S1至S3。

优选地，步骤S2中，缺氧等级为非零级包括缺氧等级为初级、中级和高级三种等级；当缺氧等级为初级时，抽水泵将水从喷洒头抽出喷洒向空中进行增氧；当缺氧等级为中级时，利用抽气泵从外界抽取空气进入集成箱、抽水泵抽水进入集成箱，进行曝气增氧；当缺氧等级为高级时，抽气泵从外界抽取空气的同时微型制氧机制造氧气进入集成箱、从增氧 剂存储盒增加适量增氧 剂、抽水泵抽水进入集成箱，进行曝气增氧。

本发明的原理：采用自主巡航和多级增氧实现养殖水体的巡航和增氧工作。

多级增氧：利用溶解氧传感器检测的实时数据，通过控制器处理得出缺氧等级，根据缺氧等级运行分级增氧模式，分级增氧模式包括：1.初级增氧：三通阀与喷洒头连通，抽水泵将水抽出直接从喷洒头喷洒向空中。2.中级增氧：三通阀与进水口相通，抽气泵从外界抽取空气后与水流依次经过混合腔、扰流器，充分曝气后回流至养殖水体内。3.高级增氧：三通阀与进水口相通，抽气泵从外界抽取空气，同时微型制氧机制造氧气，空气、氧气与水流依次经过混合腔、扰流器，充分曝气后回流至养殖水体内。高级增氧模式中，还可根据实际情况通过增氧剂存储盒向混合腔滴加一定比例的缓释增氧浓缩液，用于加强增氧效果。

自主巡航：控制器控制承载驱动装置的运动，承载驱动装置的运动方式为：当位于一条直线上的两块浆板同向运动，其余浆板相对静止时，增氧设备直线前进；当所有浆板均呈顺时针或者逆时针运动时，增氧设备原地旋转。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.本发明的多级增氧设备可在养殖区域内动态监测水中溶解氧浓度，并自主巡航移动增氧，相较于固定式的增氧机，设施投入小，增氧效果强，可兼顾养殖区域内各个区域，实现均匀增氧。

2.浮台四周呈十字形设有两组桨板，利用控制桨板的转动方向即可动态实现前进；浮台中心位置还设有方向传感器，用于为多级增氧设备提供实时方位辨别，便于确定行进方向。

3.本发明的多级增氧设备根据溶解氧传感器检测的实时数据，通过控制器处理后，可得出缺氧等级，并可根据缺氧等级采取分级增氧措施，其中，三通阀与喷洒头连通，抽水泵将水抽出直接从喷洒头喷洒向空中，此为初级增氧；三通阀与进水口相通，抽气泵从外界抽取空气后与水流依次经过混合腔、扰流器，充分曝气后回流至养殖水体内，此为中级增氧；三通阀与进水口相通，抽气泵从外界抽取空气，同时微型制氧机制造氧气，空气、氧气与水流依次经过混合腔、扰流器，充分曝气后回流至养殖水体内，此为高级增氧。

4.本发明的高级增氧模式，还可根据实际情况通过增氧剂存储盒向混合腔滴加一定比例的缓释增氧浓缩液，用于加强增氧效果，其中，缓释增氧浓缩液具有锁氧缓释的作用，可延长局部水域内的含氧量。

总之，本发明结构轻便、可进行自主巡航检测及分级增氧，省心省力，具有良好的社会效益。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的集成箱的内部结构平面示意图。

图3是本发明螺旋带形桨叶结构示意图。

图4是本发明扇形桨叶结构示意图。

图5是本发明交错长柄形桨叶结构示意图。

图6是本发明直线前进时的桨板运动状态。

图7是本发明原地旋转时的桨板运动状态。

图8是本发明的控制器的控制连接框图。

图9为图1中A处的局部放大图。

其中，1-承载驱动装置，10-浮台，11-驱动电机，12-转轴，13-桨板，14-一号孔，15-二号孔，16-第一减速器，17-方向传感器，2-曝气增氧装置，20-集成箱，200-隔档，201-上室，202-下室，203-混合腔，204-扰流器，205-进水口， 206-出水口，207-进气口，208-增压泵，21-微型制氧机，210-三通接头，22-抽气泵，23-抽水泵，231-三通阀，232-喷洒头，24-增氧剂存储盒，240-滴加管， 241-电磁比例阀，25-抽水管，251-抽水孔，26-回流管，261-喷头，27-搅拌轴， 270-第一拐角联轴器，271-桨叶，28-连轴，280-第二拐角联轴器，281-第二减速器，282-步进电机，3-检测控制装置，30-溶解氧传感器，31-支撑杆，32-控制器， 4-供电蓄能装置，40-固定支架，401-导线管，41-太阳能电池板，42-蓄电池，43- 充放电控制器。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种养殖水体自主巡航多级增氧设备，包括承载驱动装置1、曝气增氧装置2、检测控制装置3和供电蓄能装置4。

承载驱动装置1包括浮台10、驱动电机11、转轴12和桨板13，浮台10为圆形浮台，浮台10的圆心两侧分别设有一号孔14和二号孔15，驱动电机11、转轴12、浆板13和第一减速器16组成驱动组件，驱动组件共四个，分别呈十字形安装在浮台10的边缘内部，转轴12通过第一减速器16与驱动电机11的输出轴相连，桨板13的纵轴中心位置分别穿套连接在相对应的转轴12上；其中，浮台10的内部中心位置设有方向传感器17，方向传感器17通过导线与控制器32电性连接，方向传感器17用于为增氧设备提供实时方位辨别，便于确定行进方向。其中，承载驱动装置的运动方式为：当其中一组相对的桨板13同向运动，而另一组相对的桨板13相对静止时，可使增氧装置直线前进；当上所有桨板13均呈顺时针或逆时针运动时，可使增氧装置在增氧时原地旋转，进一步增加水的流动性。

曝气增氧装置2包括集成箱20、微型制氧机21、抽气泵22、抽水泵23、增氧剂存储盒24、抽水管25、回流管26、搅拌轴27、连轴28；集成箱20位于浮台10上方的中心位置，如图2所示，集成箱20内部横轴位置通过隔档200 分为上室201和下室202，上室201设有混合腔203、扰流器204、进水口205、出水口206和进气口207；出水口206和进水口205分别设于上室201的左右两侧壁上，混合腔203位于上室201内部右侧，并与进水口205相通，进气口207 位于上室201的上方并与混合腔203相通，扰流器204连接在混合腔203的左侧，用于对气水进行充分混合，提高水中的溶解氧浓度，并与出水口206相通，抽气泵22连接在进气口207的上方，微型制氧机21位于抽气泵22的左侧，并且微型制氧机21的出口与抽气泵22的进口通过三通接头210连接，微型制氧机21用于提供高浓度氧气源，混合空气后可进一步提高水中的含氧量；增氧剂存储盒24位于上室201的右上角，增氧剂存储盒24内装有缓释增氧浓缩液。其中，缓释增氧浓缩液的组成成分按重量百分比计包括：20％聚合纳米氧、13％血红蛋白、16％培养液、0.2％茶多酚、0.1％维生素E、0.1％β－胡萝卜素、0.7％两性离子表面活性剂、0.6％稳定剂、0.4％缓释剂、0.5％PH调节剂，余量为去离子水。其中聚合纳米氧含可提供丰富的氧源，血红蛋白用于运输氧分子，培养液用于为血红蛋白提供良好的生存环境，茶多酚、维生素E、β－胡萝卜素可起到抗氧化的作用。增氧剂存储盒24通过滴加管240与混合腔203相通，滴加管 240上设有电磁比例阀241；利用电磁比例阀可控制加入的缓释增氧浓缩液的量。

如图1所示，抽水管25穿过一号孔14，抽水管25的下端位于水下，其中，抽水泵23的上端出口设有三通阀231，三通阀231的左端通过导管与进水口205 相连，三通阀231的上端设有喷洒头232，三通阀231的设置便于模式切换。当三通阀231与喷洒头232连通时，抽水泵23将水抽出直接从喷洒头232喷洒向空中，与空气接触后回洒到养殖场内，实现初级增氧。当三通阀231与进水口 205相通，进行中高级增氧。回流管26穿过二号孔15，回流管26的下端位于水下，上端与出水口206相连。其中，回流管26的上端设有增压泵208，便于溶解氧浓度高的混合水均衡送达不同深度的水域，回流管26的下部依次等间距设有4个喷头261，便于混水均匀，抽水管25上设有5个抽水孔251。

如图1所示，搅拌轴27连接在回流管26和抽水管25的下端之间，搅拌轴 27上设有桨叶271。如图3、图4、图5，桨叶271为螺旋带形、扇形或交错长柄形，本实施例中，选用螺旋带形的浆叶271。搅拌轴27可在水下进行旋转搅拌，便于含有高溶解氧的回流水混合均匀，搅拌轴27的左端通过第一拐角联轴器270与连轴28的下端相连，连轴28并列在回流管26右侧且贯穿二号孔15，连轴28上端连有第二拐角联轴器280，第二拐角联轴器280的右侧依次连有第二减速器281和步进电机282，第二减速器281和步进电机282位于下室202内。步进电机282通过连轴28带动搅拌轴27转动，其中，第二拐角联轴器280和第一拐角联轴器270是起到转向连接的作用，第二减速器281适用于调节连轴 28转速的，使搅拌轴27可以实现不同力度的搅拌。

如图1所示，检测控制装置3包括溶解氧传感器30、支撑杆31和控制器 32，支撑杆31贯穿一号孔14，且并列在抽水管25右侧，溶解氧传感器30固定连接在支撑杆31的右侧，控制器32位于支撑杆31的顶端右侧，并通过防水导线与溶解氧传感器30相连。其中，控制器32通过导线管401与固定支架40的右侧相连，控制器32通过内置于导线管401和固定支架40的导线分别于驱动电机11、微型制氧机21、抽气泵22、抽水泵23、步进电机282、增压泵208相连。

如图8所示，控制器32包括CPU处理单元以及与CPU处理单元相连的无线信号收发单元、定位导航单元、A/D转换单元、数据分析比对单元、多路模拟开关单元。无线信号收发单元用于收发外部信号指令，并传输至CPU处理单元进行处理；定位导航单元用于规划增氧装置巡航路线及具体位置定位；A/D 转换单元的前端还连有信号采集单元，信号采集单元用于采集溶解氧传感器检测的模拟信号，模拟信号经A/D转换单元转化成数字信号后传输至CPU处理单元进行处理，得到数据信息；数据信息经数据分析比对单元分析评估后得出结论，并反馈回CPU处理单元。多路模拟开关单元用于接收CPU处理单元指令，并控制增氧装置的正常运行，控制器32内还设有用于为控制器32提供电源的电池。

供电蓄能装置4包括固定支架40、太阳能电池板41、蓄电池42和充放电控制器43，固定支架40的下端分别固定连接在集成箱20的左右两侧上方，太阳能电池板41位于固定支架40的顶端，充放电控制器43和蓄电池42依次左右并列连接在太阳能电池板41的下方，蓄电池42为增氧装置进行供电。

一种养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法。包括以下几个步骤：

S1：通过溶解氧传感器30监测养殖场水域内动态溶解氧含量，并将所检测的模拟信号传输至信号采集单元，再经A/D转换单元转化为数字信号，依次经过CPU处理单元处理和数据分析比对单元分析评估得出溶解氧含量结果并划分缺氧等级；

S2：根据缺氧等级确定增氧模式和承载驱动装置的运动方式，当缺氧等级为零级时，其中一组相对的桨板13同向运动，而另一组相对的桨板13相对静止，驱动增氧装置前进巡逻；当缺氧等级非零级时，所有桨板13均呈顺时针或逆时针运动时，使增氧装置原地旋转进行增氧。缺氧等级为零级表示养殖水体不缺氧。

S3：当一区域增氧完毕后，增氧装置停止原地旋转，改为直线前进巡逻。

S4：重复步骤S1至S3。

其中，当缺氧等级为初级时，三通阀231与喷洒头232连通，抽水泵23将水抽出直接从喷洒头232喷洒向空中，与空气接触后回洒到养殖场内；当缺氧等级为中级时，三通阀231与进水口205相通，抽气泵22从外界抽取空气后与水流依次经过混合腔203、扰流器204，充分曝气后回流至养殖场内；当缺氧等级为高级时，三通阀231与进水口205相通，抽气泵22从外界抽取空气，同时微型制氧机21制造氧气，均通过三通接头210与水流依次经过混合腔203、扰流器204，充分曝气后回流至养殖场内。高级增氧模式时，还可根据实际情况通过增氧剂存储盒24向混合腔203滴加一定比例的缓释增氧浓缩液，用于加强增氧效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种养殖水体自主巡航多级增氧设备，其特征在于，包括：承载驱动装置、曝气增氧装置、用于检测养殖水体并控制设备的检测控制装置和为增氧设备供电的供电蓄能装置；

承载驱动装置包括浮台、若干驱动组件和方向传感器，驱动组件均布安装在浮台的边缘；方向传感器安装在浮台上并与检测控制装置电连接；

曝气增氧装置包括：用于曝气的集成箱、微型制氧机、抽气泵、抽水泵、抽水管、连轴、回流管和喷洒头；集成箱安装于浮台上方，集成箱、抽气泵和微型制氧机依次连接，抽水管、回流管和连轴分别穿过浮台，抽水管、抽水泵、集成箱、回流管沿水流方向依次连接；喷洒头和抽水泵连接；

集成箱上设有进水口、出水口和进气口；集成箱通过隔档分为上室和下室，上室沿着水流的入水方向依次连通设有混合腔和扰流器，进水口和混合腔连通，扰流器和出水口连通，进气口与混合腔连通；上室内还设有增氧剂存储盒，增氧剂存储盒通过电磁比例阀可控连通；下室设有步进电机和第二减速器，第二减速器、步进电机和连轴依次连接；

检测控制装置包括位于养殖水体内的溶解氧传感器和位于浮台上方的控制器，控制器与溶解氧传感器通过防水导线连接；供电蓄能装置包括安装在集成箱上方的太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器；太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器串联；

回流管与集成箱之间还设有增压泵，控制器分别与驱动组件、微型制氧机、抽气泵、抽水泵、步进电机和增压泵电连接；微型制氧机和抽气泵通过三通接头连接，三通接头的两个接头分别与微型制氧机和抽气泵连接，另一接头作为于抽取空气的入口；

还包括搅拌轴和设在搅拌轴上的浆叶；搅拌轴连接抽水管的下端和回流管的下端，浆叶为螺旋带形、扇形或交错长柄形；

驱动组件包括驱动电机、浆板、转轴和第一减速器；浆板、转轴、第一减速器、驱动电机的输出轴和浮台依次连接；

驱动组件的数量为四组；承载驱动装置的运动方式为：当位于一条直线上的两块浆板同向运动，其余浆板相对静止时，增氧设备直线前进；当所有浆板均呈顺时针或者逆时针运动时，增氧设备原地旋转；

回流管位于浮台下方的部分等间距设有若干喷头，抽水管位于浮台下方的部分等间距设有若干抽水孔。

2.按照权利要求1所述的养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：利用溶解氧传感器检测，控制器分析评估水体的溶氧解含量并划分缺氧等级；

S2：根据缺氧等级确定增氧模式和承载驱动装置的运动方式；缺氧等级为零级时，驱动增氧设备前进巡逻；缺氧等级为非零级时，驱动增氧设备原地旋转增氧；

S3：当原地旋转增氧结束，承载驱动装置的运动方式由原地旋转改为前进巡逻；

S4：重复步骤S1至S3。

3.按照权利要求2所述的养殖水体自主巡航多级增氧设备的增氧方法，其特征在于：步骤S2中，缺氧等级为非零级包括缺氧等级为初级、中级和高级三种等级；当缺氧等级为初级时，抽水泵将水从喷洒头抽出喷洒向空中进行增氧；当缺氧等级为中级时，利用抽气泵从外界抽取空气进入集成箱、抽水泵抽水进入集成箱，进行曝气增氧；当缺氧等级为高级时，抽气泵从外界抽取空气的同时微型制氧机制造氧气进入集成箱、从增氧 剂存储盒增加适量增氧 剂、抽水泵抽水进入集成箱，进行曝气增氧。

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