CN111521260B - 一种用于集鱼灯水下光场的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，包括无线数据接收总成、无线数据发射总成，所述无线数据接收总成设置在一渔船上，该渔船一侧上方设有集鱼灯，所述无线数据接收总成包括无线数据接收电台、USB串口转换器、计算机系统，所述无线数据发射总成包括密封盒，所述密封盒内设有光电信号调理电路组合、数据采集单元、嵌入式微处理单元、无线数据发射电台、工作电源模块，所述无线数据发射电台发送的信号，被渔船上的无线数据接收电台接收。本发明解决了长期以来困扰集鱼灯水下光照度分布测量未能得以广泛应用的一个重要问题；本发明测量过程安全快捷，且不需要对电路硬件做任何调节即可通过软件实现对测试系统的校准。
Description
技术领域
本发明涉及光辐射接收和光照度测量领域，特别是一种用于集鱼灯照射作用下海水中光场照度分布的测量装置。
背景技术
在现代海洋渔业捕捞技术中，利用鱼类趋光特性，使用灯光诱鱼是普遍的技术手段。夜钓船的诱鱼效果与集鱼灯发出的光在海水中的照度分布场有紧密关系，夜钓船集鱼灯消耗的成本约占总成本的三分之一，因此，优化集鱼灯的水下配光曲线，提高诱鱼效果，对于海洋渔业具有重要意义。目前，诱鱼灯的安装配置，基本处于半经验的阶段，有的捕捞船集鱼灯甚至处于随意状态，对集鱼灯的在海水中的配光曲线几乎没有了解，以为集鱼灯功率越大，灯光越强，效果越好，根据渔业发达的日本等国的集鱼灯应用效果知，事实并非如此。部分研究工作者也仅是作了一些仿真模拟。造成如此尴尬的局面，主要原因是缺乏一种有效的测试手段和装备，目前部分研究者在模拟池内用照度计测量水下照度，来模拟海洋场景光场分布。由于水池尺度的限制，灯光在水池壁和底面上的反射，这种模拟存在严重失真。
本发明是为集鱼灯海洋水下光场测量提供一种可靠的测试系统和方法，为集鱼灯优化配置，节约能源，降低捕捞成本提供科学依据；为海洋光场特性的研究提供测量手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，能长期可靠，且能准确地测量集鱼灯水下光照度及其分布，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，包括无线数据接收总成、无线数据发射总成，所述无线数据接收总成设置在一渔船上，该渔船一侧上方设有集鱼灯，该集鱼灯成阵列排列，所述无线数据接收总成包括无线数据接收电台、USB串口转换器、计算机系统，
所述无线数据发射总成设置在一无人艇上，该无人艇上设有光照度计探头，该无人艇底部连接至少一个水下光照度探头支架，所述水下光照度探头支架上连接水下光照度探头，所述无线数据发射总成包括密封盒，该密封盒固定在一柜式支架上，所述柜式支架安装在所述无人艇上，所述密封盒内设有光电信号调理电路组合、数据采集单元、嵌入式微处理单元、无线数据发射电台、工作电源模块，所述密封盒上设有水密插座，该水密插座与密封盒内设置的光电信号调理电路组合连接，所述光电信号调理电路组合分别与数据采集单元和嵌入式微处理单元连接，所述嵌入式微处理单元与无线数据发射电台链接，
所述无线数据发射电台发送的信号，被所述渔船上的无线数据接收电台接收，所述无线数据接收电台与USB串口转换器连接，所述USB串口转换器与计算机系统连接。
进一步，所述无人艇采用无线遥控方式操纵。
进一步，所述光照度计探头内光电池的引脚与信号线连接到耐高压力的水密插座的接线柱上，通过耐腐蚀水密接头和耐腐蚀信号电缆与所述密封盒上的水密插座连接，水密插座与基座间设置防腐蚀密封圈。
进一步，所述耐腐蚀信号电缆为多芯电缆。
进一步，所述多芯电缆为二芯电缆。
进一步，所述无人艇的推进器由蓄电池供电。
进一步，所述水下光照度探头支架包括五个，通过防腐蚀信号电缆在水下同一位置不同深度从上到下依次连接排布。
进一步，所述无线数据接收电台包括六个通道，分别与USB串口转换器连接，所述USB串口转换器与计算机系统连接。
进一步，所述密封盒包括六个通道，分别连接信号电缆分线盒，所述信号电缆分线盒通过防腐蚀信号电缆连接所述水下光照度探头。
本发明的工作原理：
本发明采取同一位置不同深度同时测量的方式，即多通道工作方式，每个通道的密封盒内的电路结构和电气参数相同。
光照度计中的光电池将接收到的光转换为电流，光电池输出的光电流IE的大小与它所接收到的光照度E成正比
IE＝κE (1)
其中κ为与光电池的光电转换效率有关的常数。因此只要准确测量光电流IE和校准常数κ，就可以通过上式计算待测光照度E。通过光电信号调理电路把光电流变换为电压信号U，嵌入式微处理单元控制数据采集单元对该电压信号进行采样和量化处理，将模拟形式的电压信号变换为数字信号U(n)，数字信号U(n)经由无线数据传送发射电台发送到无线数据接收电台，接受电台的输出数字信号经USB串口转换器输入计算机系统并保存，计算机系统控制数据的采集速率和采集时间段长度，并对采集的数据进行统计运算，以数字和图形方式实时显示测试结果。
探头在某一位置时测得数据的平均值，由计算机系统对接收到的测试数据按下式求得：
有益效果，本发明相比现有技术具有如下优点：
(1)本发明采用无人艇投放探头，无线传输数据，处于不同深处的光照度探头，垂直排列，构成深度廓线分布，同时测量海面某位置不同深度的集鱼灯光照度，遥控无人艇可以快速改变测量点位置，大大缩短测量时间，提高了集鱼灯光场分布测量的准确度。解决了长期以来困扰集鱼灯水下光照度分布测量未能得以广泛应用的一个重要问题；
(2)本发明测量过程安全快捷，以往单个探头测量不同位置、不同深度的集鱼灯，需要人工操作几小时才能完成，且夜间操作存在严重的危险因素；
(3)本发明不需要对电路硬件做任何调节即可通过软件实现对测试系统的校准。
附图说明
图1为本发明检测系统一个通道的信号传输关系示意图。
图2为本发明检测系统的整体模块结构示意图。
图3为本发明一实施例的数据接收总成结构示意图。
图4为本发明一实施例的数据发射总成结构示意图。
图5为本发明一个通道的无线数据发射密封盒内部结构示意图。
图中各符号：1集鱼灯，2无线数据接收总成，3渔船，4无线数据发射总成，5无人艇，6光照度计探头，7～11水下光照度探头支架，12防腐蚀信号电缆，13～18无线数据接收电台，19USB串口转换器，20计算机系统,21～26无线数据发射密封盒，27信号电缆分线盒，28光电信号调理电路组合，29数据采集单元，30嵌入式微处理单元，31无线数据发射电台，32工作电源模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例采用六通道同时测量方式(也可以其他多通道方式)：
如图1-5所示，渔船3上的集鱼灯1发出光线，照射到海面上，并透射到海面下的水体中，无人艇5将以一定深度间隔垂直分布的光照度探头阵列，输送到指定位置，无人艇5上的光照度计探头6和水下光照度探头支架7～11上的光照度探头接收到集鱼灯发出光，各光照度探头内的光电池将接收到的光转变为相应的电流信号，微弱的电流信号通过防腐蚀信号电缆12各自的信号线分别传送到密封盒21～26的光电信号调理电路组合28(分六路)，经过放大后，送到数据采集单元29(分六路)采集量化，量化后的数字信号进入嵌入式微处理单元30，与设定的各档档位值比较，某通道溢出某档位满度值时，该通道嵌入式微处理单元30调节对应光电信号调理电路组合28的增益系数。正常档位的数值分别送到无线数据发射电台31(分六路)进行无线传送。无线数据接收电台13～18在计算机系统20的指令下分别接收对应无线数据发射电台31(也分六路)发送的数据，经USB串口转换器19存储在计算机系统20存储介质上，计算机系统20对各通道接收的数据分别求取平均值，以曲线和数值的形式实时显示各通道的数据和平均值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，包括无线数据接收总成、无线数据发射总成，所述无线数据接收总成设置在一渔船上，该渔船一侧上方设有集鱼灯，该集鱼灯成阵列排列，所述无线数据接收总成包括无线数据接收电台、USB串口转换器、计算机系统，
所述无线数据发射总成设置在一无人艇上，该无人艇上设有光照度计探头，该无人艇底部连接至少一个水下光照度探头支架，所述水下光照度探头支架上连接水下光照度探头，所述无线数据发射总成包括密封盒，该密封盒固定在一柜式支架上，所述柜式支架安装在所述无人艇上，所述密封盒内设有光电信号调理电路组合、数据采集单元、嵌入式微处理单元、无线数据发射电台、工作电源模块，所述密封盒上设有水密插座，该水密插座与密封盒内设置的光电信号调理电路组合连接，所述光电信号调理电路组合分别与数据采集单元和嵌入式微处理单元连接，所述嵌入式微处理单元与无线数据发射电台连接，
所述无线数据发射电台发送的信号，被所述渔船上的无线数据接收电台接收，所述无线数据接收电台与USB串口转换器连接，所述USB串口转换器与计算机系统连接，
采取同一位置不同深度同时测量的方式，即多通道工作方式，每个通道的密封盒内的电路结构和电气参数相同，
光照度计中的光电池将接收到的光转换为电流，光电池输出的光电流IE的大小与它所接收到的光照度E成正比：
IE＝κE (1)
其中κ为与光电池的光电转换效率有关的常数，因此只要准确测量光电流IE和校准常数κ，就可以通过上式计算待测光照度E，通过光电信号调理电路把光电流变换为电压信号U，嵌入式微处理单元控制数据采集单元对该电压信号进行采样和量化处理，将模拟形式的电压信号变换为数字信号U(n)，数字信号U(n)经由无线数据传送发射电台发送到无线数据接收电台，接受电台的输出数字信号经USB串口转换器输入计算机系统并保存，计算机系统控制数据的采集速率和采集时间段长度，并对采集的数据进行统计运算，以数字和图形方式实时显示测试结果，
探头在某一位置时测得数据的平均值，由计算机系统对接收到的测试数据按下式求得：
渔船(3)上的集鱼灯(1)发出光线，照射到海面上，并透射到海面下的水体中，无人艇(5)将以一定深度间隔垂直分布的光照度探头阵列，输送到指定位置，无人艇(5)上的光照度计探头(6)和水下光照度探头支架(7～11)上的光照度探头接收到集鱼灯发出光，所述水下光照度探头支架包括五个，通过防腐蚀信号电缆在水下同一位置不同深度从上到下依次连接排布，各光照度探头内的光电池将接收到的光转变为相应的电流信号，微弱的电流信号通过防腐蚀信号电缆(12)各自的信号线分别传送到密封盒(21～26)的光电信号调理电路组合(28)，经过放大后，送到数据采集单元(29)采集量化，量化后的数字信号进入嵌入式微处理单元(30)，与设定的各档档位值比较，某通道溢出某档位满度值时，该通道嵌入式微处理单元(30)调节对应光电信号调理电路组合(28)的增益系数，正常档位的数值分别送到无线数据发射电台(31)进行无线传送，无线数据接收电台(13～18)在计算机系统(20)的指令下分别接收对应无线数据发射电台(31)发送的数据，经USB串口转换器(19)存储在计算机系统(20)存储介质上，计算机系统(20)对各通道接收的数据分别求取平均值，以曲线和数值的形式实时显示各通道的数据和平均值，
所述光照度计探头内光电池的引脚与信号线连接到耐高压力的水密插座的接线柱上，通过耐腐蚀水密接头和耐腐蚀信号电缆与所述密封盒上的水密插座连接，水密插座与基座间设置防腐蚀密封圈，
所述无线数据接收电台包括六个通道，分别与USB串口转换器连接，所述USB串口转换器与计算机系统连接，
所述密封盒包括六个通道，分别连接信号电缆分线盒，所述信号电缆分线盒通过防腐蚀信号电缆连接所述水下光照度探头。
2.根据权利要求1所述的一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，所述无人艇采用无线遥控方式操纵。
3.根据权利要求1所述的一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，所述耐腐蚀信号电缆为多芯电缆。
4.根据权利要求3所述的一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，所述多芯电缆为二芯电缆。
5.根据权利要求1所述的一种用于集鱼灯水下光场的检测系统，其特征在于，所述无人艇的推进器由蓄电池供电。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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