CN113016671B - 一种无网声波牧场及其养殖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无网声波牧场及其养殖方法，利用机械能敲击发声体产生低频声波，从而刺激大黄鱼发生声刺反应。若干组这样的发声单元组成一个空间封闭的“声波围网”来进行水产养殖，即无网声波牧场。一种无网声波牧场包括若干组如图1所示的发声单元组成空间封闭的声波围网，发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5；声波发生模块1具有机械能生成单元101等。还提供一种应用无网声波牧场进行养殖的方法：(1)地形探测模块探测水底和水体四周的地形，反馈给系统控制模块；(2)系统控制模块自动或手动设定各个发声单元特定的敲击振幅，确保养殖水体覆盖范围内的任意位置均具有足有的声波强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种无网声波牧场及其养殖方法，主要涉及无网水产养殖领域。
背景技术
围网养殖是将鱼类圈养在水环境中养殖的模式。现有技术中，围网养殖均有一个实体状态的网，以便将养殖物限制在一定范围内。但这种实体状态的网毕竟具有网眼，针对不同大小的养殖物对应不同网眼大小的围网，而养殖物的种类，大小会随时变化，这就需要更换不同网眼大小的围网，还有实体状态的网破损率高，需要不定期更换，这些都增加了工作内容。此外，对于不规则的地形和水底面，实体状态的网空间上很不好布置。实体围网的存在也影响着围网内局部水环境和周围大的水环境的水体自由流动，不利于围网内污染物的扩散等。
1983年出版的期刊《海洋湖沼通报》中的文章“鱼类的发声、听觉及其在渔业上的应用”说到不同鱼类对一些特定音质、特定频率范围、特定强度范围的声音具有逃离和回避的行为反应。此外，2014年2月出版的期刊《应用海洋学学报》中的文章“大黄鱼的声刺激行为研究”提到不同年龄段的大黄鱼在一定声压范围且一定频率范围内具有敏感性，能够对声波发生条件反应，即具有避开声源位置的行为发生。还提到不同的波形对大黄鱼的不同影响，比如脉冲波比连续的正弦波对大黄鱼的刺激更强烈，大黄鱼的反应也更为强烈。
国内专利申请号为201910234106.0一种声波围网养殖系统及方法提供了一种声波发生模块组成围网进行养殖的结构和方法，但没有对声波发生模块的结构进行详细的说明，而现有技术如美国专利US5448968A,声波发生单元为低频换能器，但换能器消耗功率大，价格昂贵，不利于技术的推广应用。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种无网声波牧场，利用机械能敲击发声体产生低频声波，从而刺激鱼类发生声刺反应。若干组这样的发声单元组成一个水体空间封闭的“声波围网”来进行水产养殖，即无网声波牧场。一种无网声波牧场包括若干组如图1所示的发声单元组成空间封闭的声波围网，发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5；声波发生模块1具有机械能生成单元101、回位机构102、敲击体103、发声体104、缓冲密封机构105、共振腔体106以及机架107；机械能生成单元101具有可动部件和固定部件，其可动部件与敲击体103固定相连并可产生动能撞击发声体104发出声波，然后通过回位机构102回位(如此往复运动，产生一定频率和振幅的声波)，机械能生成单元101的固定部件与机架107固定；回位机构102上部与机械能生成单元101的可动部件下端面连接，回位机构102下部靠于机架107上；敲击体103下部穿过机架107的配合孔；发声体104通过缓冲密封机构105与共振腔体106相连，共振腔体106固定或缓冲式固定到机架107上；系统控制模块2用于控制机械能生成模块101的敲击力度和敲击频率，声波发生模块1、系统控制模块2分别与电源模块连接供电；声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3均固定设置在浮体模块4上，浮体模块4或机架107通过锚泊系统5固定在水中。
如图2，发声单元具有声波有效覆盖范围，由于各相邻声波有效覆盖范围相互具有重叠部分，故若干组这样的发声单元组成一个空间封闭的声波围网。由于各发生单元的有效范围相互重叠，有效范围从水面到水底，故不会存在漏网之鱼。
优选地，该无网声波牧场的发声单元还具有通气机构6，即声波发生模块1或共振腔体106仓室容积不够大时，为避免运动部件工作造成局部气压过高而影响整体工作，通气机构6连通声波发生模块1工作仓、共振腔体106和外部大气，通气机构6上部通气孔位于浮体模块4的高处，工作时高于水面若干米，通气机构6上部具有回弯结构，在保证通气的情况下可避免水及异物侵入。
优选地，锚泊系统为若干个单独的锚链、锚桩系统或组网的锚链、锚桩系统等。
优选地，该无网声波牧场还具有工作监控模块、通信模块和终端模块，终端模块(包括并不限于手机、平板、计算机等)可实时显示声波信息和养殖工作信息并能够通过终端模块、通讯模块、系统控制模块依据工作人员的指令控制调整声波发生模块的敲击力度和敲击频率等。
优选地，敲击体103前端的敲击头为较硬的橡胶或金属材质，配合件即发声体104为较软的非金属材质，这样“软硬搭配”配合在保证发生振动强度的同时还具有很好的耐久可靠性，与此同时，位于外侧的非金属材质的发声体104可以防止生锈，也具有很好的可靠性。
优选地，缓冲密封机构105采用折叠式非金属材质，具有防水和隔振作用。
优选地，共振腔体106采用封闭水密结构，即与外界的水环境隔开。
优选地，声波发生模块的声波发射频率为200～2000Hz，声压为10pa～2000pa的脉冲波。优选地，养殖鱼类为石守科鱼类，尤其是大黄鱼，声波发生模块的发射频率为400～1000Hz，声压为10pa～1000pa的冲击波。
本发明还提供一种应用无网声波牧场进行声波围网养殖的方法：
(1)、地形探测模块探测水底和水体四周的地形，并将结果反馈给系统控制模块；
(2)、系统控制模块自动或通过终端模块手动设定各个发声单元特定的敲击振幅，确保养殖水体覆盖范围内的任意位置均具有足有的声波强度；
本发明的有益效果为：采用成本较低的机械敲击方式在水下发出特定的声波，根据鱼类对敏感声波的回避和逃避行为，组成一个封闭的声波围网来进行水产养殖。无网声波牧场的发声单元还具有共振腔体、承力弹簧、扩音结构等提高声波能量有用功的方式，显著的提高了能源使用效率。通过设置地形探测模块以及设定各个发声单元特定的敲击振幅，可以在保证养殖安全的同时提高能源利用效率。
此外，用户还可以通过手机、计算机等终端模块设定各发声单元的敲击频率和振幅，并实时掌握养殖环境信息，及时获取异常报警信息，并可以实时调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理。
附图说明
图1、图2为本发明第一实施例示意图，图3为本发明第二实施例示意图，图4为本发明第三实施例示意图，图5为本发明第四实施例示意图，图6、图7为本发明第五实施例示意图。
具体实施方式
第一实施例
一种无网声波牧场包括若干组如图1所示的发声单元，该发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5、通气机构6；声波发生模块1具有机械能生成单元101、回位机构102、敲击体103、发声体104、缓冲密封机构105、共振腔体106以及机架107；机械能生成单元101为推拉式电磁换能器，其中可动部件即铁芯部件与敲击体103固定连接，固定部件即电磁换能器线圈与机架107固定连接。回位机构102为伸缩弹簧，伸缩弹簧空套在敲击体103上部光杆上，上端与铁芯部件接触，下端与机架107接触；敲击体103下部穿过机架107的间隙配合孔；发声体104通过缓冲密封机构105与共振腔体106相连，共振腔体106固定到机架107上；系统控制模块2用于控制机械能生成模块101的敲击力度和敲击频率，声波发生模块1、系统控制模块2分别与电源模块连接供电；声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3均固定设置在浮体模块4上。
敲击时，敲击体103下行，回位机构102伸缩弹簧压缩，敲击完成后，电磁换能器断电，依靠回位机构102伸缩弹簧回位。敲击体103前端的敲击头为硬质橡胶材质，配合件即发声体104为非金属材质。
缓冲密封机构105采用折叠式非金属材质，具有防水和隔振作用。
共振腔体106采用封闭水密结构，即与外界的水环境隔开。
通气机构6为中空通气管，上端固定在浮体上并于大气相通，中部穿入机械能生成单元101所在的推拉工作仓内，下端穿过机架107配合孔而与共振腔体106联通。
声波发生模块1的机架107的上部与浮体模块4相连，机架107的下部通过锚泊系统5固定在水中。浮体置于上部，而锚泊系统5的拉力位于下部可保证重心在下，拉力点在下从而使整个系统具有很强的漂浮稳定性。
共振腔体106的共振峰范围很大，对振源可以发出的大多数频率，都可以产生良好的共振。
如图2，若干组发声单元具有声波有效覆盖范围，由于各相邻声波有效覆盖范围相互具有重叠部分，故若干组这样的发声单元组成一个封闭的声波围网。
该无网声波牧场还具有工作监控模块、通信模块和终端模块，终端模块(包括并不限于手机、平板、计算机等)可实时显示声波信息和养殖工作信息并能够通过终端模块、通讯模块、系统控制模块依据工作人员的指令控制调整声波发生模块的敲击力度和敲击频率等。
该无网声波牧场的发声单元还具有地形探测模块7，地形探测模块通过支撑杆固定在机架107上，低于发声体104的高度，可探测水底和水体四周的地形，并将结果反馈给系统控制模块。
本实施例还提供一种应用上述无网声波牧场的养殖方法：
(1)、地形探测模块7探测水底和水体四周的地形，并将结果反馈给系统控制模块；
(2)、系统控制模块2自动或通过终端模块手动设定各个发声单元特定的敲击振幅，确保养殖水体覆盖范围内的任意位置均具有足有的声波强度。
有益效果：采用成本较低的机械敲击方式在水下发出特定的声波，易于推广应用。共振腔体提高了声波能量利用效率。通过设置地形探测模块以及设定各个发声单元特定的敲击振幅，可以在保证养殖安全的同时提高能源利用效率。
第二实施例
一种无网声波牧场包括若干组如图3(主要体现不同于第一实施例的结构)所示的发声单元，该发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5、通气机构6；声波发生模块1具有机械能生成单元101、回位机构102、敲击体103、发声体104、缓冲密封机构105、共振腔体106以及机架107；整体结构同第一实施例，不同之处为该发声单元还具有若干个承力弹簧108和若干个限位块110、支架109。承力弹簧108上部与共振腔体106的固设支架109相连接，下部与发声体104固定连接，限位块110与共振腔体106固定连接。此外，共振腔体106整体为圆筒形结构，同时发声体104为圆片结构，缓冲密封机构105为O型圈密封结构。
若干个承力弹簧108、限位块110呈环形阵列，而敲击体103的轴心及与发声体104的接触点通过该环形阵列的中心。
不工作时，发声体104通过承力弹簧108拉伸靠在限位块110下端，敲击时，敲击体103带动发声体104下行，承力弹簧108继续拉伸，敲击完成后，敲击体回位，承力弹簧108带动发声体104回位，如此往复运动。
有益效果为：单独设置承力弹簧108可有效的将发声体104的振动传导到共振腔体106，从而更好的实现与发声体104的共振，提高了声波能量利用效率。此外，承力弹簧108还起到适当缓冲的作用，有利于系统长时间使用的可靠性。
第三实施例
一种无网声波牧场包括若干组如图4(主要体现不同于第二实施例的结构)所示的发声单元，该发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5、通气机构6；声波发生模块1具有机械能生成单元101、回位机构102、敲击体103、发声体104、缓冲密封机构105、共振腔体106以及机架107；还具有承力弹簧108、支架109、限位块110，整体结构同第二实施例，不同之处为该发声单元还具有若干个固定支架111，固定支架111与机架107固定连接，承力弹簧108上部与共振腔体106的固设支架109相连接，下部与固定支架111固定连接，限位块110与机架107固定连接。此外，共振腔体106和发声体104固定连接，缓冲密封机构105上端与机架107固定连接，下端与共振腔体106固定连接，发声体104上部还具有缓冲垫块118，缓冲垫块118材质为橡胶。
通气机构6为中空通气管，上端固定在浮体上并于大气相通，中部穿入机械能生成单元101所在的推拉工作仓内，与第二实施例不同在于通气机构6没有下端，共振腔体106的通气机构6为机架107配合孔与敲击体103的间隙，即通过间隙与而与机械能生成单元101所在的推拉工作仓联通。
不工作时，发声体104、共振腔体106通过承力弹簧108压缩靠在限位块110下端，敲击时，敲击体103带动发声体104下行，承力弹簧108继续压缩，敲击完成后，敲击体回位，承力弹簧108带动发声体104回位，如此往复运动。
有益效果为：单独设置承力弹簧108可有效的将发声体104的振动传导到共振腔体106，从而更好的实现与发声体104的共振，提高了声波能量利用效率。此外，承力弹簧108还起到适当缓冲的作用，有利于系统长时间使用的可靠性。
第四实施例
一种无网声波牧场包括若干组如图5(主要体现不同于第一实施例的结构)所示的发声单元，整体结构及各部件同第一实施例，唯一的区别是发声单元还具有定向扩音结构112、减震块113，发声体104下部通过减震块113固定连接定向扩音结构112或发声体104下部直接连接定向扩音结构112，定向扩音结构112类似于喇叭的功能，可实现声波的定向传播。减震块113为橡胶减震块。
有益效果为：单独设置定向扩音结构112可有效的将共振腔体106的声波集约定向传播，从而更好的提高了声波的指向性，还通过扩音效果提高了能量利用效率。此外，橡胶减震块能够吸收一部分振动，更有利于声波的利用和系统长时间使用的可靠性。
第五实施例
一种无网声波牧场包括若干组如图6所示的发声单元组成一个水体空间封闭的声波围网，该发声单元包括声波发生模块1、系统控制模块2、电源模块3、浮体模块4、锚泊系统5、通气机构6；声波发生模块1具有机械能生成单元101、回位机构102、敲击体103、发声体104、共振腔体106以及机架107；还具有承力弹簧108、支架109、限位块110，整体结构同第二实施例，区别是共振腔体106采用不封闭结构，没有缓冲密封机构105；此时，敲击体103和发声体104全部浸入水中敲击发声；此外，敲击体103为分体结构，即具有杆部114和敲击头115，杆部114和敲击头115采用螺纹配合，以便调节敲击头115距发声体104的高度"h"。
为克服运动中水的阻力，敲击头115设置为流线型结构。将敲击头115前端具有左右两段接触面接触发声体104，中间具有空槽结构，这样有利于敲击时水的排出。
此外，为防止水进入机械能生成单元101处，该发声单元还具有O型圈116，设置在敲击体103的杆部与机架107的配合处，为保证可靠性，可以设置多个O型圈116密封结构。
如图6，发声体104下部还固设多向扩音结构117，多向扩音结构117为若干个平行板状结构或多角度交叉板状结构。
通气机构6为中空通气管，上端固定在浮体上并于大气相通，中部穿入机械能生成单元101所在的推拉工作仓内，与第二实施例不同在于通气机构6没有下端结构。
为避免通气机构6从上部进水，如图7，将通气机构6设置成上弯管结构601，排水管602、通气管603，上弯管结构601，排水管602、通气管603联通成“三通结构”，通气管603上部具有倾斜折弯结构，这样即便上弯管结构601进水，也能从排水管602导出，而不会进入通气管603，形成二重保护。
有益效果为：单独设置多向扩音结构117可有效的将共振腔体106的声波高效进行传播，提高了能量利用效率。此外，共振腔体106没有缓冲密封机构105，不需要进行防水处理，提高了系统长期运行的可靠性。通气机构增加二重进水保护，也提高了系统长期运行的可靠性。
Claims (10)
1.一种无网声波牧场，包括若干组发声单元，所述发声单元包括声波发生模块(1)、系统控制模块(2)、电源模块(3)、浮体模块(4)、锚泊系统(5)；其特征在于所述声波发生模块(1)具有机械能生成单元(101)、回位机构(102)、敲击体(103)、发声体(104)、缓冲密封机构(105)、共振腔体(106)以及机架(107)；机械能生成单元(101)具有可动部件和固定部件，其可动部件与敲击体(103)固定相连并可产生动能撞击发声体(104)发出声波，然后通过回位机构(102)回位，机械能生成单元(101)的固定部件与机架(107)固定；回位机构(102)上部与机械能生成单元(101)的可动部件下端面连接，回位机构(102)下部靠于机架(107)上；敲击体(103)下部穿过机架(107)的配合孔；发声体(104)通过缓冲密封机构(105)与共振腔体(106)相连，共振腔体(106)固定或缓冲式固定到机架(107)上；声波发生模块(1)、系统控制模块(2)、电源模块(3)均固定设置在浮体模块(4)上，浮体模块(4)或机架(107)通过锚泊系统(5)固定在水中。
2.根据权利要求1所述的无网声波牧场，其特征在于所发声单元还具有通气机构(6)，所述通气机构(6)连通声波发生模块(1)工作仓、共振腔体(106)和外部大气；所述通气机构(6)上部具有回弯结构。
3.根据权利要求1所述的无网声波牧场，其特征在于所述敲击体(103)前端的敲击头为较硬的橡胶或金属材质，配合件即发声体(104)为较软的非金属材质。
4.根据权利要求1所述的无网声波牧场，其特征在于所述发声单元还具有若干个承力弹簧(108)和若干个限位块(110)、支架(109)，所述承力弹簧(108)上部与共振腔体(106)的固设支架(109)相连接，下部与发声体(104)固定连接，限位块(110)与共振腔体(106)固定连接；所述共振腔体(106)整体为圆筒形结构，同时发声体(104)为圆片结构，缓冲密封机构(105)为O型圈密封结构。
5.根据权利要求4所述的无网声波牧场，其特征在于所述发声单元还具有若干个固定支架(111)，固定支架(111)与机架(107)固定连接，承力弹簧(108)上部与共振腔体(106)的固设支架(109)相连接，下部与固定支架(111)固定连接，限位块(110)与机架(107)固定连接，所述共振腔体(106)和发声体(104)固定连接，缓冲密封机构(105)上端与机架(107)固定连接，下端与共振腔体(106)固定连接，发声体(104)上部还具有缓冲垫块(118)。
6.根据权利要求1所述的无网声波牧场，其特征在于所述发声单元还具有定向扩音结构(112)、减震块(113)，发声体(104)下部通过减震块(113)固定连接定向扩音结构(112)或发声体(104)下部直接连接定向扩音结构(112)。
7.根据权利要求1所述的无网声波牧场，其特征在于所述发声单元还具有地形探测模块(7)，地形探测模块通过支撑杆固定在机架(107)上，低于发声体(104)的高度。
8.根据权利要求7所述的无网声波牧场的养殖方法，其特征在于所述方法包括：
(1)、地形探测模块(7)探测水底和水体四周的地形，并将结果反馈给系统控制模块；
(2)、系统控制模块(2)自动或通过终端模块手动设定各个发声单元特定的敲击振幅，确保养殖水体覆盖范围内的任意位置均具有足有的声波强度。
9.一种无网声波牧场，包括若干组发声单元组成一个水体空间封闭的声波围网，所述发声单元包括声波发生模块(1)、系统控制模块(2)、电源模块(3)、浮体模块(4)、锚泊系统(5)、通气机构(6)；声波发生模块(1)具有机械能生成单元(101)、回位机构(102)、敲击体(103)、发声体(104)、共振腔体(106)以及机架(107)；该发声单元还具有承力弹簧(108)、支架(109)、限位块(110)，其特征在于共振腔体(106)采用不封闭结构，所述敲击体(103)为分体结构，即具有杆部(114)和敲击头(115)，杆部(114)和敲击头(115)采用螺纹配合；所述敲击头(115)设置为流线型结构，将敲击头(115)前端具有左右两段接触面接触发声体(104)，中间具有空槽结构；该发声单元还具有O型圈(116)，设置在敲击体(103)的杆部与机架(107)的配合处；所述发声体(104)下部还固设多向扩音结构(117)，所述多向扩音结构(117)为若干个平行板状结构或多角度交叉板状结构。
10.根据权利要求9所述的无网声波牧场，其特征在于所述通气机构(6)设置成上弯管结构(601)，排水管(602)、通气管(603)，所述上弯管结构(601)，排水管(602)、通气管(603)联通成“三通结构”，通气管(603)上部具有倾斜折弯结构。
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