CN116219623A - 一种具有断裂监测功能的网衣及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有断裂监测功能的网衣及监测方法，包括：成圈股线和衬纬股线，所述成圈股线为低延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，所述衬纬股线为高延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，成圈股线和衬纬股线通过经编方式编织成网；导电编织线具有导电内芯和外绝缘层，所述导电编织线具有与供电电源电连接的端口，且所述导电编织线连接电信号监测传感器，电信号监测传感器与控制器通信连接，所述控制器基于电信号监测传感器上传的电信号的波动情况判断所述导电编织线的断裂情况。本发明可对网衣破裂示警，在示警时衬纬股线仍然保持网孔的形状，提供给使用者足够的时间进行网衣的修补，避免造成较大的网衣损坏和鱼群逃逸等财产损失。

Description

一种具有断裂监测功能的网衣及监测方法
技术领域
本发明属于海洋网箱养殖技术领域，具体涉及一种具有断裂监测功能的网衣及监测方法。
背景技术
随着我国深远海养殖技术的发展，海水网箱养殖的配套设施已经有相当的规模，网衣是深水网箱养殖设施的重要组成部分，在深远海环境中极易产生破损，如果未发现网衣破损，及时采取有效措施，会造成养殖鱼群逃逸，使养殖户产生巨大损失。
现有的网衣断裂监测技术都是在网衣破损后监测，此时虽然监测到破损及时补救，但是仍会存在一定的养殖鱼逃逸的现象。例如现有的一些监测方案采用在网衣中掺杂导线，然后利用带有金属棒的传感器在海水中检测微电流，一旦检测到微电流说明导线断裂，与海水形成了通路。由于海水介质的导电性不如金属等导体，传感器检测到微电流的精准度不高，需要一定数量的导线断裂才能检测到电流从而确定网衣破损。因此此时网衣破损已经发生，监测到网衣破损只能降低损失。
发明内容
针对现有技术存在的监测网衣断裂的滞后性导致无法完全避免养殖鱼逃逸损失，本发明提供一种具有断裂监测功能的网衣，以解决上述技术问题。
本发明提供一种具有断裂监测功能的网衣，包括：成圈股线和衬纬股线，所述成圈股线为低延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，所述衬纬股线为高延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，成圈股线和衬纬股线通过经编方式编织成网；导电编织线具有导电内芯和外绝缘层，所述导电编织线具有与供电电源电连接的端口，且所述导电编织线连接电信号监测传感器，电信号监测传感器与控制器通信连接，所述控制器基于电信号监测传感器上传的电信号的波动情况判断所述导电编织线的断裂情况。
进一步的，所述导电编织线采用TPU皮芯长丝，所述TPU皮芯长丝包括导电内芯和皮层，所述导电内芯为碳纤维、金属纤维或通过将导电微粒添加到聚合物中纺丝而得到的复合导电纤维中的一种或多种；所述皮层为热塑性聚氨酯。
进一步的，所述成圈股线和衬纬股线的捻向均为S或Z捻，且捻度均不超过30捻。
进一步的，所述网衣由1股及以上的成圈股线和2股及以上的衬纬股线通过经编而成，网目为菱形或六边形，网脚为编链加衬纬结构，网结为经平加衬纬结构。
进一步的，所述供电电源采用直流稳压电源，多根导电编织线以并联的方式与所述直流稳压电源电连接。
进一步的，所述电信号监测传感器采用防水电流传感器，每条导电编织线均连接一个防水电流传感器，各防水电流传感器分别连接CPLD的一个端口，CPLD经2.4G无线通信模块连接远程控制器；所述CPLD和2.4G无线通信模块设置在带有浮标的防水壳体内。
进一步的，高延伸的化纤长丝的模量与低延伸的化纤长丝的模量的差值不低于设定阈值。
本发明还提供一种网衣断裂监测方法，包括：
在供电电源为网衣中的导电编织线供电的状态下，控制器定期采集电信号监测传感器的检测数据；
若所述检测数据的波动值超过预设阈值，则生成网衣断裂告警。
进一步的，在供电电源为网衣中的导电编织线供电的状态下，控制器定期采集电信号监测传感器的检测数据，包括：
预先为监测各导电编织线的防水电流传感器生成设备编号，导电编织线印有与相连接的防水电流传感器的设备编号相同的编号，在CPLD中配置防水电流传感器设备编号与相连接的端口号的映射表，以使CPLD在向控制器转发防水电流传感器的检测数据时标识检测数据所属的防水电流传感器的设备编号；
控制器定期从CPLD采集各防水电流传感器的检测数据。
进一步的，若所述检测数据的波动值超过预设阈值，则生成网衣断裂告警，包括：
控制器监测各防水电流传感器的检测数据的波动值；
若监测到目标防水电流传感器的检测数据的波动值达到预设阈值，则生成网衣断裂告警，并输出目标防水电流传感器的设备编号。
本发明的有益效果在于，本发明提供的具有断裂监测功能的网衣及监测方法，采用高强力高模量纤维和导电纤维的集合体作为成圈股线，高强力低模量纤维和导电纤维的集合体作为衬纬股线编织成网衣。网衣在使用过程中承受过大载荷时，高模量的成圈股线首先发生断裂，此时该股线中的电流信号发生变化，电流传感器将电流信号发送到水上监控中心，水上监控中心对数据解析后传输到用户端，对使用者产生警示作用，衬纬股线仍然保持网孔的形状，提供给使用者足够的时间进行网衣的修补，避免造成较大的网衣损坏和鱼群逃逸等财产损失。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例使用状态示意图。
图2为本发明一实施例编织结构示意图。
图3为本发明一实施例中成圈股线的结构示意图。
图4为本发明一实施例中电信号接收器的原理图。
图5为本发明一实施例中水上监控中心的结构示意图。
图6为本发明一实施例中网衣状况实时监测的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本实施方式中具有断裂监测功能的网衣，包括分次断裂网衣1，分次断裂网衣1可连接供电器2，并与电信号监测模块3电连接，电信号监测模块3可将检测数据上传至水上监控中心4。
制备一种网线直径为4mm的分次断裂网衣，由成圈股线1-1和衬纬股线1-2通过经编方式编织成网，如图2所示。其中网线截面中，九股为超高分子量聚乙烯长丝5与TPU皮芯长丝6的加捻股线；六股为高强聚酰胺长丝与TPU皮芯长丝的加捻股线。参见图3，TPU皮芯长丝的皮层6-2为热塑性聚氨酯，导电内芯6-1为金属纤维，在本发明的其他实施方式中，导电内芯6-1也可采用碳纤维、复合导电纤维等导电材料。
分次断裂网衣具体制备工艺如下：
1)制备成圈股线：一股超高分子量聚乙烯长丝和一股芯层为金属纤维的TPU皮芯长丝在加捻机上捻制成一股成圈股线，股线的捻向为S捻，捻度为20捻；
2)制备衬纬股线：一股高强聚酰胺纤维和一股芯层为金属纤维的TPU皮芯长丝在加捻机上捻制成一股衬纬股线，股线的捻向为S捻，捻度为20捻；
3)将准备好的成圈和衬纬股线分别通过整经机进行盘头整经；
4)制备网衣：由3股成圈股线和3股衬纬股线通过经编机编织成网衣，网目编织为菱形，网脚为编链加衬纬结构，网结为经平加衬纬结构；
5)复合涂层整理：通过表面涂层法对网衣进行表面防污涂层处理，使网衣具有防污性能，方便使用。
在制备成圈股线和衬纬股线时，超高分子量聚乙烯长丝与高强聚酰胺纤维的模量差值需不低于设定的阈值，该阈值需保证成圈股线断裂时衬纬股线不会断裂。
在本实施方式中，供电电源采用直流稳压电源，多根导电编织线以并联的方式与直流稳压电源电连接。电信号监测模块3包括防水电流传感器、CPLD(复杂可编程逻辑器件)和2.4G通信模块，每条导电编织线均连接一个防水电流传感器，各防水电流传感器分别连接CPLD的一个端口，CPLD经2.4G无线通信模块连接水上监控中心4的远程控制器(服务器)；CPLD和2.4G无线通信模块设置在带有浮标的防水壳体内。
在该种实施方式中，可实现逐条导电编织线的电信号监测，CPLD可识别各条导电编织线的电信号并可对电信号进行来源标记后转发。且CPLD与2.4G通信模块设置在带有浮标的防水壳体内保证无线信号的传输效果。
在本发明的另一种实施方式中供电器优选直流稳压电源，为分次断裂网衣1和电信号监测模块3供电。参见图4，电信号监测模块3包括水下电流传感器和水面电流传感器，水下电流传感器与分次断裂网衣1连接，对网衣中的各根导线中的电流信号进行检测；水面电流传感器通过导线接收水下电流传感器的电流信号；水面电流传感器通过无线方式与水上监控中心4连接。这种实施方式中通过设置总-分结构的电流传感器，可以实现两层信号筛选，即当水面电流传感器检测的总电流异常时，再调取各水下电流传感器的数据进行异常定位，降低了计算量。
水上监控中心4包括信号接收器、服务器、监控器和用户终端，信号接收器接收来自电信号监测模块的检测数据，并将数据存储于服务器的数据库中；所述监控器用于将数据进行解析，并传输到用户端。
网衣在使用过程中承受过大载荷时，高模量的成圈股线1-1首先发生断裂，此时该股线中的电流信号发生变化，电流传感器将电流信号发送到水上监控中心，水上监控中心对数据解析后传输到用户端，对使用者产生警示作用，衬纬股线1-2仍然保持网孔的形状，提供给使用者足够的时间进行网衣的修补。
在本发明的一种实施方式中，提供一种网衣断裂监测方法，包括：
(1)在供电电源为网衣中的导电编织线供电的状态下，控制器定期采集电信号监测传感器的检测数据。
预先为监测各导电编织线的防水电流传感器生成设备编号，导电编织线印有与相连接的防水电流传感器的设备编号相同的编号，在CPLD中配置防水电流传感器设备编号与相连接的端口号的映射表，以使CPLD在向控制器转发防水电流传感器的检测数据时标识检测数据所属的防水电流传感器的设备编号；控制器定期从CPLD采集各防水电流传感器的检测数据。
其中，不同编号的导电编织线的绝缘外层可选用不同颜色，以便人员定位破损处。控制器每隔1mi n向CPLD发送一次检测数据获取请求。
(2)若所述检测数据的波动值超过预设阈值，则生成网衣断裂告警。
控制器监测各防水电流传感器的检测数据的波动值；若监测到目标防水电流传感器的检测数据的波动值达到预设阈值，则生成网衣断裂告警，并输出目标防水电流传感器的设备编号。
波动值的计算方法为计算本次数据与前次数据的差值作为第一参考值，计算本次数据与15min前采集的数据的差值作为第二参考值。由于设置两个参考值，因此也需对应设置两个标准阈值，标准阈值的获取方法需经大量物理实验的数据累积，获取网衣正常状态下的波动值和发生破裂的波动值，从而设置相应的标准阈值。第一参考值超过对应的第一标准阈值或第二参考值超过对应的第二标准阈值，均可触发告警机制。
请参考图6，以下为一种实施方式中的网衣破裂监测过程：
S 1、对网衣和电信号监测模块供电；
S 2、电信号监测模块对网衣中的导线的电流进行收集；
S 3、水上监控中心对电流信号进行监测，是否发生变化，否则重复S 2，S 3；
S4、是，则将异常数据传输到用户端。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，包括：成圈股线和衬纬股线，所述成圈股线为低延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，所述衬纬股线为高延伸的化纤长丝和导电编织线的加捻股线，成圈股线和衬纬股线通过经编方式编织成网；导电编织线具有导电内芯和外绝缘层，所述导电编织线具有与供电电源电连接的端口，且所述导电编织线连接电信号监测传感器，电信号监测传感器与控制器通信连接，所述控制器基于电信号监测传感器上传的电信号的波动情况判断所述导电编织线的断裂情况。
2.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，所述导电编织线采用TPU皮芯长丝，所述TPU皮芯长丝包括导电内芯和皮层，所述导电内芯为碳纤维、金属纤维或通过将导电微粒添加到聚合物中纺丝而得到的复合导电纤维中的一种或多种；所述皮层为热塑性聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，所述成圈股线和衬纬股线的捻向均为S或Z捻，且捻度均不超过30捻。
4.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，所述网衣由1股及以上的成圈股线和2股及以上的衬纬股线通过经编而成，网目为菱形或六边形，网脚为编链加衬纬结构，网结为经平加衬纬结构。
5.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，所述供电电源采用直流稳压电源，多根导电编织线以并联的方式与所述直流稳压电源电连接。
6.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，所述电信号监测传感器采用防水电流传感器，每条导电编织线均连接一个防水电流传感器，各防水电流传感器分别连接CPLD的一个端口，CPLD经2.4G无线通信模块连接远程控制器；所述CPLD和2.4G无线通信模块设置在带有浮标的防水壳体内。
7.根据权利要求1所述的具有断裂监测功能的网衣，其特征在于，高延伸的化纤长丝的模量与低延伸的化纤长丝的模量的差值不低于设定阈值。
8.一种网衣断裂监测方法，其特征在于，包括：
在供电电源为网衣中的导电编织线供电的状态下，控制器定期采集电信号监测传感器的检测数据；
若所述检测数据的波动值超过预设阈值，则生成网衣断裂告警。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在供电电源为网衣中的导电编织线供电的状态下，控制器定期采集电信号监测传感器的检测数据，包括：
预先为监测各导电编织线的防水电流传感器生成设备编号，导电编织线印有与相连接的防水电流传感器的设备编号相同的编号，在CPLD中配置防水电流传感器设备编号与相连接的端口号的映射表，以使CPLD在向控制器转发防水电流传感器的检测数据时标识检测数据所属的防水电流传感器的设备编号；
控制器定期从CPLD采集各防水电流传感器的检测数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，若所述检测数据的波动值超过预设阈值，则生成网衣断裂告警，包括：
控制器监测各防水电流传感器的检测数据的波动值；
若监测到目标防水电流传感器的检测数据的波动值达到预设阈值，则生成网衣断裂告警，并输出目标防水电流传感器的设备编号。
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