CN116539827A - 一种牡蛎水产养殖监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种牡蛎水产养殖监测系统及方法，涉及水产养殖领域。牡蛎水产养殖监测系统包括多个依次布置的摩擦发电单元、与摩擦发电单元一一对应连接的牡蛎养殖笼、电能收集与储存装置及牡蛎生命生态监测装置，摩擦发电单元用于将波浪能转换成电能后使用电能收集与储存装置的电能收集模块收集至储能模块储存，最后使用储能模块供能的牡蛎生命生态监测装置中温度传感器、盐度传感器和重金属检测传感器检测各个牡蛎养殖笼内温度、盐度和重金属含量。本申请提供的牡蛎水产养殖监测系统及方法具有造价低廉、体积小、工作稳定、能适应海上多变极端气候环境的优点，能够保证牡蛎养殖过程中的环境监控，提高牡蛎养殖存活率。
Description
技术领域
本申请涉及水产养殖领域，具体而言，涉及一种牡蛎水产养殖监测系统及方法。
背景技术
海洋牧场是在一定海域内采用养殖设施和管理方法利用海洋生态环境养殖海洋生物，其能够有效的利用海洋资源来提高水产产量，确保水产资源稳定和持续增长。
牡蛎水产养殖过程中需要定期对养殖环境进行检测，以避免养殖环境变化导致牡蛎死亡，检测时需要依靠海上发电供能，但是目前现有的海上发电多依靠电磁感应发电机，其输出功率与频率的平方成正比，而海浪的低频性与无序性使其无法高效收集波浪能，加上电磁感应发电机造价高昂、体积大，使得现有的牡蛎水产养殖监测系统不利于应对海上多变极端的气候环境。
因此，需要一种造价低廉、体积小、工作稳定的牡蛎水产养殖监测系统来应对海上多变极端的气候环境。
发明内容
本申请的目的在于提供一种牡蛎水产养殖监测系统及方法，其具有造价低廉、体积小、工作稳定、能适应海上多变极端气候环境的优点，能够保证牡蛎养殖过程中的环境监控，提高牡蛎养殖存活率。
本申请是这样实现的：
本申请提供一种牡蛎水产养殖监测系统，其包括：
波浪能采集装置，包括多个依次布置的摩擦发电单元及与摩擦发电单元一一对应的牡蛎养殖笼；每个摩擦发电单元均包括发电筒体、多个固定设于发电筒体内的固定发电板、多个设于筒体内的转动发电板及发电轴，发电轴可旋转地穿过各个固定发电板和发电筒体两端，转动发电板固定套设于发电轴上，发电轴旋转时带动每个转动发电板相对于至少一个固定发电板转动交替摩擦和分离产生电能；每个发电轴两端分别连接有传动机构，两个相邻摩擦发电单元同一端的两个传动机构之间分别通过一根传动杆连接，各个传动机构用于在对应传动杆移动时带动对应发电轴绕自身轴线沿同一方向旋转；发电筒体与对应牡蛎养殖笼连接；
电能收集与储存装置，包括用于收集各个摩擦发电单元摩擦发电电量的电能收集模块及用于储存电能收集模块收集电量的储能模块；
牡蛎生命生态监测装置，与储能模块电连接，包括多个分别用于检测各个牡蛎养殖笼内温度的温度传感器、多个分别用于检测各个牡蛎养殖笼内盐度的盐度传感器和多个分别用于检测各个牡蛎养殖笼内重金属含量的重金属检测传感器。
在一些可选的实施方案中，传动机构包括与传动杆对应铰接的摇杆及与发电轴同轴连接的棘轮，摇杆远离对应传动杆的一端连接有与棘轮配合的棘爪。
在一些可选的实施方案中，发电筒体的两端分别连接有筒盖，筒盖上设有与摇杆对应的弧形孔，弧形孔沿发电轴的周向延伸，传动杆移动时带动对应摇杆沿弧形孔往复移动。
在一些可选的实施方案中，棘轮和发电轴之间通过变速机构同轴连接，变速机构包括与发电轴连接的环形齿轮、与棘轮同轴连接的太阳齿轮及多个分别与环形齿轮和太阳齿轮啮合的行星齿轮。
在一些可选的实施方案中，发电筒体内还设有多个弹性材料制成的固定板，每个固定板内均设有固定腔，固定腔内设有至少一个固定发电板和至少一个转动发电板，发电轴旋转时带动转动发电板相对于对应固定腔内的固定发电板转动摩擦产生电能。
在一些可选的实施方案中，还包括牵引定位装置，牵引定位装置包括牵引箱、设于牵引箱内的双头电机，双头电机的两个输出轴分别连接有平行布置的两根牵引绳，牵引箱两侧分别与一摩擦发电单元的发电筒体两端连接。
在一些可选的实施方案中，牵引箱内还设有用于检测距离的激光测距仪。
在一些可选的实施方案中，发电筒体的两端分别通过连接绳连接支撑杆的两端，支撑杆通过至少一根固定绳连接对应牡蛎养殖笼。
在一些可选的实施方案中，牡蛎生命生态监测装置还包括分别与温度传感器、盐度传感器和重金属检测传感器电连接的传输模块，传输模块设有用于发射无线信号的无线信号发射器。
本申请还提供了一种牡蛎水产养殖监测方法，其是使用上述牡蛎生命生态监测装置进行的，包括以下步骤：
使用多个漂浮在水面上的摩擦发电单元支撑多个牡蛎养殖笼进行牡蛎养殖，在每个摩擦发电单元受到水面波浪的推力上下起伏移动时带动对应传动杆移动，使传动杆带动对应发电轴绕自身轴线沿同一方向旋转，继而使发电轴带动每个转动发电板相对于至少一个固定发电板转动交替摩擦和分离产生电能，使用电能收集与储存装置的电能收集模块收集各个摩擦发电单元的摩擦发电并储存于储能模块，使用储能模块供电至温度传感器、盐度传感器和重金属检测传感器用以检测各个牡蛎养殖笼内的温度、盐度和重金属含量。
本申请的有益效果是：本申请提供的牡蛎水产养殖监测系统及方法使用波浪能采集装置中的摩擦发电单元支撑牡蛎养殖笼进行牡蛎养殖，并利用摩擦发电单元将波浪能转换成电能后使用电能收集与储存装置的电能收集模块收集至储能模块储存，最后使用储能模块供能的牡蛎生命生态监测装置中温度传感器、盐度传感器和重金属检测传感器检测各个牡蛎养殖笼内温度、盐度和重金属含量，从而保证牡蛎养殖过程中的环境监控，提高牡蛎养殖存活率。本申请提供的牡蛎水产养殖监测系统具有造价低廉、体积小、工作稳定、能适应海上多变极端气候环境的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中摩擦发电单元的第一视角的局部剖视结构示意图；
图3为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中摩擦发电单元的第二视角的局部剖视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中传动机构的第一视角的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中传动机构的第二视角的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中牵引定位装置的局部结构示意图；
图7为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中电能收集与储存装置的连接结构示意图；
图8为本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统中牡蛎生命生态监测装置的连接结构示意图。
图中：100、摩擦发电单元；110、发电筒体；120、筒盖；130、固定发电板；140、转动发电板；150、发电轴；160、弧形孔；170、固定板；180、固定腔；200、传动杆；210、摇杆；220、棘轮；230、棘爪；240、环形齿轮；250、太阳齿轮；260、行星齿轮；300、电能收集模块；310、储能模块；320、温度传感器；330、盐度传感器；340、重金属检测传感器；350、传输模块；360、无线信号发射器；370、整流器；380、电能输送电路；390、信号处理模块；400、牡蛎养殖笼；410、牵引箱；420、双头电机；430、牵引绳；440、激光测距仪；450、连接绳；460、支撑杆；470、固定绳。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合实施例对本申请的牡蛎水产养殖监测系统及牡蛎水产养殖监测方法的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本申请实施例提供了一种牡蛎水产养殖监测系统，其包括波浪能采集装置、电能收集与储存装置、牡蛎生命生态监测装置及牵引定位装置；
其中，波浪能采集装置包括四个依次布置的摩擦发电单元100及与摩擦发电单元100一一对应的牡蛎养殖笼400；每个摩擦发电单元100均包括两端开口的中空圆柱形的发电筒体110及发电轴150，发电筒体110的两端分别连接有封闭开口的筒盖120，发电筒体110内固定设有二十三个同轴线布置的圆盘形的固定板170，固定板170由弹性材料制成，每个固定板170内均设有固定腔180，每个固定腔180内设有并排布置的一个圆盘形的固定发电板130和一个圆盘形的转动发电板140，发电轴150与各个固定发电板130和转动发电板140同轴布置，发电轴150可旋转地穿过各个固定板170、各个固定发电板130和各个转动发电板140后两端分别贯穿出两个筒盖120，转动发电板140固定套设于发电轴150上，发电轴150旋转时带动转动发电板140相对于对应固定腔180内的固定发电板130转动交替摩擦和分离产生电能；固定发电板130和转动发电板140表面分别涂覆有摩擦纳米材料。每个发电轴150两端分别连接有传动机构，两个相邻摩擦发电单元100同一端的两个传动机构之间分别通过一根传动杆200连接，各个传动机构用于在对应传动杆200移动时带动对应发电轴150绕自身轴线沿同一方向旋转；发电筒体110的两端分别通过连接绳450连接支撑杆460的两端，支撑杆460通过一根固定绳470连接对应牡蛎养殖笼400。
电能收集与储存装置，包括用于收集各个摩擦发电单元100摩擦发电电量的电能收集模块300、用于将电能收集模块300收集交流电转化为直流电的整流器370、用于传输整流器370转化直流电的电能输送电路380及用于接收和储存电能输送电路380输送直流电的储能模块310；
牡蛎生命生态监测装置，与储能模块310电连接，包括四个分别用于检测各个牡蛎养殖笼400内温度的温度传感器320、四个分别用于检测各个牡蛎养殖笼400内盐度的盐度传感器330和四个分别用于检测各个牡蛎养殖笼400内重金属含量的重金属检测传感器340，牡蛎生命生态监测装置还包括分别与温度传感器320、盐度传感器330和重金属检测传感器340电连接的信号处理模块390及与信号处理模块390电连接的传输模块350，信号处理模块390用于接收温度传感器320、盐度传感器330和重金属检测传感器340传递的信号并输送至传输模块350，传输模块350具有用于将信号处理模块390传输的信号发射供远程接收的无线信号发射器360。
传动机构包括与传动杆200对应铰接的摇杆210及与发电轴150同轴连接的棘轮220，摇杆210远离对应传动杆200的一端连接有与棘轮220配合的棘爪230，棘轮220和发电轴150之间通过变速机构同轴连接，变速机构包括与发电轴150连接的环形齿轮240、与棘轮220同轴连接的太阳齿轮250及四个分别与环形齿轮240和太阳齿轮250啮合的行星齿轮260；筒盖120上设有与摇杆210对应的弧形孔160，弧形孔160沿发电轴150的周向延伸，传动杆200移动时带动对应摇杆210沿弧形孔160往复移动。
牵引定位装置包括牵引箱410、设于牵引箱410内的双头电机420，双头电机420的两个输出轴分别连接有平行布置的两根牵引绳430，牵引绳430用于与陆地连接；牵引箱410两侧分别通过传动杆200与一摩擦发电单元100的发电筒体110两端铰接，牵引箱410内还设有用于检测其与陆地距离的激光测距仪440。
本申请实施例提供的牡蛎水产养殖监测系统及方法是使用摩擦发电单元支撑牡蛎养殖笼400进行牡蛎养殖的同时基于摩擦发电远离将波浪能转换成电能，随后使用电能收集与储存装置的电能收集模块300收集摩擦发电单元的电能并传输至储能模块310储存，进而使用储能模块310供能的牡蛎生命生态监测装置中温度传感器320、盐度传感器330和重金属检测传感器340检测各个牡蛎养殖笼400内温度、盐度和重金属含量，最后使用传输模块350中无线信号发射器360将检测的各个牡蛎养殖笼400内温度、盐度和重金属含量发送至养殖人员查看，便于养殖人员对养殖情况进行调整。
具体来说，将波浪能采集装置和对应的牡蛎养殖笼400投放至海上时，波浪能采集装置中各个摩擦发电单元100的发电筒体110通过浮力漂浮在海面上，发电筒体110两端分别通过连接绳450连接的支撑杆460使用一根固定绳470将对应的牡蛎养殖笼400连接于海中进行牡蛎养殖作业，当海浪的上下起伏波动带动各个摩擦发电单元100的发电筒体110上下移动时，发电筒体110带动两端连接的传动杆200上下起伏移动，从而在各个传动杆200移动时通过传动机构带动各个发电轴150绕自身轴线沿同一方向旋转，进而在发电轴150绕自身轴线沿同一方向旋转时带动各个转动发电板140相对于对应固定腔180内的固定发电板130转动，使转动发电板140旋转时与固定发电板130交替摩擦和分离产生电能。
其中，传动杆200移动时会带动铰接的摇杆210沿对应筒盖120上的弧形孔160往复移动，摇杆210沿弧形孔160往复移动时带动棘爪230推动棘轮220沿单向旋转，棘轮220单向旋转时带动同轴连接的太阳齿轮250单向旋转，进而通过分别与太阳齿轮250和环形齿轮240啮合的行星齿轮260带动环形齿轮240单向旋转，最终带动环形齿轮240连接的发电轴150绕轴线沿单向加速旋转，从而在各个摩擦发电单元100的发电筒体110受到海浪的冲击上下起伏波动时通过传动杆200和传动机构带动各个发电轴150单向旋转，保证各个转动发电板140相对于对应固定腔180内的固定发电板130单向转动摩擦产生电能，进而可以通过使用电能收集与储存装置的电能收集模块300收集摩擦发电单元的电能并使用整流器370转化为直流电通过电能输送电路380传输至储能模块310储存，再通过储能模块310供给至牡蛎生命生态监测装置的温度传感器320、盐度传感器330、重金属检测传感器340和传输模块350使用，进而使用温度传感器320、盐度传感器330、重金属检测传感器340检测各个牡蛎养殖筒内温度、盐度和重金属含量，并使用传输模块350中无线信号发射器360将温度传感器320、盐度传感器330、重金属检测传感器340检测的温度、盐度和重金属含量传输至养殖人员查看。
使用牵引定位装置的牵引箱410分别与一摩擦发电单元100的发电筒体110两端通过传动杆200铰接，并将设于牵引箱410内的双头电机420的两个输出轴分别通过牵引绳430与陆地连接，能够利用牵引定位装置定位波浪能采集装置中各个摩擦发电单元100的位置，并使用牵引箱410内激光测距仪440检测其与陆地的距离，当距离过近或过远时，控制双头电机420的两个输出轴正反转将对应连接的牵引绳430收卷或放松，从而调整牵引绳430的距离来控制牵引箱410与陆地固定处的距离，从而方便使用者调整波浪能采集装置中各个摩擦发电单元100与陆地之间的间距，保证在海上的合适位置投放波浪能采集装置进行牡蛎养殖。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，其包括：
波浪能采集装置，包括多个依次布置的摩擦发电单元及与所述摩擦发电单元一一对应的牡蛎养殖笼；每个所述摩擦发电单元均包括发电筒体、多个固定设于所述发电筒体内的固定发电板、多个设于所述筒体内的转动发电板及发电轴，所述发电轴可旋转地穿过各个所述固定发电板和所述发电筒体两端，所述转动发电板固定套设于所述发电轴上，所述发电轴旋转时带动每个所述转动发电板相对于至少一个所述固定发电板转动交替摩擦和分离产生电能；每个所述发电轴两端分别连接有传动机构，两个相邻所述摩擦发电单元同一端的两个所述传动机构之间分别通过一根传动杆连接，各个所述传动机构用于在对应所述传动杆移动时带动对应所述发电轴绕自身轴线沿同一方向旋转；所述发电筒体与对应所述牡蛎养殖笼连接；
电能收集与储存装置，包括用于收集各个所述摩擦发电单元摩擦发电电量的电能收集模块及用于储存所述电能收集模块收集电量的储能模块；
牡蛎生命生态监测装置，与所述储能模块电连接，包括多个分别用于检测各个所述牡蛎养殖笼内温度的温度传感器、多个分别用于检测各个所述牡蛎养殖笼内盐度的盐度传感器和多个分别用于检测各个所述牡蛎养殖笼内重金属含量的重金属检测传感器。
2.根据权利要求1所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述传动机构包括与所述传动杆对应铰接的摇杆及与所述发电轴同轴连接的棘轮，所述摇杆远离对应所述传动杆的一端连接有与所述棘轮配合的棘爪。
3.根据权利要求2所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述发电筒体的两端分别连接有筒盖，所述筒盖上设有与所述摇杆对应的弧形孔，所述弧形孔沿所述发电轴的周向延伸，所述传动杆移动时带动对应所述摇杆沿所述弧形孔往复移动。
4.根据权利要求2所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述棘轮和所述发电轴之间通过变速机构同轴连接，所述变速机构包括与所述发电轴连接的环形齿轮、与所述棘轮同轴连接的太阳齿轮及多个分别与所述环形齿轮和所述太阳齿轮啮合的行星齿轮。
5.根据权利要求1所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述发电筒体内还设有多个弹性材料制成的固定板，每个所述固定板内均设有固定腔，所述固定腔内设有至少一个所述固定发电板和至少一个所述转动发电板，所述发电轴旋转时带动所述转动发电板相对于对应所述固定腔内的所述固定发电板转动摩擦产生电能。
6.根据权利要求1所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，还包括牵引定位装置，所述牵引定位装置包括牵引箱、设于所述牵引箱内的双头电机，所述双头电机的两个输出轴分别连接有平行布置的两根牵引绳，所述牵引箱两侧分别与一所述摩擦发电单元的所述发电筒体两端连接。
7.根据权利要求6所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述牵引箱内还设有用于检测距离的激光测距仪。
8.根据权利要求1所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述发电筒体的两端分别通过连接绳连接支撑杆的两端，所述支撑杆通过至少一根固定绳连接对应所述牡蛎养殖笼。
9.根据权利要求1所述的牡蛎水产养殖监测系统，其特征在于，所述牡蛎生命生态监测装置还包括分别与所述温度传感器、所述盐度传感器和所述重金属检测传感器电连接的传输模块，所述传输模块设有用于发射无线信号的无线信号发射器。
10.一种牡蛎水产养殖监测方法，其特征在于，其是使用如权利要求1至9中任一项所述的牡蛎水产养殖监测系统进行的，包括以下步骤：
使用多个漂浮在水面上的摩擦发电单元支撑多个牡蛎养殖笼进行牡蛎养殖，在每个所述摩擦发电单元受到水面波浪的推力上下起伏移动时带动对应所述传动杆移动，使所述传动杆带动对应所述发电轴绕自身轴线沿同一方向旋转，继而使所述发电轴带动每个所述转动发电板相对于至少一个所述固定发电板转动交替摩擦和分离产生电能，使用电能收集与储存装置的电能收集模块收集各个所述摩擦发电单元的摩擦发电并储存于储能模块，使用所述储能模块供电至所述温度传感器、所述盐度传感器和重金属检测传感器用以检测各个所述牡蛎养殖笼内的温度、盐度和重金属含量。
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