集鱼灯是光诱鱿钓作业中最首要的助渔设备,可分为水上灯和水下灯两类。水下集鱼灯具有节能、诱集规模广、穿透水层深等特色。水下集鱼灯不只能够在晚大将深层的柔鱼诱集到较浅的水层进行作业,还能够在白日将大型柔鱼集合在较深水层进行捕获 ,水下集鱼灯于20世纪90年代以来被广泛运用到鱿钓作业中,其光源以金属卤化物灯为主,属热光源。
发光二极管(L ight Emitting Diode, LED)是一种场致发光光源,是可直接将电能转化为可见光和辐射能的半导体器材。LED 的发光原理是运用固体半导体芯片作为发光资料,当两头加上正向电压,半导体资料的PN结中注入的空穴与电子复合时引起光子发射而发生光,直接把电能转换为光能,属冷光源。运用LED半导体照明已被公认为是一种节能环保的重要途径。
日本从2005年开端,研讨运用蓝色LED集鱼灯来代替金属卤化物集鱼灯,以到达节约能源耗费、改进作业环境等意图。其燃油消费量仅为传统鱿钓船的1 /3,钓获率也相当于(乃至逾越)传统鱿钓船。我国也有企业和高校正在进行LED集鱼灯的研讨与开发,并取得了必定作用。
1 LED水下集鱼灯的规划
LED水下集鱼灯应契合以下几方面要求:光源具有较大照耀规模、满足的照度,并能适用于诱集鱼群;发动操作简略敏捷;灯具巩固、耐震,水密耐压;经用。
1. 1 LED操控与驱动体系
选用数字化操控电路,整个电路由以嵌入式微操控器(MCU)作中心的操控体系电路、驱动电路和LED光源点阵三部分构成(图1) 。
LED水下集鱼灯用高亮度LED 作为光源。LED尽管光效很高,但单只LED所宣布的光通量还不够大,为了完成较大照耀规模和满足的照度,有必要选用多只LED组合在一同运用。首要依据水下集鱼灯集鱼所需求到达的照耀规模与照度确认总功率,在此基础上挑选必定功率的多只LED来到达所需的总功率。由1 只红(R ) 、1 只绿(G) 、1只蓝(B)依据配色要求构成1个三基色发光单元。多个三基色发光单元的组合是经过单元电路板完成,在阵列结构上经过先分单元后组合的方法,呈线形、矩形、圆形、表里半圆柱面及部分球面的散布,确保光向四周发射。
LED驱动电路选用%&&&&&%驱动, LED驱动时需求先将直流电流经过高功率的开关稳压器降压和变换成恒流源,才干输出稳定的电流驱动LED发光。显现电路分为红、绿、蓝3 个模块, 3个模块与MCU的衔接方法也相同。MCU经过信号线与模块中各LED驱动电路相衔接。经过内置于MCU中的操控程序,由MCU向LED驱动集成块发送操控信号和数据, LED驱动集成块依据操控信号和数据要求,对每一只LED完成独自操控。若MCU接连向各个LED驱动集成块不断宣布操控信号和数据,使每只LED都受到接连的和谐操控 。
假如操控LED以鱼眼分辩不出的闪耀频率快速亮灭,并且操控LED在每一个亮灭周期内发光时刻的占空比,就能起到操控LED发光亮度的作用。经过对每只LED发光亮度的操控,使每只LED发生256级灰度等级。对3个模块内的每只红光、绿光、蓝光LED一同进行操控, 3种光色LED依照不同的灰度等级恣意组合,能够发生16 777 216种五颜六色作用。将多个三基色发光单元组合成必定结构的显现点列(图2) ,依照这种操控方法,就能显现出各种色彩、多种图画的动态显现作用,然后实施诱鱼。
1. 2 无线供电电源
假如LED水下集鱼灯选用电缆线供电,运用时电缆线简单破损折断,多个LED水下集鱼灯一同操作时简单环绕,十分费事。本文规划的LED水下集鱼灯用蓄电池供电,并运用无线供电技能为蓄电池充电。
无线供电体系包含电能发送单元和电能接纳单元两部分。电能发送单元首要由交直流电源电路、功率扩大输出电路、驱动电路、振荡电路、基准电压电路、操控维护电路以及发射线圈L1 (变压器初级)组成,电能接纳单元首要包含接纳线圈L2 (变压器次级) 、高频整流滤波电路和负载组成(图3) 。
无线供电体系作业时输入端将交流电经全桥整流电路变换成直流电,或用渔船的直流电源直接为体系供电,直流电流经过振荡电路逆变转换成高频交流电,经功率扩大输出电路扩大后供应发射线圈L1。经过发射线圈L1与接纳线圈L2耦合电能,接纳线圈L2输出的电流经高频整流滤波电路变换成直流电提供应负载(电池)进行充电。一个电能发送单元能够对多个电能接纳单元发射电磁波进行充电。电能发送单元与电能接纳单元能够用1对1、一对多、多对一、多对多和网络散布方法充电。无线供电技能运用于LED水下集鱼灯,不需求在LED水下集鱼灯上装置接口及导线,使LED水下集鱼灯具有高度牢靠的防水功能。
1. 3 散热
因为LED耗费的能量除转换为光能外,简直都是热能,并且只能以热传导的方式传出,所以散热规划是LED能否成功运用的关键技能。在热传输规划方面,要核算直触摸摸LED器材散热体的热容量。较大的热容量能够较好地吸收和平衡瞬间的热冲击,避免因为瞬间过流发生的高温对LED器材的热损坏。还要考虑散热器材的热传输平衡条件和传输量,让集鱼灯内部LED器材上宣布的热量能够顺畅地传到集鱼灯外部的海水中。规划时经过封装基板处理散热的问题,在散热基板上做贯穿孔,使散热基板直接与海水触摸,让海水在贯穿孔内循环[ 7 ] ,到达降温意图。
1. 4 封装
LED水下集鱼灯的防护等级是IP68,要求完全防水,能够长时刻浸在必定压力的水中运用。LED水下集鱼灯灯体结构外壳原料为不锈钢(或铝合金) ,灯具玻璃为钢化玻璃,选用硅橡胶密封圈进行密封。LED体积小,封装灵敏,能排成点、线、面等方式装置。选用无线供电技能的LED水下集鱼灯能够做成球形、直管形等各种形状和巨细不同的水下集鱼灯。
2 LED水下集鱼灯的特色
2. 1 节能环保
近年来,燃油价格大幅度上涨,光诱捕鱼渔业在燃油上的投入比重也大为添加,有时热光源集鱼灯的燃油耗费要占到渔船总燃油耗费的50%以上 。由此可见,用在集鱼灯上的燃油耗费费用己经对光诱捕鱼业的运营效益发生了比较显着的影响。
金属卤化物灯存在光效低、耗电量大、电能大部分转化为热能的缺乏。LED 的光谱简直悉数会集在可见光频段,光功率可达80% ～90% ,因而功耗低,在相同的照明作用下,比金属卤化物灯节能。
金属卤化物灯宣布的光线中含有很多的紫外线和红外线辐射,光诱渔船作业时会对渔船作业人员健康形成损伤,也会对中上层趋光鱼类,特别是视觉体系发育没有完善的幼、稚鱼形成必定的损伤 。LED是冷光源,没有红外线和紫外线的成分,没有辐射污染,能有用避免渔场生态被损坏。别的,金属卤化物灯内的填充物中有汞或其它重金属,在运用过程中破损和抛弃后的灯都会对人身健康和环境形成损害,而LED运用中不发生有害物质,抛弃物可回收,没有污染,不含汞元素,归于典型的绿色光源。
2. 2 光谱功能好
金属卤化物灯的光谱较宽,且发光方向为整个立体空间,不利于配光和光线的有用运用。而LED光谱为分立的光谱,谱线较窄,半高全宽在30 nm左右,各类的LED有不同峰值波长,能够在光合有用辐射规模内便利地匹配出各种不同的光谱结构。LED 色彩丰厚、艳丽,能够有多样化的色彩挑选和配光,并且LED发光大部分会集集聚于中心,发散角较小,能够有用地操控眩光。LED发光对电流的响应速度极快,只需经过调整电流就能够调理光的强度和色彩。
2. 3 安全牢靠,运用寿数长
因为渔业生产工况条件特别,灯和灯具经常在波浪中敲打和在船只摇晃中作业,因而有必要具有杰出的防震和防水功能。金属卤化物灯有玻璃泡、灯丝等易损坏部件,易碎,耐震性差,并且需求上百伏特的作业电压,寿数一般为3 000 h。当用作水下集鱼灯时,有必要先放进水里再开灯,出水时有必要先熄灯再提出水面。操作费事,稍有不小心灯泡就有或许爆破,形成触电事端[ 11 ] 。LED是用环氧树脂封装固态光源,运用低电压(单个LED只需1. 5～4. 0 V的直流电压) 、低电流驱动,运用寿数可高达6万～10万h;也是一种全固体结构,能经得起轰动、冲击而不至于损坏,非正常作废率很小,维护极为便利。
3 LED水下集鱼灯的运用
生产实践标明,影响光诱集鱼作用的首要要素是光源,它包含光源强度、灯火色彩、灯具的装备等。例如,在暗习惯条件下,蓝圆鲹幼、成鱼对蓝、绿色光的趋光率最高,对红光的趋光率最低。由暗习惯向明习惯过渡后,引起趋光率最高的色彩光移向黄、绿色光。在暗习惯和明习惯条件下,鲐鱼都对紫光和红光有最大的趋光率。
LED水下集鱼灯通电作业后,整个体系由软件操控运转。依据不同渔场的客观情况、诱集方针鱼类的生理和生态的不同特色,来装备光源的亮度、色彩以及动态改变作用来诱鱼。用户经过遥控器,或许经过LED水下集鱼灯上的操控键来设定集鱼灯显现内容,以便契合实际需求。LED水下集鱼灯能显现出鱼喜爱的食物、同类、各种事物的图画等来诱集鱼群,还能显现出鱼的天敌等相关图画来驱集鱼群、操控鱼群。实施科学捕捉,合理开发运用渔业资源,维护鱼类繁殖增殖,到达可持续发展的方针。
现在,LED水下集鱼灯的本钱较高, LED 光源的光通量、一致性
