LED水上鱿钓集鱼灯应用研究

摘要

在灯光鱿钓作业中，灯具的选择和操作是否科学，不仅对渔获量产生影响，而且对渔业单位的经济效益也直接挂钩。近年来，鱿鱼资源总量因捕捞强度不断加大而减少，另外一方面资源年际间变动也导致了资源量的减少。渔民简单的就将产量减少归因于灯具亮度不够，因此功率逐年加大并开始了灯光竞赛模式。大部分渔船的灯具总功率从早期的单船50 kW上升至200 kW，部分作业船甚至加到了400 kW的功率。这导致大量不必要的能源浪费，同时给渔民带来众多皮肤疾病。最严重的后果是，因灯具亮度过高，反而船周围的鱿鱼因惧光而逃跑。另一方面，随着全球化石燃料的减少，油价上涨，渔民在燃油成本也不断上升，其中灯具燃油站到渔船运营总成本的40%-60%，严重阻碍了渔业的发展。 为了降低鱿钓成本，利用高效率低排放的LED集鱼灯来替代原有的金卤灯已成全球不可避免的趋势。传统金卤灯带来的排放量远超过现有的排放标准，该种光源的光谱中包含了可见光和不可见光波段，而不可见光对诱鱼过程没有实际贡献，光源利用率较低。随着LED灯功率的上升和自身冷却问题的解决，大功率LED集鱼等的规模化替代方案逐渐成为可能。因此针对新型LED集鱼灯在鱿钓过程中应用研究非常有必要。 为了将LED集鱼灯顺利地应用到鱿钓渔业照明系统中，仍有诸多问题亟待解决。由于LED集鱼灯灯具有较强的指向性，其应用过程中对角度设置有一定要求，这点与传统的金卤灯有很大区别。单块平板型LED集鱼灯，其灯具光轴往往垂直于灯板表面且立体角也固定的，当灯具有多块灯板组合而成的时候，单块灯板角度变化，也会对灯具光效、立体角灯造成差异性。由于本文所使用的LED灯具，包含三块发光板。三块灯板光线出射角度不同，对灯具整体的效率和光照分布有直接影响。 LED集鱼灯在光诱渔业中的应用研究是一个完整的研究课题，对从安装到试钓整个过程现存问题研究和解决，包括：LED灯具内置角度特性，光线与海面入射角对透射率的关系，海水中的光学照度特性，试钓过程中的捕捞效果和节能效果研究等问题。本文针对以上4个方面进行研究，重点对LED灯具本身内置角度特性，光线与海面入射角对透射率的关系，实际过程中的光学照度特性三方面进行试验研究，而对渔获效果和节能效果研究则只利用船上跟踪调查数据，进行对比分析得出，主要研究结果如下： 灯具内置角度特性研究针对三块灯板不同的角度组合与灯具本身效率之间的关系展开研究，其中以灯具立体角和灯具相对效率为测试指标。试验前，按照目前渔船常用的角度组合，设定有限的角度组合，然后放至分光光度计进行测试立体角和灯具相对效率。结果表明：三列式灯具的光效与立体角之间呈现负关系，可理解为立体角越小，光越能集中，但同时由于灯板之间相互遮挡造成部分光能浪费，导致光效下降。而在所限制的灯具内置角组合当中，以效率为优先则应设置为15o-00o-15o组合；如果以立体角为优先，则应选60o-00o-60o。 光线与海面入射角对透射率的关系研究是基于现有的物理模型进行分析，建立了实际渔船捕捞时LED集鱼灯安装的数学模型简图进行分析，并探讨了平面型LED集鱼灯安装角度及其存在的问题，变量为灯具不同入射角，推导出反射率与折射率公式，再利用Matlab软件进行模拟，结果表明：当灯具入射角在53.6 o时，光的透射率较大。并以53.6°的入射角为出发点，对三列式 LED集鱼灯的最佳入射角经行了计算，对于三列式LED集鱼灯，其安装角为23.6°，其相邻两列集鱼灯的内置角至少为160°。 水中的光学照度特性研究分为水槽试验分析和海上试验分析。水槽试验利用静水槽条件下，利用照度计在距离灯具一定范围的水体表面和水体内测试照度分布和光谱。海面试验分析主要在示范船上同时安装LED集鱼灯和传统灯具，交替打开，对船舷其中一侧水体表面和水体内的照度值和光谱进行测试。结果表明：（1）海上照度。右舷50盏LED集鱼灯在海面上照度为0.1Lx的离船最远距离可达35m，比使用50盏2 kW型金卤灯时少10m；50盏LED集鱼灯与50盏2 kW型金卤灯在海水中的照度分布接近；（2）光谱测试： LED集鱼灯光色主要是黄绿色，其次是蓝紫色，在红外光和紫外光波段所占成分则较少。LED集鱼灯和金卤灯灯光均在海中传递过程中衰减，但衰减速率不一致。金卤灯形成的光在海水中衰减速率明显大于LED集鱼灯。 捕捞效果和节能效果研究设置了两艘作业船进行对照实验，其中示范船使用LED集鱼灯，作为其对照组的船仅使用传统金卤灯。跟踪调查示范船记录产量和油耗，并于在同一海域作业的产量和油耗进行比较，研究LED灯具的使用是否对产量造成影响。结果表明：两艘船的鱿钓产量分别为286 t（示范）和263t（对照），并没有产生明显的增产和减产效果；但在能耗方面，LED集鱼灯相比于金卤灯能节省近30%的油耗。 全文结论如下：1、不同内置角组合对本身的光效有很大影响，可根据不同的指标选择；2、光线入射海面的最佳角度为53.6o，此角度可使得灯具发出的光进入水下部分最大化；3、水槽实验以及海上实测结果均显示，LED集鱼灯具有良好的集鱼效果，与使用传统金卤灯相比，不会造成渔获减产现象。

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引言

第一章 绪论

1.1 LED鱿钓集鱼灯应用研究的必要性

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及框架

第二章 LED集鱼灯内置角属性研究

2.1 材料与方法

2.2 结果

第三章 光线入射水面的角度与透射率关系

3.1 建模及仿真

3.2 灯具安装分析

第四章 实验室条件下两种灯的光照效果比较

4.1 方法与材料

4.2 结果

第五章 海水条件下两种灯的光照效果比较

5.1 方法与材料

5.2 结果

第六章 实际作业中两种灯使用效果的比较

6.1 材料与方法

6.2 试验结果

第七章 结论与讨论

7.1 主要结论和相关探讨

7.2 创新之处

7.3 不足之处

7.4 展望

参考文献

致谢

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