養(yǎng)殖水體中固體懸浮物的聲學探測方法的研究.pdf

1、隨著全球經濟發(fā)展和人口增加，人們對水產品的需求也越來越大。在這一趨勢下，中國水產養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模不斷提升，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖因其高度集約化、養(yǎng)殖環(huán)境及廢水排放可控性等優(yōu)點，得到越來越多的應用。循環(huán)水養(yǎng)殖帶來高產量的同時，養(yǎng)殖廢水也破壞水域環(huán)境，不利于可持續(xù)發(fā)展。海水養(yǎng)殖過程中產生的污染物主要有外源污染與內源污染兩種來源。外源污染包括對系統的施肥、投餌、投加防病藥劑等。內源污染包括生物殘骸、養(yǎng)殖動物的排泄物以及附著在底泥的污染物等。

2、
　　水產養(yǎng)殖過程中，飼料成本一般要占總成本的50～80％。養(yǎng)殖過程中，若對養(yǎng)殖生物的投喂不足量，會導致魚體消瘦、生長緩慢;若投喂過量，則造成餌料的浪費，污染養(yǎng)殖環(huán)境。通過監(jiān)測養(yǎng)殖生物對餌料的攝食，在滿足養(yǎng)殖生物生長的同時有效減少餌料浪費，不僅能節(jié)約養(yǎng)殖成本，降低飼料系數，而且還能避免因投喂過量產生過多殘餌，而對養(yǎng)殖水環(huán)境造成污染。近年來，自動投餌機因為投餌精確、均勻，降低人工成本等優(yōu)點，在水產養(yǎng)殖，尤其是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中得到廣

3、泛應用;然而，自動投餌機只能提前設定投餌量，而養(yǎng)殖生物的攝食量會因天氣、水溫、水質、養(yǎng)殖生物本身狀態(tài)等因素的影響發(fā)生變化，若不能及時調整餌料投喂量，容易餌料的浪費與養(yǎng)殖水質的惡化，因此，亟需研發(fā)一種可應用于水產養(yǎng)殖過程中，及時監(jiān)測投喂過程中殘餌剩余量并反饋給自動投餌機，適時調整餌料投喂量的設備。
　　在水下傳輸中，超聲波具有靈敏度高，方向性好，能量大，穿透力強等優(yōu)點，因此廣泛應用于水下通訊中。本研究將超聲波傳感器（由發(fā)射端、換能器

4、、接收端組成）放在養(yǎng)殖池外固液分離器的進水口，固定在水面位置，浸沒于水中，通過探測養(yǎng)殖池排放水中殘餌的數量，來判斷投喂是否過量，利用繩系法分別對單顆餌料以及多顆餌料的目標強度(TS)進行了測量。超得出的主要結論如下:
　　(1)在0V～10V之間改變發(fā)射電壓來測試系統的線性區(qū)域，發(fā)現傳感器隨電壓響應符合線性關系;
　　(2)經過實驗確定發(fā)射源電壓為6V、觸發(fā)間隔為300ms。每個周期發(fā)射30個正弦脈沖;
　　(3)接收

5、處小鋼球在水中的反射聲壓滿足:E2=Po2Me2G21/r410-2(Oct)-TS-D2(θ)用目標強度已知的小鋼球標定其中的系數;
　　(4)通過實驗分別測量單顆餌料、多顆餌料的目標強度值，實驗過程中分別采用了直徑11mm和9mm的兩種餌料，分別測量了餌料反射回波的峰峰電壓幅度值max，以及從最大值衰減3dB區(qū)間內的的mean值。得出以下結論:測量單顆餌料的目標強度的實驗中，結果顯示單顆餌料無明顯的反射回波，反射回波太小難以測

6、得，也就難以計算出單顆餌料的目標強度。進行多顆餌料進行實驗，用多顆餌料的體積散射強度除以顆粒數得到單顆餌料的目標強度。結果顯示:11號（直徑11mm）餌料單顆目標強度TS(target strength)的max值為-6.979dB、mean值為-5.313dB，9號（直徑9mm）餌料單顆TS的max值為-3.642dB、mean值為-2.666dB。將max的平方和mean的平方與顆粒數關系的曲線擬合出來，發(fā)現基本符合一次函數線性關系

7、。對于11mm的餌料，x11代表顆粒數，y1代表max的平方，y2代表mean的平方，得到表達式max:y1=21.312x11-31.036和mean:y2=16.857x11-25.301。對于9mm的餌料x9代表9號餌料顆粒數，y3代表max的平方，y4代表mean的平方，得到表達式max:y3=5.9964x9+5.6346和mean:y4=4.3854x9+4.2436和mean:y4=4.3854x9+4.2436。

8、　　在相同顆粒數的情況下，直徑為11mm的餌料反射電壓幅度值比直徑為9mm大，表明在其他條件等同的情況下，被測物體體積越大，目標強度越大。比較y1和y3中的斜率，分別為21.312和5.9964，可以得出11號餌料峰峰值電壓隨顆粒數增加的速度比9號餌料快。比較y2和y4的斜率，兩者分別為16.857和4.2854，可以得出11號餌料最大值衰減3dB部分電壓平均值mean隨顆粒數增加的速度比9號餌料快。
　　本論文致力于通過測定殘餌