養(yǎng)殖水體中固體懸浮物的聲學(xué)探測(cè)方法的研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加，人們對(duì)水產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大。在這一趨勢(shì)下，中國(guó)水產(chǎn)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(diǎn)，得到越來(lái)越多的應(yīng)用。循環(huán)水養(yǎng)殖帶來(lái)高產(chǎn)量的同時(shí)，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(guò)程中產(chǎn)生的污染物主要有外源污染與內(nèi)源污染兩種來(lái)源。外源污染包括對(duì)系統(tǒng)的施肥、投餌、投加防病藥劑等。內(nèi)源污染包括生物殘骸、養(yǎng)殖動(dòng)物的排泄物以及附著在底泥的污染物等。

2、
　　水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，飼料成本一般要占總成本的50～80％。養(yǎng)殖過(guò)程中，若對(duì)養(yǎng)殖生物的投喂不足量，會(huì)導(dǎo)致魚(yú)體消瘦、生長(zhǎng)緩慢;若投喂過(guò)量，則造成餌料的浪費(fèi)，污染養(yǎng)殖環(huán)境。通過(guò)監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖生物對(duì)餌料的攝食，在滿足養(yǎng)殖生物生長(zhǎng)的同時(shí)有效減少餌料浪費(fèi)，不僅能節(jié)約養(yǎng)殖成本，降低飼料系數(shù)，而且還能避免因投喂過(guò)量產(chǎn)生過(guò)多殘餌，而對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境造成污染。近年來(lái)，自動(dòng)投餌機(jī)因?yàn)橥娥D精確、均勻，降低人工成本等優(yōu)點(diǎn)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖，尤其是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中得到廣

3、泛應(yīng)用;然而，自動(dòng)投餌機(jī)只能提前設(shè)定投餌量，而養(yǎng)殖生物的攝食量會(huì)因天氣、水溫、水質(zhì)、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(shí)調(diào)整餌料投喂量，容易餌料的浪費(fèi)與養(yǎng)殖水質(zhì)的惡化，因此，亟需研發(fā)一種可應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，及時(shí)監(jiān)測(cè)投喂過(guò)程中殘餌剩余量并反饋給自動(dòng)投餌機(jī)，適時(shí)調(diào)整餌料投喂量的設(shè)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)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(jìn)水口，固定在水面位置，浸沒(méi)于水中，通過(guò)探測(cè)養(yǎng)殖池排放水中殘餌的數(shù)量，來(lái)判斷投喂是否過(guò)量，利用繩系法分別對(duì)單顆餌料以及多顆餌料的目標(biāo)強(qiáng)度(TS)進(jìn)行了測(cè)量。超得出的主要結(jié)論如下:
　　(1)在0V～10V之間改變發(fā)射電壓來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的線性區(qū)域，發(fā)現(xiàn)傳感器隨電壓響應(yīng)符合線性關(guān)系;
　　(2)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定發(fā)射源電壓為6V、觸發(fā)間隔為300ms。每個(gè)周期發(fā)射30個(gè)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(biāo)強(qiáng)度已知的小鋼球標(biāo)定其中的系數(shù);
　　(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)量單顆餌料、多顆餌料的目標(biāo)強(qiáng)度值，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別采用了直徑11mm和9mm的兩種餌料，分別測(cè)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(nèi)的的mean值。得出以下結(jié)論:測(cè)量單顆餌料的目標(biāo)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)中，結(jié)果顯示單顆餌料無(wú)明顯的反射回波，反射回波太小難以測(cè)

6、得，也就難以計(jì)算出單顆餌料的目標(biāo)強(qiáng)度。進(jìn)行多顆餌料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用多顆餌料的體積散射強(qiáng)度除以顆粒數(shù)得到單顆餌料的目標(biāo)強(qiáng)度。結(jié)果顯示:11號(hào)（直徑11mm）餌料單顆目標(biāo)強(qiáng)度TS(target strength)的max值為-6.979dB、mean值為-5.313dB，9號(hào)（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(shù)關(guān)系的曲線擬合出來(lái)，發(fā)現(xiàn)基本符合一次函數(shù)線性關(guān)系

7、。對(duì)于11mm的餌料，x11代表顆粒數(shù)，y1代表max的平方，y2代表mean的平方，得到表達(dá)式max:y1=21.312x11-31.036和mean:y2=16.857x11-25.301。對(duì)于9mm的餌料x(chóng)9代表9號(hào)餌料顆粒數(shù)，y3代表max的平方，y4代表mean的平方，得到表達(dá)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(shù)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(cè)物體體積越大，目標(biāo)強(qiáng)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(hào)餌料峰峰值電壓隨顆粒數(shù)增加的速度比9號(hào)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(hào)餌料最大值衰減3dB部分電壓平均值mean隨顆粒數(shù)增加的速度比9號(hào)餌料快。
　　本論文致力于通過(guò)測(cè)定殘餌