專利名稱：網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波監測裝置，特別涉及一種通過超聲波監測網箱中魚的動態
情況和生物量的增長情況，用于海洋和湖泊網箱中養殖魚的動態情況和網箱養魚總量評估 的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置。
背景技術：
目前，我國內陸的湖泊及從南到北萬里沿海區域都在開展各種經濟魚類的網箱養 殖，如黑鯧，金鯧，黃魚，鱘魚等，營養價值高，味道鮮美，深受國內外市場歡迎，而網箱養殖 各種魚類已在全國展開。 但是，網箱養殖魚類這種人工養殖方式卻面臨監測的難題，由于水的透明度有限， 網箱中的養殖的魚類是看不見的，而敵害動物又可經常破網而入，養殖者為防網破魚逃，需 要幾天就換一次網，并且大多數的魚類都喜歡夜間進食，勞動量很大。 因此，特別需要一種采用科學手段，隨時監測網中魚的動態的裝置是網箱養殖漁 民迫切需要的，其檢測的成本又要他們所能接受的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，使養殖工人隨
時了解網箱中養殖魚的狀態，評估網箱中養殖總量的增加情況。 本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現 —種網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，它包括 —超聲波換能器陣，通過向網箱中向下多個方向輻射多個超聲波探測脈沖信號對
網箱內多個方向進行探測，并接收網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號； —超聲波收發裝置，為所述超聲波換能器陣輸送超聲波聲頻電脈沖從而激發所述
超聲波換能器陣發射超聲波探測脈沖，接收網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號并此信
號放大、檢波、再放大，傳輸給所述信號處理裝置進行處理； —信號處理裝置，接收所述超聲波收發裝置傳輸過來的信號并進行處理，實時監 測網箱內的水體范圍，反映網箱中養殖魚類的情況并進行生物量評估；及
—顯示裝置，用于顯示所述信號處理裝置處理后得出的信息； 所述超聲波換能器陣與所述超聲波收發裝置之間通過防水線路電信號連接，所述 超聲波收發裝置依次與所述信號處理裝置和顯示裝置連接，所述超聲波收發裝置連接有外 部電源。 在本發明的一個實施例中，所述超聲波換能器陣由一大角度球冠面殼體和均勻設
置在所述球冠面殼體上的多個換能器基元互相密封構成，相鄰的兩個所述換能器基元之間
的間隔度數稍大于所述換能器基元的聲束角(半功率點)度數，使所述換能器基元的聲束
主瓣不會互相重疊，所述超聲波換能器陣發出的超聲波探測脈沖不會重疊。 進一步，所述超聲波換能器陣與所述超聲波收發裝置之間通過多芯防水電纜互相連接并互相傳遞信號。 在本發明的一個實施例中，用高載頻窄調制脈沖的電信號加到低機械Q值的所述
超聲波換能器陣上，易于防止魚和網的回波信號混疊，也易于區分密集魚群中的個體。 在本發明的一個實施例中，超聲波收發裝置由一 向所述超聲波換能器陣加載超聲
波聲頻電脈沖信號的發射器和多個用于接收所述超聲波換能器陣輸出的網箱內養殖魚類
的反射超聲波脈沖信號的接收器構成。 進一步，所述接收器接收的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號通過多路并列 放大器進行信號放大、檢波、再放大處理后再傳輸給所述信號處理裝置。 在本發明的一個實施例中，所述信號處理裝置中設置有對所述超聲波收發裝置輸 出的信號進行采樣的多路采樣器，經所述多路采樣器采樣后的信號由所述信號處理裝置進 行處理。 在本發明的一個實施例中，為了確保在魚群密度較大時，魚群對超聲波探測脈沖 的遮擋不影響評估的準確性，所述網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置還包括一直徑大于 超聲波波長的標準目標球，以標準球在不同深度的實測反射聲壓值進一步校準聲波的傳播 損失。 進一步，所述標準目標球為一實心鋼球。 本發明的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，通過超聲波換能器陣向網箱內的 養殖魚類發射超聲波探測脈沖信號并接收網箱內的養殖魚類的反射超聲波脈沖信號，然后 通過超聲波收發裝置和信號處理裝置處理，實現實時監測網箱內的水體范圍，反映網箱中 養殖魚類的情況并進行生物量評估，處理結果通過顯示裝置顯示出來，實現本發明的目的。
圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的超聲波換能器陣的結構示意圖；
圖3是本發明的信號處理裝置的處理流程示意圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結
合具體圖示，進一步闡述本發明。
實施例1 如圖1所示，本發明的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，它包括一超聲波換 能器陣10、一超聲波收發裝置20、一信號處理裝置30及一顯示裝置40 ;其中，超聲波換能 器陣IO作為水下部件，密封后由多芯防水電纜13引出，用水密插頭與超聲波收發裝置20 連接，超聲波收發裝置20的多個通道輸出經多路采樣器31輸送到信號處理裝置30，在信號 處理裝置30中處理并通過顯示裝置40顯示處理后的圖像和數據。 如圖2所示，超聲波換能器陣10由一大角度球冠面殼體11和均勻設置在球冠面 殼體11上的多個換能器基元12互相密封構成，超聲波換能器陣10可用繩索置于網箱中部 水面上，通過向網箱中向下多個方向輻射多個超聲波探測脈沖信號對網箱內多個方向進行 探測，并接收網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號；相鄰的兩個換能器基元12之間的間
4隔度數稍大于換能器基元12的聲束角(半功率點)度數，使換能器基元12的聲束主瓣不 會互相重疊，超聲波換能器陣10發出的超聲波探測脈沖不會重疊。 在本實施例中，用高載頻窄調制脈沖的電信號加到低機械Q值的超聲波換能器陣
IO上，易于防止魚和網的回波信號混疊，也易于區分密集魚群中的個體。 在本實施例中，在一個網箱內，超聲波換能器陣IO在網箱水面中部，用無重疊多
個聲束同時在網箱中探測，提高采樣的代表性；當潮流大，魚群分布不均勻時，超聲波換能
器陣io增加的采樣點也不需很多。 超聲波收發裝置20由一向超聲波換能器陣IO加載超聲波聲頻電脈沖信號的發射
器21和多個用于接收超聲波換能器陣10輸出的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號的
接收器22構成；接收器22接收的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號通過多路并列放
大器23進行信號放大、檢波、再放大處理后再傳輸給信號處理裝置30。 如圖3所示，信號處理裝置30由模擬信號處理部分與數字信號分析處理部分構
成，換能器基元12將魚群反射的聲脈沖信號轉換成同頻率的電脈沖信號，該聲頻電脈沖信
號在經過放大器放大時，放大量隨距離而變化并進行損失補償。補償放大后的電信號經檢
波后由多路采樣器31進行A/D變換后輸出數字信號，信號經過平方求和處理，并在魚群密
度較大時用標準目標球數字修正傳播損失，最后的數據處理結果即統計生物量由顯示裝置
40予以顯示。 信號處理裝置30中設置有對超聲波收發裝置20輸出的信號進行采樣的多路采樣 器31，信號處理裝置30的工作流程參見圖3 ;經多路采樣器31采樣后的信號由信號處理 裝置30進行處理；接收器22接收的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號通過多路并列 放大器23進行2級超聲頻放大，再將此放大信號檢波，最后將檢波信號放大，供信號處理裝 置30的多路采樣器31采樣。多路并列放大器23的2級超生頻放大的放大量在探測的量 程內是有隨時間線性變化的矩齒電流控制的，使2級的放大總量隨魚所處深度d進行d2倍 補償，而水對聲波的吸收損失可很方便地在信號處理裝置30中補償，在每個多路并列放大 器23的第一和第二級隨時間線性增益變化，準確補償15米量程內(探測分散魚群時)聲 波的球面擴散損失。 這種安排將多路并列放大器23的動態范圍全部用于應對個體魚到魚群的大信號
變化范圍，可確保多路并列放大器23不會出現飽和失真而影響數據的真實性。 在本實施例中，為了確保在魚群密度較大時，魚群對超聲波探測脈沖的遮擋不影
響評估的準確性，所述網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置還包括一直徑大于超聲波波長
的標準目標球，以標準球在不同深度的實測反射聲壓值進一步校準聲波的傳播損失；所述標準目標球為一實心鋼球，在表面清洗干凈的情況下，其目標強度可準確算出；當網箱內魚
群密度大時，通過標準目標球測試信號和信號處理裝置30增加補償修正。 本發明的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置的工作流程如下； 在海浪相對較小的情況下，將超聲波換能器陣10用繩索固定在網箱中部的水面
上，保持背面水平朝上，其電纜連接到網箱工作船上的超聲波收發裝置20上。超聲波收發
裝置20連接到配套的24V蓄電池和信號處理裝置30上，開啟超聲波收發裝置20和信號處
理裝置30電源，就可以開始工作了。在顯示裝置40上，可以顯示探測到的魚群和網箱底部
的映像，按已設置的程序操作，可以統計探測到的魚群的聲強計數量，根據聲束采樣的水的體積，轉換為整個網箱的聲強計數量。在已知單體魚目標強度的情況下(如不知此數據，則 應在空網箱中放入適量的規格相近的已計數魚，探測一定時間后可得單體魚的平均目標強 度)，可以將聲強計數量轉換為魚的條數，即網箱中有多少條魚。如向筆記本電腦輸入單體 魚重量，便可評估網箱中魚的重量。 在潮流較大時，魚在頂水流而游，分布不均，超聲波換能器陣10應在網箱內水面 增加測量點(如四處，以不探測到網箱壁為準)，再取平均值。 在魚群密度太大時，下面的魚的聲反射值衰減很大，用標準目標球下放到超聲波 換能器陣10正下方不同的深度上，在超聲波換能器陣10中間換能器基元12通道測量目標 聲反射強度，用此規律校準評估值。 以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
一種網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，它包括一超聲波換能器陣，通過向網箱中向下多個方向輻射多個超聲波探測脈沖信號對網箱內多個方向進行探測，并接收網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號；一超聲波收發裝置，為所述超聲波換能器陣輸送超聲波聲頻電脈沖從而激發所述超聲波換能器陣發射超聲波探測脈沖，接收網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號并此信號放大、檢波、再放大，傳輸給所述信號處理裝置進行處理；一信號處理裝置，接收所述超聲波收發裝置傳輸過來的信號并進行處理，實時監測網箱內的水體范圍，反映網箱中養殖魚類的情況并進行生物量評估；及一顯示裝置，用于顯示所述信號處理裝置處理后得出的信息；所述超聲波換能器陣與所述超聲波收發裝置之間通過防水線路電信號連接，所述超聲波收發裝置依次與所述信號處理裝置和顯示裝置連接，所述超聲波收發裝置連接有外部電源。
2. 如權利要求1所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述超聲 波換能器陣由一大角度球冠面殼體和均勻設置在所述球冠面殼體上的多個換能器基元互 相密封構成，相鄰的兩個所述換能器基元之間的間隔度數稍大于所述換能器基元的聲束角 (半功率點)度數，使所述換能器基元的聲束主瓣不會互相重疊，所述超聲波換能器陣發出 的超聲波探測脈沖不會重疊。
3. 如權利要求2所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述超聲 波換能器陣與所述超聲波收發裝置之間通過多芯防水電纜互相連接并互相傳遞信號。
4. 如權利要求2所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，用高載頻 窄調制脈沖的電信號加到低機械Q值的所述超聲波換能器陣上，易于防止魚和網的回波信 號混疊，也易于區分密集魚群中的個體。
5. 如權利要求1所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述超聲 波收發裝置由一向所述超聲波換能器陣加載超聲波聲頻電脈沖信號的發射器和多個用于 接收所述超聲波換能器陣輸出的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號的接收器構成。
6. 如權利要求5所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述接收 器接收的網箱內養殖魚類的反射超聲波脈沖信號通過多路并列放大器進行信號放大、檢 波、再放大處理后再傳輸給所述信號處理裝置。
7. 如權利要求1所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述信號 處理裝置中設置有對所述超聲波收發裝置輸出的信號進行采樣的多路采樣器，經所述多路 采樣器采樣后的信號由所述信號處理裝置進行處理。
8. 如權利要求1所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述網箱 養魚生物量評估超聲波監測裝置還包括一直徑大于超聲波波長的標準目標球，以標準球在 不同深度的實測反射聲壓值進一步校準聲波的傳播損失。
9. 如權利要求8所述的網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，其特征在于，所述標準目標球為一實心鋼球。
全文摘要
本發明公開了一種網箱養魚生物量評估超聲波監測裝置，通過超聲波換能器陣向網箱內的養殖魚類發射超聲波探測脈沖信號并接收網箱內的養殖魚類的反射超聲波脈沖信號，然后通過超聲波收發裝置和信號處理裝置處理，實現實時監測網箱內的水體范圍，反映網箱中養殖魚類的情況并進行生物量評估，處理結果通過顯示裝置顯示出來，實現本發明的目的。
文檔編號G01S15/96GK101726740SQ20091019869
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月12日 優先權日2009年11月12日
發明者倪漢華, 關長濤, 李嬌, 湯濤林, 石曉天, 諶志新 申請人:中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所;中國水產科學研究院黃海水產研究所