龔雅萍
(浙江海洋學(xué)院海運(yùn)學(xué)院,浙江舟山 316004)
誘捕燈是光誘漁業(yè)作業(yè)中最主要的裝備之一,起到誘魚和集魚的作用。隨著漁業(yè)捕撈模式的改變,對(duì)誘捕燈光源的要求也越來越高,穩(wěn)定、可靠、高效率、環(huán)保節(jié)能的誘捕燈應(yīng)用具有重要的意義。而LED屬于冷光源,與現(xiàn)有金屬鹵化物燈比較,具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快、光波長度可選的特點(diǎn)。
燈光捕魚技術(shù)中的光誘集魚技術(shù),是以魚類對(duì)光色的趨光性為其理論依據(jù)的。魚類屬于近視眼,但對(duì)光照、顏色、物體形狀與運(yùn)動(dòng)中的網(wǎng)具均能作出靈敏的反應(yīng)。通常魚類對(duì)光的反應(yīng)有3種:正向趨光性、負(fù)趨光性、對(duì)光線無反應(yīng)。
而不同種類的魚對(duì)光的敏感性不同。以頭足類魚為例,此類魚的視網(wǎng)膜對(duì)光譜的吸收峰值在465~495 nm[1-2]。其次,影響誘捕集魚的另一原因是魚類喜愛棲息集群的照度。當(dāng)誘捕燈的照度適宜時(shí),會(huì)引起魚類的正向趨光反應(yīng);當(dāng)照度不適宜時(shí),即產(chǎn)生不良感光區(qū),使魚類的趨光性減弱,甚至離開。一般誘捕燈光場分布如圖1。
圖1 誘捕燈光源分布示意圖Fig.1 Light trap resource distribution
(1)不良感光區(qū):緊靠集魚燈的照明區(qū)。此處光線極強(qiáng),超過了魚類等動(dòng)物的眼所能忍受的范圍。一般魚類在此區(qū)域都表現(xiàn)負(fù)趨光反應(yīng),迅速離去。
(2)良好感光區(qū):在不良感光區(qū)外圍的照明區(qū)域。這個(gè)區(qū)域的光照強(qiáng)度適合于魚眼的視覺要求,因此在這個(gè)區(qū)域內(nèi)魚類會(huì)主動(dòng)趨向光源,游聚集群,即為趨光區(qū)域。
(3)微弱感光區(qū):是良好感光區(qū)外圍的光照區(qū)域,魚類通常是無法做出正趨光反應(yīng)和負(fù)趨光反應(yīng)的。
(4)不感光區(qū):是照明區(qū)的最外圍的區(qū)域。不能為魚類所感受。
不同發(fā)光強(qiáng)度的光源,前面的三個(gè)區(qū)域的大小不一樣。而對(duì)同一功率的光源來說,不同種類的魚,對(duì)這三個(gè)光照區(qū)域的反應(yīng)也不相同。此外,水的透明度、深度和水底的反光程度等都會(huì)影響這三個(gè)區(qū)域的大小。這三個(gè)區(qū)域的大小就意味著人工光源的誘集魚類的范圍,是其實(shí)際效能的重要指標(biāo)。一般魚類的適宜照度分布見表1[5]。
表1 幾種魚類的適宜照度Tab.1 Proper illumination for fishes
LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光和輻射能,LED具有功耗低、體積小,發(fā)光效率高,響應(yīng)時(shí)間極短,光色純,結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。LED的核心即為半導(dǎo)體的晶片,由環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝起來[3]。LED發(fā)光的顏色由波長決定,是由形成P-N節(jié)材料決定的。因此根據(jù)不同魚類對(duì)光譜敏感程度的不同,LED誘捕燈可直接短波段光源,即475~500 nm的波長,燈光呈藍(lán)色,對(duì)海水的穿透力大。
目前國內(nèi)漁船捕撈所用誘捕燈均為金屬鹵化物燈,功率大,一般水面誘捕燈功率為1 000~2 000 W,在正常捕魚作業(yè)時(shí)耗費(fèi)漁船用電總功率的50%左右。而1艘漁船的成本使用費(fèi)中,柴油成本占捕撈成本的60%,傳統(tǒng)誘捕燈耗電量占捕撈成本的30%以上。其次,傳統(tǒng)的捕魚所用金屬鹵化物燈使用壽命為8 000 h,由于燈具使用時(shí)溫度很高,容易出現(xiàn)意外損壞而降低了使用壽命,因此漁船出海捕撈時(shí)需配備相當(dāng)數(shù)量的燈泡,使捕撈成本大大提高?,F(xiàn)以單船分別使用金屬鹵化物燈和LED燈為例進(jìn)行比較說明。
表2 金屬鹵化物燈和LED誘捕燈使用情況比較表Tab.2 Comparison of metal halide and LED lamp
由表2可見,若按每艘船用LED誘捕燈全部換成金屬鹵化物燈計(jì)算,每年可節(jié)省近62萬元。由于國內(nèi)近海漁業(yè)資源的匱乏,漁業(yè)捕撈的重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)檫h(yuǎn)洋漁業(yè),目前,我國魷釣船有500多艘[6],且中大型魷釣船的數(shù)量在大幅度增加,若所有的漁船均使用LED誘捕燈,其節(jié)能量是非常驚人的。
LED誘捕燈應(yīng)滿足以下幾方面的要求:
(1)性能要求:光源有較大的照射范圍,具有足夠的照度,能適應(yīng)魚群的光譜范圍要求;啟動(dòng)操作準(zhǔn)確方便迅速;照明設(shè)備節(jié)能環(huán)保低碳;燈具堅(jiān)固、防震、防風(fēng)防搖晃、抗沖擊、耐腐蝕,水密耐壓;LED光源和燈具完全滿足漁業(yè)作業(yè)的要求。
(2)LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì):LED驅(qū)動(dòng)器必須具備恒流源、高效率、低損耗、低溫升的特性,通過研究電流脈動(dòng)變化對(duì)LED芯片壽命的影響研究,對(duì)LED電流回路精度進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,在LED等的額定電壓上浮25%的范圍內(nèi)時(shí),電流穩(wěn)定在5%以內(nèi),使之達(dá)到恒流源的目標(biāo),并使驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)換效率達(dá)95%。通過試驗(yàn)可知,如輸出10 W的驅(qū)動(dòng)電源,當(dāng)效率達(dá)95%時(shí),其損耗是0.5 W,當(dāng)效率只有85%時(shí),其損耗是1.7 W,后者損耗比前者大3倍多,在同等條件下,前者的溫度卻比后者低10~15℃。而鋁基板溫度的高低則直接影響LED的使用壽命。
(3)散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):LED芯片的溫度決定了燈具的使用壽命與光效。有實(shí)驗(yàn)測試表明:LED自身溫度每上升5℃,光通量就下降3%,而溫度在105~85℃之間,每降低10℃,壽命可增加1倍。LED芯片的最適宜溫度為65℃以下。由此,通過對(duì)散熱片的優(yōu)化設(shè)計(jì),強(qiáng)化散熱片翅片的結(jié)構(gòu),確定翅片各幾何尺寸的最優(yōu)值,滿足LED誘捕燈在通過空氣自然對(duì)流及輻射作用將熱量帶走的情況下的翅片散熱結(jié)構(gòu),選用鋁材陰極氧化處理,有效控制節(jié)溫的升高,延長LED誘捕燈光源的使用壽命。
(4)燈具防搖晃裝置的設(shè)計(jì):船舶在漁業(yè)作業(yè)過程中,受柴油機(jī)振動(dòng)和波浪的影響,使船舶始終處于一定的搖晃狀態(tài),針對(duì)這一現(xiàn)象,設(shè)計(jì)出特殊的誘捕燈結(jié)構(gòu),克服LED光源具有較強(qiáng)指向性的缺陷,使船舶不管處于何種晃動(dòng)狀態(tài),誘捕燈始終處于特定的照射區(qū)域。
由于漁船處于海洋腐蝕與潮濕的環(huán)境中,對(duì)誘捕燈組件有腐蝕和導(dǎo)電作用,通過對(duì)防腐與防水材料的選擇,達(dá)到所水面誘捕燈所需要的要求。
LED誘捕燈節(jié)能效果在日本的魷釣業(yè)與秋刀魚捕撈中已經(jīng)得到證實(shí),但LED誘捕燈的普及率仍然不佳。改用LED誘捕燈的魷釣船,是否具有持續(xù)性的集魚效果,還需要進(jìn)一步確認(rèn)[7],對(duì)于LED誘捕燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功率確定及持續(xù)應(yīng)用情況需要進(jìn)行進(jìn)一步的海上試驗(yàn)。隨著科學(xué)的進(jìn)步及各項(xiàng)技術(shù)的完善,LED誘捕燈必將成為今后的光誘漁業(yè)作業(yè)的重要裝備,具有良好的市場發(fā)展前景。
[1]俞文釗,何大仁,鄭玉水.藍(lán)圓鲹、鮐魚對(duì)等能光譜色的趨光反應(yīng)[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1972(2):126-130.
[2]今村豊.火光利用の漁業(yè)にっぃて[J].日本水產(chǎn)學(xué)會(huì)誌,1972,38(8):877-880.
[3]呂 正,姚和軍.發(fā)光二極管的發(fā)展現(xiàn)狀與市場前景[J].現(xiàn)代計(jì)量測試,2005(8):8-11
[4]楊羅定.LED在海洋漁業(yè)誘捕中的應(yīng)用[C]//海峽兩岸第十七屆照明科技與營銷研討會(huì)專題報(bào)告論文集,2010:27-36.
[5]中國遠(yuǎn)洋漁業(yè)信息網(wǎng).光誘魷釣漁業(yè)技術(shù)之四[EB/OL].(2006-11-22).http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=176&page.
[6]錢衛(wèi)國.魷釣漁業(yè)中集魚燈的優(yōu)化配置研究[D].上海:上海水產(chǎn)大學(xué),2005:1-144.
[7]中國遠(yuǎn)洋漁業(yè)信息網(wǎng).日本魷釣船改用LED集魚燈成績出色[EB/OL].(2008-08-21)[2012-05-27].http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=2090.