专利名称：网箱养鱼生物量评估超声波监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波监测装置，特别涉及一种通过超声波监测网箱中鱼的动态
情况和生物量的增长情况，用于海洋和湖泊网箱中养殖鱼的动态情况和网箱养鱼总量评估 的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置。
背景技术：
目前，我国内陆的湖泊及从南到北万里沿海区域都在开展各种经济鱼类的网箱养 殖，如黑鯧，金鲳，黄鱼，鲟鱼等，营养价值高，味道鲜美，深受国内外市场欢迎，而网箱养殖 各种鱼类已在全国展开。 但是，网箱养殖鱼类这种人工养殖方式却面临监测的难题，由于水的透明度有限， 网箱中的养殖的鱼类是看不见的，而敌害动物又可经常破网而入，养殖者为防网破鱼逃，需 要几天就换一次网，并且大多数的鱼类都喜欢夜间进食，劳动量很大。 因此，特别需要一种采用科学手段，随时监测网中鱼的动态的装置是网箱养殖渔 民迫切需要的，其检测的成本又要他们所能接受的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，使养殖工人随
时了解网箱中养殖鱼的状态，评估网箱中养殖总量的增加情况。 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现 —种网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，它包括 —超声波换能器阵，通过向网箱中向下多个方向辐射多个超声波探测脉冲信号对
网箱内多个方向进行探测，并接收网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号； —超声波收发装置，为所述超声波换能器阵输送超声波声频电脉冲从而激发所述
超声波换能器阵发射超声波探测脉冲，接收网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号并此信
号放大、检波、再放大，传输给所述信号处理装置进行处理； —信号处理装置，接收所述超声波收发装置传输过来的信号并进行处理，实时监 测网箱内的水体范围，反映网箱中养殖鱼类的情况并进行生物量评估；及
—显示装置，用于显示所述信号处理装置处理后得出的信息； 所述超声波换能器阵与所述超声波收发装置之间通过防水线路电信号连接，所述 超声波收发装置依次与所述信号处理装置和显示装置连接，所述超声波收发装置连接有外 部电源。 在本发明的一个实施例中，所述超声波换能器阵由一大角度球冠面壳体和均匀设
置在所述球冠面壳体上的多个换能器基元互相密封构成，相邻的两个所述换能器基元之间
的间隔度数稍大于所述换能器基元的声束角(半功率点)度数，使所述换能器基元的声束
主瓣不会互相重叠，所述超声波换能器阵发出的超声波探测脉冲不会重叠。 进一步，所述超声波换能器阵与所述超声波收发装置之间通过多芯防水电缆互相连接并互相传递信号。 在本发明的一个实施例中，用高载频窄调制脉冲的电信号加到低机械Q值的所述
超声波换能器阵上，易于防止鱼和网的回波信号混叠，也易于区分密集鱼群中的个体。 在本发明的一个实施例中，超声波收发装置由一 向所述超声波换能器阵加载超声
波声频电脉冲信号的发射器和多个用于接收所述超声波换能器阵输出的网箱内养殖鱼类
的反射超声波脉冲信号的接收器构成。 进一步，所述接收器接收的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号通过多路并列 放大器进行信号放大、检波、再放大处理后再传输给所述信号处理装置。 在本发明的一个实施例中，所述信号处理装置中设置有对所述超声波收发装置输 出的信号进行采样的多路采样器，经所述多路采样器采样后的信号由所述信号处理装置进 行处理。 在本发明的一个实施例中，为了确保在鱼群密度较大时，鱼群对超声波探测脉冲 的遮挡不影响评估的准确性，所述网箱养鱼生物量评估超声波监测装置还包括一直径大于 超声波波长的标准目标球，以标准球在不同深度的实测反射声压值进一步校准声波的传播 损失。 进一步，所述标准目标球为一实心钢球。 本发明的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，通过超声波换能器阵向网箱内的 养殖鱼类发射超声波探测脉冲信号并接收网箱内的养殖鱼类的反射超声波脉冲信号，然后 通过超声波收发装置和信号处理装置处理，实现实时监测网箱内的水体范围，反映网箱中 养殖鱼类的情况并进行生物量评估，处理结果通过显示装置显示出来，实现本发明的目的。
图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的超声波换能器阵的结构示意图；
图3是本发明的信号处理装置的处理流程示意图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结
合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1 如图1所示，本发明的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，它包括一超声波换 能器阵10、一超声波收发装置20、一信号处理装置30及一显示装置40 ;其中，超声波换能 器阵IO作为水下部件，密封后由多芯防水电缆13引出，用水密插头与超声波收发装置20 连接，超声波收发装置20的多个通道输出经多路采样器31输送到信号处理装置30，在信号 处理装置30中处理并通过显示装置40显示处理后的图像和数据。 如图2所示，超声波换能器阵10由一大角度球冠面壳体11和均匀设置在球冠面 壳体11上的多个换能器基元12互相密封构成，超声波换能器阵10可用绳索置于网箱中部 水面上，通过向网箱中向下多个方向辐射多个超声波探测脉冲信号对网箱内多个方向进行 探测，并接收网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号；相邻的两个换能器基元12之间的间
4隔度数稍大于换能器基元12的声束角(半功率点)度数，使换能器基元12的声束主瓣不 会互相重叠，超声波换能器阵10发出的超声波探测脉冲不会重叠。 在本实施例中，用高载频窄调制脉冲的电信号加到低机械Q值的超声波换能器阵
IO上，易于防止鱼和网的回波信号混叠，也易于区分密集鱼群中的个体。 在本实施例中，在一个网箱内，超声波换能器阵IO在网箱水面中部，用无重叠多
个声束同时在网箱中探测，提高采样的代表性；当潮流大，鱼群分布不均匀时，超声波换能
器阵io增加的采样点也不需很多。 超声波收发装置20由一向超声波换能器阵IO加载超声波声频电脉冲信号的发射
器21和多个用于接收超声波换能器阵10输出的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号的
接收器22构成；接收器22接收的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号通过多路并列放
大器23进行信号放大、检波、再放大处理后再传输给信号处理装置30。 如图3所示，信号处理装置30由模拟信号处理部分与数字信号分析处理部分构
成，换能器基元12将鱼群反射的声脉冲信号转换成同频率的电脉冲信号，该声频电脉冲信
号在经过放大器放大时，放大量随距离而变化并进行损失补偿。补偿放大后的电信号经检
波后由多路采样器31进行A/D变换后输出数字信号，信号经过平方求和处理，并在鱼群密
度较大时用标准目标球数字修正传播损失，最后的数据处理结果即统计生物量由显示装置
40予以显示。 信号处理装置30中设置有对超声波收发装置20输出的信号进行采样的多路采样 器31，信号处理装置30的工作流程参见图3 ;经多路采样器31采样后的信号由信号处理 装置30进行处理；接收器22接收的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号通过多路并列 放大器23进行2级超声频放大，再将此放大信号检波，最后将检波信号放大，供信号处理装 置30的多路采样器31采样。多路并列放大器23的2级超生频放大的放大量在探测的量 程内是有随时间线性变化的矩齿电流控制的，使2级的放大总量随鱼所处深度d进行d2倍 补偿，而水对声波的吸收损失可很方便地在信号处理装置30中补偿，在每个多路并列放大 器23的第一和第二级随时间线性增益变化，准确补偿15米量程内(探测分散鱼群时)声 波的球面扩散损失。 这种安排将多路并列放大器23的动态范围全部用于应对个体鱼到鱼群的大信号
变化范围，可确保多路并列放大器23不会出现饱和失真而影响数据的真实性。 在本实施例中，为了确保在鱼群密度较大时，鱼群对超声波探测脉冲的遮挡不影
响评估的准确性，所述网箱养鱼生物量评估超声波监测装置还包括一直径大于超声波波长
的标准目标球，以标准球在不同深度的实测反射声压值进一步校准声波的传播损失；所述标准目标球为一实心钢球，在表面清洗干净的情况下，其目标强度可准确算出；当网箱内鱼
群密度大时，通过标准目标球测试信号和信号处理装置30增加补偿修正。 本发明的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置的工作流程如下； 在海浪相对较小的情况下，将超声波换能器阵10用绳索固定在网箱中部的水面
上，保持背面水平朝上，其电缆连接到网箱工作船上的超声波收发装置20上。超声波收发
装置20连接到配套的24V蓄电池和信号处理装置30上，开启超声波收发装置20和信号处
理装置30电源，就可以开始工作了。在显示装置40上，可以显示探测到的鱼群和网箱底部
的映像，按已设置的程序操作，可以统计探测到的鱼群的声强计数量，根据声束采样的水的体积，转换为整个网箱的声强计数量。在已知单体鱼目标强度的情况下(如不知此数据，则 应在空网箱中放入适量的规格相近的已计数鱼，探测一定时间后可得单体鱼的平均目标强 度)，可以将声强计数量转换为鱼的条数，即网箱中有多少条鱼。如向笔记本电脑输入单体 鱼重量，便可评估网箱中鱼的重量。 在潮流较大时，鱼在顶水流而游，分布不均，超声波换能器阵10应在网箱内水面 增加测量点(如四处，以不探测到网箱壁为准)，再取平均值。 在鱼群密度太大时，下面的鱼的声反射值衰减很大，用标准目标球下放到超声波 换能器阵10正下方不同的深度上，在超声波换能器阵10中间换能器基元12通道测量目标 声反射强度，用此规律校准评估值。 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
一种网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，它包括一超声波换能器阵，通过向网箱中向下多个方向辐射多个超声波探测脉冲信号对网箱内多个方向进行探测，并接收网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号；一超声波收发装置，为所述超声波换能器阵输送超声波声频电脉冲从而激发所述超声波换能器阵发射超声波探测脉冲，接收网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号并此信号放大、检波、再放大，传输给所述信号处理装置进行处理；一信号处理装置，接收所述超声波收发装置传输过来的信号并进行处理，实时监测网箱内的水体范围，反映网箱中养殖鱼类的情况并进行生物量评估；及一显示装置，用于显示所述信号处理装置处理后得出的信息；所述超声波换能器阵与所述超声波收发装置之间通过防水线路电信号连接，所述超声波收发装置依次与所述信号处理装置和显示装置连接，所述超声波收发装置连接有外部电源。
2. 如权利要求1所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述超声 波换能器阵由一大角度球冠面壳体和均匀设置在所述球冠面壳体上的多个换能器基元互 相密封构成，相邻的两个所述换能器基元之间的间隔度数稍大于所述换能器基元的声束角 (半功率点)度数，使所述换能器基元的声束主瓣不会互相重叠，所述超声波换能器阵发出 的超声波探测脉冲不会重叠。
3. 如权利要求2所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述超声 波换能器阵与所述超声波收发装置之间通过多芯防水电缆互相连接并互相传递信号。
4. 如权利要求2所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，用高载频 窄调制脉冲的电信号加到低机械Q值的所述超声波换能器阵上，易于防止鱼和网的回波信 号混叠，也易于区分密集鱼群中的个体。
5. 如权利要求1所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述超声 波收发装置由一向所述超声波换能器阵加载超声波声频电脉冲信号的发射器和多个用于 接收所述超声波换能器阵输出的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号的接收器构成。
6. 如权利要求5所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述接收 器接收的网箱内养殖鱼类的反射超声波脉冲信号通过多路并列放大器进行信号放大、检 波、再放大处理后再传输给所述信号处理装置。
7. 如权利要求1所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述信号 处理装置中设置有对所述超声波收发装置输出的信号进行采样的多路采样器，经所述多路 采样器采样后的信号由所述信号处理装置进行处理。
8. 如权利要求1所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述网箱 养鱼生物量评估超声波监测装置还包括一直径大于超声波波长的标准目标球，以标准球在 不同深度的实测反射声压值进一步校准声波的传播损失。
9. 如权利要求8所述的网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，其特征在于，所述标准目标球为一实心钢球。
全文摘要
本发明公开了一种网箱养鱼生物量评估超声波监测装置，通过超声波换能器阵向网箱内的养殖鱼类发射超声波探测脉冲信号并接收网箱内的养殖鱼类的反射超声波脉冲信号，然后通过超声波收发装置和信号处理装置处理，实现实时监测网箱内的水体范围，反映网箱中养殖鱼类的情况并进行生物量评估，处理结果通过显示装置显示出来，实现本发明的目的。
文档编号G01S15/96GK101726740SQ20091019869
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者倪汉华, 关长涛, 李娇, 汤涛林, 石晓天, 谌志新 申请人:中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所;中国水产科学研究院黄海水产研究所