隨著全球經(jīng)濟發(fā)展和人口增加,人們對水產(chǎn)品的需求也越來越大。在這一趨勢下,中國水產(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,得到越來越多的應(yīng)用。循環(huán)水養(yǎng)殖帶來高產(chǎn)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(chǎn)生的污染物主要有外源污染與內(nèi)源污染兩種來源。外源污染包括對系統(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)殖動物的排泄物以及附著在底泥的污染物等。水產(chǎn)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(dǎo)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(shù),而且還能避免因投喂過量產(chǎn)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(chǎn)養(yǎng)殖,尤其是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中得到廣泛應(yīng)用;然而,自動投餌機只能提前設(shè)定投餌量,而養(yǎng)殖生物的攝食量會因天氣、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,若不能及時調(diào)整餌料投喂量,容易餌料的浪費與養(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(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,穿透力強等優(yōu)點,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、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(shù)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(jié)論如下:(1)在0V~10V之間改變發(fā)射電壓來測試系統(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)接收處小鋼球在水中的反射聲壓滿足:用目標強度已知的小鋼球標定其中的系數(shù);E~2=P_0~2Me~2G~2(1/R~4)10~(-αR)·TS·D~2(θ)(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3d B區(qū)間內(nèi)的的mean值。得出以下結(jié)論:測量單顆餌料的目標強度的實驗中,結(jié)果顯示單顆餌料無明顯的反射回波,反射回波太小難以測得,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(shù)得到單顆餌料的目標強度。結(jié)果顯示:11號(直徑11mm)餌料單顆目標強度TS(target strength)的max值為-6.979d B、mean值為-5.313d B,9號(直徑9mm)餌料單顆TS的max值為-3.642d B、mean值為-2.666d B。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,發(fā)現(xiàn)基本符合一次函數(shù)線性關(guān)系。對于11mm的餌料,x11代表顆粒數(shù),y_1代表max的平方,y_2代表mean的平方,得到表達式max:y_1=21.312x11-31.036和mean:y_2=16.857x11-25.301。對于9mm的餌料x9代表9號餌料顆粒數(shù),y_3代表max的平方,y_4代表mean的平方,得到表達式max:y_3=5.9964x9+5.6346和mean:y_4=4.3854x9+4.2436和mean:y_4=4.3854x9+4.2436。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,被測物體體積越大,目標強度越大。比較y_1和y_3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(shù)增加的速度比9號餌料快。比較y_2和y_4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3d B部分電壓平均值mean隨顆粒數(shù)增加的速度比9號餌料快。本論文致力于通過測定殘餌目標強度來表征養(yǎng)殖水體中殘餌的含量,并通過實驗確定了探測系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù),測量出來餌料的目標強度,為利用超聲波技術(shù)測定養(yǎng)殖水體中顆粒物含量提供了理論基礎(chǔ),為工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖過程中的精確投喂,優(yōu)化養(yǎng)殖水體環(huán)境,減少污染物的排放提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S969
【部分圖文】：

稱為發(fā)射信號。由聲學(xué)理論可知，聲音在傳輸過表面激發(fā)起次級聲源，它們向周圍輻射次級聲波，，返回聲源方向的那散射波，稱為目標回波�；夭óa(chǎn)生的，回波上會留有相關(guān)目標的信息�；夭ㄐ盘杺鳛殡娦盘�，經(jīng)過分析處理之后，人們將獲得自己需得的研究進展探測殘餌的技術(shù)，早在1993年，挪威漁技研究所的干飼料與其回聲能量之間的線性關(guān)系的研究，對果表明回聲能量與顆粒大小成正比例，從而與批VA 公司在網(wǎng)箱內(nèi)魚的主要進食區(qū)安裝傳感器，通測剩余飼料。2012 年，國內(nèi)學(xué)者王順杰等人給出方案示意圖[58]，如圖

圖 2-1 已知目標強度的小鋼球 the small steel ball with known target stren收處小鋼球在水中的反射聲壓滿足()22 TSDr 反射聲壓；P0為基準聲壓值；r 為取值 54.8dB/km[60]；TS 為小鋼球下方時，值為 1。能量方程為22G1為接收處的反射聲壓；Me2G2為靈2.12）可得：10()12242 TSDGr

圖 2-2 發(fā)射信號和接收信號同框Fig2-2 transmit and receive signals in the same picture.2.2 超聲波換能器超聲換能器又稱超聲傳感器、超聲轉(zhuǎn)換器、超聲探頭（或者簡稱探頭），是聲工程技術(shù)中的一個非常重要的部分，是聲學(xué)換能器中發(fā)展最迅速的一個分支域。通常，換能器是以一種能量形式轉(zhuǎn)化為另一種能量形式的儀器或裝置。超換能器是將超聲波能量和電能或其他形式的能量進行轉(zhuǎn)換的裝置。具體地，使不同材質(zhì)不同特性的轉(zhuǎn)換介質(zhì)將諸如機械能，電磁能，光能等其他形式的能量換成振動能量從而產(chǎn)生超聲波，并將它們傳輸?shù)礁鞣N介質(zhì)，然后使用超聲波接器（包括具有可逆效應(yīng)的上述裝置）將超聲場中的各種聲信號轉(zhuǎn)換為用于處理電信號或光信號，并且最終通過各種顯示終端將電信號或其他信號變?yōu)榭梢曪@信息。
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本文編號：2843299