一種漁業(yè)生物精確檢測計數(shù)與分級裝置的設(shè)計與分析

楊雨辰

摘 要：魚苗精確分析計數(shù)裝置是對漁業(yè)生產(chǎn)過程中對魚苗的計數(shù)需求而出現(xiàn)的，而傳統(tǒng)計數(shù)設(shè)備存在技術(shù)難度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格不菲等問題?；邳c(diǎn)鈔機(jī)的工作技術(shù)原理，研究發(fā)明了的一種計數(shù)方便精確價格便宜的“點(diǎn)魚機(jī)”。由特殊的入口結(jié)構(gòu)使得魚苗逐個地通過“點(diǎn)魚機(jī)”，同時，光纖計數(shù)器和放大器對魚苗進(jìn)行精確的檢測和分析，完成數(shù)量的計數(shù)工作。目前，“點(diǎn)魚機(jī)”裝置實(shí)現(xiàn)了精確計數(shù)、定值計數(shù)、定值關(guān)閉裝置等功能，解決了漁業(yè)生產(chǎn)過程中的計數(shù)困難、計數(shù)設(shè)備昂貴問題，實(shí)現(xiàn)了魚苗的精確計數(shù)，且裝置操作簡單。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)鈔機(jī)；光纖計數(shù)器；定值計數(shù)；分級輸出

中圖分類號：TH724 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.068

1 技術(shù)領(lǐng)域

本裝置屬于漁業(yè)工程裝備與技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，是一種用于漁業(yè)生物的數(shù)量統(tǒng)計和體長大小無損自動化精確檢測的裝備，并根據(jù)體長檢測結(jié)果實(shí)現(xiàn)漁業(yè)生物規(guī)格大小的自動化種群劃分，從而便捷地統(tǒng)計漁業(yè)生物種群數(shù)量，挑選和區(qū)分不同大小的漁業(yè)生物，提升漁業(yè)生產(chǎn)過程的效率和便捷性。

2 項(xiàng)目背景和研究意義

漁業(yè)生產(chǎn)是一種重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，可提供人類糧食需求中20%以上的蛋白質(zhì)需求。在漁業(yè)生產(chǎn)過程中，對漁業(yè)生物的計數(shù)貫穿其始終，特別是對魚苗等幼體的計數(shù)和大小檢測問題是一個重要的必經(jīng)過程。

大體上，魚苗等漁業(yè)生物計數(shù)方法可以分為抽樣調(diào)查法、直接計數(shù)法兩大類，抽樣計數(shù)方法即是采取某種抽樣方式對漁業(yè)對象總體進(jìn)行估算的一種方法，抽樣計數(shù)存在一定的誤差。直接計數(shù)法在漁業(yè)生物數(shù)量較少時，尚可進(jìn)行人工直接目視計數(shù)。通常情況下，漁業(yè)生物種群數(shù)量龐大，需要借用各種儀器設(shè)備計數(shù)。基于其技術(shù)工作原理，漁業(yè)生物計數(shù)設(shè)備大體上分為電阻計數(shù)、光學(xué)計數(shù)、聲學(xué)計數(shù)、計算機(jī)視覺計數(shù)四大類，其各有利弊，適用于不同的場所，往往技術(shù)難度較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格不菲，多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)研究階段，市場上尚沒有簡便、實(shí)用的精確魚苗分析計數(shù)裝置。其中，以計算機(jī)視覺計數(shù)為代表的圖像智能識別技術(shù)是其發(fā)展方向之一，且可進(jìn)行漁業(yè)生物大小的統(tǒng)計和分析；其缺點(diǎn)是對位置重疊、首尾相連、游動的漁業(yè)生物統(tǒng)計分析存在較大的誤差。

在現(xiàn)實(shí)生活中，點(diǎn)鈔機(jī)是一種很常見的設(shè)備。當(dāng)鈔票逐張地通過點(diǎn)鈔機(jī)時，即可鑒別鈔票的真?zhèn)?，并對鈔票進(jìn)行計數(shù)。本項(xiàng)目擬借用點(diǎn)鈔機(jī)的工作技術(shù)原理，研究發(fā)明了一種“點(diǎn)魚機(jī)”，當(dāng)魚苗逐個地通過“點(diǎn)魚機(jī)”時，即可對魚苗大小進(jìn)行精確的檢測分析，同時完成數(shù)量的計數(shù)工作。

3 項(xiàng)目內(nèi)容

項(xiàng)目內(nèi)容為研究一種簡便、實(shí)用的魚苗等漁業(yè)生物精確分析計數(shù)裝置，包括裝置的形狀、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析檢測器的研究和選擇、信息分析與控制模塊的制作、材料的選擇與應(yīng)用、防潮防腐的設(shè)計等。技術(shù)路線如圖1所示。

4 裝置原理

本發(fā)明設(shè)計的漁業(yè)生物精確檢測計算和分級裝置主要包括漁業(yè)生物輸入系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、分級系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，具體如圖2所示。

1—穩(wěn)定水流輸入水龍頭；2—漁業(yè)生物輸入容納器；3—內(nèi)襯篩網(wǎng)；4—直徑可調(diào)內(nèi)襯墊圈；5—第5號電動閥門；6—第6號光電檢測器；7—第7號光電檢測器；8—檢測管道；9—第9號光電檢測器；10—第10號電動閥門；11—第11號光電檢測器；12—第12號電動閥門；13—第1號漁業(yè)生物收集箱；14—第14號光電檢測器；15—第15號電動閥門；16—第2號漁業(yè)生物收集器；17—第17號光電檢測器；18—第3號漁業(yè)生物收集箱；19—漁業(yè)生物收集箱溢流網(wǎng)孔；20—漁業(yè)生物收集箱更換操作手柄；21—第21號電動閥門；22—第17號光電檢測器信號輸送通路；23—第14號光電檢測器信號輸送通路；24—第21號電動閥門控制信號通路；25—第15號電動閥門控制信號通路；26—第10號電動閥門控制信號通路；27—第12號電動閥門控制信號通路；28—第11號光電檢測器信號輸送通路；29—第9號光電檢測前信號輸送通路；30—中央控制器；31—第7號光電檢測器信號輸送通路；32—第6號光電檢測器信號輸送通路；33—第5號電動閥門控制信號通路。

4.1 輸入系統(tǒng)

應(yīng)確保漁業(yè)生物由身體長軸方向逐條通過輸入系統(tǒng)，然后進(jìn)入檢測系統(tǒng)部分。當(dāng)漁業(yè)生物逐條通過電動閥門時，穩(wěn)定水流輸入水龍頭保持一定流量的水流，防止因內(nèi)襯篩網(wǎng)的滲漏減小流量，進(jìn)而導(dǎo)致漁業(yè)生物輸入容納器中的水位過低。同時，應(yīng)維持整個系統(tǒng)中的水流暢通和連續(xù)。設(shè)待檢測分級漁業(yè)生物種群的體長、體高、體厚平均值分別為d1，d2，d3. 一般情況下，d1>d2>d3. 直徑可調(diào)內(nèi)襯墊圈是一個塑料彈性墊圈，保持圓形的形狀，其直徑可以在檢測管道內(nèi)徑范圍內(nèi)進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。為了確保不出現(xiàn)多尾待檢測漁業(yè)生物同時通過或擁堵的情況，直徑可調(diào)內(nèi)襯墊圈的直徑應(yīng)調(diào)節(jié)在d2的1.3～1.6倍之間。

4.2 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)由第7號光電檢測器、檢測管道、第9號光電檢測器、中央控制器共同組成，其功能是精確測定漁業(yè)生物的大小，即其體長，設(shè)其值為未知數(shù)D cm。而漁業(yè)生物的體重可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，由其體長換算得到。檢測管道由透明材質(zhì)所制成，比如玻璃或有機(jī)玻璃等透明材質(zhì)。檢測管道中所有安裝光電檢測器為平面結(jié)構(gòu)，以保障光電檢測器檢測光線的有效通過和檢測。檢測管道的其他位置為圓柱體結(jié)構(gòu)，彎角處保持適宜的弧度，以保障漁業(yè)生物的順利通過且不受傷害。

被檢測的漁業(yè)生物在透明檢測管道中的運(yùn)動過程受重力、浮力、摩擦力等各種作用力的綜合作用，可近似視作一種勻加速直線運(yùn)動。當(dāng)漁業(yè)生物頭部、尾部分別通過第7號光電檢測器、第9號光電檢測器的時刻分別為t1，t2，t3，t4，可由第7和第9號光電檢測器檢測得到。設(shè)漁業(yè)生物在t1，t2，t3，t4時刻的運(yùn)動速度分別為v1，v2，v3，v4，漁業(yè)生物運(yùn)動的加速度為a，第7和第9號光電檢測器之間的距離為已知的L cm，漁業(yè)生物的體長為未知的D cm。漁業(yè)生物由t1時刻運(yùn)動至t2時刻、t2時刻運(yùn)動至t3時刻、t1時刻運(yùn)動至t3時刻、t1時刻運(yùn)動至t4時刻耗時分別為T1，T2，T3，T4 ms，具體如圖3所示。

4.3 分級系統(tǒng)

分級系統(tǒng)由第12號電動閥門、第10號電動閥門、第15號電動閥門、第21號電動閥門、第11號光電檢測器、第14號光電檢測器、第17號光電檢測器、第1號漁業(yè)生物收集箱、第2號漁業(yè)生物收集箱、第3號漁業(yè)生物收集箱、中央控制器組成。其功能是根據(jù)檢測系統(tǒng)所測得的漁業(yè)生物體長，而將漁業(yè)生物輸送到適宜的漁業(yè)生物收集箱中，并根據(jù)第11號、14號、17號光電檢測器反饋的信息統(tǒng)計不同規(guī)格種群漁業(yè)生物的數(shù)量。

當(dāng)某一個漁業(yè)生物收集箱中的漁業(yè)生物密度過大時，可能會因擁擠效應(yīng)而造成漁業(yè)生物互相傷害。此時，可以在中央控制器中觸動暫停工作模式按鈕。

4.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由中央控制器以及各光電檢測器的信號輸入通路、各電動閥門控制命令通路所組成。當(dāng)計數(shù)、檢測、分級工作完成后，觸動工作完成按鈕，央控制器開始分析統(tǒng)計所有計數(shù)、檢測、分級漁業(yè)生物的數(shù)據(jù)信息，生成工作報告，匯報所計數(shù)的漁業(yè)生物的總數(shù)量及其平均體長、均方差范圍等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

5 可行性和誤差分析

通過對比兩種探頭并進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，裝置采用了精確度和穩(wěn)定性較高的光纖探頭作為檢測裝置，具體數(shù)據(jù)圖圖4和圖5所示。

如果在某些情況下，本裝置系統(tǒng)單通道的檢測分級功能不能滿足生產(chǎn)需要，且耗時較長，則可以采用多個本裝置系統(tǒng)并聯(lián)使用，從而實(shí)現(xiàn)同時檢測和篩分的功能，提高工作效率。

〔編輯：張思楠〕