水下集鱼灯在近海水体中的光场分布数值模拟

为提高水下集鱼灯光场分布计算精度,本实验采用集鱼灯光谱数据、光度分布数据和海水固有光学参数,基于蒙特卡罗模拟方法构建了新的光场传输数值模拟方法,将光束能量离散成大量光子,通过追踪光子路径计算水下集鱼灯形成的光场强度,并开展水槽实验对计算方法进行了验证。同时,提出了新的集鱼灯光场分布评价指标Ids和Ads。利用模型分析了海水的叶绿素a质量浓度、散射作用类型和散射相位函数HG(Henyey Greenstein)中非对称参量g的取值对水下光场分布的影响。结果显示,①叶绿素a质量浓度从1mg/m3增加到5 mg/m3,LED集鱼灯A5m减少了72.73%,MH集鱼灯A5m减少了72.17%;LED集鱼灯I5m减少了66.69%,MH集鱼灯I5m减少了53.29%。②当海水介质引起的散射类型分别为米氏散射和瑞利散射时,MH集鱼灯I5m分别为1058.48和1020.5 lx,LED集鱼灯I5m分别为1057.96和992.42 lx。③非对称参量g从0.80增加到0.99,MH集鱼灯的A5m增加了22.05%;LED集鱼灯的A5m增加了23.10%;MH集鱼灯形成的I5m增加了16.61%;LED集鱼灯形成的I5m增加了14.52%。研究表明,近海水体中叶绿素a质量浓度、HG散射函数中非对称参量对集鱼灯光场分布有显著影响,散射类型对集鱼灯光场分布无显著影响。本研究提出的数值模拟方法可准确计算近海水体中集鱼灯光场分布,为渔业监管和集鱼灯合理应用提供科学依据。

国产LED水下集鱼灯光学特性与节能分析

通过使用高光谱剖面仪Hyperspectral profiler II和IU-2B型照度计对所研制的国产LED水下集鱼灯(480 W型)的光学特性进行测量,并与2 kW型金属卤化物水下集鱼灯进行比较,分析表明国产LED水下集鱼灯具有相对较好的水中穿透率,能够满足渔业生产需要。根据目前我国近海3 000艘光诱渔船的水下灯配置情况,以水下灯每千瓦燃油消耗260 g计算,年总耗油量共约为3.6万t。若使用国产LED水下集鱼灯替代渔船原先的金属卤化物水下集鱼灯,则仅需燃油0.8万t,每年共可节约燃油近2.8万t。一艘渔船使用LED水下集鱼灯,仅需约1.8年即可收回成本。

用于水下集鱼灯的LED发光板研究

用掺入Ce∶YAG荧光粉的树脂封装蓝光LED芯片,研制可用于水下集鱼灯的大功率LED发光板,并系统地测量其电流、电压特性和发光特性。测量结果表明:输入电流较小时(小于0.5A),电流与电压之间的关系可用指数函数描述,输入电流较大时(大于2.0A),电流与电压的关系可用线性函数描述;LED发光板在450 nm处有发光峰值,为蓝光芯片的自身发光,在550 nm附近有较宽的发光峰,为封装树脂中掺入的Ce∶YAG荧光粉的发光;LED发光板的流明光效最大值接近120 lm/W,在输入电功率接近100 W时,其流明光效仍接近90 lm/W。

5kW水下集鱼灯镇流器的研制

随着我国鱿钓渔业的兴起与发展,近年来,水下集鱼灯的应用正在我国鱿钓渔业中逐渐推广和流行。应用水下集鱼灯的最大好处,就是使原先只在夜间有价值进行的鱿钓作业,变成在白昼也可有价值地进行。这样,充分利用了有限的渔汛期,提高了产量,降低了远航渔船的生产成本,其经济效益是显而易见的。

LED水下集鱼灯光场分布数值模拟分析

为探究LED水下集鱼灯光色、功率、放置深度和海水叶绿素质量浓度对光场分布的影响,基于蒙特卡罗模拟方法建立了水下光束传输数值计算模型,通过控制变量法计算了不同条件下的水下光场分布,并提出以0.1~10.0 lx等值线所包围的面积与计算截面面积比值为相对有效光照范围(relative effective illumination range,REIR)。以REIR为评价指标,对不同条件下的光场分布进行了分析。结果显示:(1)相同功率条件下,REIR依次为绿光>白光>蓝光,以功率420W、叶绿素质量浓度0.1mg/m^(3)为例,3种光色的REIR比值为1.58∶1.31∶1;(2)相同光色条件下,当叶绿素质量浓度为0.1mg/m^(3)时,集鱼灯功率由420W增至1200W,蓝、绿、白3种集鱼灯的REIR分别由31.68%、50.27%、41.78%增至38.59%、56.91%、50.15%,功率增加近3倍,但REIR增幅有限;(3)随着集鱼灯放置深度增加,REIR先增加后稳定;以叶绿素质量浓度1.0mg/m^(3)、功率为420W为例,绿光集鱼灯与白光集鱼灯REIR的最大值约为9.69%~9.84%,出现在放置水深20m左右;而蓝光集鱼灯的REIR最大值约为5.60%,出现在放置水深15m左右;(4)当集鱼灯功率为420W,海水叶绿素质量浓度从0.1mg/m^(3)增至5.0mg/m^(3),蓝、绿、白3种光色集鱼灯的REIR分别由31.89%、48.25%、42.05%减少至1.65%、2.09%、2.22%。研究结果可为LED水下集鱼灯光色功率选型、深度放置以及有效光场分布范围估算提供参考。