LED水下集魚燈的研究與設(shè)計(jì)

　　無(wú)線供電系統(tǒng)工作時(shí)輸入端將交流電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，或用漁船的直流電源直接為系統(tǒng)供電，直流電流通過(guò)振蕩電路逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電，經(jīng)功率放大輸出電路放大后供給發(fā)射線圈L1。通過(guò)發(fā)射線圈L1與接收線圈L2耦合電能，接收線圈L2輸出的電流經(jīng)高頻整流濾波電路變換成直流電提供給負(fù)載（電池）進(jìn)行充電。一個(gè)電能發(fā)送單元可以對(duì)多個(gè)電能接收單元發(fā)射電磁波進(jìn)行充電。電能發(fā)送單元與電能接收單元可以用一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多和網(wǎng)絡(luò)分布方式充電。無(wú)線供電技術(shù)應(yīng)用于LED水下集魚燈，不需要在LED水下集魚燈上安裝接口及導(dǎo)線，使LED水下集魚燈具有高度可靠的防水性能。

　　1. 3 散熱

　　由于LED消耗的能量除轉(zhuǎn)換為光能外，幾乎都是熱能，而且只能以熱傳導(dǎo)的形式傳出，所以散熱設(shè)計(jì)是LED能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。在熱傳輸設(shè)計(jì)方面，要計(jì)算直接接觸LED器件散熱體的熱容量。較大的熱容量可以較好地吸收和平衡瞬間的熱沖擊，防止由于瞬間過(guò)流產(chǎn)生的高溫對(duì)LED器件的熱損壞。還要考慮散熱器件的熱傳輸平衡條件和傳輸量，讓集魚燈內(nèi)部LED器件上發(fā)出的熱量能夠順利地傳到集魚燈外部的海水中。設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)封裝基板解決散熱的問(wèn)題，在散熱基板上做貫通孔，使散熱基板直接與海水接觸，讓海水在貫通孔內(nèi)循環(huán)［ 7 ］ ，達(dá)到降溫目的。

　　1. 4 封裝

　　LED水下集魚燈的防護(hù)等級(jí)是IP68，要求徹底防水，可以長(zhǎng)時(shí)間浸在一定壓力的水中使用。LED水下集魚燈燈體結(jié)構(gòu)外殼材質(zhì)為不銹鋼（或鋁合金） ，燈具玻璃為鋼化玻璃，采用硅橡膠密封圈進(jìn)行密封。LED體積小，封裝靈活，能排成點(diǎn)、線、面等形式安裝。采用無(wú)線供電技術(shù)的LED水下集魚燈可以做成球形、直管形等各種形狀和大小不同的水下集魚燈。

　　2 LED水下集魚燈的特點(diǎn)

　　2. 1 節(jié)能環(huán)保

　　近年來(lái)，燃油價(jià)格大幅度上漲，光誘捕魚漁業(yè)在燃油上的投入比重也大為增加，有時(shí)熱光源集魚燈的燃油消耗要占到漁船總?cè)加拖牡?0%以上 。由此可見(jiàn)，用在集魚燈上的燃油消耗費(fèi)用己經(jīng)對(duì)光誘捕魚業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益產(chǎn)生了比較明顯的影響。

　　金屬鹵化物燈存在光效低、耗電量大、電能大部分轉(zhuǎn)化為熱能的不足。LED 的光譜幾乎全部集中在可見(jiàn)光頻段，光效率可達(dá)80% ～90% ，因此功耗低，在相同的照明效果下，比金屬鹵化物燈節(jié)能。

　　金屬鹵化物燈發(fā)出的光線中含有大量的紫外線和紅外線輻射，光誘漁船作業(yè)時(shí)會(huì)對(duì)漁船工作人員健康造成傷害，也會(huì)對(duì)中上層趨光魚類，特別是視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)育尚未完善的幼、稚魚造成一定的傷害 。LED是冷光源，沒(méi)有紅外線和紫外線的成分，沒(méi)有輻射污染，能有效防止?jié)O場(chǎng)生態(tài)被破壞。另外，金屬鹵化物燈內(nèi)的填充物中有汞或其它重金屬，在使用過(guò)程中破損和廢棄后的燈都會(huì)對(duì)人身健康和環(huán)境造成危害，而LED使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，廢棄物可回收，沒(méi)有污染，不含汞元素，屬于典型的綠色光源。

　　2. 2 光譜性能好

　　金屬鹵化物燈的光譜較寬，且發(fā)光方向?yàn)檎麄€(gè)立體空間，不利于配光和光線的有效利用。而LED光譜為分立的光譜，譜線較窄，半高全寬在30 nm左右，各類的LED有不同峰值波長(zhǎng)，可以在光合有效輻射范圍內(nèi)方便地匹配出各種不同的光譜結(jié)構(gòu)。LED 色彩豐富、鮮艷，可以有多樣化的色調(diào)選擇和配光，并且LED發(fā)光大部分集中會(huì)聚于中心，發(fā)散角較小，可以有效地控制眩光。LED發(fā)光對(duì)電流的響應(yīng)速度極快，只需通過(guò)調(diào)整電流就可以調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度和顏色。

　　2. 3 安全可靠，使用壽命長(zhǎng)

　　由于漁業(yè)生產(chǎn)工況條件特殊，燈和燈具經(jīng)常在海浪中拍打和在船舶搖晃中工作，因此必須具備良好的防震和防水性能。金屬鹵化物燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件，易碎，耐震性差，而且需要上百伏特的工作電壓，壽命一般為3 000 h。當(dāng)用作水下集魚燈時(shí)，必須先放進(jìn)水里再開(kāi)燈，出水時(shí)必須先熄燈再提出水面。操作麻煩，稍有不慎燈泡就有可能爆炸，造成觸電事故［ 11 ］ 。LED是用環(huán)氧樹(shù)脂封裝固態(tài)光源，使用低電壓（單個(gè)LED只需1. 5～4. 0 V的直流電壓） 、低電流驅(qū)動(dòng)，使用壽命可高達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)h;也是一種全固體結(jié)構(gòu)，能經(jīng)得起震動(dòng)、沖擊而不至于損壞，非正常報(bào)廢率很小，維護(hù)極為方便。

　　3 LED水下集魚燈的應(yīng)用

　　生產(chǎn)實(shí)踐表明，影響光誘集魚效果的首要因素是光源，它包括光源強(qiáng)度、燈光顏色、燈具的配置等。例如，在暗適應(yīng)條件下，藍(lán)圓幼、成魚對(duì)藍(lán)、綠色光的趨光率最高，對(duì)紅光的趨光率最低。由暗適應(yīng)向明適應(yīng)過(guò)渡后，引起趨光率最高的顏色光移向黃、綠色光。在暗適應(yīng)和明適應(yīng)條件下，鮐魚都對(duì)紫光和紅光有最大的趨光率。

　　LED水下集魚燈通電工作后，整個(gè)系統(tǒng)由軟件控制運(yùn)行。根據(jù)不同漁場(chǎng)的客觀情況、誘集目標(biāo)魚類的生理和生態(tài)的不同特點(diǎn)，來(lái)配置光源的亮度、顏色以及動(dòng)態(tài)變化效果來(lái)誘魚。用戶通過(guò)遙控器，或者通過(guò)LED水下集魚燈上的控制鍵來(lái)設(shè)定集魚燈顯示內(nèi)容，以便符合實(shí)際需要。LED水下集魚燈能顯示出魚喜歡的食物、同類、各種事物的圖像等來(lái)誘集魚群，還能顯示出魚的天敵等相關(guān)圖像來(lái)驅(qū)集魚群、控制魚群。實(shí)行科學(xué)捕撈，合理開(kāi)發(fā)利用漁業(yè)資源，保護(hù)魚類繁衍增殖，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

　　目前，LED水下集魚燈的成本較高， LED 光源的光通量、一致性、可靠性還有待提高。LED集魚燈節(jié)能效果在日本魷釣業(yè)已經(jīng)得到證實(shí)，但是LED集魚燈的普及情況仍然不佳。改用LED集魚燈的魷釣船，是否具長(zhǎng)期、持續(xù)性的漁獲效果，還需要確認(rèn)。對(duì)于LED水下集魚燈應(yīng)用研究目前還處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的研究資料和成果。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種技術(shù)的完善，LED水下集魚燈將會(huì)成為一種主要的助漁設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。