技术领域
[0001] 本
发明属于海洋牧场领域，具体涉及一种海上声学牧场养殖平台。
背景技术
[0002] 伴随着我国
水产养殖业的发展，近海渔业资源逐渐饱和，过度养殖的同时造成了
海水水质恶化，海洋环境遭到严重破坏，养殖成活率出现明显降低，
渔业产品质量下滑问题的日趋严重。直接所导致的结果是传统的
水产养殖模式受到了严重制约，我国海洋渔业面临着前所未有的挑战。如何保障海洋渔业资源的可持续发展，促进渔业产业模式的转型升级，已成为我国渔业发展必须解决的难题之一。
[0003] 面对此现状，我国提出了关于“海洋牧场”这一发展方式，为我国海洋渔业新一轮产业升级指明了方向。海洋牧场作为一种新型海洋渔业发展方式，它是集
生态系统构建、海洋生态研究、现代工程技术于一体的新型渔业生产模式。海洋牧场是在科学的养护手段、先进的资源管理系统
基础上所建立的，其近些年所带来的经济效益、生态效益、社会效益已得到了世界各国的重视与关注。
[0004] 但在海洋牧场近年来的发展过程中，也发现了一些亟需解决的问题。如海洋牧场养殖装备成本高，投资回报率低，投资回报年限长；在现有海洋技术装备的基础上，受海域地形自然条件的限制，维护成本过高，进一步限制了海洋牧场这一新型渔业生产模式的发展。而关于海洋牧场建设发展中的
专利CN201721681259.2(海洋牧场多功能平台)、CN110258611A(一种海上
风电和海洋牧场一体化结构体系)、CN110214733A(一种海洋牧场用养殖平台及其控制方法)等分别从结构优化、强度提高、机械自动化等
角度出发，给出不同的创新方案，在一定程度上促进海洋牧场技术的发展，但也仅限于对现有机械装备的优化升级。放眼海上牧场这一新型渔业生产模式，所面临的问题层出不穷、复杂多样。经分析,海洋牧场发展主要存在两大技术
缺陷：(1)海洋牧场建设装备成本过高，经济性较低；(2)海洋牧场技术发展方向
固化、单一，技术发展受阻。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种海上声学牧场养殖平台，可解决海洋牧场建设装备成本过高的问题，提高海洋牧场的经济性；牵引新的海洋牧场技术发展方向，丰富现有海洋牧场技术，促进海洋牧场技术
加速发展。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括海上工作平台，所述海上工作平台上设置有
能源供给装置，所述海上工作平台下设置有水下声学系统；所述水下声学系统处于海水内，所述水下声学系统包括与海上工作平台固定连接的桩基，所述桩基为圆管，所述桩基内设置有数个对称布置的激励装置，激励装置通过机械振动激发桩基产生振动
频率；每个所述激励装置与激励调控系统电性连接，所述激励调控系统可调控激励装置的
电压幅值与
相位；所述激励调控系统设置在桩基内、并与控制平台远程连接；所述海上工作平台上设置有
饲料投喂装置；所述激励调控系统、激励装置与能源供给装置电性连接。
[0007] 优选地，所述能源供给装置包括旋翼，以及与旋翼连接的
风力发
电机，所述风力发电机通过
塔架与海上工作平台固定连接，所述风力发电机与
蓄电池电性连接，所述
蓄电池设置在海上工作平台内部。
[0008] 优选地，所述激励装置设置为8个。
[0009] 优选地，所述激励装置为用压电材料制成的
块体。
[0010] 优选地，所述海上工作平台中间设置有空腔，所述饲料投喂装置设置在空腔中，所述饲料投喂装置包括饲料盒，所述饲料盒呈圆柱套筒状，所述饲料盒中间设置有中间管，所述饲料盒通过隔板与中间管固定连接，所述隔板沿中间管一周均匀布置数个；所述饲料盒下表面滑动连接固定底盘，所述固定底盘与海上工作平台内腔下表面固定连接，所述固定底盘与饲料盒尺寸相当，所述固定底盘靠近圆周的一侧设置有第二通孔，所述第二通孔与相邻两隔板所形成的空间大小相当；所述海上工作平台下表面设置有投喂口，所述投喂口的
位置与固定底盘上的第二通孔位置对应，所述饲料盒与海上工作平台可转动连接；所述海上工作平台上表面、对应饲料盒的位置设置有第一通孔，所述电机与控制平台远程连接。
[0011] 优选地，所述海上工作平台内腔下表面设置电机，所述电机的
输出轴穿过固定底盘、与固定底盘可转动连接，所述电机的输出轴与中间管固定连接。
[0012] 优选地，所述固定底盘下表面、位于第二通孔的位置设置投喂通道，所述投喂通道的另一端与海上工作平台内腔下表面固定连接。
[0013] 优选地，所述第一通孔配合有盖板。
[0014] 优选地，一种利用
权利要求1所述的海上声学牧场养殖平台的海上养鱼方法，步骤为：
[0015] 1)在桩基内壁上均匀布置8组由PVDF制成的激励装置，分别为A、B、C、D、E、F、G、H；
[0016] 2)控制平台发送吸引鱼群的控制
信号到激励调控系统，激励调控系统根据控制平台发出的吸引鱼群的信号，对8组激励装置输入电压方向相反、电压幅值为20V的电压，即A、C、E、G与B、D、F、H的电压方向相反；
[0017] 3)8组激励装置受到激励后产生
变形，从而产生力，激发桩基产生振动频率，吸引鱼群；
[0018] 4)控制平台发送信号到电机上的远程通信模块，使得电机旋转一定角度，将饲料投喂装置中存放的饲料掉落到海中进行喂鱼；
[0019] 5)数次喂鱼后，维护人员可乘船至海上工作平台，添加饲料，便于后续使用；
[0020] 6)关闭激励调控系统，使得鱼群分散游开。
[0021] 优选地，海上工作平台上的饲料盒中设置有8个小格，每一小格中分别放置足够鱼群吃一次的饲料，每天投喂一次；投喂时，电机转动，使得饲料盒中存放饲料的小格对准饲料投喂通道，饲料全部掉出进行投喂。
[0022] 本发明的有益之处在于：通过在现有的圆柱形桩基上组合激励装置，调节激发激励装置的电压幅值以及电压方向，使得桩基在激励装置的振动下产生不同的模态频率，从而产生能够吸引和驱赶鱼群的敏感
声波，可以吸引鱼群主动靠近进行喂养，减少了传统海洋牧场的设备投入；结合现有的海上风力发电、海上工作平台等，可以大幅度降低海洋牧场的结构和装备依赖，可以减少对海洋生态环境的污染，提高海洋牧场的经济效益。
附图说明
[0023] 图1为海上声学牧场养殖平台结构示意图；
[0024] 图2为水下噪声调控仿真试验桩基模型；
[0025] 图3为饲料投喂装置的剖视图；
[0026] 图4为饲料投喂装置的俯视剖视图；
[0027] 图5为桩基
频谱辐射噪声仿真试验数据。
[0028] 图中：1-旋翼；2-风力发电机；3-塔架；4-
电缆；5-海上工作平台；6-饲料投喂装置；7-饲料；8-激励装置；9-桩基；10-鱼群；11-声波；12-激励调控系统；61-饲料盒；62-固定底盘；63-电机；64-投喂通道；65-投喂口；66-隔板；67-盖板；68-中间管。
具体实施方式
[0029] 本发明属于海洋牧场领域，具体涉及一种海上声学牧场养殖平台。
[0030] 如图1所示，包括海上工作平台5，海上工作平台5可结合现有的海上工作平台，也可以根据需要设置可漂浮在海面上的海上工作平台；所述海上工作平台5上设置有能源供给装置，能源供给装置可以给所有海上工作平台5上的需电设备供电，所述海上工作平台5下设置有水下声学系统，水下声学系统可以产生不同频率特性的声波，即鱼群敏感声波，实现对鱼群的吸引或驱赶。
[0031] 所述水下声学系统处于海水内，所述水下声学系统包括与海上工作平台5固定连接的桩基9，所述桩基9为圆管，所述桩基9内设置有数个对称布置的激励装置8，每个所述激励装置8与激励调控系统12电性连接，所述激励调控系统12设置在桩基9内、并采用现有远程控制方式与控制平台远程连接，激励装置8通过机械振动激发桩基9产生振动频率，所述海上工作平台5上设置有饲料投喂装置6；所述激励调控系统12、激励装置8与能源供给装置电性连接。可以理解的是，桩基9位于水下，在为能源供给装置提供
支撑的同时也作为受激发装置，桩基9可打入海床进行固定，桩基9也可以利用自身
浮力使得整个海上工作平台5漂浮于海洋之上，水下利用锚链将桩基9与海底相连接，防止侧翻。如图2所示，本发明激励装置8优选8组，选用压电材料进行激励(但不限于压电材料这一具体激励装置和方式)，可直接购买现有的压电材料，裁剪成数个片状后贴合在一起制成块状或者长条状，均匀对称布置在桩基9的内表面，激励装置8在接受到
电能输入时产生激励力对桩基9进行激励，使得桩基9在水下产生声波11，当激励调控系统12给激励装置8发出电压信号时，激励装置8由于其材料的本身属性，通电后变形，进行产生力，使得桩基9受到机械振动后发出其固有的模态频率。
[0032] 激励调控系统12受控于远程控制平台，并通过激励调控系统12中的PLC调节电压的幅值及相位，从而将电压传递给激励装置8，或可采用现有的可调节电压幅值以及相位的装置或手段，将调节后的电压传递给激励装置8，使得激励装置8在对桩基9进行激励后产生不同频率特性的声波11。在桩基9保持原有结构、材料参数不变的基础上，桩基9模态频率不发生改变，同时使得桩基9力学特性、经济性也不发生改变，利用激励装置8对桩基9进行激励。激励装置8分为多组激励驱动模块，在激励调控系统12作用下，调整激励装置8中的多组激励驱动模块的电压，使得激励装置8中的多组激励驱动模块具有相同电压幅值、不同的电压方向(不限于这种激励分布方式)，使得激励装置8对桩基9产生不同相位的激励；不同相位的激励可以激发桩基9不同的振动模态频率，产生不同的振动模态振型；实际工作中，利用激励调控系统12对激励装置8进行调控，激励装置8激发桩基9圆管不同频率的弯曲振动，同时，桩基9圆管辐射面(外表面)与
流体介质
接触，在调控技术对桩基9圆管振动频率调控作用下，其在水中的声波11频率特性也会随之发生了改变，由于其所在海域为无结构遮挡的海域，因此水中的声波频率特性的变化不会受其他结构的影响。
[0033] 为进行的仿真试验，试验选取了一段长1000mm，直径为450mm，壁厚为3mm，材料为
钢的圆管作为实验对象，同时在圆管内壁均布8组压电材料作为激励驱动模块，压电材料中考虑PVDF具有性能稳定、重量轻、韧性好的优点，本试验选用了PVDF作为激励驱动模块，结合圆管实际结构参数，PVDF作为激励驱动模块输入电压为20V。如图5所示，激励装置8分为A、B、C、D、E、F、G、H八组激励驱动模块，为验证调控技术的可行性，实验分两组进行对比验证，第一组将A、B、C、D、E、F、G、H八组激励驱动模块，设置为相同的电压幅值和电压方向，进行的激励；第二组将A、B、C、D、E、F、G、H八组激励驱动模块，设置为相同的电压幅值，相反的电压方向，进行的激励，即A、C、E、G与B、D、F、H的电压方向相反(但不限于这一种调控方式)将实验对象设置在流体域中，并依据国标GB/T5265-2009要求，设置噪声测量点，测量圆管受激后的辐射噪声数据。由图5中桩基频谱辐射噪声仿真试验数据可见，激励装置8的8组激励驱动模块在电压调控前后，圆管辐射噪声频谱特性发生明显变化，调整前的声功率级峰值在340Hz与660Hz频率处，而调控后的声功率级在120Hz处出现了明显峰值。根据目前
生物水声学的研究，海洋鱼类所敏感的声波
频率范围多在100Hz至300Hz频率，仿真试验所得圆管在调控后的水下噪声声功率级峰值与海洋鱼类所敏感的声波频率范围相吻合。因此，可利用水下声调控技术实现对不同的鱼群10产生不同的控制(如吸引、驱赶等作用)。
[0034] 所述能源供给装置包括旋翼1，以及与旋翼1连接的风力发电机2，所述风力发电机2通过塔架3与海上工作平台5固定连接，所述风力发电机2与蓄电池电性连接，所述蓄电池设置在海上工作平台5内部。风力发电机2可采用现有的、可用于海上的风力发电机，旋翼1受到风力作用时开始旋转，旋转过程中
能量形式开始发生转变，
风能通过旋翼1的旋转转换为机械能，旋翼1与风力发电机2机械传动相连接，将机械能传送至风力发电机2，经风力发电机2后，机械能转换为电能，在满足现有海上风力发电远距离能源输送功能的基础上，近距离为海上声学牧场养殖平台作业提供所需要的能量，也为后续激励装置8激励、激励调控系统12的激励调控提供必要的能源保障。
[0035] 塔架3设置为中空结构，在塔架3内部预埋电缆4，电缆4嵌入塔架3内，并固定在塔架3内壁，防止电缆出现摆动以提高电缆安装、使用的可靠性。电缆4通过与风力发电机2与激励装置8、激励调控系统12的电性连接，将风力发电机2处的电能输送至激励装置8、激励调控系统12处，保证激励装置8、激励调控系统12处接受到足够的电能，为激励装置8、激励调控系统12能有效激励、调控提供能量传输。
[0036] 如图3-4所示，所述海上工作平台5中间设置有空腔，所述饲料投喂装置6设置在空腔中，所述饲料投喂装置6包括饲料盒61，所述饲料盒61呈圆柱套筒状，所述饲料盒61中间设置有中间管68，所述饲料盒61通过隔板66与中间管68固定连接，所述隔板66沿中间管68一周均匀布置数个；所述饲料盒61下表面滑动连接固定底盘62，所述固定底盘62与饲料盒61尺寸相当，所述固定底盘62靠近圆周的一侧设置有第二通孔，所述第二通孔与相邻两隔板66所形成的空间大小相当；所述海上工作平台5下表面设置有投喂口65，所述投喂口65的位置与固定底盘62上的通孔位置对应；所述海上工作平台5内腔下表面设置电机63，所述电机63的输出轴穿过固定底盘62轴心、与固定底盘62可转动连接，所述电机63的输出轴与中间管68固定连接；所述海上工作平台5上表面、对应饲料盒61的位置设置有第一通孔，所述第一通孔配合有盖板67；所述电机63采用现有远程控制方式与控制平台远程连接。可以理解的是，饲料盒61通过固定底盘62支撑，固定底盘62与海上工作平台5内腔下表面固定连接，电机的输出轴与固定底盘62通过
轴承转动连接，电机的输出轴前端与中间管68固定连接并带动中间管68转动，由于中间管68与饲料盒61通过隔板66固定连接，因此饲料盒61与中间管68一起转动。
[0037] 饲料盒61中两隔板66所形成的空间中存放有饲料，每一格中存放的饲料量足够投喂一次鱼群所需的量，饲料盒61中两隔板66所形成的格子数量足够喂养多次，维护人员只需计算好喂养次数，定期到海上工作平台5上将饲料盒61中的饲料加满即可。电机63可以带动饲料盒61转动，且在电机63转动的同时固定底盘62保持不动。当电机63一定角度后停止，此时，饲料盒中的饲料从固定底盘62上的第二通孔掉出，并从与第二通孔对应的投喂口65掉入到海中，对鱼群进行投喂。海上工作平台5上表面、对应饲料盒61的位置设置有第一通孔，所述第一通孔配合有盖板67，在平时不需要添加饲料时，盖板67为盖紧状态，避免饲料暴露在外部引来海
鸟，维护人员需要添加饲料时可将整个盖板67打开进行添加。
[0038] 电机63可采用步进电机，通过采用现有远程控制方式与控制平台的远程连接，控制平台可以控制电机63转动设定好的角度后停止，使得每次转动停止后，饲料盒61中盛放饲料的格子正好对准固定底盘62上的第二通孔，使得饲料掉出。饲料盒61上两隔板66所形成的空间大小、固定底盘62上的第二通孔以及投喂口65应当足够大，使得在投喂时可以对下方水域的情况进行观察，或者吊放小型浮标、声纳等试验设备，开展有关试验研究。
[0039] 作为优选的，所述固定底盘62下表面、位于第二通孔的位置设置投喂通道64，所述投喂通道64的另一端与海上工作平台5内腔下表面固定连接。当饲料从固定底盘62上的第二通孔掉出时，饲料可以沿着投喂通道64直接从投喂口65落入到海水中，而不会因为散装饲料而洒落在海上工作平台5的内腔中，造成清理困难的问题。
[0040] 利用这种海上声学牧场养殖平台喂养鱼群的方法步骤为：
[0041] 1)在桩基9内壁上均匀布置8组由PVDF制成的激励装置8，分别为A、B、C、D、E、F、G、H；
[0042] 2)控制平台发送吸引鱼群的
控制信号到激励调控系统12，激励调控系统12根据控制平台发出的吸引鱼群的信号，对8组激励装置8输入电压方向相反、电压幅值为20V的电压，即A、C、E、G与B、D、F、H的电压方向相反；
[0043] 3)8组激励装置8受到激励后产生变形，从而产生力，激发桩基9产生振动频率，吸引鱼群；
[0044] 4)控制平台发送信号到电机63上的远程通信模块，使得电机63旋转一定角度，将饲料投喂装置6中存放的饲料掉落到海中进行喂鱼；
[0045] 5)数次喂鱼后，维护人员可乘船至海上工作平台5，添加饲料，便于后续使用；
[0046] 6)关闭激励调控系统12，使得鱼群分散游开。
[0047] 海上工作平台5上的饲料盒61中设置有8个小格，或可根据实际需要设置更多小格以便增加投喂次数，每一小格中分别放置足够鱼群吃一次的饲料，每天投喂一次；投喂时，电机63转动，使得饲料盒61中存放饲料的小格对准饲料投喂通道64，饲料全部掉出进行投喂。
[0048] 具体工作方式为：海风推动旋翼1的旋转，旋翼1将机械能传送至风力
发电机组2，经
风力发电机组2后，机械能转换为电能，为激励调控系统12以及激励装置8供电；通过远程控制平台，可以控制激励调控系统12，使得激励调控系统12调整每个激励装置8上的电压相位，对桩基9开始激励，桩基9在水下发出不同频谱特性的声波11，吸引不同种类的鱼群10至海上工作平台5下方海域；远程控制平台控制电机63开始工作，使得电机63旋转一定角度，将饲料投放至海水中，进行喂养；维护人员可以定期到海上工作平台5上进行维护，打开盖板67，并将饲料盒61中的饲料加满，以便于后续喂养。
[0049] 上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
