LED诱捕灯的设计与应用研究

龚雅萍

（浙江海洋学院海运学院，浙江舟山 316004）

诱捕灯是光诱渔业作业中最主要的装备之一，起到诱鱼和集鱼的作用。随着渔业捕捞模式的改变，对诱捕灯光源的要求也越来越高，稳定、可靠、高效率、环保节能的诱捕灯应用具有重要的意义。而LED属于冷光源，与现有金属卤化物灯比较，具有高效、节能、环保、寿命长、响应速度快、光波长度可选的特点。

1 灯光诱捕集鱼的原理

灯光捕鱼技术中的光诱集鱼技术，是以鱼类对光色的趋光性为其理论依据的。鱼类属于近视眼，但对光照、颜色、物体形状与运动中的网具均能作出灵敏的反应。通常鱼类对光的反应有3种：正向趋光性、负趋光性、对光线无反应。

而不同种类的鱼对光的敏感性不同。以头足类鱼为例，此类鱼的视网膜对光谱的吸收峰值在465～495 nm[1-2]。其次，影响诱捕集鱼的另一原因是鱼类喜爱栖息集群的照度。当诱捕灯的照度适宜时，会引起鱼类的正向趋光反应；当照度不适宜时，即产生不良感光区，使鱼类的趋光性减弱，甚至离开。一般诱捕灯光场分布如图1。

图1 诱捕灯光源分布示意图Fig.1 Light trap resource distribution

（1）不良感光区：紧靠集鱼灯的照明区。此处光线极强，超过了鱼类等动物的眼所能忍受的范围。一般鱼类在此区域都表现负趋光反应，迅速离去。

（2）良好感光区：在不良感光区外围的照明区域。这个区域的光照强度适合于鱼眼的视觉要求，因此在这个区域内鱼类会主动趋向光源，游聚集群，即为趋光区域。

（3）微弱感光区：是良好感光区外围的光照区域，鱼类通常是无法做出正趋光反应和负趋光反应的。

（4）不感光区：是照明区的最外围的区域。不能为鱼类所感受。

不同发光强度的光源，前面的三个区域的大小不一样。而对同一功率的光源来说，不同种类的鱼，对这三个光照区域的反应也不相同。此外，水的透明度、深度和水底的反光程度等都会影响这三个区域的大小。这三个区域的大小就意味着人工光源的诱集鱼类的范围，是其实际效能的重要指标。一般鱼类的适宜照度分布见表1[5]。

表1 几种鱼类的适宜照度Tab.1 Proper illumination for fishes

2 LED的光学特性及节能效果

2.1 LED 的光学特性

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，可以直接把电能转化为光和辐射能，LED具有功耗低、体积小，发光效率高，响应时间极短，光色纯，结构牢固，性能稳定等优点。LED的核心即为半导体的晶片，由环氧树脂进行封装起来[3]。LED发光的颜色由波长决定，是由形成P-N节材料决定的。因此根据不同鱼类对光谱敏感程度的不同，LED诱捕灯可直接短波段光源，即475～500 nm的波长，灯光呈蓝色，对海水的穿透力大。

2.2 LED 的节能效果

目前国内渔船捕捞所用诱捕灯均为金属卤化物灯，功率大，一般水面诱捕灯功率为1 000～2 000 W，在正常捕鱼作业时耗费渔船用电总功率的50%左右。而1艘渔船的成本使用费中，柴油成本占捕捞成本的60%，传统诱捕灯耗电量占捕捞成本的30%以上。其次，传统的捕鱼所用金属卤化物灯使用寿命为8 000 h，由于灯具使用时温度很高，容易出现意外损坏而降低了使用寿命，因此渔船出海捕捞时需配备相当数量的灯泡，使捕捞成本大大提高。现以单船分别使用金属卤化物灯和LED灯为例进行比较说明。

表2 金属卤化物灯和LED诱捕灯使用情况比较表Tab.2 Comparison of metal halide and LED lamp

由表2可见，若按每艘船用LED诱捕灯全部换成金属卤化物灯计算，每年可节省近62万元。由于国内近海渔业资源的匮乏，渔业捕捞的重点发展方向为远洋渔业，目前，我国鱿钓船有500多艘[6]，且中大型鱿钓船的数量在大幅度增加，若所有的渔船均使用LED诱捕灯，其节能量是非常惊人的。

3 LED诱捕灯的设计

LED诱捕灯应满足以下几方面的要求：

（1）性能要求：光源有较大的照射范围，具有足够的照度，能适应鱼群的光谱范围要求；启动操作准确方便迅速；照明设备节能环保低碳；灯具坚固、防震、防风防摇晃、抗冲击、耐腐蚀，水密耐压；LED光源和灯具完全满足渔业作业的要求。

（2）LED驱动器设计：LED驱动器必须具备恒流源、高效率、低损耗、低温升的特性，通过研究电流脉动变化对LED芯片寿命的影响研究，对LED电流回路精度进行设计研究，在LED等的额定电压上浮25%的范围内时，电流稳定在5%以内，使之达到恒流源的目标，并使驱动器的转换效率达95%。通过试验可知，如输出10 W的驱动电源，当效率达95%时，其损耗是0.5 W，当效率只有85%时，其损耗是1.7 W，后者损耗比前者大3倍多，在同等条件下，前者的温度却比后者低10～15℃。而铝基板温度的高低则直接影响LED的使用寿命。

（3）散热结构的设计：LED芯片的温度决定了灯具的使用寿命与光效。有实验测试表明：LED自身温度每上升5℃，光通量就下降3%，而温度在105～85℃之间，每降低10℃，寿命可增加1倍。LED芯片的最适宜温度为65℃以下。由此，通过对散热片的优化设计，强化散热片翅片的结构，确定翅片各几何尺寸的最优值，满足LED诱捕灯在通过空气自然对流及辐射作用将热量带走的情况下的翅片散热结构，选用铝材阴极氧化处理，有效控制节温的升高，延长LED诱捕灯光源的使用寿命。

（4）灯具防摇晃装置的设计：船舶在渔业作业过程中，受柴油机振动和波浪的影响，使船舶始终处于一定的摇晃状态，针对这一现象，设计出特殊的诱捕灯结构，克服LED光源具有较强指向性的缺陷，使船舶不管处于何种晃动状态，诱捕灯始终处于特定的照射区域。

由于渔船处于海洋腐蚀与潮湿的环境中，对诱捕灯组件有腐蚀和导电作用，通过对防腐与防水材料的选择，达到所水面诱捕灯所需要的要求。

4 LED诱捕灯的应用

LED诱捕灯节能效果在日本的鱿钓业与秋刀鱼捕捞中已经得到证实，但LED诱捕灯的普及率仍然不佳。改用LED诱捕灯的鱿钓船，是否具有持续性的集鱼效果，还需要进一步确认[7]，对于LED诱捕灯的结构设计、功率确定及持续应用情况需要进行进一步的海上试验。随着科学的进步及各项技术的完善，LED诱捕灯必将成为今后的光诱渔业作业的重要装备，具有良好的市场发展前景。

[1]俞文钊,何大仁,郑玉水.蓝圆鲹、鲐鱼对等能光谱色的趋光反应[J].厦门大学学报:自然科学版,1972(2):126-130.

[2]今村豊.火光利用の渔业にっぃて[J].日本水产学会誌,1972,38(8):877-880.

[3]吕 正,姚和军.发光二极管的发展现状与市场前景[J].现代计量测试,2005(8):8-11

[4]杨罗定.LED在海洋渔业诱捕中的应用[C]//海峡两岸第十七届照明科技与营销研讨会专题报告论文集，2010:27-36.

[5]中国远洋渔业信息网.光诱鱿钓渔业技术之四[EB/OL].(2006-11-22).http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=176&page.

[6]钱卫国.鱿钓渔业中集鱼灯的优化配置研究[D].上海:上海水产大学,2005:1-144.

[7]中国远洋渔业信息网.日本鱿钓船改用LED集鱼灯成绩出色[EB/OL].（2008-08-21）[2012-05-27].http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=2090.