LED誘捕燈的設計與應用研究

龔雅萍

（浙江海洋學院海運學院，浙江舟山 316004）

誘捕燈是光誘漁業作業中最主要的裝備之一，起到誘魚和集魚的作用。隨著漁業捕撈模式的改變，對誘捕燈光源的要求也越來越高，穩定、可靠、高效率、環保節能的誘捕燈應用具有重要的意義。而LED屬于冷光源，與現有金屬鹵化物燈比較，具有高效、節能、環保、壽命長、響應速度快、光波長度可選的特點。

1 燈光誘捕集魚的原理

燈光捕魚技術中的光誘集魚技術，是以魚類對光色的趨光性為其理論依據的。魚類屬于近視眼，但對光照、顏色、物體形狀與運動中的網具均能作出靈敏的反應。通常魚類對光的反應有3種：正向趨光性、負趨光性、對光線無反應。

而不同種類的魚對光的敏感性不同。以頭足類魚為例，此類魚的視網膜對光譜的吸收峰值在465～495 nm[1-2]。其次，影響誘捕集魚的另一原因是魚類喜愛棲息集群的照度。當誘捕燈的照度適宜時，會引起魚類的正向趨光反應；當照度不適宜時，即產生不良感光區，使魚類的趨光性減弱，甚至離開。一般誘捕燈光場分布如圖1。

圖1 誘捕燈光源分布示意圖Fig.1 Light trap resource distribution

（1）不良感光區：緊靠集魚燈的照明區。此處光線極強，超過了魚類等動物的眼所能忍受的范圍。一般魚類在此區域都表現負趨光反應，迅速離去。

（2）良好感光區：在不良感光區外圍的照明區域。這個區域的光照強度適合于魚眼的視覺要求，因此在這個區域內魚類會主動趨向光源，游聚集群，即為趨光區域。

（3）微弱感光區：是良好感光區外圍的光照區域，魚類通常是無法做出正趨光反應和負趨光反應的。

（4）不感光區：是照明區的最外圍的區域。不能為魚類所感受。

不同發光強度的光源，前面的三個區域的大小不一樣。而對同一功率的光源來說，不同種類的魚，對這三個光照區域的反應也不相同。此外，水的透明度、深度和水底的反光程度等都會影響這三個區域的大小。這三個區域的大小就意味著人工光源的誘集魚類的范圍，是其實際效能的重要指標。一般魚類的適宜照度分布見表1[5]。

表1 幾種魚類的適宜照度Tab.1 Proper illumination for fishes

2 LED的光學特性及節能效果

2.1 LED 的光學特性

LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，可以直接把電能轉化為光和輻射能，LED具有功耗低、體積小，發光效率高，響應時間極短，光色純，結構牢固，性能穩定等優點。LED的核心即為半導體的晶片，由環氧樹脂進行封裝起來[3]。LED發光的顏色由波長決定，是由形成P-N節材料決定的。因此根據不同魚類對光譜敏感程度的不同，LED誘捕燈可直接短波段光源，即475～500 nm的波長，燈光呈藍色，對海水的穿透力大。

2.2 LED 的節能效果

目前國內漁船捕撈所用誘捕燈均為金屬鹵化物燈，功率大，一般水面誘捕燈功率為1 000～2 000 W，在正常捕魚作業時耗費漁船用電總功率的50%左右。而1艘漁船的成本使用費中，柴油成本占捕撈成本的60%，傳統誘捕燈耗電量占捕撈成本的30%以上。其次，傳統的捕魚所用金屬鹵化物燈使用壽命為8 000 h，由于燈具使用時溫度很高，容易出現意外損壞而降低了使用壽命，因此漁船出海捕撈時需配備相當數量的燈泡，使捕撈成本大大提高。現以單船分別使用金屬鹵化物燈和LED燈為例進行比較說明。

表2 金屬鹵化物燈和LED誘捕燈使用情況比較表Tab.2 Comparison of metal halide and LED lamp

由表2可見，若按每艘船用LED誘捕燈全部換成金屬鹵化物燈計算，每年可節省近62萬元。由于國內近海漁業資源的匱乏，漁業捕撈的重點發展方向為遠洋漁業，目前，我國魷釣船有500多艘[6]，且中大型魷釣船的數量在大幅度增加，若所有的漁船均使用LED誘捕燈，其節能量是非常驚人的。

3 LED誘捕燈的設計

LED誘捕燈應滿足以下幾方面的要求：

（1）性能要求：光源有較大的照射范圍，具有足夠的照度，能適應魚群的光譜范圍要求；啟動操作準確方便迅速；照明設備節能環保低碳；燈具堅固、防震、防風防搖晃、抗沖擊、耐腐蝕，水密耐壓；LED光源和燈具完全滿足漁業作業的要求。

（2）LED驅動器設計：LED驅動器必須具備恒流源、高效率、低損耗、低溫升的特性，通過研究電流脈動變化對LED芯片壽命的影響研究，對LED電流回路精度進行設計研究，在LED等的額定電壓上浮25%的范圍內時，電流穩定在5%以內，使之達到恒流源的目標，并使驅動器的轉換效率達95%。通過試驗可知，如輸出10 W的驅動電源，當效率達95%時，其損耗是0.5 W，當效率只有85%時，其損耗是1.7 W，后者損耗比前者大3倍多，在同等條件下，前者的溫度卻比后者低10～15℃。而鋁基板溫度的高低則直接影響LED的使用壽命。

（3）散熱結構的設計：LED芯片的溫度決定了燈具的使用壽命與光效。有實驗測試表明：LED自身溫度每上升5℃，光通量就下降3%，而溫度在105～85℃之間，每降低10℃，壽命可增加1倍。LED芯片的最適宜溫度為65℃以下。由此，通過對散熱片的優化設計，強化散熱片翅片的結構，確定翅片各幾何尺寸的最優值，滿足LED誘捕燈在通過空氣自然對流及輻射作用將熱量帶走的情況下的翅片散熱結構，選用鋁材陰極氧化處理，有效控制節溫的升高，延長LED誘捕燈光源的使用壽命。

（4）燈具防搖晃裝置的設計：船舶在漁業作業過程中，受柴油機振動和波浪的影響，使船舶始終處于一定的搖晃狀態，針對這一現象，設計出特殊的誘捕燈結構，克服LED光源具有較強指向性的缺陷，使船舶不管處于何種晃動狀態，誘捕燈始終處于特定的照射區域。

由于漁船處于海洋腐蝕與潮濕的環境中，對誘捕燈組件有腐蝕和導電作用，通過對防腐與防水材料的選擇，達到所水面誘捕燈所需要的要求。

4 LED誘捕燈的應用

LED誘捕燈節能效果在日本的魷釣業與秋刀魚捕撈中已經得到證實，但LED誘捕燈的普及率仍然不佳。改用LED誘捕燈的魷釣船，是否具有持續性的集魚效果，還需要進一步確認[7]，對于LED誘捕燈的結構設計、功率確定及持續應用情況需要進行進一步的海上試驗。隨著科學的進步及各項技術的完善，LED誘捕燈必將成為今后的光誘漁業作業的重要裝備，具有良好的市場發展前景。

[1]俞文釗,何大仁,鄭玉水.藍圓鲹、鮐魚對等能光譜色的趨光反應[J].廈門大學學報:自然科學版,1972(2):126-130.

[2]今村豊.火光利用の漁業にっぃて[J].日本水產學會誌,1972,38(8):877-880.

[3]呂 正,姚和軍.發光二極管的發展現狀與市場前景[J].現代計量測試,2005(8):8-11

[4]楊羅定.LED在海洋漁業誘捕中的應用[C]//海峽兩岸第十七屆照明科技與營銷研討會專題報告論文集，2010:27-36.

[5]中國遠洋漁業信息網.光誘魷釣漁業技術之四[EB/OL].(2006-11-22).http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=176&page.

[6]錢衛國.魷釣漁業中集魚燈的優化配置研究[D].上海:上海水產大學,2005:1-144.

[7]中國遠洋漁業信息網.日本魷釣船改用LED集魚燈成績出色[EB/OL].（2008-08-21）[2012-05-27].http://www.cndwf.com/news.asp?news_id=2090.