二、国内外研究现状 （一）渔业增氧系统研究现状 当今在养鱼水体中采用增氧技术，成为在渔业养殖中合理提高放养密度，增加鱼类进食量，促使鱼类生长，从而获得稳产高产的重要措施。使用增氧设备不仅改善了鱼类的生长环境，而且增加了鱼塘负荷，使鱼病减少，净化池塘水质，提高了饲料利用率。当前淡水养鱼采用的增氧方式主要有以下三种：重力跌水式、充气式和表面搅水式。重力叠水式是利用流水重力自然落差，或人工制造的水位落差，使水流落在溅水板上形成水花，扩大了水和空气的接触面积，使更多氧气溶于水中。该种方式增氧效率低，增氧效果不明显，渐为淘汰。充气式增氧机是以人工制造的氧气或空气中的氧气为气源，铺设水下储气与释放装置，使氧气从水下以气泡形式放出，从而增加氧气与水体的接触面积及接触时间，达到水体增氧目的。但该种方式成本较高，效率较低，且使用范围有较大局限性，仅用于室内或鱼苗养殖。表面搅水式增氧机，主要指叶轮式、水车式、喷水式、涌水式等多种在水体表面工作的增氧机械。这类增氧机主要依靠机械作用，增加表面水和空气的接触面积，使空气中的氧溶于水，达到增氧目的。然而该类增氧机体积庞大，运输困难，只适用于鱼塘及大型渔业养殖场，不适用于小型居家观赏鱼增氧。 （二）超声波增氧系统研究现状 家养观赏鱼已成为众多养鱼爱好者的选择，不仅因为其灵动美观，而且能为生活增添绚丽色彩。每位养鱼爱好者都希望自己的鱼健康活泼，独具特色，为其提供充足的氧气对鱼类健康成长大有裨益，不失为一个好的选择。市面上大多鱼缸增氧器均采用增大氧气与水接触面积这一原理实现鱼缸增氧的效果，但增氧效果并不明显，并且何时需要增氧、何时无需增氧的控制监测功能不健全，这些问题都会给鱼友们造成不必要的麻烦。许多鱼友期望能够研发新型鱼缸自动增氧器，能够使增氧效果显著，同时轻便易携，便于操控。出于用户的更高需求，专家为此进行了超声波鱼缸自动增氧系统设计的研究。 超声波鱼缸自动增氧系统的显著作用，决定了新型便携增氧机的必要性发展。超声波鱼缸自动增氧系统具有如下显著的特点： （1）高效溶氧。超声波增氧的理论依据是：超声波发生器的辐射面在液体中强烈振动时，会从振动面发出无数细小的气泡，这种现象叫做超声波空化。利用其空化
现象，将超声波发生器的辐射面放入水中，并不断冲入空气，使辐射面上产生一个水气两相态，产生雾状水气泡，然后再喷入水中。超声波在水中产生的微小气泡存在时间短，但因表面张力关系，其内部压强上升，因此，即使水中气体呈过饱和状态，气体分子仍能向水中溶解，水气泡逐渐消失。因此超声波增氧能够达到其他增氧设备无法达到的高效增氧效果。 （2）噪声最小化。超声波是一种频率高于20000Hz的声波，不能引起人类听觉器官的感觉。超声波在传播过程中，方向性强，能量易于集中，因此当超声波振动增氧产生空化现象时，能够保证鱼缸环境噪声最小化，从而保证鱼类喜爱的低噪声生活环境，使鱼类更好地生长繁殖。同时，超声波振动增氧对鱼类无辐射类伤害作用，对于确保观赏鱼的生命安全有着积极作用。 （3）便携易操作。1959年世界上出现第三代集成电路计算机，最初的计算机由约翰·冯·诺依曼发明，有三间库房那么大，后来逐步向着小型化、微型化、低功耗、智能化、系统化的方向更新换代。面对市面上各种大型的渔业增氧机日益暴露的缺陷，小型化、低功耗、功能多样化的渔业自动增氧系统将逐步取代粗犷型、高功耗的大型渔业增氧系统。此类小型家用鱼缸增氧系统经鱼嘴接触单稳触发电路，使超声波加氧电路启动对鱼缸内水进行加氧，当水中溶氧量充足时，停止超声波加氧电路，具有体积小、功耗低、使用方便等优点。 基于以上多种优势，超声波水体增氧系统将会在未来市场脱颖而出，代替超大型、高功耗的增氧机，具有积极的研究价值和广泛的应用前景。 三、超声波增氧系统原理及应用 超声波鱼缸自动增氧系统主要是利用超声波空化现象对水体进行加氧。因此，系统模块主要分为三大部分：超声波控制电路、超声波发生电路以及增氧时间自动控制电路。超声波控制电路主要实现单稳触发过程，对水中溶氧量的缺失程度进行判断；超声波发生电路主要引用超声加湿器的振荡回路原理，高平电流震荡通过换能器把电流转化为超声波，将水打碎成为水雾，使空气溶入水中；增氧时间自动控制电路主要利用AT89C51单片机进行时间计数处理，当到达一定时间时，启动继电器，由继电器控制超声波振荡驱动回路的开启或关闭。通过系统三大模块，共同配合实现超声波自动增氧功能。 超声波发生系统中最重要的构成部分为超声换能器，它可用普通压电陶瓷片代替，当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片
压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。 鱼缸设置增氧系统能增加水中氧气，促使水质清洁干净，改善鱼类的生活环境及生长条件。该自动增氧系统使用限幅整流电路，使电压及电流值范围控制在鱼类能够安全生存的指标之内；同时使用安全性能较高的AT89C51单片机进行自动控制，对水体充氧时间进行合理调控，使鱼类的生活环境保持在最佳状态。 四、结论与展望 本文介绍了鱼缸自动增氧系统的研发及应用现状，涉及了系统设计比较常用的技术，所应用的技术都是数字电路设计中较基础的知识，如：输入限幅整流设计、开关稳压电路设计、单稳态触发电路设计及超声波发生电路设计等。超声增氧系统侧重于小型家用鱼缸的增氧和控制。在使用中用户能方便的进行鱼缸增氧控制，并可放心鱼缸加氧时间的调控。然而，该系统包含的超声波发生电路还需要改善，因为在空化过程中，超声波空化现象应当非常明显。但是该系统超声波发生现象不甚明显，所以系统设计的不够完善的。相信在今后的研究中，能够逐步优化系统，提供更适用的功能。 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。 参考文献 [1]张歌.超声波鱼缸加氧器 [J]. 家庭生活用品，2004，12：25-26. [2]曹文. 鱼缸自动充氧控制器 [J].家庭电子，2003,18(3):2-19. [3]汪朝虹.555时基电路的分析和应用 [J]. 江西电力职业技术学院学报，2004，12（4）：51-52. [4]孙道宗，王卫星，许利霞，俞龙.鱼塘含氧量自动监控系统 [J]. 2005,7（4）：128-130.
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