基本信息
- 项目名称：
- 高效选择性鱿钓钩设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 目前鱿钓作业中主要存在脱钩率高、钓线纠缠、刺伤船员、兼捕严重等问题。本设计根据海上实验结果，结合头足类摄食习性及钓捕作业中钓钩流体力学原理进行设计，由荧光体、钩刺、弹簧、支架构成。钩刺根据雨伞的原理收缩在荧光体内，荧光体吸引鱿鱼进行捕食，鱿鱼触腕作用于荧光体的力将钓钩打开，实现选择性捕捞。新型鱿钓钩的使用显著提高钓捕效率、保护船员身体健康、维护渔场生态平衡，实现良好的经济、社会效益。
- 详细介绍：
- 光诱鱿钓技术是头足类捕捞的重要作业方式，但在实际鱿钓生产过程中却存在许多问题，首先是由脱钩率高、钓钩纠缠导致的捕捞效率低下问题。其次为钓具选择性不高，兼捕现象严重，给海洋生态环境产生危害。再者是由于钓钩钩刺锋利，对渔民身体健康产生危害。本设计在于设计出新型高效选择性鱿钓钩，显著提高鱿钓生产的经济、生态及社会效益。 研究根据海上对头足类生物学特点、捕食习性进行调查分析，依据头足类生物学、捕食特性借鉴雨伞收缩的原理设计而成。新型选择性鱿钓钩由荧光体外壳、支架、钩刺及弹簧四部分构成。荧光体在钓捕过程中受到扰流阻力及头足类触腕的作用，从而在弹簧的作用于与支架发生相对运动，荧光体的上下活动带动钩刺转动，最终实现钩刺的收缩与张开。 具体使用方法：钓钩在钓捕作业中主要存在钓钩下沉、空载上升、捕获渔获物上升三种情况。其中钓钩的选择性捕捞主要发生在空载上升的过程中，所以只对此过程进行详细分析。由于空载上升分为水中加速上升、水中匀速上升、空中上升三个状态。加速上升时，绕流阻力逐渐变大，钩刺开始伸出。钓钩的加速运动会吸引鱿鱼前来捕食，当鱿鱼伸出触腕吸住钓钩时触腕被伸出的钩刺挂住，由于鱿鱼会向后逃散，船员向上拖拽掉线，钩刺完全展开，完成捕捞。然后船员拖拽钓钩匀速上升，在上升过程中如果鱿鱼试图逃跑，则由于钓钩受力减小，钓钩的夹角会变小，使鱿鱼无法逃脱，降低脱钩率。空载匀速上升时，所受弹力减小，弹性形变减小以使钩刺收缩，钩刺不露出外壳，可以防止兼捕其他生物，同时防止挂线、缠线等情况发生。当钓钩拖出水面后，如果有渔获钓钩必定处于打开状态，如果空载，由于空中没有绕流阻力，弹力小于水中状态，所以钓钩处于闭合状态，可以防止船员刮伤等情况发生。所以通过分析可知，新型伸缩式鱿钓钩的应用可以很好解决目前生产中广泛存在的问题。 我国从事远洋鱿钓的渔船在350－400艘之间，年产量在40万吨左右。根据海上试验，每钓捕一吨鱿鱼需要损耗一个鱿钓钩，所以我国鱿钓钩的需求量每年在40万个以上。鱿钓钩生产具有广大的市场前景。 新型鱿钓钩的使用可以显著提高钓捕效率在20%-30%之间，同时通过降低渔船能耗，同时再加上新型钓钩使用后对钓捕方式的改进，经济效益可以提高30%左右，具有巨大的经济效益。新型鱿钓钩的使用可以显著降低兼捕现象的发生，同时可以实现良好的环境生态效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、目的： 本设计在于设计出新型高效选择性鱿钓钩，显著提高鱿钓生产的经济、生态及社会效益。该设计解决了目前实际操作中脱钩情况严重、钩线缠绕等问题。 二、基本思路： 目前鱿钓作业中存在脱钩率高、钓线纠缠、刺伤船员、兼捕严重等问题。问题出现的原因主要是由于目前使用的钓钩钩刺固定张开，无法收缩。针对这个问题，根据海上实验，我们借鉴雨伞收缩张开的原理对钓钩进行了设计。 三、创新点： 1、根据实验证明了头足类颜色选择性，同时根据实验结果设计采用荧光体材质作为外壳的制作材料。 2、根据头足类捕食习性设计了钩刺伸缩式结构，实现选择性捕捞。 3、根据钓捕技术特点分析同时结合仿生学原理设计了纺锤体形外壳，进一步确保实现选择性捕捞。 四、技术关键： 1、钓钩外部结构全部采用硬质荧光物质构成且根据具体捕捞对象个体大小，需要选择不同材料以保证足够强度。钩刺需要由不锈钢材料制作。支架需要高强度、耐腐蚀材料制作。 2、由于弹簧仅起支撑荧光体作用，当鱿鱼上钩后不再有效，所以弹簧极限负荷下的变形量要求大于荧光体上下活动距离同时钩刺伸出荧光体的距离与弹簧形变距离相关，其中形变距离需要根据荧光体在各种状态下受力状况决定。 3、由于头足类存在严重的种间残食，所以基于仿生学考虑，需要将钓钩外形设计得更接近头足类外部形态特征。 4、由于钓钩的成本要求不得过高，同时钓钩尺寸不大结构设计要求尽可能简单有效。
科学性、先进性
- 1、作品基于海上科学实验首次提出了头足类对于颜色的选择性问题。以往研究认为头足类对于颜色是具有显著选择性的，但是以往调查中只是针对鱿钓过程中钓钩的颜色进行研究，没有考虑钓钩位置的因素。通过海上科学实验，数据统计分析证实在钓捕过程中存在显著差异的是钓钩的位置，而非钓钩彩壳的颜色。该结论结合头足类视网膜色素细胞得到证实。 根据此结论设计采用荧光体材料制作钓钩的外壳，通过新型钓钩在海中闪动的效果起到诱集作用，显著提高钓捕效率。同时钓钩诱集作用加强，可以降低鱿钓船上装配的金属卤化物灯的发光功率，降低渔船能耗，实现巨大的经济效益。 2、作品根据头足类捕食习性同时结合鱿钓作业方式及仿生学原理设计完成纺锤形外壳，钩刺伸缩式结构，实现高效选择性捕捞。可以避免目前鱿钓生产中广泛存在的脱钩率高，钓线纠缠、挂线、钓线缠绕、兼捕现象严重等问题。
获奖情况及鉴定结果
- 1、茎柔鱼摄食习性研究论文《9－10月秘鲁外海茎柔鱼摄食习性的初步研究》发表于《上海海洋大学学报》2010年19期，页码663-667 2、茎柔鱼颜色选择性论文《秘鲁外海茎柔鱼颜色选择性研究》发表于《上海海洋大学学报》2011年19期，页码98-102
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 模型、图纸、图片、磁盘、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、使用说明。钓钩的选择性捕捞主要发生在空载上升的过程中。加速上升时，绕流阻力逐渐变大，钩刺开始伸出。当鱿鱼伸出触腕吸住钓钩时触腕被伸出的钩刺挂住，由于鱿鱼会向后逃散，船员向上拖拽掉线，钩刺完全展开，完成捕捞。然后船员拖拽钓钩匀速上升，如果鱿鱼试图逃跑，则由于钓钩受力减小，钓钩的夹角会变小，使鱿鱼无法逃脱，降低脱钩率。空载匀速上升时，所受弹力减小，弹性形变减小以使钩刺收缩，钩刺不露出外壳，可以防止兼捕其他生物，同时防止挂线、缠线等情况发生。当钓钩拖出水面后，空载时弹力小于水中状态，所以钓钩处于闭合状态，可以防止船员刮伤等情况发生。 二、技术特点及优势。研究均是采用海上科学调查对头足类生物学特点、捕食习性进行分析，根据头足类特性结合鱿钓方式设计而成。 三、市场及经济效益分析。我国鱿钓钩每年需求量在40万个以上，鱿钓钩生产具有广大的市场前景。新型鱿钓钩的使用可以显著提高钓捕效率，同时降低渔船能耗，同时再加上新型钓钩使用后对钓捕方式的改进，经济效益可以提高30%左右，具有巨大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 鱿钓渔业生产开始于17世纪，日本渔民利用头足类趋光性及捕食特点设计了该种渔法。我国从1989年开始由上海水产大学引入该渔法进行北太平洋柔鱼资源量探捕，获得成功。目前使用的钓具均来自于日本相关生产技术，国内对于鱿钓钩设计、使用特性等方面还没有进入深入研究。由于该钓钩的设计依据头足类颜色选择性、摄食习性两方面研究结果进行。所以文章将从鱿钓作业方式，头足类颜色选择性研究、头足类摄食习性三方面进行国内外研究水平概述。 1、鱿钓作业方式研究 头足类捕捞头足类的作业方式主要有钓钩、拖网和流刺网三种，其中光诱钓捕是最重要的作业方式，其产量约占头足类总产量的50%以上，该技术已成为我国远洋渔业中重要的渔法。光诱鱿钓技术是利用柔鱼类的趋光特性和凶猛的摄食习性，运用集渔灯进行诱集鱿鱼，利用拟饵复合伞钩进行钓捕的作业方式。拟饵复合伞钩是以锋利、无倒刺的钩刺直接钓捕柔鱼类的钓钩。 2、头足类颜色选择性研究 在钓捕作业中，钓钩对捕捞效率的影响是多方面的，钓具颜色就是其中之一。Ehrhardt等对加利福尼亚海域茎柔鱼，钱卫国对智利外海茎柔鱼，孙满昌对北太平洋柔鱼等对于钓钩颜色的选择性进行了研究，认为头足类对钓钩颜色具有明显选择性。 头足类具有非常发达的眼睛，其光感受器为感杆型，能辨别钓具的光学特性。头足类视网膜中含有两种光敏色素体系，视紫红质和视网膜色素。据研究，柔鱼中两者的吸收峰值分别为480及495，但是这种情况并不意味着其有色觉功能，通过本次实验证明了这一点。 3、头足类摄食习性研究 鱼类摄食习性的研究,是判断鱼类生长好坏、行动规律、洄游性质、种间关系以及数量变动等方面问题的重要方法之一，也是渔业生物学研究的基本内容之一。陈新军等对于双柔鱼，鸢乌贼，黄洪亮对太平洋柔鱼，Vladimir Laptikhovsky对阿根廷滑柔鱼等的摄食习性都做了深入研究。头足类在发现猎物后并非马上捕食，而是两眼紧盯目标并与其保持一定距离，待其发现时机适合时突然发动攻击。
