Senzorová ryba - Sensor fish
A senzor ryby je malé plastové trubicové zařízení obsahující senzory. Je navržen tak, aby zaznamenával informace, jako je fyzické napětí, které ryba zažívá při navigaci proudů z přehradních turbín.[1]
Popis
Vytvořil Americké ministerstvo energetiky je Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), trubicové zařízení je dlouhé 9 cm (3,5 palce), průměr 2,5 cm (1 palec) a váží 42 gramů (1,5 unce). Je zhruba stejné velikosti jako juvenilní losos. Senzorová ryba má neutrální vztlak, který jí umožňuje zůstat pod vodou. Uvnitř jsou senzory a lithium-iontová baterie. Provádí 2 048 měření každou sekundu a je schopen zaznamenat pět minut turbulence, tlaku a zrychlení a uložit data do flash paměť. Zaznamenává maximální tlak 1,2 MPa (174 liber na čtvereční palec), a to až 200 gs zrychlení, teploty v rozmezí -40 až 127 ° C (-40 a +260 stupňů F) a rychlost otáčení až 2 000 stupňů za sekundu.
Konstrukce
Senzorová ryba se vyrábí ručně v laboratoři bioakustiky a průtoku v rámci PNNL. Dostává finanční prostředky od Výzkumný ústav elektrické energie a americké ministerstvo energetiky Úřad pro energetickou účinnost a obnovitelnou energii.
Specifikace
Níže jsou uvedeny specifikace stanovené Tichomořskou severozápadní národní laboratoří:[2]
- Napájení: dobíjecí 3,7 voltová lithium-iontová baterie
- Délka: ~ 90 mm
- Průměr: ~ 25 mm
- Hmotnost: ~ 42,1 g
- Cena: 1200 $ každý
- Gyroskop: Model ITG-3200, InvenSense Inc.[3]
- Orientace: Modul LSM303DLHC eCompass vyrobený společností STMicroelectronics, Ženeva, Švýcarsko[3]
- Používání: Kaplanova turbína; Francisova turbína; malé vodní elektrárny; přečerpávací vodní vodní zařízení
- Paměť: ~ 5 minut dat s flash pamětí
- Rychlost: 2 048 měření za sekundu
- Tlak: Model MS5412-BM, Measurement Specialties, Inc., vyrobený v Hamptonu ve Virginii, schopný tlaku 174 liber na čtvereční palec
- Zrychlení: Akcelerometr modelu ADXL377, Analog Devices, Inc.[3]
- Rotační rychlost: 2 000 stupňů za sekundu
- Teplotní rozsah: -40 až +125 stupňů Celsia pomocí modelu TC1046 od společnosti Microchip Technology Inc.
- Vztlak: neutrální
- Další funkce:
- Existuje zařízení, které po určité době uvolní dvě malá závaží, která způsobí, že zařízení přijde na povrch k vyzvednutí.
- Čtyři VEDENÝ kontrolky pro vyhledávání a diagnostiku, které blikají oranžově, žlutě a zeleně
Účel
Data shromážděná ze senzorových ryb se používají k vytváření nových návrhů pro přehradní turbíny. Stárnoucí přehrady vyžadují dodatečné vybavení a vylepšení a lze vzít v úvahu úvahy o dopadu na ryby.
Senzorová ryba byla původně navržena tak, aby zkoumala účinky nejběžnějšího druhu turbíny v Povodí řeky Columbia, Kaplanova turbína. Většina testů byla provedena na Přehrada Ice Harbor Dam, 100 stop vysoká struktura. Uvnitř turbíny této přehrady jsou zaznamenané změny tlaku stejné jako při pohybu z hladina moře na vrchol Mount Everest v okamžiku.[4]
V roce 2015 vyhodnotí senzory ryby přehradu v jihovýchodní Asii Řeka Mekong, zavlažovací konstrukce v Austrálie, konvenční přehrada a tři malá vodní zařízení ve Spojených státech.[5]
Proces sběru dat
Senzor ryb je uložen do nádrže na vypouštění ryb v horní části hráze. Tam začne zaznamenávat data, když cestuje dolů uvolňovací trubkou náboje. Poté vstupuje a prochází turbínou. Odtamtud je spláchnuto do tailrace a je získáváno lodí.
Zařízení je poté umístěno do dokovací stanice, kde začne dobíjet baterii a čeká na přenos shromážděných dat. Dokovací stanice využívá modul převodu tranzistor-tranzistor-logika na převodník Universal Serial Bus (TTL-to-USB). Slouží k odesílání dat do přenosného počítače pomocí softwaru vyvinutého společností PNNL. Jakmile je sériový port nastaven na 921,6 kb / s, 8 datových bitů, 1 počáteční bit, 1 stop bit a žádná parita, může dojít k přenosu. Tento software může také převést surový binární datový soubor na tabulkový procesor CSV (oddělené čárkami). To umožňuje vědcům vykreslit data.[3]
Starší verze
První verze byla vyvinuta na konci 90. let a byla nazývána „Flubber Fish“.[6][7] Byl vytvořen za účelem zvýšení míry přežití lososů během jejich cesty přes přehrady v povodí řeky Columbia. Byl čirý, pogumovaný a vypadal jako ryba.[8]
Budoucí design
Model druhé generace bude schopen pojmout další hydraulické konstrukce a turbíny. Má lepší senzory pro detekci tlaku, lepší akcelerometry a lepší gyroskopy které detekují rychlost otáčení. V zařízení je a rádiový vysílač. Existuje také zařízení, které po určité době uvolní dvě váhy. To umožňuje snímacím rybám přijít na povrch k načtení.
Komerční výroba
V lednu 2019 Advanced Telemetry Systems, Inc. Společnost Isanti, Minn., Zahájila výrobu a prodej senzoru Fish pro komerční použití na základě licence od společnosti PNNL. A tisková zpráva z PNNL v té době bylo oficiálně zveřejněno oznámení licenční smlouvy mezi oběma stranami. Dodávky zákazníkům začaly v dubnu 2019. Kanada pro rybolov a oceány bude prvním zákazníkem, který obdrží komerční verzi senzoru Fish. (ATS model ARC800). Jednotka se prodává za přibližně 3000 $.
Reference
- ^ „Senzorové ryby ukazují, jak vodní přehrady ovlivní lososa“. twwtn.com.
- ^ "PNNL: Novinky - Syntetické ryby měří divokou jízdu přes přehrady". pnnl.gov.
- ^ A b C d Z. D. Deng-J. Lu-M. J. Myjak-J. J. Martinez-C. Tian-S. J. Morris-T. J. Carlson-D. Zhou-H. Hou. „Návrh a implementace nové autonomní senzorové ryby na podporu pokročilého vývoje vodní energie“. aip.org.
- ^ Michael Cooney (5. listopadu 2014). „Internet rybích věcí“. Síťový svět.
- ^ „Elektronická„ ryba “nám pomáhá porozumět zkouškám migrace lososů“. Zprávy o světě přírody.
- ^ http://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-15708.pdf
- ^ https://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141105093338.htm
- ^ „PNNL: Breakthroughs Magazine - Fall 2000: Special Report - Sensor fish make a splash“. pnnl.gov.
externí odkazy
- Návrh a implementace nové autonomní senzorové ryby na podporu pokročilého vývoje vodní energie, Z. D. Deng, J. Lu, M. J. Myjak, J. J. Martinez, C. Tian, S. J. Morris, T. J. Carlson, D. Zhou a H. Hou
- Technická zpráva: Charakterizace podmínek průchodu ryb přes jednotku rybího jezu a turbíny 1 ve Foster Dam v Oregonu, použití senzorových ryb, 2012, Únor 2013
- Syntéza údajů ze senzorových ryb pro hodnocení podmínek průchodu ryb na turbínách, přepadech a obtokových zařízeních - fáze 1: Případová studie přelivu přehrady Dalles, 31. prosince 2007
- Vývoj senzorového rybího zařízení pro měření fyzikálních podmínek v náročných hydraulických podmínkách, T. J. Carlson, J. P. Duncan, únor 2003