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为了从例如在来自河流的出水管或渠道的进口（12）附近的水下区域驱离水下动物，通过在该水下区域中的发声和发光单元（14）产生声音和光，并且对声音和光间歇地加脉冲和/或对声音和光的至少一个特征重复地进行调制。至少一些光脉冲和/或在至少一些光调制重复中的至少一个特征的出现与至少一些声音脉冲和/或在至少一些声音调制重复中的至少一个特征的出现基本上同步。例如，可对声音进行频率调制，且在声音频率到达其最小值时，可对光进行加脉冲。相信光和声音的此种同步具有协同效果。

权利要求书

用于将水下动物从水下区域驱离的系统
技术领域
本发明涉及用于将鱼类和其它水下动物从水下区域驱离的系统和方法。
背景技术
众所周知，为了诸如冷却热力发电站、驱动水电站并且提供灌溉和饮用水，要从河流、湖泊以及海洋中抽取大量水。水下动物会随着水抽出，随后可能会致死和伤害这些动物，并且使设备和机器受损并增大对于设备和机器维护的需求。
该问题的部分解决方案是在整个排水口上提供物理滤网或网筛。然而，水下动物被推靠于或推入滤网会致死或伤害水下动物。此外，该滤网为捕食者提供了良好的狩猎场。此外，滤网会被碎片堵塞并且会需要进行定期维护。
该问题的另一种部分解决方案是使用动作筛查来将海洋动物从出水口驱离。更确切的说，将出水口正上游的水下区域浸渍在厌恶性刺激中，使得接近该区域的动物会发现该刺激十分讨厌并掉转离开该区域。一种已知的厌恶性刺激是由水下扬声器产生的响亮噪声。另一种已知的厌恶性刺激通过由水下频闪放电管产生的明亮闪光而形成。为此目的而使用的这类频闪放电管会产生极短持续时间、通常是几纳秒的极亮闪光。这些动作筛查方法中没有一种方法被证明完全有效。此外，频闪放电管具有有限的寿命并且需要定期更换。
发明内容
本发明的目的或本发明的至少一些特定实施例是提供用于将水下动物从水下区域驱离的系统和方法，该系统和方法比上面讨论的方法更有效并且需要最小程度的维护。
根据本发明的第一方面，提供一种用于将水下动物从水下区域驱离的系统，包括：发声装置，该发声装置用于在水下区域中发出声音；发光装置，该发光装置用于在水下区域中发光；以及驱动装置，该驱动装置用于驱动发声装置和发光装置。驱动发声装置和发光装置，使得：对声音间歇地加脉冲和/或对声音的至少一个特征重复地进行调制；对光间歇地加脉冲和/或对光的至少一个特征重复地进行调制；并且至少一些光脉冲和/或在至少一些光重复调制中的至少一个预定特征的出现与至少一些声音脉冲和/或在至少一些声音重复调制中的至少一个预定特征的出现基本上同步。
光和声音脉冲和/或调制重复的同步在将水下动物驱离该区域方面具有协同效果。对此一种可能的解释如下所述。人类会很容易觉得附近的爆炸声音很吓人并且希望离开此处，但却不确定该往哪个方向走。此外，看到附近明亮闪光的人类会觉得吃惊，但并不像爆炸声音那样害怕，且他们不会采取任何立即行动，除非闪光重复并且变得恼人。然而，如果爆炸声音和明亮闪光组合起来，人的反应则可能是立即沿远离闪光源的方向移动。
较佳的是，光间歇地加脉冲。至少一些光脉冲的开始可与声音基本上同步。然而，在每个光脉冲所具有的持续时间小于光脉冲之间持续时间的情形中，光脉冲大体上可与声音基本上同步。每个光脉冲较佳地具有至少1ms的持续时间。发光装置较佳地包括至少一个LED，该LED通常比频闪管具有更长的寿命并且需要较不复杂的驱动回路，发出等量的光能但却具有较长持续时间的脉冲。或者，发光装置可包括至少一个冷阴极荧光灯管、卤素灯或荧光灯。
替代地或附加地，可对光的至少一个特征、例如其亮度或其颜色重复地进行调制。光的重复调制特征或者其中的至少一个可在数值上逐渐地变化。在该情形中，光的重复调制特征的数值中的至少一些最大和/或最小值较佳地与声音基本上同步。或者，光的重复调制特征或者其中的至少一个可在数值上以逐步的方式变化。在该情形中，光的重复调制特征的数值中的至少一些阶跃变化较佳地与声音基本上同步。
较佳地是，对声音的至少一个特征、例如其音调（即，频率）、音量或波形重复地进行调制。在波形调制的情形中，该波形可在以下波形中的至少两个之间调制：正弦波；斩波正弦波；方形波；三角形波；以及锯齿形波。声音的重复调制特征或者其中的至少一个可逐渐地变化。在例如音调或音量调制的情形中，声音的重复调制特征的数值中的至少一些最大和/或最小值可与光基本上同步。例如，声音的音调可在高频率和低频率之间逐渐地调制，而在声音达到高频率时会产生闪光。在例如波形调制的情形中，声音的调制重复中的至少一些重复预定阶段可与光基本上同步。替代地或附加地，声音的重复调制特征或者其中的至少一个可以逐步的方式变化。在该情形中，声音的重复调制特征中的至少一些阶跃变化可与光基本上同步。
替代地或附加地，声音可间歇地加脉冲。在该情形中，至少一些声音脉冲的开始可与光基本上同步。然而，在每个声音脉冲所具有的持续时间小于声音脉冲之间的持续时间的情形中，声音脉冲大体上可与光基本上同步。例如，诸如撞击声、爆炸声之类声音的每个脉冲或正弦波的一段可与闪光同步。
较佳地以不大于50Hz的调制和/或脉冲频率对声音和/或光进行调制和/或加脉冲。若以较高的光调制频率，则水下动物会无法察觉到该调制。
对于光的每次脉冲或调制重复可提供声音的一次脉冲或调制重复。或者，对于光的每次脉冲或调制重复可提供声音的多次脉冲或调制重复。例如，声音的音调可在高频率和低频率之间逐渐地调制，而每次在声音达到高频率时会产生闪光。或者，对于光的多次脉冲或调制重复可提供声音的一次脉冲或调制重复。例如，三次闪光中仅有一次可伴随有撞击声，或者在低频和高频之间调制声音时会产生三次闪光，一次闪光与达到高频率的声音同步。
声音和光的加脉冲和/或调制可具有恒定的速率，从而进行循环。另一方面，声音和光的加脉冲和/或调制可具有调制速率。相信这可防止水下动物习惯于由该系统产生的光和声音。或者，声音的加脉冲和/或调制可以是伪随机的，且光与声音基本上同步。另一方面，光的加脉冲和/或调制可以是伪随机的，且声音与光基本上同步。例如，该系统可设置成以伪随机的间隔产生闪光，且撞击声伴随着定期或伪随机方式所产生闪光的一些但非全部的闪光。此外，相信这可防止水下动物习惯于由该系统产生的光和声音。
在本发明的一个尤其较佳实施例中，驱动装置驱动发声装置和发光装置，使得：发光装置重复地产生光脉冲；每个光脉冲具有至少1ms的持续时间；光脉冲具有不超过50Hz的脉冲频率；发声装置产生音量和/或音调被重复调制的声音；并且每次声音调制重复中的至少一个特征与光脉冲基本上同步。
声音和光可在水面上产生并且投射到水中，然而声音和光较佳地在水下产生，且将水下动物驱离该水下区域，在该情形中，发声装置和/或发光装置较佳地适合于水下使用。发声装置和发光装置较佳地设置成彼此相邻。因此，水下动物能使光和声音彼此相关。
根据本发明的第二方面，提供一种用于将水下动物从水下区域驱离的方法。该方法包括在水下区域发出声音以及在水下区域发光。对声音间歇地加脉冲和/或对声音的至少一个特征重复地进行调制。对光间歇地加脉冲和/或对光的至少一个特征重复地进行调制。至少一些光脉冲和/或在至少一些光调制重复中的至少一个特征的出现与至少一些声音脉冲和/或在至少一些声音调制重复中的至少一个特征的出现基本上同步。
本发明第二方面的方法较佳地包括由本发明第一方面所提供的上述任何步骤或功能。
附图说明
现在结合附图仅仅借助示例来描述本发明的特定实施例，附图中：
图1A‑C分别是具有安装有鱼类驱离系统的出水管的河流的示意剖视图、纵剖视图以及平面图；
图2A‑C分别是具有安装有鱼类驱离系统的出水渠道的河流的示意剖视图、纵剖视图以及平面图；
图3是鱼类驱离系统的组合发声和发光单元的示意轴测图；
图4是用于发声和发光单元的驱动回路的一个实施例的示意图；
图5A和5B是说明图4所示回路的两个不同操作模式的波形图；
图6是用于发声和发光单元的驱动回路的另一个实施例的示意图；
图7是说明图7所示回路的操作的波形图；
图8是用于发声和发光单元的驱动回路的又一个实施例的示意图；
图9是说明图8所示回路的操作的波形图；
图10和11示出图8和9所示结构的变型；以及
图12‑15是说明驱动回路的替代操作的波形图。
具体实施方式
参见图1A‑C，在鱼类驱离系统的安装的一个示例中，河流10具有地下出水管12，水通过该出水管抽至灌溉系统（未示出）中。组合的发声和发光单元14在出水管12的进口端附近安装在设置于河床18中的柱部16上，并且由缆线22连接于设置在河岸24上的驱动单元22。在使用中，发声和发光单元14在例如180度的宽范围上将同步的声音和光线从出水管12的进口端辐射出来，且主要辐射轴线近似与出水管12对准。同步的声音和光线将河流10中的鱼类驱离出水管12的进口端。
参见图2A‑C，在鱼类驱离系统的安装的另一个示例中，河流10具有出水渠道26，水沿着该出水渠道抽至发电站（未示出）。七个组合的发声和发光单元14在出水渠道26的进口端附近安装在设置于河床18或渠床中的柱部16上，并且散布在出水渠道26的整个进口端。发声和发光单元由缆线20连接于设置在河岸24上的驱动单元22.在使用中，发声和发光单元14在例如180度的宽范围上将同步的声音和光线从出水渠道26的进口端辐射出来。如图2C所示，发声和发光单元14可定向成使得它们的主要辐射轴线并不平行，以改进声音和光线的分布。同步的声音和光线将河流10中的鱼类从出水渠道26的进口端驱离。
参见图3，每个发声和发光单元14包括防水壳28，该防水壳容纳防水扬声器30和多个LED32，以使它们的电气连接件免受水的影响。扬声器30具有足够大的功率来产生约160dB re 1uPa的声级。虽然在附图中示出了四个LED，然而显著更大数量的LED32可包括在单元14中，例如八十个。每个LED32通常会具有2W的功率消耗。LED32可设置成都沿相同方向发光，或者它们能以各个角度发光，以获得所需要的光分布型式。LED可产生白光，但其它颜色的光也是有效的。用于发声和发光单元14的连接缆线20携带用于扬声器30的驱动信号和用于LED32的单独驱动信号。
参见图4，在驱动单元22的一个示例中，调制速率设定装置34产生代表例如范围在1Hz和50Hz之间的所期望调制速率F_调制的信号，该信号供给至时钟36并且供给至调制波发生器38。时钟36以调制速率F_调制产生方形波信号，该方形波信号供给至脉冲发生器40并且供给至调制波发生器38。脉冲宽度设定装置42产生代表光脉冲的所期望脉冲宽度T_P的信号，该脉冲宽度T_P例如在1ms和500ms之间（且更佳地是约20ms）并且小于调制速率F_调制的倒数1/F_调制。脉冲发生器40以调制速率F_调制产生一系列矩形脉冲，每个脉冲以时钟信号中的正向变换开始，且每个脉冲具有脉冲宽度T_P。该一系列脉冲从发生器40供给至放大器和调节器44，该放大器和调节器以它们合适的电流来驱动LED32使得这些LED烁光，且每次闪光以时钟信号中的正向变换开始，并且每次闪光具有脉冲宽度T_P。最小声音频率设定装置46和最大声音频率设定装置48产生分别代表最小声音频率F_最小和最大声音频率F_最大的信号，且这些信号供给至调制波发生器38。最小和最大声音频率F_最小、F_最大可以例如分别是10Hz和500Hz。此外，调制波形设定装置50产生代表声音调制是否具有正弦波形、方形波形、三角波形、锯齿波形或更复杂波形的信号，且该信号也供给至调制波发生器38。调制波发生器38产生声音频率信号Fs，该声音频率信号：（a）以调制速率F_调制在最小声音频率F_最小和最大声音频率F_最大之间调制；（b）具有由调制波形设定装置50指示的波形；以及（c）在与来自时钟36的时钟信号中的正向变换同步的波形中具有特定特征（例如最大、最小或阶跃变化）。声音频率信号F_S供给至声波发生器52，同样是来自声音波形设定装置52的代表所需声音波形（例如正弦波形、方形波形、三角波形或锯齿波形）的信号。声波发生器52产生音频信号，该音频信号具有由声音波形设定装置54指示的波形和由声音频率信号F_S指示的频率。音频信号供给至音频放大器56，该音频放大器将信号放大至足以供给至扬声器30的水平。
图5A示出由调制波形设定装置50所设定的调制波形是正弦波的示例，该正弦波使其最小值同步。因此，由扬声器30产生的声音频率F_S以调制速率F_调制在最大频率F_最大和最小频率F_最小之间上下正弦地扫动，每次声音频率F_S处于最低值时，LED32产生具有闪光持续时间T_P的闪光。应注意到，图5A示出声音频率，而非音频波形或音频音量。音频波形由声音波形设定装置54设定。
图5B示出由调制波形设定装置50所设定的调制波形是三角形波的另一示例，该三角形波使其最大值同步。因此，由扬声器30产生的声音频率F_S以调制速率F_调制在最大频率F_最大和最小频率F_最小之间线性调制，每次声音频率F_S处于最大值时，LED32产生具有闪光持续时间T_P的闪光。
参见图6，驱动单元22的又一实施例类似于结合图4描述的单元，除了该驱动单元调制声音音量以外。确切的说，最小和最大频率设定装置46、48由最小和最大音量设定装置58、60替代，该最小和最大音量设定装置提供分别代表最小和最大声音音量的信号V_最小、V_最大。因此，调制波发生器38产生声音音量信号V_S，该声音音量信号：（a）以调制速率F_调制在最小声音音量V_最小和最大声音音量V_最大之间调制；（b）具有由调制波形设定装置50指示的波形；以及（c）在与来自时钟36的时钟信号中的正向变换同步的波形中具有特定特征（例如最大、最小或阶跃变化）。将声音音量信号V_S供给至音频放大器56的音量输入。声音波形设定装置54不仅设定了所期望的声音波形，而且设定了声音的频率。
图7示出由调制波形设定装置50所设定的调制波形是锯齿形波的示例，该锯齿形波使其最大值同步。因此，由扬声器30产生的声音音量V_S在1/F_调制的阶段从最小音量V_最小线性地增大至最大音量V_最大，每次达到最大音量V_最大时，LED32产生具有闪光持续时间T_P的闪光，且音量V_S马上降回至最小音量V_最小。
图8示出驱动单元22的又一实施例。调制速率设定装置34产生代表例如在1Hz和50Hz之间的期望调制速率F_调制的信号，该信号供给至时钟36。时钟36以调制速率F_调制产生矩形波信号且具有小的传号空号比(mark:space ratio)，该矩形波信号供给至脉冲发生器40以及噪声发生器64。脉冲宽度设定装置42产生代表光脉冲的所期望脉冲宽度T_L的信号，该脉冲宽度T_L例如在1ms和500ms之间且小于调制速率F_调制的倒数1/F_调制。对于所接收的每个时钟脉冲，脉冲发生器40产生矩形脉冲，该矩形脉冲具有脉冲持续时间T_L并且通至LED放大器和调节器44，然后通至LED32。又一脉冲宽度设定装置65产生代表声音的所期望脉冲宽度T_S的信号，该脉冲宽度T_S例如在1ms和500ms之间并且小于调制速率F_调制的倒数1/F_调制。对于所接收的每个时钟脉冲，噪声发生器64产生突发噪声，该突发噪声具有脉冲持续时间T_S并且通至音频放大器56，然后通至扬声器30，这产生突发音频，例如听起来像爆炸声或撞击声。因此，如图9所示，对于由时钟36以频率F_调制产生的每个时钟脉冲，LED32产生持续时间T_L的闪光，而扬声器30产生持续时间T_S的突发噪声，且每个突发噪声的开始与闪光的开始同步。
图10和11示出图8和9所示实施例的改型。在该情形中，一对随机开关60、62分别设置在时钟36以及脉冲和噪声发生器40、64之间。随机开关60、62独立地且随机地决定是否使时钟信号的脉冲通至脉冲发生器40和噪声发生器64。因此，如图11所示，对于由时钟36以调制速率F_调制产生的每个时钟脉冲，存在四个结果中的一种：（1）LED32产生持续时间T_L的闪光，而扬声器30产生持续时间T_S的、与闪光同步的突发噪声；（2）LED产生持续时间T_L的闪光，而扬声器30安静；（3）扬声器30产生持续时间T_S的突发噪声，而LED32不闪光；或（4）LED32不闪光，而扬声器30安静。
应理解的是，可对上述实施例进行许多修改和改型。
例如，在图4和6所示的回路中，可永久地设定调制波形的类型、声音波形的类型以及最大和最小声音频率F_最大、F_最小。在图4、6和8的回路中，可永久地设定光脉冲宽度T_P或T_L。在图8的回路中，可永久地设定声音脉冲宽度T_S。
在图4和6所示的回路中，无需逐渐地扫过声音频率；而是，如图12所示，声音频率可在两个或多个不同的频率之间跳动，如图13所示，光脉冲与所有的频率跳动同步，或者如图14所示，光脉冲仅仅与其中一些频率跳动同步。在该情形中，不同的频率跳动可与不同脉冲宽度的光脉冲同步。此外，如图15所示，除了同步的光脉冲66以外，还可包括具有相同或不同持续时间的其它光脉冲68。
在图4和6所示的回路中，除了对声音的频率或音量进行调制以外，可例如通过在正弦波形和方形波形之间跳动或者在正弦和方形波形之间逐渐地变化来对声音进行调制。
虽然图4、6和8所示的回路产生尖锐的光脉冲，然而还能以类似于结合图6进行描述的声音音量调制的形式对光的亮度进行逐渐地调制。此外，除了亮度以外，或者作为亮度的替代，也可对光的颜色进行调制。
在上文所述的回路中，调制速率F_调制无需是恒定的。实际上，可如此地进行变化，尤其在光脉冲和突发声音变得伪随机的图8所示回路的情形中，仅仅使至少一些光脉冲与一些突发声音同步。
如果暴露于任何重复的声音和光组合的水下动物留在出水口10、26附近较长时间段，则这些水下动物可能会变得习惯于该声音和光组合。换言之，由于这些动物变得习惯于该刺激，则它们对于这些刺激的反应时间会减小。在该情形中，有用的是，时不时改变这些光和声音，或者在长时间后改变这些光和声音。例如，在图4和6所示的回路中，调制速率F_调制、最大和最小频率F_最大、F_最小、调制波形、声音波形、光脉冲宽度T_P和/或最大和最小音量V_最大、V_最小可随着时间逐渐地改变或者时不时变化。
在上述实施例中，闪光具有相对较短的持续时间T_P，而声音的同步特征与每次闪光的开始同步。替代地，声音的同步特征（即，最大、最小或阶跃变化）会与每个光脉冲的中部或结束部同步。
应注意的是，上文仅仅借助示例描述了本发明的各实施例，且在本发明的范围内可对这些实施例进行许多其它修改和改型。