Лазерно-оптический прибор для инкубации икры «Sturgeon»


На основании результатов полученных исследований был спроектирован лазерно-оптический прибор для воздействия на икру рыб (преимущественно осетровых видов).


Прибор позволяет осуществлять воздействие на икру непосредственно в инкубационном аппарате, не прерывая технологического процесса инкубации.
Общий вид прибора представлен на рис. 111. Расположение прибора на инкубационных аппаратах лоткового типа показано на рис. 112–114.
Технической задачей разработанной установки является повышение эффективности инкубации, выживаемости эмбрионов рыб в процессе инкубации, выхода личинок из оплодотворенной икры и качества получаемого рыбопосадочного материала. 

Общий вид лазернооптического прибора «Sturgeon» для инкубационных аппаратов Вейса
Рис. 111. Общий вид лазернооптического прибора «Sturgeon» для инкубационных аппаратов Вейса
Рис. 112. Расположение лазернооптического прибора «Sturgeon» на инкубационном аппарате Вейса


Лазернооптический прибор для инкубации икры «Sturgeon», расположенный на инкубационном аппарате «Вейса»
Рис. 113. Общий вид расположения лазернооптического прибора «Sturgeon»
на инкубационном аппарате Вейса

Рис. 114. Лазернооптический прибор для инкубации икры «Sturgeon», расположенный на инкубационном аппарате «Вейса»

Поставленная задача решается с помощью установки для инкубации икры «Sturgeon», включающей открытую сверху, прозрачную герметичную емкость (как правило, изготовленную из стекла или любого другого материала), выполненную в форме перевернутой бутылки без дна с нижним патрубком для подачи воды и патрубком в виде сливного носика для ее сброса, расположенным вблизи верхней кромки емкости. Над открытой герметичной емкостью располагается лазернооптическое устройство для воздействия на икру и личинок рыб, включающее источники лазерного и светодиодного излучения, а также приборы для включения излучения и регулирования времени и режима воздействия. Модуль оптического излучения обращен излучающей частью к воде, заполняющей емкость таким образом, что диаграмма направленности излучения перпендикулярна плоскости поверхности воды. Данный модуль электрически связан с модулем питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью.
Конструктивно светодиодный источник оптического модуля обеспечивает получение поляризованного излучения.
Предлагаемое устройство включает следующие элементы:
1) герметичная емкость;
2) нижний патрубок;
3) сливной носик;
4) модуль оптического излучения;
5) модуль питания и управления.
Прозрачная герметичная емкость заполняется водой с помощью нижнего патрубка. Сброс воды из емкости осуществляется через сливной носик, расположенный вблизи верхней кромки ее. Над открытой герметичной емкостью располагается модуль оптического излучения на базе полупроводниковых лазеров и (или) светодиодных источников для воздействия на икру и личинок рыб, электрически связанный с модулем питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью.
В герметичную емкость загружается икра рыб. Расход подаваемой воды и ее качество зависят от рыбоводнотехнологических параметров, необходимых для конкретного вида рыб. За счет того, что икра тяжелее воды, нормативный поток воды создает благоприятные условия для водо и газообмена, но не допускает выброс икры за пределы емкости. Над открытой герметичной емкостью располагается модуль оптического излучения для воздействия на икру и личинок рыб. Модуль оптического излучения электрически связан с модулем питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью.
Модуль оптического излучения может быть как механически связан с корпусом герметичной емкости, так и выполнен отдельно от него. В первом случае модуль оптического излучения механически фиксируют к корпусу герметичной емкости, во втором – в специальном держателе. При фиксации модуля оптического излучения к корпусу герметичной емкости обеспечивается неизменность условий воздействия излучения на икру и личинок рыб в процессе фотовоздействия. Во втором случае, когда модуль оптического излучения механически не связан с герметичной емкостью, легко реализуется поочередное воздействие оптическим излучением на икру и личинок рыб в различных герметичных емкостях путем перемещения модуля оптического излучения от одной емкости к другой.
Конструктивно установку для инкубации икры и, в частности, модуль оптического излучения выполняют в различных вариантах.
1. Модуль оптического излучения выполнен на базе полупроводникового лазера с оптическим преобразователем пучка лазерного излучения, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. В данном случае излучатель полупроводникового лазера с оптическим преобразователем пучка лазерного излучения располагают вдоль оси симметрии герметичной емкости на таком расстоянии от поверхности воды, чтобы размер светового пятна на поверхности воды соответствовал внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом расстояние от поверхности излучателя до поверхности воды определяется расходимостью излучения. Поскольку излучение полупроводникового лазера является поляризованным, то такое воздействие на биообъекты при соответствующем выборе параметров оптического излучения обеспечивает стимулирующее влияние на эмбриональное и постэмбриональное развитие особей.
2. Модуль оптического излучения выполнен на базе матрицы одинаковых полупроводниковых лазеров (лазеров одной длины волны), которая может быть сформирована отдельно расположенными лазерными излучателями, каждый из которых содержит оптические преобразователи пучка лазерного излучения, формирующие на поверхности воды перекрывающиеся световые пятна. При этом суммарное световое пятно, сформированное матрицей полупроводниковых лазеров с оптическими преобразователями пучка, соответствует внутреннему диаметру герметичной емкости. Наряду с этим матрица лазерных излучателей может быть выполнена путем объединения в единый излучатель отдельных лазерных диодов или их линеек с общим для целой матрицы оптическим преобразователем пучка, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости.
3. Модуль оптического излучения выполнен на базе матрицы полупроводниковых лазеров различных длин волн с оптическими преобразователями пучка лазерного излучения, формирующими на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости, при этом модуль питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью обеспечивает комбинированное последовательное воздействие излучением различных длин волн и регулирование длительности паузы между воздействиями. Данный вариант исполнения установки для инкубации икры обеспечивает возможность комбинированного воздействия на гидробионты лазерным излучением различного спектрального диапазона, что значительно усиливает стимулирующее действие физического фактора.
4. Модуль оптического излучения выполнен на базе светодиодного источника, который совместно с оптическим преобразователем пучка излучения формирует на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. В данном случае светодиодный излучатель с оптическим преобразователем пучка оптического излучения располагают вдоль оси симметрии герметичной емкости на таком расстоянии от поверхности воды, чтобы размер светового пятна на поверхности воды соответствовал внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом расстояние от поверхности светодиодного излучателя до поверхности воды определяется расходимостью излучения.
5. Для повышения интенсивности светового воздействия на гидробионты модуль оптического излучения одного спектрального диапазона может быть выполнен на базе матрицы светодиодных источников с оптическими преобразователями пучка излучения, формирующими на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. Матрица светодиодных источников может быть сформирована отдельно расположенными светодиодными излучателями, каждый из которых содержит оптические преобразователи пучка оптического излучения, формирующие на поверхности воды перекрывающиеся световые пятна. При этом суммарное световое 132
пятно, сформированное матрицей светодиодных излучателей с оптическими преобразователями пучка, соответствует внутреннему диаметру герметичной емкости. Наряду с этим матрица светодиодных излучателей может быть выполнена путем объединения в единый излучатель отдельных светодиодов или их линеек с общим для целой матрицы оптическим преобразователем пучка, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру емкости.
6. Модуль оптического излучения выполнен на базе матрицы светодиодных излучателей различного спектрального диапазона, формирующих совместно с оптическими преобразователями пучка излучения на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом модуль питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью обеспечивает комбинированное последовательное воздействие излучением различного спектрального диапазона и регулирование длительности паузы между воздействиями. Данный вариант исполнения установки для инкубации икры обеспечивает возможность комбинированного воздействия на гидробионты оптическим излучением различного спектрального диапазона, что значительно усиливает стимулирующее действие физического фактора.
7. Поскольку, как правило, излучение светодиодных источников является неполяризованным, а биологическое действие оптического излучения зависит от степени его поляризации, то разработан еще один вариант исполнения установки для инкубации икры, в котором предполагается расположение на выходе светодиодного источника или на выходе оптического преобразователя пучка оптического излучения поляризационной пленки таким образом, чтобы плоскость поляризационной пленки была перпендикулярна диаграмме направленности излучения светодиодного источника. Это позволит обеспечить воздействие на гидробионты линейно поляризованного излучения.
Так как использование поляризационной пленки повышает регуляторное действие оптического излучения, то данный вариант исполнения установки для инкубации икры на базе светодиодных излучателей представляется наиболее целесообразным. Однако в этом случае более половины мощности излучения светодиодных источников поглощается самой пленкой, что приводит к дополнительным энергозатратам.
По этой причине в одном из вариантов исполнения установки для инкубации икры предполагается, что конструктивно светодиодный 133
источник оптического модуля обеспечивает получение поляризованного излучения без использования поляризационной пленки. Светодиодные устройства для получения поляризованного излучения активно разрабатываются в последние годы.
Воздействие лазерным излучением или излучением светодиодных источников осуществляют на рекомендуемых стадиях, в рекомендуемых дозировках в зависимости от конкретного вида рыб.
В табл. 15 приведены значения выхода 1дневных личинок из оплодотворенной икры для двух групп. В одной группе (контрольной) икра инкубировалась в герметичной емкости, которая не подвергалась воздействию оптического излучения, а в другой (опытной) – в заявленной установке для инкубации икры, обеспечивающей воздействие на нее лазерным излучением низкой интенсивности.
Таблица 15. Значения выхода 1дневных личинок из оплодотворенной икры, инкубированной под воздействием оптического излучения и лазерного излучения низкой интенсивности

Значения выхода 1дневных личинок из оплодотворенной икры, инкубированной под воздействием оптического излучения и лазерного излучения низкой интенсивности


Из представленных данных следует, что инкубация оплодотворенной осетровой икры в заявленной установке приводит к повышению, по сравнению с прототипом, выхода личинок из оплодотворенной икры. Так, если в контрольной группе выживаемость на стадии выклева составила (69,0 ± 2,7) %, то в опытной – (85,4 ± 4,3) %, достоверность отличий от контроля P < 0,001.
Стимулирующее действие поляризованного излучения не только влияет на выход 1дневных личинок из оплодотворенной икры, но и приводит к увеличению (по сравнению с прототипом) размерновесовых показателей молоди рыб, полученных из облученной икры.
В табл. 16 приведены размерновесовые показатели 50дневной молоди осетровых рыб для двух групп эмбрионов. В одной группе (контрольной) эмбрионы инкубировались в герметичной емкости, которая не подвергалась воздействию оптического излучения, а в другой (опытной) – в заявленной установке для инкубации икры, обеспечивающей воздействие на нее лазерным излучением низкой интенсивности.

Таблица 16. Значения размерновесовых показателей 50дневной молоди осетровых рыб, эмбрионы которых инкубировались под воздействием оптического излучения и лазерного излучения низкой интенсивности

Значения размерновесовых показателей 50дневной молоди осетровых рыб, эмбрионы которых инкубировались под воздействием оптического излучения и лазерного излучения низкой интенсивности


Из представленных данных следует, что инкубация оплодотворенной осетровой икры в предлагаемой установке приводит к увеличению, по сравнению с прототипом, размерновесовых показателей молоди осетровых рыб. Так, длина особей в контрольной группе составила (44,0 ± 0,9) мм, а в опытной – (58,5 ± 0,8) мм, т. е. величина стимулирующего действия (γд = (Lo / Lк) 100 %, где Lo – длина молоди осетровых рыб в опытной группе, мм; Lк – длина молоди осетровых рыб в контрольной группе, мм) составляет (132,9 ± 0,6) %, достоверность отличий от контроля P < 0,05. Масса молоди в контрольной группе составила (530,3 ± 8,2) мг, а в опытной – (735,6 ± 10,0) мг, т. е. величина стимулирующего действия (γм = (Mo / Mк) 100 %, где Mo – масса молоди осетровых рыб в опытной группе, мг; Mк – масса молоди осетровых рыб в контрольной группе, мг) составляет (138,7 ± 7,7) %, достоверность отличий от контроля P < 0,05.
Таким образом, заявленная технология позволяет обеспечить повышение эффективности искусственного воспроизводства и выращивания осетровых рыб за счет повышения выживаемости эмбрионов и личинок, увеличения размерновесовых показателей молоди рыб, а также оптимизации технологии товарной аквакультуры при низкой стоимости оборудования для ее реализации.