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1、激光科技在渔业上的应用- 0 -目目 录录1.前言 12.2 激光在水产加工方面的应用 132.2.1 激光珍珠打孔 132.2.2 激光贝类开壳142.2.3 激光焊罐152.2.4 激光超微粉碎152.2.5 激光制冷162.2.6 激光“鱼肝油” 162.2.7 激光净化污水172.2.8 激光凝聚、沉淀182.2.9 激光干燥192.2.10 激光发酵 192.2.11 激光杀菌 20附录 可用于渔业的几种激光器第 0 页 共 41 页激激光光科科技技在在渔渔业业上上的的应应用用摘要：激光科技与渔业乍听起来是风与牛马不相干的。实际上激光早已在渔业上应用，涉及渔业生产与学科的各领域，即水
2、产养殖、水产加工、水产捕捞与水产检测等，预期激光科技会在渔业上广泛应用。关键词：激光科技 渔业 应用1 1 前言前言光学，从我国春秋末年墨翟（公元前 468376 年） ，在他的“墨经”中论述了光的直线前进开始，已经过了漫长的 2000 多年。至 19 世纪的 50 年代，光学可以说是已经山穷水尽了。但从 1960 年 7 月 7 日美国 Moiman 研制成第一台激光器后，光学又从此豁然开朗，呈现出一片全新的局面。激光英文为 Laser，音译菜塞，是英文词组一“光波激射器” ，英文第一个字母的缩写。早在 1817 年爱因斯坦就发表了关于光的吸收与发射的论文， “关于辐射的量子理论”指出自发射
3、与受激发射的差别，为激光的发展提供了理论基础。1954 年美国与苏联先后研制出第一批微波激光器，1960 年才研制成功第一台激光器，才验证了爱因斯坦的相对论。我国研制成功第一台激光器，仅落后于世界一年。激光是 20 世纪的重大发现之一，激光技术的诞生撼动了科学界，令人眼花缭乱，非同凡响，对许多科学起了很大的影响，已横断许多科技领域，衍生了许多边缘科学。在社会需要的推动下，激光技术正在日新月异地发展中，科学家都为之振奋起来，探索利用激光技术为人类造福，成果接踵而至，已成为新技术革命的“带头技术”之一。激光技术的用途，1984 年前已突破万项，已进入现代科学中最活跃的领域。激光与渔业，乍听起来好像
4、是风马牛不相干的事，其实激光技术在 60 年代开始，就悄悄地闯入渔业的殿堂，已经在渔业的许多方面应用，并已显示出胜第 1 页 共 41 页于传统技术的种种优越性，激光早就与渔业结良缘。激光俗称“神光” 、 “魔光” 、 “死光” ，有许多奇异和可贵的特性。许多人认为激光深奥莫测，是高不可攀的高技术。其实激光也是一种光，也是一种电磁波，不是不可知的。渔业与生物学、物理学有着紧密的联系，甚至可以说是不可分割的。渔业在其发展过程中，有效地采用了物理学的一系列成果，现在又采用了物理学的新技术激光。激光对渔业来说具有物理学与生物学的双重特性。激光在水产养殖与水产加工方面的应用，主要是运用了激光的生物特性
5、；而激光在水产捕捞与水产检测方面的应用，主要是运用了激光的物理特性。激光在渔业上的应用有二大类：一类是常规的通用激光技术在渔业生产领域中的应用，如激光气象预报、激光光纤通讯、激光计量、激光机械加工、激光热处理、激光测绘、激光音像等等；一类是渔业专业性比较强的专用激光技术。本文只讨论后一类，有些可能是意想不到的。2 2 激光在水产养殖与水产加工方面的应用激光在水产养殖与水产加工方面的应用渔业生产活动的对象大多是有生命的有机体，由于生命有机体是自然界运动的最复杂的一种形式，激光对生产、有机体有特殊功能，其作用是相当复杂的。激光在水产养殖与水产加工方面的应用，主要运用了激光的生物学特性，即以下四方面
6、的效应：光效应：有机体吸收了光，而引起分解和电解，以及产生荧光而生热等光化学反应，从而使有机体产生影响和变化。热效应：聚焦于有机物的微小部分，持续几秒，即温升至几百度，降温很慢，足以使蛋白质变性、凝固、汽化、炭化。压力效应：有二个方面。一是激光本身的光压作用，目前 17 兆兆瓦激光器可产生 105 公斤/厘米2的压力；一是激光热使组织膨胀产生“次生冲击波” 。电磁效应：伴随激光强光的磁场，强度可达几十万伏。对于构成有机组织的原子、分子直接影响，有机组织离化，游离基产生。第 2 页 共 41 页2.22.2 激光在水产加工方面的应用激光在水产加工方面的应用激光在水产品直接加工方面报导还不多，仅有
7、激光贝类开壳、珍珠打孔、超微粉碎等，间接加工有制冷、焊罐、合成鱼肝油等。而对水产品加工有关的废弃物与污水处理方面，却是一个新领域，包括污水的凝聚、沉淀、固态物的干燥、发酵、杀菌等资源化、无害化处理技术。2.2.12.2.1激光珍珠打孔激光珍珠打孔激光束打孔机一般由固体激光器、电气系统、光学系统和三坐标移动工作台等四大部分组成。）固体激光器工作原理 当激光工作物质钇铝石榴石受到光泵(激励脉冲氙灯)的激发后，吸收具有特定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数，这种现象称为粒子数反转。一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，就会造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射
8、镜的反馈作用产生振荡，最后由谐振腔的一端输出激光。激光通过透镜聚焦形成高能光束照射在工件表面上，即可进行加工。）电气系统包括对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式(脉冲式或连续式等)的控制系统。在后者中有时还包括根据加工要求驱动工作台的自动控制装置。）光学系统的功能是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此，它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。）投影系统用来显示工件背面情况，在比较完善的激光束打孔机中配备。）工作台由人工控制或采用数控装置控制，在三坐标方向移动，方便又准确地调整工件位置。工作台上加工区的台面用玻璃制成，因为不透光的金属台面会给检测带来不第 3 页 共 41 页便，
9、而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置，以保持工作表面和聚焦物镜的清洁。 原理和优点固体激光器主要负责产生激光光源，电气系统主要负责对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式(脉冲式或连续式等)，而光学系统的功能则是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此，它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。投影系统用来显示工件背面情况。工作台则由人工控制或采用数控装置控制，在三坐标方向移动，方便又准确地调整工件位置。工作台上加工区的台面一般用玻璃制成，因为不透光的金属台面会给检测带来不便，而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置，以
10、保持工作表面和聚焦物镜的清洁。 激光打孔机与传统打孔工艺相比，具有以下一些优点： 1.激光打孔速度快,效率高,经济效益好。2.激光打孔可获得大的深径比。 3.激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。4.激光打孔无工具损耗。5.激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工。6.用激光可在难加工材料倾斜面上加工小孔。聚焦的高亮度激光，不难得到 107108 瓦/厘米2功率密度，使材料表面产生高温、高压，材料吸收激光的能量后，便能溶化甚至汽化各种材料，使熔融物向四周飞溅，熔化物质冲击力加工区而形成孔洞。激光打孔比电火花打孔快 1215 倍，比机械钻孔效率高 200 倍，而且能加工几十微米到几微米的孔，孔的
11、表面光亮无倒刺。美国相干辐射公司 150 瓦连续输出二氧化碳激光器，每分钟能打 0.150.5 毫米的孔 1 万个以上，日本生产的激光打孔器，输入功率瞬时达数千瓦，可穿透 0.5mm 钢板，孔径 0.6 毫米。激光用于珍珠打孔，珍珠不易崩碎，速度快、成品率高，但打的孔略有锥度2224，避免了“钻头”的磨损、断裂。表表 2 2 固体钕玻璃激光珍珠打孔固体钕玻璃激光珍珠打孔珠径孔径电源激光脉冲激光打孔孔形第 4 页 共 41 页（毫米）（毫米）电压 （V）能量 （焦耳）时间 （秒）时间 （毫秒）次数 （次）7.50.64260040100.599梨形4.00. 72 1. 00230030100.
12、530呈圆形1985 年水科院渔机所与上海激光所合作采用固体钕玻璃激光器试验珍珠打孔，瞬时最大能量为 50 焦耳，试验结果如表。打孔时还产生较大的冲击声，象激光击水一样，并产生蓝白色火焰，高度达 6080 毫米，如同放焰火。1989 年黄海水产研究所用 CO2激光器及氦氖激光器激光束珍珠打孔，孔径0.1 毫米，每班 8 小时可打 2000 粒以上。激光还可以对珍珠真伪及有无核进行检测，真的珍珠直径与光反射量有一定关系，如下表。表表 3 3 真珍珠直径与反射关系真珍珠直径与反射关系珍珠直径（mm）Factor反射量(%)6.28.45.02 9.53.617.1 11.02.727.5激光还可以
13、测定珍珠层的厚度，以区别是否有核，激光还可以上色，可以上125 种颜色，有可能得到 3500 种颜色，将黄珠上蓝色，提高珍珠品位。激光打孔我国已应用于鱼池充气管的打孔，解决了对软管塑料充气管开孔的难度，孔小不易堵塞。上海石化环保厂与沈阳塑料七厂均有产品供应，并已获国家专利。澳大利亚用激光在饲料上打孔，已提高其消化率。2.2.22.2.2 激光贝类开壳激光贝类开壳双壳贝类，如牡蛎、贻贝、扇贝、文蛤等，人工撬壳既不卫生，又费工费时。蒸煮开壳，影响色泽、外观与价值，因此世界产贝大国均在研究运用新技术开壳，在不影响肉质鲜度情况下，自行开壳以获得鲜活贝肉。现在运用红外线与微波技术开壳已经成功，水科院渔机
14、所与电真空研究所合作还解决了微波聚束技术，使微波仅在闭壳部位作用，能立即开壳而不损害其他肉质，使产品的色泽及外观与人工开壳一样。微波开壳，必需将贝壳个体分离，平布在流水线上，并要将各贝壳的闭壳肌排在一条线上，还不能适应各种大小规格，更不能适应群体联体使用，也不第 5 页 共 41 页能在海边现场使用。据四川成都大学食品系与成都罐头食品厂报导，用 CO2激光器使牡蛎开壳，效果比红外线、微波技术还好，不会影响肉质，结构简单，重量轻。C-26 型 CO2便携式激光器 10w 加置多关节导光臂，仿照人臂活动原理，有4 个活动关节，传递效率达 80%，能够实现三维空间六个自由度运动的白光指向，焦点直径
15、0.23mm，焦点光斑小，能量密度大，全部设备可以手提到现场，照射贝壳的闭壳肌使其开壳。1990 年 12 月水科院渔机所与上海激光所合作，用它对深圳牡蛎作开壳现场试验，对闭壳肌与闭壳关节，分别照射 10 秒，后者比前者效果好，照射后即开壳比较容易。2.2.32.2.3 激光焊罐激光焊罐食品工业中的空罐是电镀锡板制成的。在空罐的制造过程中， 焊接是一件必不可少的工艺过程。在我国罐身焊接的传统工艺是锡焊。其特点是焊接速度快， 设备造价低，但工艺落后，焊缝处含有一定量影响人体健康的铅(每公斤锡焊罐头约含 200mg)。在卫生和健康事业高度发展的今天， 锡焊罐头已不能满足人们愈来愈高的卫生要求， 国际卫生组织决定从 1985 年 1 月 1 日超禁止锡焊罐头在国际市场销售。因此罐身焊接的传统工艺的更新换代成为当务之急，特别是在我国目前大多数罐身仍采用锡焊， 而罐头食品大量出口换取外汇的情况下， 寻求罐身焊接新工艺就更为重要了。八十年代初， 我国先后引进了瑞士 Soudrnic 公司罐身电阻焊新工艺， 其焊速 8 ramia， 焊缝美观、一无铅污染， 但每套索价 35 万美元。焊接时一旦出故障，维修异常困难，而且还需要消耗大量铜丝电极，显然进口这样的焊机需花费国家
