NO336937B1

NO336937B1 - System and method for monitoring fish and water quality in aquaculture cages

Info

Publication number: NO336937B1
Application number: NO20140331A
Authority: NO
Inventors: Andreas Morland
Original assignee: Seasmart As
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-11-30
Also published as: NO20140331A1

Abstract

Sonde for overvåkning av fisk, merd og vannkvalitet i merd for havbruk, der sonden omfatter en vanntett beholder (1, 2). Beholderen omfatter en første del (1) og en andre del (2), som er teleskopisk forskyvbare i forhold til hverandre for å endre volumet til et oppdriftskammer som befinner seg innenfor de to delene (1, 2). En motor (10) er anordnet i den første delen (1) og en gjenget skruespindel (12) er mottatt i et gjenget motstykke (13) i den andre delen (2). Rotasjon av motoren (10) i den ene h.h.v. den andre retningen bevirker sammentrekking av de to delene (1, 2) h.h.v. at de to delene (1, 2) skyves fra hverandre.Probe for monitoring fish, cages and water quality in aquaculture cages, where the probe comprises a waterproof container (1, 2). The container comprises a first portion (1) and a second portion (2), which are telescopically displaceable relative to one another to change the volume of a buoyancy chamber located within the two portions (1, 2). A motor (10) is provided in the first part (1) and a threaded spindle (12) is received in a threaded counterpart (13) in the second part (2). Rotation of the motor (10) in one or the other. the other direction causes contraction of the two parts (1, 2), respectively. that the two parts (1, 2) are pushed apart.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sonde for overvåkning av fisk, merd og vannkvalitet i merd for havbruk. The present invention relates to a probe for monitoring fish, cages and water quality in cages for aquaculture.

I havbruk holdes fisk i merder i havet for matproduksjon. Det et et ønske å måle kvaliteten på vannet fisken oppholder seg i. Kvaliteten på vannet i merden kan variere fra toppen til bunnen i merden og fisken samler seg normalt i hovedsak mot en bestemt dybde, men denne dybden endrer seg med årstid og tid på døgnet. In aquaculture, fish are kept in cages in the sea for food production. There is a desire to measure the quality of the water the fish stay in. The quality of the water in the cage can vary from the top to the bottom of the cage and the fish normally congregate mainly towards a certain depth, but this depth changes with the season and time of day .

Konvensjonelle løsninger baserer seg i mange tilfeller på å plassere måleinstrumentet på en fast posisjon i merden. Et problem med denne løsningen er imidlertid at målinger i denne ene posisjonen kan være ulike fra hvor fisken oppholder seg og det er da usikkert hvilken vannkvalitet fisken opplever. In many cases, conventional solutions are based on placing the measuring instrument in a fixed position in the cage. A problem with this solution, however, is that measurements in this one position can be different from where the fish is, and it is then uncertain what water quality the fish is experiencing.

Andre løsninger benytter tau eller line for å løfte sensorer opp og ned i merden for å på den måten samle inn data fra ulike dybder i merden. Et problem med slike løsninger er imidlertid at tau og kabler lett kommer i veien og krever mye vedlikehold. Dette utstyret krever også at en operatør til enhver tid er til stede for å betjene utstyret. Other solutions use ropes or lines to lift sensors up and down the cage in order to collect data from different depths in the cage. A problem with such solutions, however, is that ropes and cables easily get in the way and require a lot of maintenance. This equipment also requires an operator to be present at all times to operate the equipment.

I US 5816874A beskriver en slik løsning hvor sensorene er knyttet til en styreline med en vinsj og strømforsyning knyttet til en bøye ved overflaten. US 5816874A describes such a solution where the sensors are connected to a control line with a winch and power supply connected to a buoy at the surface.

I US 5283767A beskrives et frittflytende instrument for oseanografi. Det omfatter et neddykkbart hus med flere sensorer. Systemet flyter fritt i havet og det er ikke beskrevet bruk inne i en merd. Det vanntette huset omfatter et trimstempel som er innrettet til å endre volumet og derved oppdriften av instrumentet. Derved kan man kontrollere neddykkingen av instrumentet. Stempelet er en egen del som bidrar med vekt til instrumentet. Det må ha en forholdsvis stor lengde for å kunne gi en tilstrekkelig volumendring av oppdriftskammeret. Dette medfører at stempelet bidrar til en signifikant vektøkning av hele anordningen. US 5283767A describes a free-floating instrument for oceanography. It comprises a submersible housing with several sensors. The system floats freely in the sea and use inside a cage is not described. The watertight housing includes a trim piston which is designed to change the volume and thereby the buoyancy of the instrument. This allows the immersion of the instrument to be controlled. The piston is a separate part that contributes weight to the instrument. It must have a relatively large length to be able to provide a sufficient change in volume of the buoyancy chamber. This means that the piston contributes to a significant increase in weight of the entire device.

Den foreliggende oppfinnelse har som formål å tilveiebringe en sonde der triminnretningen kun i liten grad bidrar til økt vekt. The purpose of the present invention is to provide a probe in which the trim device contributes only to a small extent to increased weight.

WO 2002/084217 beskriver en autonom sonde for overvåkning av en fiskemerd. Sonden beveges rundt i merden og tar bilder av ulike områder. Sonden kan bl.a. detektere om det er hull i merden eller uønsket begroing. I tillegg kan den måle ulike parametere, slik som temperatur, salinitet, oksygeninnhold, pH, etc. Det er ikke beskrevet mekanismene for hvordan sonden beveger seg, hverken i horisontalplanet eller vertikalt. WO 2002/084217 describes an autonomous probe for monitoring a fish cage. The probe is moved around the cage and takes pictures of different areas. The probe can i.a. detect if there are holes in the cage or unwanted fouling. In addition, it can measure various parameters, such as temperature, salinity, oxygen content, pH, etc. The mechanisms for how the probe moves, neither horizontally nor vertically, have not been described.

På havforskningsinstituttets hjemmeside On the Norwegian Institute of Marine Research's website

( http:// www. imr. no/ welfaremeter/ index. htm) er det beskrevet en innretning kalt Welfaremeter. Den omfatter en bøye med en probe som er i stand til å måle ulike parametere, slik som oksygen, temperatur, salinitet, etc. Bøyen sender disse målingene til en database via mobilnettet. (http:// www. imr. no/ welfaremeter/ index. htm) a device called Welfaremeter is described. It comprises a buoy with a probe capable of measuring various parameters, such as oxygen, temperature, salinity, etc. The buoy sends these measurements to a database via the mobile network.

WO2007/104017 beskriver en neddykkbar anordning som først og fremst er beregnet til bruk som et leketøy. Oppdriften kan justeres ved enten å pumpe væske inn eller ut av et reservoar i anordningen eller ved at et stempel deler en sylinder i to, der stempelet er innrettet til å forskyve væske ut eller trekke væske inn gjennom et hull i den ene enden av sylinderen, slik at oppdriften endres i avhengighet av hvor mye vann som befinner seg i sylinderen. En vesentlig ulempe ved dette systemet er at det må trekkes vann inn i anordningen. Dette kan medføre at urenheter kommer inn i anordningen og det kan oppstå uønsket begroing. WO2007/104017 describes a submersible device which is primarily intended for use as a toy. Buoyancy can be adjusted by either pumping liquid into or out of a reservoir in the device or by a piston dividing a cylinder in two, where the piston is arranged to displace liquid out or draw liquid in through a hole in one end of the cylinder, so that the buoyancy changes depending on how much water is in the cylinder. A major disadvantage of this system is that water must be drawn into the device. This can cause impurities to enter the device and unwanted fouling can occur.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å kunne foreta målinger på ulike dybder i en fiskemerd ved hjelp av en liten og lett sonde som kan styres i dybde. Dette oppnås ved en anordning som definert i det etterfølgende krav 1. It is an aim of the present invention to be able to make measurements at different depths in a fish cage by means of a small and light probe which can be controlled in depth. This is achieved by a device as defined in the following claim 1.

Ytterligere fordeler oppnås ved de trekk som følger av de vedlagte uselvstendige kravene. Further benefits are achieved by the features that follow from the attached independent requirements.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til et utførelseseksempel som er vist i de medfølgende tegninger, der: Figur 1 viser en prinsippskisse av et lengdesnitt gjennom en anordning ifølge oppfinnelsen, Figur 2A viser et utsnitt av oppfinnelsen der anordningens to deler er ført fra hverandre for å danne et størst mulig oppdriftskammer, Figur 2B viser et utsnitt av oppfinnelsen der anordningens to deler er ført sammen for å danne et minst mulig oppdriftskammer, Figur 3 viser et snitt gjennom en fiskemerd der anordningen ifølge oppfinnelsen er vist i ulike mulige posisjoner og Figur 4 viser et snitt gjennom en fiskemerd og illustrerer datainnsamling ved hjelp av sensorer og kamera i anordningen. The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment which is shown in the accompanying drawings, where: Figure 1 shows a principle sketch of a longitudinal section through a device according to the invention, Figure 2A shows a section of the invention where the device's two parts are separated for to form the largest possible buoyancy chamber, Figure 2B shows a section of the invention where the device's two parts are brought together to form the smallest possible buoyancy chamber, Figure 3 shows a section through a fish net where the device according to the invention is shown in various possible positions and Figure 4 shows a section through a fish cage and illustrates data collection using sensors and a camera in the device.

Oppbygningen av anordningen ifølge oppfinnelsen skal nå forklares under henvisning til figurene 1, 2A og 2B. The structure of the device according to the invention will now be explained with reference to figures 1, 2A and 2B.

Som vist i figur 1 omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen en vanntett beholder eller hus 1, 2. Denne består av to deler, en første del 1 og en andre del 2. De to delene kan forskyves teleskopisk i forhold til hverandre. En motor 10 som er anordnet i den første delen 1 er koblet til en gjenget skuespindel 12 som, som er mottatt i et gjenget motstykke 13 i den andre delen 2. Ved enden av og på innsiden av den andre delen 2 er det anordnet O-ringer 11 (i figurene 2A og 2B er det vist én O-ring). O-ringene ligger i tettende anlegg mot yttersiden av et hylseformet parti på den første delen 1 (se figurene 1 og 2), slik at vann ikke kan trenge inn i hulrommet som dannes innenfor de to delene 1, 2. Ved å rotere gjengespindelen 12, vil motoren 10 trekke de to delene 1, 2 sammen eller skyve de fra hverandre, avhengig av hvilken retning spindelen 12 roteres. Hulrommet eller oppdriftskammeret ligger innenfor både den første delen 1 og den andre delen 2. Derved tilveiebringes et relativt stort volum som kan endres betydelig når delene forskyves i forhold til hverandre. Dette skjer uten at anordningen får noen nevneverdig vektøkning. As shown in Figure 1, the device according to the invention comprises a waterproof container or housing 1, 2. This consists of two parts, a first part 1 and a second part 2. The two parts can be moved telescopically in relation to each other. A motor 10 which is arranged in the first part 1 is connected to a threaded spindle 12 which, which is received in a threaded counterpart 13 in the second part 2. At the end of and on the inside of the second part 2 there is arranged O- rings 11 (in figures 2A and 2B one O-ring is shown). The O-rings are in sealing contact against the outside of a sleeve-shaped part on the first part 1 (see figures 1 and 2), so that water cannot penetrate into the cavity formed within the two parts 1, 2. By rotating the threaded spindle 12 , the motor 10 will pull the two parts 1, 2 together or push them apart, depending on the direction in which the spindle 12 is rotated. The cavity or buoyancy chamber lies within both the first part 1 and the second part 2. Thereby a relatively large volume is provided which can change significantly when the parts are displaced in relation to each other. This happens without the device gaining any significant weight gain.

Anordningen er utstyrt med ulike typer sensorer 4, som f.eks., men ikke begrenset til: temperatursensor for å måle vannets temperatur; oksygensensor for måle mengden oppløst oksygen i vannet; salinitetssensor for å måle mengden salt i vannet; karbondioksid-sensorforå måle mengden oppøst karbondioksid i vannet; pH-sensorfor å måle vannets surhetsgrad; lys-sensor for å måle lysforhold fra sollys eller kunstig lys; turbiditet-sensor for å måle sikt i vannet. De er også utstyrt med en trykksensor 5 for å kunne måle på hvilken dybde systemet befinner seg. Den kan videre også være utstyrt med et ekkolodd 6 som kan måle avstanden fra anordningen til fisken i merden. Videre omfatter anordningen et kamera 9 til å ta bilder av fisk. Kameraet 9 kan også brukes for å ta bilder av selve merden. The device is equipped with various types of sensors 4, such as, but not limited to: temperature sensor to measure the temperature of the water; oxygen sensor to measure the amount of dissolved oxygen in the water; salinity sensor to measure the amount of salt in the water; carbon dioxide sensor to measure the amount of dissolved carbon dioxide in the water; pH sensor to measure water acidity; light sensor to measure light conditions from sunlight or artificial light; turbidity sensor to measure visibility in the water. They are also equipped with a pressure sensor 5 to be able to measure the depth at which the system is located. It can also be equipped with a sonar 6 which can measure the distance from the device to the fish in the cage. Furthermore, the device comprises a camera 9 for taking pictures of fish. The camera 9 can also be used to take pictures of the cage itself.

Som vist i figurene 2A og 2B så kan motoren 10 og den gjengede spindelen 12 skyve de to delene 1, 2 fra hverandre eller trekke dem sammen. Dette regulerer størrelsen på et oppdriftskammer mellom de to delene 1 og 2. Når delene er skjøvet fra hverandre, som vist i figur 2A, er oppdriftskammeret stort og anordningen får derved stor oppdrift. I denne tilstanden vil anordningen bli lettere enn vann og vil flyte opp til overflaten. Når de to delene 1, 2 er trukket helt sammen, som vist i figur 2B, vil oppdriftskammeret være lite og anordningen vil bli tyngre enn vann og derved synke ned til bunnen av merden. As shown in figures 2A and 2B, the motor 10 and the threaded spindle 12 can push the two parts 1, 2 apart or pull them together. This regulates the size of a buoyancy chamber between the two parts 1 and 2. When the parts are pushed apart, as shown in figure 2A, the buoyancy chamber is large and the device thereby gets a large buoyancy. In this state, the device will become lighter than water and will float to the surface. When the two parts 1, 2 are pulled completely together, as shown in Figure 2B, the buoyancy chamber will be small and the device will be heavier than water and thereby sink to the bottom of the cage.

Det foreliggende systemet har derved to modi. En aktiv modus der systemet flyter og samler data og en passiv modus der systemet slås av og synker til bunnen av merden for å spare energi i. Sonden omfatter er styringssystem med en klokke, samt en innretning for å lagre data og en radiosender for overføring av data. The present system thus has two modes. An active mode in which the system floats and collects data and a passive mode in which the system is switched off and sinks to the bottom of the cage to save energy. The probe includes a control system with a clock, as well as a device for storing data and a radio transmitter for transmitting data.

Den foreliggende fremgangsmåten for målingene er illustrert i figur 3, der henvisningstallene 101, 102, 103, 104 og 106 angir ulike mulige posisjoner for sonden. Når klokken i styringssystemet når et forhåndsbestemt tidspunkt vil enheten gå over i aktiv modus. Da befinner sonden seg i posisjonen 103. De to delene av huset skyves fra hverandre og oppdriften øker derved. Dette gjør at sonden begynner å stige opp til overflaten til posisjonen 106. Mens sonden stiger samler sensorene data om vannkvaliteten på ulike dybder, illustrert ved posisjonen 104. Styring-systemet lagrer disse data. Når sonden kommer til overflaten, illustrert ved posisjonen 106, sendes de oppsamlede data fra systemet via systemets radio-sender. Når alle data er overført aktiveres motoren 10 igjen og husets to deler 1, 2 trekkes sammen slik at beholderens totale volum reduseres. Man kan da tenke seg at sonden befinner seg i posisjonen 101. Reduksjonen av oppdriftsvolum gjør at systemet begynner å synke til posisjonen 102. Når et nytt forhåndsbestemt tidspunkt for styringssystemets klokke inntrer, settes systemet i passiv modus. Mellom hver gang systemet er i aktiv modus ligger systemet i passiv modus på bunnen av merden, illustrert ved posisjonen 103. Operasjonen repeteres så lenge systemet har energi i batteriene. The present method for the measurements is illustrated in Figure 3, where the reference numbers 101, 102, 103, 104 and 106 indicate different possible positions for the probe. When the clock in the control system reaches a predetermined time, the device will go into active mode. The probe is then in position 103. The two parts of the housing are pushed apart and the buoyancy thereby increases. This causes the probe to start rising to the surface to position 106. As the probe rises, the sensors collect data about the water quality at various depths, illustrated at position 104. The control system stores this data. When the probe reaches the surface, illustrated at position 106, the collected data is sent from the system via the system's radio transmitter. When all data has been transferred, the motor 10 is activated again and the housing's two parts 1, 2 are pulled together so that the container's total volume is reduced. One can then imagine that the probe is in position 101. The reduction of buoyancy volume causes the system to begin to sink to position 102. When a new predetermined time for the control system's clock occurs, the system is put into passive mode. Between each time the system is in active mode, the system lies in passive mode at the bottom of the cage, illustrated at position 103. The operation is repeated as long as the system has energy in the batteries.

Den foreliggende fremgangsmåten samler trykkdata og sensordata samtidig og det bestemmes hvilken dybde de ulike målingene er foretatt. The present method collects pressure data and sensor data at the same time and it is determined at what depth the various measurements have been taken.

Selve målingsinnsamlingen er illustrert i figur 4. Ved 201 illustreres bruk av The measurement collection itself is illustrated in Figure 4. At 201, the use of

ekkolodd. Innsamlede data fra ulike dybder settes sammen med ekkolodd-data som måler dybden til fisken 202. Ut ifra dette vil det bestemmes hvor fisken 202 hovedsakelig oppholder seg, og det kan bestemmes hvilke målte verdier det er i det vannet som fisken 202 opplever. sonar. Collected data from various depths is combined with sonar data that measures the depth of the fish 202. Based on this, it will be determined where the fish 202 mainly stays, and it can be determined which measured values there are in the water that the fish 202 experiences.

Ved hjelp av kameraet 9 kan sonden ta bilder av fisken 202, illustrert ved 204. Samtidig kan trykket måles og derved kan man bestemme hvilke bilder som tatt på hvilken dybde og fiskens utseende på ulike dyp kan måles. With the help of the camera 9, the probe can take pictures of the fish 202, illustrated at 204. At the same time, the pressure can be measured and thereby it can be determined which pictures were taken at which depth and the appearance of the fish at different depths can be measured.

Ved hjelp av kameraet 9 kan sonden samle bilder av merden, illustrert ved 203, samtidig som det måles trykk. Ut ifra dette kan det bestemmes hvilke bilder som er tatt på hvilken dybde og på den måten kan systemet registrere tilstanden til merden på ulike dyp. Using the camera 9, the probe can collect images of the cage, illustrated at 203, while measuring pressure. Based on this, it can be determined which images were taken at which depth and in this way the system can record the condition of the cage at different depths.

Fagperson vil forstå at den foreliggende oppfinnelse på ingen måte er begrenset til utførelsesformene beskrevet over. Tvert imot er mange modifikasjoner og variasjoner mulig innenfor de vedlagte kravenes omfang. A person skilled in the art will understand that the present invention is in no way limited to the embodiments described above. On the contrary, many modifications and variations are possible within the scope of the attached requirements.

Claims

1. Probe equipped with measuring sensors for monitoring fish, cages and water quality in cages for aquaculture at different depths in that the buoyancy volume of the probe can be changed, where the probe comprises a waterproof container (1, 2), characterized in that the container comprises a first part (1) and a second part (2), which are telescopically displaceable relative to each other to change the volume of a buoyancy chamber located within the two parts (1, 2).

2. Probe according to claim 1, characterized in that it comprises a motor (10) arranged in the first part (1) and a threaded screw spindle (12), which screw spindle (12) is received in a threaded counterpart (13) in the second part (2) ), so that rotation of the motor (10) in the one or the other direction causes contraction of the two parts (1, 2) or that the two parts (1, 2) are pushed apart.

3. Probe according to claim 1 or 2, characterized in that at least one O-ring (11) is arranged between the two parts (1, 2) to prevent water ingress.

4. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity is adapted so that when the two parts (1, 2) are brought completely together, the probe has a buoyancy which causes it to sink to the bottom of the cage.

5. Probe according to one of the preceding claims, characterized by the fact that it comprises one or more of the following: sensors for measuring temperature, dissolved oxygen, dissolved carbon dioxide, pH, salinity, turbidity or light, thereby determining the water quality; a pressure gauge to determine the depth at which the probe is located; sonar to detect the depth at which the fish is mainly located and a camera to take pictures of the fish or the cage.

6. Probe according to claim 5, characterized in that it comprises a control system which is arranged to, at a predetermined time, put the probe in a passive mode, where the probe's buoyancy is reduced so that it sinks to the bottom of the cage and the system is switched off, and at another predetermined time to put the probe in an active mode where the probe's buoyancy is increased so that it floats up to the water surface and the system is switched on.

7. System according to claim 6, characterized in that the probe is arranged to collect data while it rises to the surface and that the measurements from the various sensors are compared with the depth measurements.

8. System according to claim 7, characterized in that the probe is equipped with a radio transmitter which sends out collected data when it is in a surface position.