CN104642160A - 一种监测养殖动物代谢气体的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测养殖动物代谢气体的装置，包括箱体，箱体的底部通过承重支撑架设置有漏缝板，箱体前侧分割为饮水区和喂食区，漏缝板上设置有前阻滞凸带和后阻滞凸带，漏缝板后部位斜坡，后阻滞凸带位于斜坡的坡顶处，斜坡的坡面上设置有与后阻滞凸带连接的厚滑软质塑料垫，箱体的前侧底部开设有与控速风机连通的进气口，箱体的后侧顶部开设有出气口，进气口和出气口均设置有风速传感器和带检测气体传感器。本发明还公开了一种监测养殖动物代谢气体的方法，获得被测气体在进气口和出气口的风速和浓度；测定被测气体代谢总体积。本发明隔绝性好；可长时间持续试验；适用多种动物试验；可以同时检测尿、粪、代谢气体。

Description

一种监测养殖动物代谢气体的装置与方法

技术领域

本发明属于动物营养研究领域，尤其涉及一种监测养殖动物代谢气体的装置，还涉及一种监测养殖动物代谢气体的方法，适用于养殖动物营养代谢、毒理、生理等领域的代谢气体测定和研究。

背景技术

对于养殖业，如何详细研究养殖动物的新陈代谢，对研究养殖动物生理状态和研发高转化效率饲料以及营养物质代谢有重要作用。以前的研究，由于试验方法的限制，对养殖动物的新陈代谢的研究忽略了代谢消耗和产生的气体部分。养殖动物在过程中会消耗氧气，产生二氧化碳、二氧化硫、氨气等气体。如若不考虑这些气体，对养殖动物的新陈代谢中的碳循环、氮循环等物质研究将受影响。这些问题早已被研究者们发现，并且设计了封闭的代谢笼进行完善，但是封闭性的代谢笼的供应气体并不是养殖环境气体，对实际生产的指导作用相对较小。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，

提供了一种监测养殖动物代谢气体的装置，尽可能和实际养殖环境相同的条件下进行可持续监测养殖动物代谢相关气体。

还提供了一种监测养殖动物代谢气体的方法，精确测定某段时间内养殖动物代谢产生特定气体以及消耗气体总量。

一种监测养殖动物代谢气体的装置，包括箱体，所述的箱体的底部通过承重支撑架设置有漏缝板，箱体内前侧通过竖直设置的中隔板分割为饮水区和喂食区，漏缝板上设置有用于限制被测试验体在箱体内前后活动范围的前阻滞凸带和后阻滞凸带，漏缝板位于箱体后侧的部分为向箱体底部倾斜的斜坡，后阻滞凸带位于斜坡的坡顶处，斜坡的坡面上设置有与后阻滞凸带连接的厚滑软质塑料垫，箱体的前侧底部开设有与控速风机连通的进气口，箱体的后侧顶部开设有出气口，进气口和出气口均设置有风速传感器和带检测气体传感器。

如上所述的漏缝板的下方通过前隔板和后隔板分隔为废水收集区和尿液收集区，前隔板与箱体前侧壁之间构成废水收集区，前隔板与后隔板之间构成尿液收集区，废水收集区内设置有向箱体前侧倾斜的废水收集隔板，废水收集区内还设置有将废水收集隔板收集的废水向箱体侧部引导的废水区侧向倾斜隔板，废水收集区侧部连通有废水输出软胶质水管，尿液收集区内设置有向箱体后侧倾斜的尿液收集隔板，尿液收集区内还设置有将尿液收集隔板收集的尿液向箱体侧部引导的尿液区侧向倾斜隔板，尿液收集区侧部连通有尿液输出软胶质水管。

如上所述的饮水区内设置有饮水接头，饮水接头通过水管与外部水源连通，水管位于箱体内的部分为不锈钢水管。

一种监测养殖动物代谢气体的装置，还包括L形的料槽，料槽包括竖直设置在箱体外的外料槽和横向设置在喂食区的内料槽，外料槽的高度为30～50cm，内料槽的高度为10～30cm，外料槽的底部与内料槽一端连通，连通处高度为1～5cm。

如上所述的箱体的两侧竖直设置有2块硬质透明板，每个硬质透明板卡设在对应的两排阻隔棍之间，阻隔棍一端插入到漏缝板，另一端插入到箱体顶部的阻隔棍孔中，阻隔棍与阻隔棍孔之间通过橡胶塞密封。

如上所述的漏缝板上还设置有长形的阻滞凸面移动固定槽，固定件穿过阻滞凸面移动固定槽将漏缝板和后阻滞凸带固紧。

一种监测养殖动物代谢气体的方法，包括以下步骤，

步骤1、获得被测气体在进气口和出气口的风速和浓度；

步骤2、测定被测气体代谢总体积=出气口风速×出气口面积×被测气体浓度-进气口风速×进气口面积×被测气体浓度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、做到进出口外最大程度的与外界隔绝；

2、装置内的温度可以通过调节风机的鼓风速度来调节，而不需要其他控温装置；

3、可进行长时间连续试验；

4、装置大量使用透明材料，减少养殖动物的应激；

5、装置可以调节经连有厚滑软质塑料垫的后阻滞凸面调节前后距离；通过阻隔棍以及挡板来调节试验空间的左右距离，以使装置适合多种体型的养殖动物的试验；

6、装置可同时进行尿、粪、气体监测，可完成全面的动物代谢试验。

附图说明

图1是本发明装置的主视结构示意图；

图2是本发明装置的左视结构示意图；

图3是本发明装置的右视结构示意图；

图4是图1中隔板位置剖面图；

图5是本发明装置的俯视结构示意图；

图6是本发明装置中的漏缝板结构示意图；

图7是本发明装置中传感器以及信息采集系统示意图；

图8是本发明装置中数据接收、计算以及存储系统示意图。

图中：

1：箱体后门；2：动物活动空间；3：厚滑软质塑料垫；4：后阻滞凸带；5：阻滞凸面移动固定槽；6：阻隔棍；7：硬质透明板；8：控速风机；9：进气口；10：出气口；11：饮用水软胶质水管；12：不锈钢水管；13：饮水接头；14：料槽；15：中隔板；16：前阻滞凸带；17：漏缝板；18：前隔板；19：废水收集隔板；20；废水区侧向倾斜隔板；21：废水输出软胶质水管；22：尿液收集隔板；23：后隔板；24；尿液区侧向倾斜隔板；25：尿液输出软胶质水管；26：挡板；27：粪便刮板；28：粪便收集口；29：箱体；30：承重支撑架。

具体实施方式

本发明装置的主要结构为可以控制空气进出并且可对进出空气成分进行持续监测的硬质透明材料以及承重支撑材料组成的相对密闭装置，主要包含养殖动物活动空间（2）、饮水饲料供给系统（13,14）、废水收集区（A）、尿液收集区（B）、粪便收集区（C）、传感器模块（E）、信息数据采集模块（F）以及数据接收和处理模块（G）的一套装置。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

下面将以猪为养殖动物代表，进行装置的描述。箱体后门1以及侧面D之间均设置有密封胶带，杠锁装置固定密封。进行猪代谢气体监测试验时，打开箱体后门1，将试验用猪赶入笼体。通过移动带有厚滑软质塑料垫3的后阻滞凸带4在阻滞凸面移动固定槽5中位置，以确定猪在箱体29中前后活动空间；阻滞凸面移动固定槽5是在漏缝板17上设计的可以前后移动后阻滞凸带4的轨道槽，前后阻滞凸带（16、4）由硬质或者稍软质材料做成的向上拱起的装置，主要用于阻止尿液流入粪便收集区C；厚滑软质塑料垫3可以为可自由弯曲，表面光滑的厚塑料垫，主要功能是保证猪排泄的粪便可以滑至粪便收集区（C）。通过调节阻隔棍6以及阻隔板7，阻隔棍7是承受猪对侧面阻隔板的压力，主要由漏缝板17以及装置顶端的阻隔棍孔固定位置。硬质透明板7用来限制猪的左右活动空间，使得猪不能转身，保证粪尿分离采集的硬质透明板7，并由阻隔棍6支撑承受猪对硬质透明板7的侧面压力。进猪端为后端。关闭箱体后门1。通过控速风机8控制进气口（装有传感装置）9的进风，进气口9位于料槽14的下方，向箱体29内泵入空气，并由出气口10 排出。出气口10位于箱体后门1的中上方位置。在装置工作时，打开控速风机8，保证空气只由进气口9入，从出气口10出。饮用水软胶质水管11通过箱体29顶层壁面至箱体外，接供水系统，方便设备小范围移动；饮用水软胶质水管11与箱体29连接部分用软硅胶等密封材料密封。为固定猪自动水嘴和避免水管被猪损坏，箱体29内水管采用不锈钢水管12并连饮水接头13，为猪提供饮水。设置一料槽14，料槽14由位于装置壳体外的外料槽（30-50cm高）以及装置壳体内的内料槽（10-30cm高）组成，内外料槽由位于装置前壁面的横向窄缝（1-5cm高）相通，外料槽采用大坡度设计，内侧采用平缓凹面设计，通过外加大量的粉状饲料进行外界空气的相对隔绝，由于重力的作用，粉状饲料会从外料槽外滑至外料槽内部分，等当外料槽内积累一定量时，就会阻止饲料从窄缝的滑入，由于粉料的颗粒较小，加之重力的作用，可最大程度低阻隔内外料槽之间的空气流通。为避免猪在饮水时溅水对料槽中饲料的影响，在饮水接头和料槽中间加设中隔板15，隔板长度延伸至料槽边缘。猪饮水时，溅出的水被箱体前壁、箱体侧壁、中隔板15以及前阻滞凸带16的限制，经饮水接头13下方的漏缝板17，进入废水收集区（A），在箱体前壁、箱体侧壁、隔板（19,20）的限制下，废水经废水输出软胶质水管21排出到装置外。漏缝板17是具有密集小孔的硬质板，位于承重支撑架30的上方，是猪的活动平台。猪排泄的粪便可由后置阻滞凸带4的限制，可通过粪便的重力经由厚滑软质塑料垫3进入粪便收集区（C），积累一定量以后，可拉出挡板26，让粪便下落部分，回推挡板26以便隔绝外界空气，向外拉出粪便刮板27，可经由粪便出口28收集粪便。该装置与普通代谢笼相比，除了收集粪尿外，还可以测定猪在一定时间和日粮处理下的消耗和产生的气体总量。在进气口9和出气口10安装有如图7所示的监测设备。进出气口可安装多种传感器，包括：风速传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、二氧化硫传感器、氨气传感器等传感器，并将这些传统连接信号收集系统，可极限在每秒内多次收集数据，并传送至信号收集电脑处理并储存。装置内还可添加湿度、温度以及压强传感器进行数据计算的精细调整。进气口通过密封胶管连通控速风机8，保证在控速风机8工作的状态下，气体从进气口进入，并由排气口排出。

本发明提供了一种以及精确测定某段时间内养殖动物代谢产生特定气体以及消耗气体总量的方法。

方法主要通过实时监测进入本发明装置中进出气速度，以及进出气口的特定气体的浓度，依照一定的公式（测定气体总体积=∑(风速(出)i×出气口面积×选定气体浓度i-风速(进)i×进气口面积×选定气体浓度i)，i为各个采样时间时刻），即可计算出一定时间装置内养殖动物消耗或产生的特定气体含量。

以二氧化碳为例，利用本发明装置，计算一段时间养殖动物产生的二氧化碳的总量。

在装置进出气口（9、10）安装风速传感器（a）、二氧化碳传感器（b），在装置内养殖动物碰触不到的地方安装温度、湿度以及压强传感器，并全部连接至信息数据采集模块（F），并实时传输至数据计算和存储系统计算和保存。则一段时间养殖动物排出的二氧化碳的总量（数据采取频率越高越准确），并可监控二氧化碳的产生规律：

CO₂总体积=∑(风速(出)i×出气口面积×CO₂浓度i-风速(进)i×进气口面积×CO₂浓度i)，i=1, 2, …, t。

本计算方法有以下特点：

1、可以调节精度，数据收集时间间隔愈短，结果愈精确；

2、如果装置内温度以及气压或者湿度变化过大，可通过装置内响应传感器数据进行修正，亦可以通过考率温度、气压、装置体积以及湿度信息进行公式整合；

3、可进行长时间连续试验；

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种监测养殖动物代谢气体的装置，包括箱体（29），其特征在于，所述的箱体（29）的底部通过承重支撑架（30）设置有漏缝板（17），箱体（29）内前侧通过竖直设置的中隔板（15）分割为饮水区和喂食区，漏缝板（17）上设置有用于限制被测试验体在箱体（29）内前后活动范围的前阻滞凸带（16）和后阻滞凸带（4），漏缝板（17）位于箱体（29）后侧的部分为向箱体（29）底部倾斜的斜坡，后阻滞凸带（4）位于斜坡的坡顶处，斜坡的坡面上设置有与后阻滞凸带（4）连接的厚滑软质塑料垫（3），箱体（29）的前侧底部开设有与控速风机（8）连通的进气口（9），箱体（29）的后侧顶部开设有出气口（10），进气口（9）和出气口（10）均设置有风速传感器和带检测气体传感器。

2.根据权利要求1所述的一种监测养殖动物代谢气体的装置，其特征在于，所述的漏缝板（17）的下方通过前隔板（18）和后隔板（23）分隔为废水收集区和尿液收集区，前隔板（18）与箱体（29）前侧壁之间构成废水收集区，前隔板（18）与后隔板（23）之间构成尿液收集区，废水收集区内设置有向箱体前侧倾斜的废水收集隔板（19），废水收集区内还设置有将废水收集隔板（19）收集的废水向箱体（29）侧部引导的废水区侧向倾斜隔板（20），废水收集区侧部连通有废水输出软胶质水管（21），尿液收集区内设置有向箱体（29）后侧倾斜的尿液收集隔板（22），尿液收集区内还设置有将尿液收集隔板（22）收集的尿液向箱体（29）侧部引导的尿液区侧向倾斜隔板（24），尿液收集区侧部连通有尿液输出软胶质水管（25）。

3.根据权利要求1所述的一种监测养殖动物代谢气体的装置，其特征在于，所述的饮水区内设置有饮水接头（13），饮水接头（13）通过水管与外部水源连通，水管位于箱体（29）内的部分为不锈钢水管（12）。

4.根据权利要求1所述的一种监测养殖动物代谢气体的装置，其特征在于，还包括L形的料槽（14），料槽（14）包括竖直设置在箱体（29）外的外料槽和横向设置在喂食区的内料槽，外料槽的高度为30～50cm，内料槽的高度为10～30cm，外料槽的底部与内料槽一端连通，连通处高度为1～5cm。

5.根据权利要求1所述的一种监测养殖动物代谢气体的装置，其特征在于，所述的箱体（29）的两侧竖直设置有2块硬质透明板，每个硬质透明板卡设在对应的两排阻隔棍（6）之间，阻隔棍（6）一端插入到漏缝板（17），另一端插入到箱体（29）顶部的阻隔棍孔中，阻隔棍（6）与阻隔棍孔之间通过橡胶塞密封。

6.根据权利要求1所述的一种监测养殖动物代谢气体的装置，其特征在于，所述的漏缝板（17）上还设置有长形的阻滞凸面移动固定槽（5），固定件穿过阻滞凸面移动固定槽（5）将漏缝板（17）和后阻滞凸带（4）固紧。

7.利用权利要求1～6任意一种装置进行监测养殖动物代谢气体的方法， 其特征在于，包括以下步骤，

步骤1、获得被测气体在进气口和出气口的风速和浓度；

步骤2、测定被测气体代谢总体积=出气口风速×出气口面积×被测气体浓度-进气口风速×进气口面积×被测气体浓度。