CN105075893B - 动物学实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了动物学实验装置，涉及实验设备领域。本发明实施例提供的动物学实验装置，其通过设置了两端开口的柱状外桶和置于所述外桶内部的柱状内桶，且所述内桶和所述外桶之间间隔预定的距离；外筒和内筒的底部与底板固定连接，且所述外桶和所述内桶均置于所述底板的同一侧；所述内桶上设置有至少一个电控门和远离所述电控门的电控开关，所述电控开关用于生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。使用时受测对象可以自如的穿过电控门，以达到内桶的内部或者内桶和外桶之间的空间，从而完成实验，即在进行动物学实验的时候，受测对象不会受到操作者的影响，使该实验进行的更为自然，提高了实验的准确性。

Description

动物学实验装置

技术领域

本发明涉及实验设备领域，具体而言，涉及动物学实验装置。

背景技术

动物学(zoology)，是揭示动物生存和发展规律的生物学分支学科。它研究动物的种类组成、形态结构、生活习性、繁殖、发育与遗传、分类、分布移动和历史发展以及其他有关的生命活动的特征和规律。

其中一种，便是关于行为演化的研究。即在某些特定的场景下，动物会自发的表现出某些行为和现象，如分离和聚集、出口处的成拱现象、对称性的破坏(动物对位置对称的两个出口的利用相差很大、排队、“快即是慢”等行为演化现象)等等。

目前，关于行为演化的研究主要有如下几种方法：心理学方法、数学建模和计算机仿真方法以及实验研究方法。心理学方法往往是一种定性的研究方法，很难得到精确的行为演化的规律。数学建模和计算机仿真方法主要包括宏观方法和微观方法。其中，宏观方法主要是针对群体进行建模，将群体类比于介质，或者流体，研究群体的行为演化规律；微观方法往往是针对个体进行建模，最常见的方法是将个体之间的行为认为是一种博弈的关系，通过博弈论和演化博弈论的理论对个体或者群体的行为进行建模；然后将以上模型利用计算机仿真得到个体行为演化规律。实验研究方法主要有真人实验和动物学实验，一般考虑到真实的场景往往难以模拟，并且人是有智慧的，通常难以模拟动物的行为，这也就导致了实验过程不易控制。也就是，在完全相同的工况下，个体会表现出不同的行为，再加上某些实验可能涉及到伦理道德和法律规定的原因，往往真人实验无法实现；目前动物学实验主要有社会性昆虫实验方法，例如蚂蚁实验，哺乳动物实验方法，例如老鼠，羊等实验。对于社会性昆虫实验方法的最大的问题在于其社会性，对社会性昆虫而言，群体高于个体，因此在对其行为演化过程中并不会出现不耐心和自私的现象。因此，社会性昆虫的行为演化规律对于非社会性动物的行为演化规律是无法借鉴的。因此，目前对于行为演化的研究的最重要的方法是利用哺乳动物实验进行研究。

在目前已有的研究中，已有很多简单的蚂蚁实验装置和老鼠实验装置。这些装置功能单一，往往只能用来对某一种特定的动物进行某种特定行为演化的研究。并且这些装置一般由操作者直接接触，这样操作者的动作和行为对实验结果具有很大的干扰性(操作者本身、操作者的动作、操作者动作所形成的力等等均会对受测对象的行为带来不同程度的影响)。

综上，现有的动物学实验装置由于操作者需要直接接触受测的实验对象，或实验装置，因此，会影响到实验对象的行为，进而影响了实验的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供动物学实验装置，以提高动物学实验的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了动物学实验装置，包括：

两端开口的柱状外桶和置于所述外桶内部的柱状内桶，所述内桶和所述外桶之间间隔预定的距离；

外桶和内桶的底部与底板固定连接，且所述外桶和所述内桶均置于所述底板的同一侧；

所述内桶上设置有至少一个电控门和远离所述电控门的电控开关，所述电控开关用于生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该动物学实验装置还包括：顶盖，所述外桶的顶部和所述内桶的顶部均与所述顶盖固定连接，所述顶盖、所述内桶、所述外桶和所述底板围成闭合空间；

所述顶盖上设置有透气孔。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在所述闭合空间内部设置有隔挡层，所述隔挡层与所述内桶，和/或所述外桶固定连接，且将所述闭合空间分割为两个子空间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述隔挡层水平设置，且将所述闭合空间分割为靠近所述顶盖的上层子空间和靠近所述底板的下层子空间。

所述电控门包括上层电控门和下层电控门，所述上层电控门用于隔离所述内桶的内部和所述上层子空间，所述下层电控门用于隔离所述内桶的内部和所述下层子空间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述上层电控门和所述下层电控门均至少为2个；

至少两个所述上层电控门对称设置，且高度相同；

至少两个所述下层电控门对称设置，且高度相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述顶盖的中央还设置有摄像头。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述底板上，且位于所述内桶的内部设置有液体入口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括储液罐，所述储液罐通过连通管与所述液体入口连接；

所述储液罐内部还设置有温度调节器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括视频采集模块，用于在预定的时间内采集如下数据中的一种或多种：位于上层子空间的个体数量、位于下层子空间的个体数量和通过指定电控门的个体数量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，还包括计时模块，所述计时模块与所述电控开关电连接，且用于在计时预定的时间后生成开关信号，以使所述电控开关生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。

本发明实施例提供的动物学实验装置，采用了电控门和可远距离控制电控门的电控开关，与现有技术中的必须通过操作者人工手动控制门的开启和关闭的情况，导致受测对象容易受到操作者的影响，进而使实验的结果不准确相比，其通过设置了两端开口的柱状外桶和置于所述外桶内部的柱状内桶，且所述内桶和所述外桶之间间隔预定的距离；外桶和内桶的底部与底板固定连接，且所述外桶和所述内桶均置于所述底板的同一侧；所述内桶上设置有至少一个电控门和远离所述电控门的电控开关，所述电控开关用于生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。使得，当需要控制电控门开启和关闭的时候，操作者可以在远处控制电控门的开启和关闭，也就是操作者不需要靠近本发明所提供的动物学实验装置，就可以完成电控门的开启和关闭，受测对象可以自如的穿过电控门，以达到内桶的内部或者内桶和外桶之间的空间，从而完成实验，即在进行动物学实验的时候，手册对象不会受到操作者的影响，使该实验进行的更为自然，提高了实验的准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的动物学实验装置的内部剖视图；

图2示出了本发明实施例所提供的动物学实验装置的顶盖俯视图；

图3示出了本发明实施例所提供的动物学实验装置的底板仰视图；

图4示出了本发明实施例所提供的动物学实验装置的立体图；

图5示出了本发明实施例所提供的动物学实验装置的除去外桶后的内部剖视图。

主要元件符号说明：

1，透气孔；2，摄像头；3，内桶；4，下层电控门；5，液体入口；6，外桶；7，上层电控门；8，隔挡层；9，底板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了动物学实验装置，如图1所示，包括：

两端开口的柱状外桶6和置于所述外桶6内部的柱状内桶3，所述内桶3和所述外桶6之间间隔预定的距离；外桶和内桶的底部与底板9固定连接，且所述外桶6和所述内桶3均置于所述底板9的同一侧；所述内桶3上设置有至少一个电控门和远离所述电控门的电控开关，所述电控开关用于生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。

实验时，被测物放置于内桶3中，或者内桶3与外桶6的夹层中，当实验环境需要被测物进行位置调整的时候，可以通过远处的电控开关来控制电控门开启，或者闭合，以使被测物能够通过电控门由内桶3移动到内桶3与外桶6的夹层中，或者由内桶3与外桶6的夹层中移动到内桶3中。需要说明的是，电控门可以是多个，根据所进行试验的不同，被测物的不同等影响因素可以设置不同数量的电控门；当然，电控门的数量可以是多个，多个电控门在不同的试验中可以根据需要选择具体的某个，或者某几个开启。电控门的开启方式可以是竖直升降，也可以是倾斜的开启一定的角度，以使内桶3的内部与内桶3与外桶6之间的夹层通过电控门连通。考虑到具体实验的情况，为了避免被测物受到伤害，可以在电控门的附近设置红外感应开关，或者接近开关，当被测物靠近电控门的时候，则停止开启，或者关闭电控门，也就是红外感应开关，或者接近开关与电控门电连接，且当到被测物距离电控门的距离过近时生成停止信号，以控制电控门停止关闭，或者开启的动作，以防止被测物的受伤，进而保证实验能够正常的进行。

进一步，为了避免实验环境受到实验装置周围环境的影响，本发明所提供的动物学实验装置，还包括：顶盖，所述外桶的顶部和所述内桶的顶部均与所述顶盖固定连接，所述顶盖、所述内桶3、所述外桶6和所述底板9围成闭合空间；所述顶盖上设置有透气孔1。

通过加设顶盖，能够使顶盖、外桶6、内桶3和底板9围成一个闭合的空间，并且可以通过透气孔1从实验装置外界向实验装置内部传输空气，以防止被测物缺氧而引发的死亡。当然，透气孔1可以根据需要加设控制阀门，控制阀门能够开启和关闭透气孔1。在关闭透气孔1后，实验装置中，便可以由顶盖、外桶6、内桶3和底板9围成一个密闭的空间了，并且内桶3与顶盖和底盖均严密的结合，在内桶3与顶盖、底盖也能够围成一个密闭的空间，从而可以是实验进行的更加严密。

透气孔1可以设置在内桶3的顶部，也可以设置在内桶3和外桶6夹层的顶部。

进一步，在所述闭合空间内部设置有隔挡层8，所述隔挡层8与所述内桶3，和/或所述外桶6固定连接，且将所述闭合空间分割为两个子空间。

隔挡层8能够将内桶3和外桶6夹着的闭合空间分割为两个子空间，在实验的时候，可以根据需要来设置两个子空间的大小，以使被测物有选择性的朝向某一个子空间移动。

具体的，所述隔挡层8水平设置，且将所述闭合空；所述电控门包括上层电控门7和下层电控门4，所述上层电控门7用于隔离所述内桶3的内部和所述上层子空间，所述下层电控门4用于隔离所述内桶3的内部和所述下层子空间。

在实验需要的时候，可以有选择性的查看被测物朝向哪个子空间移动。如当实验装置的底部开始注水后，只有逃到靠上的子空间才能够提高存活时间，此时，只需要开启电控门，并且观察被测物的移动方向，便可以确定其行为的规律。

当需要研究被测物的对称性实验的时候，可以查看被测物朝向哪个位置的电控门移动，并且可以根据需要开启不同的电控门，以查看被测物的移动规律。也就是所述上层电控门7和所述下层电控门4均至少为2个；至少两个所述上层电控门7对称设置，且高度相同；至少两个所述下层电控门4对称设置，且高度相同。

根据具体情况的要求，可以有选择性的打开通往上层子空间的电控门，也可以打开通往下层子空间的电控门。通常为了便于进行实验，上层电控门7和下层电控门4均为4个，且相邻的4个上层电控门7均间隔相同的距离，下层的4个电控门分别对应的位于4个上层电控门7的下方。4个上层电控门7和4个下层电控门4在竖直方向上可以交错设置，其原因是考虑到某些实验中，可能需要电控门沿竖直方向滑动，以开关电控门。

为了便于统计和获取必要信息，所述顶盖的中央还设置有摄像头2。需要说明的是，摄像头2可以设置在多个位置，可以通过不同角度的拍摄来获取必要的信息，如可以在获取了摄影信息之后，通过统计软件，获取到视频画面中被测物的数量和检测到被测物的行为动作。

所述底板9上，且位于所述内桶3的内部设置有液体入口5。通过液体入口5能够从外界向实验装置内部通入预定的液体，如水。当然，控制液体进出的阀门也是由远处的控制开关所控制的。其中，液体入口5优选位于摄像头2沿竖直方向的投影上。

进一步，本发明所提供的动物学实验装置还包括储液罐，所述储液罐通过连通管与所述液体入口5连接；所述储液罐内部还设置有温度调节器。

可以通过使用温度调节器来调节位于储液罐内部液体的温度，以测试不同温度下，被测物的反应。

本发明所提供的动物学实验装置，还包括视频采集模块，用于在预定的时间内采集如下数据中的一种或多种：位于上层子空间的个体数量、位于下层子空间的个体数量和通过指定电控门的个体数量。

视频采集模块与摄像头2电连接，可以通过摄像头2来捕捉符合要求的被测物的速度。

进一步，本发明所提供的动物学实验装置还包括计时模块，所述计时模块与所述电控开关电连接，且用于在计时预定的时间后生成开关信号，以使所述电控开关生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。

为了更为精确的控制电控门的开启和关闭的时间，可以通过计时模块来更为精确的控制开启和关闭的时间。当开始计时后，每次达到计时的时间，便控制相应的电控门进行相应的开关动作，以精确的控制时间，排除了人为进行开关门动作而导致的不准确性。

同时，还可以在内桶3，或者外桶6的内壁上设置发生装置，以测试被测物对声音的反应情况。

为了克服现有的用来研究动物的行为演化装置的不足(如这些装置往往功能单一，只能用来对某种特定的动物进行一种简单的实验，还有这些现有的装置中在很多地方都涉及到人工参与，如人工控制门的开启和关闭，受实验操作者的偏好等因素影响较大，并且这些装置在进行实验过程中，往往需要实验操作者对实验进行跟踪，计数过程也是由人工完成，耗时费力，大大的浪费了人工成本)。

本发明提供了一种多功能的，智能化的动物学实验装置，该装置在很大程度上减少了实验操作者对实验过程的影响，并且该装置还包括自动计数的模块(通过摄像头2获取的视频画面来自动计数)，大大的减少了实验操作者的工作量，降低了实验成本。本阀门所提供的动物学实验装置可以分为两部分：主体装置和辅助设备两部分。主体装置由半径不同的内外两个同心圆柱(内桶3和外桶6)、木质地板(底板9)、门(电控门)、液体入口5、带通风口的上盖(顶盖)构成；内桶3上设置了8个两两对称设置的电控门，这八个门呈对称的分布，处于中线(隔挡层8)以下的四个门编号分别为1、2、3、4，处于中线(隔挡层8)以上的四个门编号分别为5、6、7、8，以保证每个门的密闭效果良好，当装满液体时，液体不会沿门缝溢出，相邻的上下两个电控门可以受一个控制开关的控制，这样在实验过程中，根据不同实验目的的需要，能够有选择性的控制电控门的开启和关闭，并且能够防止电控门的误操作而带来的问题；为了防止在紧急情况下，被试动物窜出装置外，在装置的顶部设计一个与外圆柱能吻合的盖子(顶盖)，盖子能很好的盖住装置，并且保证在一定的冲击力下，不会被掀开，盖子上留有通风口，保证实验过程中通风状态良好，环境适宜。顶盖和外桶6可以是卡接，以便以实验装置的拆装。

辅助设备包括摄像头、视频采集模块、数据显示设备、门控设备及恒温储液罐。其中，摄像头(摄像头2)固定于主体装置的上盖的圆心处，用于记录被试动物运动的全过程，这种设计可以排除人为因素对实验的影响，从实验开始后，人员离开实验装置，由摄像头全程记录动物的运动过程；摄像头作为视频的采集端，该视频采集方法是一种仪器自动检测法，将主体装置中被试动物的行为的实时信息传输到视频采集模块，视频采集模块按照实验要求设计相应算法，通过对视频数据进行分析和计算得到各个时刻被试动物在装置中的分布情况，以及出口处被试动物的分布情况；视频数据经过视频采集模块后，根据实验的需要可以在数据显示设备上显示被试动物的分布数据及其各个出口处动物的分布数据；门控设备是由智能化的系统组成，置于装置的外面，通过实验目的的不同，在门控设备的面板上输入需要打开的门的编号，从而实现对8个门进行控制；恒温储液罐与主体装置底部液体入口5相连，可以根据实验需要提供10到80摄氏度的不同温度的所需液体。

基于以上设计，本多功能的智能化实验装置具有以下有益效果：

(1)多功能的装置：通过是否开关门、开关门的编号的不同以及各种不同的液体温度的设定，可以进行不同的实验。例如：当在所有门均处于关闭的状态时，可以研究不同液体，即刺激源对不同种类的动物的分离和聚集的自组织行为的影响。

(2)智能化的装置：在门的开关过程中，不需要实验操作者直接去打开或者关闭门，而是利用门控装置对门的开闭进行控制，这样能够很好的保证门的状态和目标状态时吻合的，而不会受到人为因素的影响，从而减少误差。同样的，进入实验装置的液体能够按照预先设定的加入，这样也避免了人为因素的影响。

(3)红外摄像头的引入能够保证实验装置在诸如黑暗的环境下也能进行，从而避免像光强等干扰因素对实验的影响：对于某些特定的被试动物，如老鼠等，一般喜欢阴暗的环境，而红外摄像头能够记录光线较弱的环境下的物体运动的情况。

(4)自动化的数据处理设备：红外摄像头将主体装置内部的数据实时的传送到视频采集模块，视频处理模块按照实验要求设计的算法，对视频数据进行处理，得到各个时刻被试动物在装置中的分布情况，以及出口处被试动物的分布情况，然后由数据显示设备显示这些信息。这种设计大大的减少了实验操作者的工作量，降低了实验成本。

(5)装置的形状选择圆柱形能够避免边缘效应：众所周知，人和动物容易对异质的东西发生兴趣。如方形的角和边往往对被试动物的行为有一定的影响，因此，选择圆柱形这种高度对称的形状能够避免不对称因素引起的边缘效应。

下面以一个具体的实验过程说明本发明所提供的动物学实验装置的使用方式，实施过程如下：

1、将50只小白鼠投入到主体装置的内圆柱(内桶)中，对门控设备(电控开关)输入命令，将两个下层电控门(相对称的两个)打开，此时利用摄像头获取小白鼠移动的视频图像，再将视频图像数据由视频采集模块记录小白鼠分别从打开的电控门出去的数目，并将实验过程中的数据实时的显示在数据显示设备上(10秒钟更新一次数据)。

2、将恒温储液罐打开，通过主体装置的液体入口加入少量温度为40摄氏度的液体(水)，对门控设备输入命令，将步骤1中的两个下层电控门再次打开，此时利用视频采集模块记录小白鼠从门1和门3出去的数目，并将实验过程中的数据实时的显示在数据显示设备上(10秒钟更新一次数据)。

3、将恒温储液罐打开，通过主体装置的液体入口加入适量的温度为40摄氏度的液体(水)，直至达到中部设定的水位线，对门控设备输入命令，将两个上层电控门(这两个上层电控门优选为，位于步骤1中打开的两个下层电控门的正上方)打开，此时利用视频采集模块记录小白鼠从门5和门7出去的数目，并将实验过程中的数据实时的显示在数据显示设备上(10秒钟更新一次数据)。

由于水对于小白鼠是一个危险的刺激源，水量的增加意味着紧急程度的增加。通过以上实验，可以研究在不同紧急程度下，小白鼠对对称的出口的利用程度的情形，从而得到有关行为演化规律性的结论。在实验过程中，电控门由门控设备(电控开关)控制，而不需要人去直接接触，小白鼠在主体装置的行为通过红外摄像头传输到视频处理模块，这样可以得到小白鼠的实时分布及小白鼠对出口的利用情况，减少了实验操作者的工作量，也排除了操作者对小白鼠行为的干扰，大大的降低了实验成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.动物学实验装置，其特征在于，包括：

两端开口的柱状外桶和置于所述外桶内部的柱状内桶，所述内桶和所述外桶之间间隔预定的距离；

外桶和内桶的底部与底板固定连接，且所述外桶和所述内桶均置于所述底板的同一侧；

所述内桶上设置有至少一个电控门和远离所述电控门的电控开关，所述电控开关用于生成控制所述电控门开启和关闭的电信号；

还包括：顶盖，所述外桶的顶部和所述内桶的顶部均与所述顶盖固定连接，所述顶盖、所述内桶、所述外桶和所述底板围成闭合空间；

所述顶盖上设置有透气孔；

在所述闭合空间内部设置有隔挡层，所述隔挡层与所述内桶，和/或所述外桶固定连接，且将所述闭合空间分割为两个子空间。

2.根据权利要求1所述的动物学实验装置，其特征在于，所述隔挡层水平设置，且将所述闭合空间分割为靠近所述顶盖的上层子空间和靠近所述底板的下层子空间；

所述电控门包括上层电控门和下层电控门，所述上层电控门用于隔离所述内桶的内部和所述上层子空间，所述下层电控门用于隔离所述内桶的内部和所述下层子空间。

3.根据权利要求2所述的动物学实验装置，其特征在于，所述上层电控门和所述下层电控门均至少为2个；

至少两个所述上层电控门对称设置，且高度相同；

至少两个所述下层电控门对称设置，且高度相同。

4.根据权利要求2所述的动物学实验装置，其特征在于，所述顶盖的中央还设置有摄像头。

5.根据权利要求1所述的动物学实验装置，其特征在于，所述底板上，且位于所述内桶的内部设置有液体入口。

6.根据权利要求5所述的动物学实验装置，其特征在于，还包括储液罐，所述储液罐通过连通管与所述液体入口连接；

所述储液罐内部还设置有温度调节器。

7.根据权利要求4所述的动物学实验装置，其特征在于，还包括视频采集模块，用于在预定的时间内采集如下数据中的一种或多种：位于上层子空间的个体数量、位于下层子空间的个体数量和通过指定电控门的个体数量。

8.根据权利要求4所述的动物学实验装置，其特征在于，还包括计时模块，所述计时模块与所述电控开关电连接，且用于在计时预定的时间后生成开关信号，以使所述电控开关生成控制所述电控门开启和关闭的电信号。