CN105424669B - 水体中蓝藻密度在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：包括溶液检测池，溶液检测池的溶液进口通过取样泵连接溶液池；所述溶液检测池安装于机械移动平台上，溶液检测池上设有溶液进口、溶液出口和溶液溢出口，在溶液出口设置电磁阀；在所述溶液检测池的底部设有透明下面板，透明下面板上设置透明上面板，透明下面板和透明上面板通过铰链连接；在所述透明上面板正上方的溶液检测池上设置有LED灯；在所述机械移动平台上安装能够在X轴、Y轴和竖直方向移动的CCD摄像头和激光器，激光器的照射方向对着溶液检测池底部的透明下面板，在CCD摄像头的荧光接收端设置滤光片。本发明结构简单、体积较小、成本低、计数准确、控制方便、更换部件方便。

Description

水体中蓝藻密度在线检测装置

技术领域

本发明涉及一种水体中蓝藻密度在线检测装置，尤其是一种通过采集藻蓝蛋白特定波长的荧光图像，并对图像进行处理，实现水体中蓝藻分布密度检测的装置以及水华程度的分级评价，属于蓝藻荧光成像技术和图像处理技术领域。

背景技术

现有的蓝藻密度检测主要通过显微镜实现。显微镜检测的主要原理是：分析人员把含有蓝藻的水样放在显微镜载物台上，通过目镜来直接统计蓝藻细胞数量，等一个目镜视角范围内的蓝藻计数完成后，再手工移动载物台，进行下一个视角的蓝藻计数。通过这种方式进行100个视角内的蓝藻计数，然后将统计数量除以水样体积得到蓝藻密度。这种计数方式往往需要花费数小时，而且时间越久，人眼的疲劳程度越高，计数产生的误差也很大，而且手动操作载物台会造成移动定位误差，导致计数不准。不仅如此，由于水样中还存在一些非蓝藻细胞，这些细胞会被误以为蓝藻细胞，而对其进行计数，也会导致计数不准。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种水体中蓝藻密度在线检测装置，结构简单、体积较小、成本低、计数准确、控制方便、更换部件方便。

按照本发明提供的技术方案，所述水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：包括溶液检测池，溶液检测池的溶液进口通过取样泵连接溶液池；所述溶液检测池安装于机械移动平台上，溶液检测池上设有溶液进口、溶液出口和溶液溢出口，在溶液出口设置电磁阀；在所述溶液检测池的底部设有透明下面板，透明下面板上设置透明上面板，透明下面板和透明上面板通过铰链连接；在所述透明上面板正上方的溶液检测池上设置有LED灯；在所述机械移动平台上安装能够在X轴、Y轴和竖直方向移动的CCD摄像头和激光器，激光器的照射方向对着溶液检测池底部的透明下面板，在CCD摄像头的荧光接收端设置滤光片。

进一步的，所述机械移动平台上安装丝杆固定座，丝杆固定座上设置第一丝杆，第一丝杆上连接可沿第一丝杆移动的水平连接板；在所述水平连接板的两端固定垂直连接板，垂直连接板之间设置第二丝杆，第二丝杆上设置可沿第二丝杆移动的摄像头固定座；在所述摄像头固定座上竖直安装第三丝杆，第三丝杆上设置可沿第三丝杆移动的摄像头固定块，在摄像头固定块上安装CCD摄像头，在CCD摄像头上连接激光连接块，激光连接块上安装激光器。

进一步的，所述激光器的照射点与CCD摄像头的焦点重合。

进一步的，所述滤光片采用660nm滤光片。

进一步的，所述CCD摄像头的图像信号输出端连接上位机。

进一步的，所述取样泵、电磁阀、LED灯、激光器、X轴步进电机和Y轴步进电机分别连接PLC控制器的控制端。

进一步的，所述第一丝杆与安装在机械移动平台上的Y轴步进电机的动力输出端连接，第二丝杆与安装在垂直连接板上的X轴步进电机的动力输出端连接。

进一步的，所述水平连接板的两端固定连接块，连接块中设置光杆，光杆的两端设置在光杆固定座中。

进一步的，所述透明下面板和透明上面板之间的距离为0.1mm。

进一步的，在所述溶液检测池上安装溶液检测池步进电机，溶液检测池步进电机的动力输出端连接步进电机连接杆，步进电机连接杆与上面板连接杆连接，上面板连接杆设置于透明上面板上。

本发明所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，结构简单、体积较小、成本低、计数准确、控制方便、更换部件方便。

附图说明

图1本发明所述水体中蓝藻密度在线检测装置的示意图。

图2为机械移动平台与溶液检测池的整体外观图。

图3为机械移动平台的轴视图。

图4为机械移动平台的主视图。

图5为机械移动平台的左视图。

图6为溶液检测池的侧视图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1～图6所示：所述水体中蓝藻密度在线检测装置包括溶液检测池1、机械移动平台2、取样泵3、溶液池4、上位机5、PLC控制器6、光杆固定座7、光杆8、丝杆固定座9、连接块10、第一丝杆11、水平连接板12、手动转轮13、X轴步进电机14、垂直连接板15、滤光片16、激光器17、CCD摄像头18、摄像头固定座19、激光连接块20、Y轴步进电机21、摄像头固定块22、透明下面板23、铰链24、透明上面板25、上面板连接杆26、步进电机连接杆27、溶液检测池步进电机28、溶液进口29、溶液溢出口30、溶液出口31、电磁阀32、LED灯33、第二丝杆34、第三丝杆35等。

如图1所示，本发明所述水体中蓝藻密度在线检测装置包括溶液检测池1，溶液检测池1的溶液进口29通过取样泵3连接溶液池4。

如图2、图6所示，所述溶液检测池1安装于机械移动平台2上，溶液检测池1上设有溶液进口29、溶液出口31和溶液溢出口30，溶液出口31设置于溶液检测池1的底部，溶液溢出口30设置于溶液检测池1的侧壁，在溶液出口31设置电磁阀32；在所述溶液检测池1的底部设有透明下面板23，透明下面板23上设置透明上面板25，透明下面板23和透明上面板25通过铰链24连接，透明下面板23和透明上面板25之间的距离为0.1mm；在所述溶液检测池1上安装溶液检测池步进电机28，溶液检测池步进电机28的动力输出端连接步进电机连接杆27，步进电机连接杆27与上面板连接杆26连接，上面板连接杆26设置于透明上面板25上；在检测过程中，可以通过溶液检测池步进电机28的动作，带动透明上面板25向上打开和向下压紧。在所述透明上面板25正上方的溶液检测池1上设置有LED灯33。

如图2～图5所示，所述机械移动平台2上安装丝杆固定座9，丝杆固定座9上设置第一丝杆11，第一丝杆11上连接可沿第一丝杆11移动的水平连接板12，水平连接板12的两端固定连接块10，连接块10中设置光杆8，光杆8的两端设置在光杆固定座7中，连接块10可沿光杆8移动；在所述水平连接板12的两端固定垂直连接板15，垂直连接板15之间设置第二丝杆34，第二丝杆34上设置可沿第二丝杆34移动的摄像头固定座19；在所述摄像头固定座19上竖直安装第三丝杆35，第三丝杆35上设置可沿第三丝杆35移动的摄像头固定块22，第三丝杆35的端部安装手动转轮13，在摄像头固定块22上安装CCD摄像头18。在所述CCD摄像头18上连接激光连接块20，激光连接块20上安装激光器17。所述激光器17的照射方向对着溶液检测池1底部的透明下面板23，激光器17的照射点与CCD摄像头18的焦点重合。在所述CCD摄像头18的荧光接收端设置滤光片16，滤光片16采用660nm滤光片。

所述CCD摄像头18的图像信号输出端连接上位机5，上位机5将采集的荧光图像进行图像信号处理，分辨出蓝藻细胞，最后实现蓝藻细胞的统计，从而代替了人工计数。

所述取样泵3、电磁阀32、LED灯33、激光器17、X轴步进电机14和Y轴步进电机21均通过PLC控制器6进行控制，以代替人工操作载物台实现100个视角的检测；同时，PLC控制器6可以控制取样泵3和电磁阀32进行溶液的自动取样，实现了自动取样，自动视角定位，自动计数。

所述第一丝杆11与安装在机械移动平台2上的Y轴步进电机21的动力输出端连接，第二丝杆34与安装在垂直连接板15上的X轴步进电机14的动力输出端连接。

本发明的工作流程：PLC控制器6首先控制取样泵3和电磁阀32打开，并使溶液检测池步进电机28向前运动，带动透明上面板25向上拉开，此时溶液对溶液检测池1进行润洗10秒，然后PLC控制器6控制电磁阀32闭合，取样泵3继续取样5秒，多余的溶液会从溶液溢出口30溢出，接着PLC控制器6使取样泵3停止工作，并使溶液检测池步进电机28向后运动，从而带动透明上面板25向下压紧。此时，PLC控制器6控制LED灯33点亮2秒，接着控制激光器17点亮，蓝藻在激光的激发下会产生波峰为660nm的荧光，荧光通过660nm滤光片16进入CCD摄像头18，上位机5中的软件对CCD摄像头18采集的荧光图像进行处理，从而识别出蓝藻，并对蓝藻进行计数，此时完成一个视角的计数。通过PLC控制6控制X轴步进电机14和控制Y轴步进电机21来实现100个视角的检测，接着把统计结果除以样本体积得到蓝藻密度，并根据蓝藻的密度给出水华程度的分级，并把结果在上位机5中显示。接着PLC控制器6控制X轴步进电机14和Y轴步进电机21使CCD摄像头18和激光器17回到起点。最后PLC控制器6控制电磁阀32打开，同时控制溶液检测池步进电机28向前运动，使透明上面板25向上拉开，这样溶液就会从溶液出口31中流出。此时，完成了一次溶液的蓝藻密度在线检测和水华程度的分级，整个过程所需3分钟。

本发明的工作原理：由于蓝藻中存在藻蓝蛋白，并且这一特殊的物质会在特定波长的光源激发下，产生波峰为660nm的荧光，荧光通过滤光片后进入到CCD摄像头中成像，上位机中的软件对荧光图像进行处理，来分辨出蓝藻细胞，最后实现蓝藻细胞的统计。摄像头和激光器以一定角度固定在机械移动平台的Z轴方向上，使激光照射到溶液的位置与摄像头的焦点相重合，作为入射光照射水样，水样中的藻蓝蛋白吸收光能后进入激发态从而产生荧光，荧光通过660nm滤光片后进入到CCD摄像头中成像，上位机采集荧光图像并进行图像信号处理，来分辨出蓝藻细胞，最后实现蓝藻细胞的统计，从而代替了人工计数。整个装置通过PLC来控制机械移动平台做X轴、Y轴的运动，代替人工操作载物台实现100个视角的检测。同时，PLC控制水泵进行溶液的自动取样，实现了自动取样，自动视角定位，自动计数。

Claims (8)

1.一种水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：包括溶液检测池（1），溶液检测池（1）的溶液进口（29）通过取样泵（3）连接溶液池（4）；所述溶液检测池（1）安装于机械移动平台（2）上，溶液检测池（1）上设有溶液进口（29）、溶液出口（31）和溶液溢出口（30），在溶液出口（31）设置电磁阀（32）；在所述溶液检测池（1）的底部设有透明下面板（23），透明下面板（23）上设置透明上面板（25），透明下面板（23）和透明上面板（25）通过铰链（24）连接；在所述透明上面板（25）正上方的溶液检测池（1）上设置有LED灯（33）；在所述机械移动平台（2）上安装能够在X轴、Y轴和竖直方向移动的CCD摄像头（18）和激光器（17），激光器（17）的照射方向对着溶液检测池（1）底部的透明下面板（23），在CCD摄像头（18）的荧光接收端设置滤光片（16）；

所述透明下面板（23）和透明上面板（25）之间的距离为0.1mm；

在所述溶液检测池（1）上安装溶液检测池步进电机（28），溶液检测池步进电机（28）的动力输出端连接步进电机连接杆（27），步进电机连接杆（27）与上面板连接杆（26）连接，上面板连接杆（26）设置于透明上面板（25）上。

2.如权利要求1所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述机械移动平台（2）上安装丝杆固定座（9），丝杆固定座（9）上设置第一丝杆（11），第一丝杆（11）上连接可沿第一丝杆（11）移动的水平连接板（12）；在所述水平连接板（12）的两端固定垂直连接板（15），垂直连接板（15）之间设置第二丝杆（34），第二丝杆（34）上设置可沿第二丝杆（34）移动的摄像头固定座（19）；在所述摄像头固定座（19）上竖直安装第三丝杆（35），第三丝杆（35）上设置可沿第三丝杆（35）移动的摄像头固定块（22），在摄像头固定块（22）上安装CCD摄像头（18），在CCD摄像头（18）上连接激光连接块（20），激光连接块（20）上安装激光器（17）。

3.如权利要求2所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述激光器（17）的照射点与CCD摄像头（18）的焦点重合。

4.如权利要求1所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述滤光片（16）采用660nm滤光片。

5.如权利要求1所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述CCD摄像头（18）的图像信号输出端连接上位机（5）。

6.如权利要求2所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述取样泵（3）、电磁阀（32）、LED灯（33）、激光器（17）、X轴步进电机（14）和Y轴步进电机（21）分别连接PLC控制器（6）的控制端。

7.如权利要求2所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述第一丝杆（11）与安装在机械移动平台（2）上的Y轴步进电机（21）的动力输出端连接，第二丝杆（34）与安装在垂直连接板（15）上的X轴步进电机（14）的动力输出端连接。

8.如权利要求2所述的水体中蓝藻密度在线检测装置，其特征是：所述水平连接板（12）的两端固定连接块（10），连接块（10）中设置光杆（8），光杆（8）的两端设置在光杆固定座（7）中。