CN105466935A

CN105466935A - 一种密闭显微拍摄系统

Info

Publication number: CN105466935A
Application number: CN201610033865.7A
Authority: CN
Inventors: 王承法; 刘浩; 沈银武
Original assignee: Wuhan Changbao Environment Protection Engineering Co Ltd
Current assignee: Wuhan vast water environmental science and Technology Co Ltd
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN105466935B

Abstract

本发明公开了一种密闭显微拍摄系统，包括底板，还包括设置在底板上的外壳，底板上固定有滑动槽，滑动槽上设置有可沿滑动槽往复运动的升降件，升降件的升降端固定有CCD相机，外壳一端设置有矩形光源框，矩形光源框内设置有反应室。本发明解决了放大倍数与拍摄视野面积矛盾的问题；利用可见光成像拍摄代替红外光成像模式，使得拍摄的速度和清晰度明显提高，同时大大降低了制造成本。

Description

一种密闭显微拍摄系统

技术领域

本发明涉及水环境监测仪器设备领域，具体涉及一种密闭显微拍摄系统。适用于实时拍摄溞类的运动学行为变化，用来研究溞类的运动学行为特性、生长速率及生活史特征。该设备也适用于与溞类类似的其他微型动物的运动学行为特性、生长速率及生活史特征研究。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，我国水环境问题日益严峻，目前全国有近50%的河段、90%的城市水域受到不同程度的污染。北方河流有水皆污，南方由于河流污染而无水喝的情形频频发生；地下水污染问题日益突出，90%城市地下水不同程度地遭受有毒有害物质的污染，目前已经呈现由点向面的扩展趋势。水污染已经危及到人民群众的身体健康和生产生活，全国目前有3亿多人无法获取安全饮用水。水污染的严峻局面对水环境监测、预警及保护提出了更高的要求，特别是频繁发生的水污染事件给供水安全敲响了警钟。2011年4月水利部发布“关于公布全国重要饮用水水源地名录的通知”（水资源函[2011]109号文），列出了全国重要水源地三批名录，同时要求各地按照有关法律法规要求做好本地区重要重点水域的管理和保护工作。重点水域水质安全作为生态安全最重要的部分，直接关系到人民群众生命健康及社会和谐稳定大局，是全面建设小康社会的重要支撑条件。开展水环境监测预警设备研发，保障用水安全，是贯彻落实党中央、国务院的工作部署，也是全面建设小康社会、是落实科学发展观的重要举措，是保障人民群众身体健康和稳定社会秩序的重要保证。

目前我国的水质监测以常规监测为主，监测参数局限在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的109项之内。而事实上自然界的污染物成千上万种，因此，《地表水环境质量标准》规定的109项参数远远达不到保障水质安全的标准要求。再加上常规监测往往监测周期长、测试耗时耗力、易造成二次污染，因而，迫切需要一种快速、全面、绿色环保的监测技术，迅速检测出水质是否安全。因此，迫切需要开展生物毒性测试，寻找敏感的指示生物并研究其生理生化特性便成为当务之急。

由于水溞是在一种微型水生动物，其对有毒物质的敏感性远高于人类，能在对人类造成伤害之前及时预警水质问题。再者利用水溞的行为变化测试、预警水质，不需要添加外来化学物品，绿色安全，运行成本低廉。而利用水溞测试水质毒性的关键便是能实时拍摄水溞的运动学行为特征，拍摄要求既有一定的放大倍数、拍摄清晰，又要视野广阔，才能准确、快速的掌握水溞的运动学行为变化。同时拍摄设备价格低廉，适宜在国内大规模的推广。

目前国外在在线实时研究水溞行为变化时多用显微红外高速相机，其特点是只需要微弱的红外光即可拍摄，对光源的要求比较低，适于24小时拍摄。而缺点是红外高速相机价格高昂，每秒拍摄的帧率较低。目前该种技术在国内尚不成熟，国内设备多是从国外引进。制约了国产溞类毒性仪器的研制。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题，提供一种密闭显微拍摄系统，该系统解决了以下两个方面的技术问题：（1）解决了放大倍数与拍摄视野面积矛盾的问题。传统的显微拍摄放大倍数与拍摄视野是一对矛盾，如果想加大倍数视野面积便会缩小，同样如果加大视野面积放大倍数便会受到影响。本发明很好的解决了这一问题，既使视野面积高达1600mm²，也使放大倍数和清晰度满足要求。（2）利用可见光成像拍摄代替红外光成像模式，使得拍摄的速度和清晰度明显提高，同时大大降低了设备成本。

本发明的目的可通过下列技术方案实现：

一种密闭显微拍摄系统，包括底板，还包括设置在底板上的外壳，底板上固定有滑动槽，滑动槽上设置有可沿滑动槽往复运动的升降件，升降件的升降端固定有CCD相机，外壳一端设置有矩形光源框，矩形光源框内设置有反应室。

如上所述的反应室包括依次叠放的铝合金压板、亚格力盖板、中空亚格力板和胶木底板，铝合金压板、亚格力盖板、中空亚格力板和胶木底板通过螺栓压紧并固定在铝合金面板上，中空亚格力板中空的部分构成反应室内部空间，反应室内部空间分别与加溞口、进水口和出水口连通，出水口处设置有滤网，铝合金面板、底板和外壳构成封闭空间。

如上所述的胶木底板与中空亚格力板之间设置有密封圈，中空亚格力板与亚格力盖板之间设置有密封圈。

如上所述的矩形光源框朝向反应室一侧为双层蓝色亚格力板，其他侧面为黑色亚格力板。

如上所述的升降件包括螺丝，螺丝底端通过螺母固定在滑动槽内，螺丝顶端设置有滑动块，CCD相机固定在滑动块上。

本产品与国外同类产品相比质优价廉，易于维护。如德国BBE公司生产的溞类毒性仪所用的显微拍摄系统为高速红外CCD相机，所用光源为红外光源，其成像原理为红外成像原理，价格高昂，其国内售价在10万元左右。而我们设计的产品则利用可见光成像原理，利用的是普通CCD相机及普通镜头，光源亦为可见光源。其拍摄效果与高速红外CCD相机相比，拍摄速度更快，更清晰，而价格只有高速红外CCD相机的二十分之一。在操作维护上，本设备的可见光源设计成易拆换的形式，操作简便。CCD相机的选型为市场应用较广的型号，更换比较容易。而且CCD相机在水平及纵向的调节距离较大，可以调节的范围较广，因此可以拍摄的物体种类范围较广。甚至在更换不同型号的CCD相机时由于设备镜头在水平及纵向的调节范围较大，也能满足要求。因此，该设备的适用范围更广。

它适用于实验室内研究溞类等微型动物的运动行为学及生活史特征，比如不同阶段的生长速度、游动速度、游动轨迹、群落分布性特征等等。尤其是溞类等微型动物在有毒有害物质如重金属、除草剂、杀虫剂、有机物等的胁迫下的运动学行为变化，以评价其微型动物运动学行为抑制情况。是溞类毒性仪器的关键部件。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）解决了放大倍数与拍摄视野面积矛盾的问题。传统的显微拍摄放大倍数与拍摄视野是一对矛盾，如果想加大倍数视野面积便会缩小，同样如果加大视野面积放大倍数便会受到影响。本发明很好的解决了这一问题，既使视野面积高达1600mm²，也使放大倍数和清晰度满足要求。

（2）利用可见光成像拍摄代替红外光成像模式，使得拍摄的速度和清晰度明显提高，同时大大降低了制造成本。该设备用于溞类毒性仪上，大大降低了仪器成本，推动溞类毒性仪的国产化及在国内的推广应用，为保障供水安全提供了有力的手段。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图。

图2为反应室的正视结构示意图。

图3为反应室的侧视结构示意图。

图中：1-光学镜头，2-CCD相机，3-滑动槽，5-外壳，7-反应室，8-矩形光源框，9-卡槽，11-CCD相机固定螺丝，12-第一线孔,13-CCD相机电源接口，14-数据线接口，15-底板，16-滑动块，17-面板，18-第二线孔,

7-A-进水口，7-B-反应室内部空间，7-C-滤网，7-D-出水口，7-E-加溞口，7-F-铝合金压板，7-G-铝合金面板，7-I-胶木底板，7-J-中空亚格力板，7-K-亚格力盖板，7-L-铝合金压板扶手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

光学镜头1，规格为CCTVLENS，焦距16mm，CCD相机2，采用索尼700TVCCD型号，二者相连组成显微拍摄系统核心部件，用于拍摄水溞的行为变化；CCD相机通过M5螺丝固定在滑动块16上，滑动块16为铝合金材质，通过M4螺丝固定在滑动槽3里，滑动槽3位于底板15上，滑动块16可以通过滑动槽3调节光学镜头1与反应室7的水平距离，调节范围为0～30mm。固定螺丝M4上有两个螺帽，通过这两个螺帽将螺丝M4底端固定在滑动槽3里，螺丝M4顶端固定滑动块16，通过两个螺帽的位置的变动调节螺丝的顶端的伸出距离，从而调节滑动块16的离底板15的距离，达到调节光学镜头1与底板15的垂向距离的目的（也即是光学镜头1对水溞的垂向距离），垂向调节范围为0～5mm；CCD相机电源接口13，通过第一线孔12（直径10mm）与电源相连，用来提供CCD相机电源；数据线接口14，通过第一线孔12（直径10mm）与电脑相连，将拍摄的信息传给电脑；反应室7（具体组成见图2，下面详细介绍），反应室7用来盛装水样及水溞并进行测试，反应室7在矩形光源框8内固定，矩形光源框8底部固定在卡槽9内，上面固定在夹板与面板17之间，用型号M6的螺丝固定，卡槽9、夹板与面板17焊接在底板15上，夹板、面板17及底板15均为铝合金材质，卡槽9深2mm；矩形光源框由LED灯，亚格力板制成，形状为中空的立方体，外侧尺寸为110mm×110mm×18mm，内侧尺寸为81mm×81mm×18mm，LED灯位于内侧与外侧围成的空间之内，内侧面为双层蓝色亚格力板用于过滤光源，其余面均为黑色亚格力板（用于避光），LED灯通过双层蓝色亚格力板过滤后形成蓝色单色光；矩形光源框8的作用一是固定反应室7，二是为反应室7提供拍摄所需单色光源；反应室7正好卡在矩形光源框8内，方便每次实验结束拆洗部件及更换水溞；外壳5通过M2螺丝固定在15底板上，组成一密闭环境，避免外面光源进入影响拍摄效果。

反应室7组成具体如图2和图3所示，包括进水口7-A，反应室内部空间7-B，滤网7-C，出水口7-D，加溞口7-E，铝合金压板7-F，铝合金面板7-G，胶木底板7-I，中空亚格力板7-J，亚格力盖板7-K。其连接顺序依次为：铝合金面板7-G，胶木底板7-I、中空亚格力板7-J、亚格力盖板7-K及铝合金压板扶手7-L。铝合金面板7-G由铝合金制成，强度较大，作为面板，上有四根螺丝，其作用是固定胶木底板7-I、中空亚格力板7-J、亚格力盖板7-K及铝合金压板7-F。铝合金面板上有铝合金压板扶手7-L，便于拿放；胶木底板7-I，由黑色胶木制成，厚度为7mm，用于显微拍摄时作为底板，增强拍摄对比效果；中空亚格力板7-J厚10mm，中间凿空，该层亚格力板透明，周围可进光源；然后盖上亚格力盖板7-K（透明，厚5mm），反应室内部空间7-B主要用来盛装水及水溞，作为测试的空间场所，也是摄像头拍摄的区域；以上层与层之间用密封圈密封，防止漏水。最后加上铝合金压板7-F，铝合金压板7-F镀黑，该板有两个作用，一是增加强度，将以上四层压成一个部件，均匀受力，防止漏水，二是中间凿出反应室内部拍摄边界，便于计算机识别。上述四部分由M5螺丝固定在铝合金面板7-G上。进水口7-A位于铝合金面板7-G上，进水口在反应室上方穿过胶木底板与反应室内部空间7-B相连，进水口7-A为水样进水口，所用阀为ZXC快速接头。出水口7-D位于铝合金面板7-G上，出水口同样穿过胶木底板与反应室内部空间7-B相连，出水口安装有滤网7-C，出水口7-D的作用是排出测试后的水样，所用阀为ZXC快速接头，滤网7-C的作用是防止反应室内的水溞外逃。

设备的操作方法是：打开加溞口7-E，加入水溞，盖上塞子，将反应室7安装到矩形光源框8。从进水口7-A加入测试水样，将出水口7-D连接排水管道。然后打开矩形光源框8、CCD相机2及控制电脑，启动CCD相机控制软件（相机自带）。首次使用可通过滑动槽、螺丝及镜头伸缩，调节光学镜头1在水平及垂向上的距离，已达到最佳拍摄效果，盖上外壳5，拍摄信号将通过数据线14传给接受设备（如计算机）。通过接受设备可实时观察记录水溞的运动行为变化情况。以后使用不需要再调节光学镜头与反应室7距离。只需打开加溞口7-E，加入水溞，盖上塞子，将反应室7安装到矩形光源框8。从进水口7-A加入测试水样，将出水口7-D连接排水管道。然后打开矩形光源框8、CCD相机2及控制电脑，启动电脑控制软件，即可进行工作。

反应室7的安装方法如下：打开铝合金面板7-G上的螺丝，对反应室7各个部分进行清洗，清洗后按照铝合金面板7-G，胶木底板7-I、中空亚格力板7-J、亚格力盖板7-K、铝合金压板7-F顺序组装（以上层与层之间均安装有防水圈防止漏水），组装后由螺丝固定。然后打开加溞口7-E，小心加入测试水溞及水样，盖上塞子，防止有气泡进入，影响拍摄效果。将矩形光源框8插入底板15上的卡槽9、夹板与面板17之间，用螺丝将矩形光源框8固定，以用来固定反应室7并提供拍摄光源。将CCD相机2用螺丝固定在滑动块16上，然后将滑动块16用固定螺丝固定在滑动槽3里。连接CCD相机电源接口13，将数据线接口14与电脑相连，在电脑上安装CCD相机数据采集卡（型号SDK3000）。安装组装好的反应室7到矩形光源框8内，将进水口7-A接入测试水样，出水口7-D接上排水管。打开矩形光源框8电源及CCD相机2电源，打开电脑，将CCD相机拍摄的图像信息显示出来。调节滑动块16在滑动槽3的位置以调节镜头与反应室7的距离，同时调节螺丝以调节镜头的垂向距离，找到最佳拍摄距离及高度。然后调节光学镜头1微调达到最佳拍摄效果，将以上位置进行固定，通过螺丝安装外壳5，完成整个系统的组装与调试。调试结束后即可开展正式测试。

测试的方法是打开矩形光源框8电源、CCD相机2电源及电脑电源，启动拍摄程序，此时CCD相机2拍摄的图像信息传到电脑，大型溞的运动学行为参数如运动速度、运动方向、种群分布面积、运动幅度、生长速度等即可通过计算机软件分析出来，通过与正常情况下的运动学行为比较，即可判断测试水样的毒性大小。测试完毕后，将拉出反应室进水口7-A关闭及出水口7-D关闭（进水口7-A及出水口7-D为快速单向接头，拔掉接头即自动关闭，防止漏水）。然后打开螺丝，将反应室7内的残留水样及水溞倒进废液缸，防止污染环境，将反应室7进行清洗，然后组装重复上面的步骤进行下一组样品测试。只有设备初次安装使用时进行滑动块16进行前后上下距离调节，以后重复测试不需要再进行调试。当测试的溞类或微型动物的种类发生变化时需要再次校准。

本发明可以测试有毒物质的毒性，如以水溞为指示生物进行毒性测试，其原理是当水溞受到有毒物质伤害时，其运动速度会发生明显变化，当水溞的运动速度抑制到只有正常速度的50%时，即判定为水溞产生了明显响应，亦即水样有毒。其测试方法及步骤如下：打开加溞口7-E，加入水溞，盖上加溞口7-E上的塞子，将反应室7安装到矩形光源框8。从进水口7-A加入含有重金属Cr⁶⁺的有毒水样，将出水口7-D连接排水管道。然后打开矩形光源框8、CCD相机2及控制CCD相机2的计算机，启动CCD相机控制软件，此时拍摄信号将通过数据线14传给计算机。通过计算机可实时观察记录水溞的运动速度变化情况。实验发现当金属Cr⁶⁺的的浓度为0.02mg/L时，在4个小时左右水溞的运动速度下降50%，即检出水样有毒。同样该方法对重金属Pb²⁺的检测限浓度为0.05mg/L，除草剂锈去津的浓度为0.02mg/L,杀虫剂DDT为0.01mg/L，均为在4小时内水溞的运动速度下降50%。

由于本发明设计简介，部件更换简单，在长时间的运行后（一般连续运行两年后需要更换部件）需要更换矩形光源框8和CCD相机2。更换矩形光源框8时只需打开外壳5，松开矩形光源框8，进行更换即可。更换CCD相机2时，需要首先打开外壳5，松开CCD相机固定螺丝及滑动块固定螺丝，进行更换即可。然后通过滑动槽3及调节螺丝进行粗调，将镜头焦距及位置调节好，再利用镜头焦距将拍摄图像调节至清晰，然后安装好外壳5即可。通过简单的培训即可掌握，不需专业人员更换。使用及维修均比较简单。

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

1.一种密闭显微拍摄系统，包括底板（15），其特征在于，还包括设置在底板（15）上的外壳（5），底板（15）上固定有滑动槽（3），滑动槽（3）上设置有可沿滑动槽（3）往复运动的升降件，升降件的升降端固定有CCD相机（2），外壳（5）一端设置有矩形光源框（8），矩形光源框（8）内设置有反应室（7）。

2.根据权利要求1所述的一种密闭显微拍摄系统，其特征在于，所述的反应室（7）包括依次叠放的铝合金压板（7-F）、亚格力盖板（7-K）、中空亚格力板（7-J）和胶木底板（7-I），铝合金压板（7-F）、亚格力盖板（7-K）、中空亚格力板（7-J）和胶木底板（7-I）通过螺栓压紧并固定在铝合金面板（7-G）上，中空亚格力板（7-J）中空的部分构成反应室内部空间（7-B），反应室内部空间（7-B）分别与加溞口（7-E）、进水口（7-A）和出水口（7-D）连通，出水口（7-D）处设置有滤网（7-C），铝合金面板（7-G）、底板（15）和外壳（5）构成封闭空间。

3.根据权利要求2所述的一种密闭显微拍摄系统，其特征在于，所述的胶木底板（7-I）与中空亚格力板（7-J）之间设置有密封圈，中空亚格力板（7-J）与亚格力盖板（7-K）之间设置有密封圈。

4.根据权利要求3所述的一种密闭显微拍摄系统，其特征在于，所述的矩形光源框（8）朝向反应室（7）一侧为双层蓝色亚格力板，其他侧面为黑色亚格力板。

5.根据权利要求4所述的一种密闭显微拍摄系统，其特征在于，所述的升降件包括螺丝，螺丝底端通过螺母固定在滑动槽（3）内，螺丝顶端设置有滑动块（16），CCD相机（2）固定在滑动块（16）上。