CN105588837B - 便携式活体植物叶片气孔成像观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式活体植物叶片气孔成像观测装置。本发明中三脚架主要用于支撑、稳固整个装置。连接滑杆主要用于挂载操作机箱部分、显微调焦机构、叶片装夹调节机构。操作机箱部分包括耦合镜、摄像头、处理电路、外壳、支撑板、第一连接块、第一调高旋钮。显微调焦机构包括第二连接块、梯形导轨、金相物镜光学系统、第一支撑架、第一移动平台、第一丝杠、粗调旋钮、细调旋钮。叶片装夹调节机构包括第三连接块、第二支撑架、第二移动平台、压片夹、第二丝杠、舵机、遮光板、紧固板、舵机座、第二调高旋钮。本发明在不影响植物叶片正常生理活动的同时，获取植物叶片的气孔图像，且观测植物大小、地点不受限制，观测时间长。

Description

便携式活体植物叶片气孔成像观测装置

技术领域

本发明涉及一种便携式活体植物叶片气孔成像观测的装置，具体地说是一种可拆卸组装，在不影响植物叶片正常生理活动的同时，获取植物叶片的气孔图像的装置。

背景技术

当今，全球气候变化问题日益突出。森林作为陆地生态系统的主体，具有可重复再生的特性，有碳源和碳汇的双重作用，尤其是碳汇功能，不仅能极大地缓解气候变暖趋势，而且能有效的抵消CO₂排放，促进碳在地球生态体系中的平衡。通过森林碳汇抵消CO₂排放已成为国际气候公约的重要内容，受到世界各国政府和科学家的广泛关注。近年来，我国空气质量退化较快，仅雾霾一项指标就呈范围扩大和持续时间延长的趋势，已成为引起民众身体健康恐慌的严重社会问题。改善空气质量成为我国各级政府的重要工作目标。植物在其生长发育过程中，其各种重要的生理生化活动都与气孔运动息息相关，所以对植物气孔的研究显得十分重要。

目前现有观测叶片气孔的装置或方法，都无法在不影响植物正常生理的同时准确观测到植物叶片气孔。目前观测气孔的方法大致有四种，一种是撕取叶片表皮组织，制成标本在生物显微镜下观测，该方法以“暴力”方式中断了叶片正常生理活动，另一种是将叶片从植物体上摘下，在实验室中用显微镜扫描的方式实现气孔的观测，该方法虽然不破坏叶片组织，但也终止了叶片的正常生理活动，而且由于叶片脱离了植物体叶片上的气孔随着时间的变化趋于闭合，导致观测结果不准确；第三种方法是使用气度计定量检测气孔开合度，该方法虽不用将叶片从植物体上摘下，但是气度计的夹具影响了植物叶片正常进行光合作用，同样会导致测量结果不准确；第四种方法用电子显微镜观测，如中国专利号ZL201110077007.X所公布的一种植物叶片气孔活体的三维显微观测方法，虽然该方法能够实现活体植物的气孔观测，但是却影响了植物正常的光合作用，且观测植物大小受限，观测地点受限，且由于其直接使用PC机显示观测图像，不利于户外长期工作。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的是提供一种可拆卸组装，在不影响植物叶片正常生理活动的同时，获取植物叶片的气孔图像的装置，用于实现在植物叶片进行正常光合作用时，获取叶片气孔图像，且观测植物大小、地点不受限制，观测时间长。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括三角支架、连接滑杆、操作机箱部分、显微调焦机构、金相显微系统、传像束、叶片装夹调节机构。

三脚架主要用于支撑、稳固整个装置，具有可延展、可伸缩功能；三脚架的顶端有空心圆柱，空心圆柱内设有螺纹，空心圆柱与三角支架固连。

连接滑杆主要用于挂载操作机箱部分、显微调焦机构、叶片装夹调节机构。

操作机箱部分包括：耦合镜、摄像头、处理电路、外壳、支撑板、第一连接块、第一调高旋钮。

操作机箱部分的耦合镜、摄像头、处理电路均置于外壳内部，外壳留出相应的接口，便于连接外部设备；外壳固定在支撑板上，支撑板与连接块固连，第一连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第一连接块通过螺纹孔与第一调高旋钮相配合。

显微调焦机构包括：第二连接块、梯形导轨、金相物镜光学系统、第一支撑架、第一移动平台、第一丝杠、粗调旋钮、细调旋钮。

第一支撑架与梯形导轨固连；第二连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第二连接块通过螺纹孔与粗调旋钮、细调旋钮相配合，其中细调旋钮通过第二连接块内部的齿轮齿条与梯形导轨相配合，以实现微调焦；第一移动平台安放在第一支撑架的滑动导轨上，第一丝杠与第一移动平台相配合，第一丝杠两端与第一支撑架上的前后轴承相配合，以实现调节第一移动平台，第一丝杠一端带有小手柄以方便操作，第一移动平台连接金相物镜光学系统。

叶片装夹调节机构包括：第三连接块、第二支撑架、第二移动平台、压片夹、第二丝杠、舵机、遮光板、紧固板、舵机座、第二调高旋钮。

第二支撑架与第三连接块固连，第三连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第三连接块与第二高度调节旋钮相配合；遮光板与舵机固连，舵机与舵机座固连，舵机座与支撑架固连，遮光板高出支撑架，遮光板用于排除在获取叶片气孔图像时外界光源带来的干扰造成的图像不清晰；第二移动平台安放在第二支撑架的滑动导轨上，第二移动平台通过左侧螺纹孔与第二丝杠相配合，第二丝杠两端与支撑架上的前后轴承相配合，第二丝杠一端带有小手柄以方便操作；两个压片夹分别固连在支撑架的前端和移动平台的左侧，用于压住盖玻片，盖玻片下面放置等待被观测的叶片；紧固板在支撑架的右端，与支撑架连接，紧固板用于固定叶片附近的枝桠，防止在测量过程中植物体抖动造成叶片脱离植物本体。

与背景技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明实现了严格意义上的活体植物叶片气孔观测，即装置可放置在被观测植物体附近，观测植物叶片不脱离植物本体且在装夹叶片时不影响叶片正常的生理活动。

2. 本发明装置设计为可拆卸、组装式且较为轻便，方便更换不同观测地点，不受观测地点的限制，可根据观测叶片的高度需求加装连接滑杆，满足了不同高度叶片的观测，本发明装置很好的满足了在户外作业的要求。

3. 本发明装置设计简洁，操作简单，使用者只需通过点击触摸屏上的图标即可完成装置的设置，装置会自动根据设置自动完成观测任务。

4. 本发明采用柔性光纤传像束作为传输通道，摒弃了传统的显微系统装置，这样可以减轻装置重量，而且使得光路可弯曲，有利于实现对枝繁叶密的植物活体叶片气孔的观测。

5. 本发明的供电方式采用太阳能电池板铅蓄电池相结合的方式，保证了装置连续、长期的工作。

附图说明

图1是本发明的整体外形图

图2是显微调焦机构图

图3是叶片装夹调节机构图

图中1.三角架，2.连接滑杆，3.叶片装夹调节机构，4.显微调焦机构，5.操作机箱部分，301.紧固板，302沉头螺钉，303.被观测叶片，304.移动平台，305.载玻片，306.舵机，307.遮光板，308.舵机座，309.压片夹，310.支撑架，311.调高旋钮，312.连接块，313.丝杠，41丝杠，42.移动平台，43.支撑架，44. 金相物镜光学系统，45. 梯形导轨，46.连接块，47.粗调旋钮，48.细调旋钮，49.光纤传像束，51.支撑板，52.操作机箱外壳，53.调高旋钮，54.连接块。

具体实施方式

本发明装置组成包括：三角支架、连接滑杆、操作机箱部分、显微调焦机构、金相显微系统、传像束、叶片装夹调节机构等。

三脚架主要用于支撑、稳固整个装置，具有可延展、可伸缩等功能；三脚架的顶端有空心圆柱，空心圆柱内设有螺纹，空心圆柱与三角支架固连。

连接滑杆主要用于挂载操作机箱部分、显微调焦机构、叶片装夹调节机构等。连接滑杆可通过低端的外螺纹与三脚架的空心圆柱通过螺纹连接，连接滑杆通过高端的内螺纹可在嫁接一个接连滑块以增加装置的测量高度。

操作机箱部分包括：耦合镜、摄像头、处理电路、外壳、支撑板、连接块、调高旋钮等。

操作机箱部分的耦合镜、摄像头、处理电路均置于外壳内部，外壳留出相应的接口，便于连接外部设备；支撑板上设有四个螺纹孔；连接块上设有螺纹孔、通孔；外壳底部设有四个连接孔。外壳的四个连接孔通过螺栓与支撑板上的四个螺纹孔相连接；支撑板与连接块固连；连接块通过通孔与连接滑杆轴孔间隙配合，连接块通过螺纹孔与调高旋钮相配合。

显微调焦机构包括：连接块、梯形导轨、金相物镜光学系统、支撑架、移动平台、丝杠、粗调旋钮、细调旋钮等。

支撑架上设有滑动导轨、通孔、轴承；连接块上设置有通孔、螺纹孔；移动平台设有通孔、螺纹孔；支撑架与梯形导轨固连；连接块通过通孔与连接滑杆轴孔间隙配合，连接块通过螺纹孔与粗调旋钮、细调旋钮相配合，细调旋钮通过连接块内部的齿轮齿条与梯形导轨相配合，以实现微调焦；移动平台安放在支撑架的滑动导轨上，丝杠通过左侧螺纹孔与移动平台相配合，丝杠两端与支撑架上的前后轴承相配合，以实现调节移动平台，丝杠一端带有小手柄以方便操作，移动平台通过通孔连接金相物镜光学系统。

叶片装夹调节机构包括：连接块、支撑架、移动平台、压片夹、丝杠、舵机、遮光板、紧固板、沉头螺钉、舵机座、调高旋钮等。

连接块上设有螺纹孔、通孔；支撑架上设有滑动导轨、通孔、轴承、螺纹孔；移动平台上设有螺纹孔。支撑架与连接块固连，连接块通过通孔与连接滑杆轴孔间隙配合，连接块通过螺纹孔与高度调节旋钮相配合；遮光板与舵机固连，舵机通过螺栓与舵机座固连，舵机座与支撑架通过螺栓固连，遮光板必须高出支撑架一定高度，遮光板的作用是排除在获取叶片气孔图像时外界光源带来的干扰造成的图像不清晰；移动平台安放在支撑架的滑动导轨上，移动平台通过左侧螺纹孔与丝杠相配合，丝杠两端与支撑架上的前后轴承相配合，丝杠一端带有小手柄以方便操作；两个压片夹分别固连在支撑架的前端和移动平台的左侧，用于压住盖玻片，盖玻片下面放置等待被观测的叶片；紧固板在支撑架的右端通过沉头螺钉与支撑架连接，紧固板用于固定叶片附近的枝桠，防止在测量过程中植物体抖动造成叶片脱离植物本体。

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本实施主要包括：操作机箱部分5、显微调焦机构4、叶片装夹调节机构3等。

连接滑杆2一端的外螺纹与空心圆柱内螺纹相连接，空心圆柱与三脚架1刚性连接；操作机箱外壳52通过底部的连接孔与支撑板51上的螺纹孔通过螺栓刚性连接，支撑板51与连接块54固连，连接块54通过通孔与连接滑杆2轴孔间隙配合，调高旋钮53通过螺钉与连接块54上的螺纹孔连接；丝杠41两端与支撑架43上的前后轴承相配合，且丝杠41与移动平台42左侧的螺纹孔相配合，移动平台42放置在支撑架43的两条导轨上，移动平台42通过通孔连接金相物镜光学系统44；光纤传像束49的一端与金相物镜光学系统44相连接，另一端与操作机箱外壳52内部的耦合镜相连接；支撑架43与梯形导轨45刚性连接，梯形导轨45通过连接块46内部的齿轮齿条与细调旋钮48相配合，以实现微调焦；细调旋钮48通过螺纹孔与连接块46内部的齿轮连接；连接块46通过通孔与连接滑杆2轴孔间隙配合；粗调旋钮47通过螺纹孔与连接块相配合，可以实现粗调焦。

如图1和图3所示，支撑架310与连接块312固连，连接块312通过通孔与连接滑杆2轴孔间隙配合，连接块312通过螺纹孔与高度调节旋钮311相配合；遮光板307与舵机306固连，以实现控制舵机来控制遮光板的转向，舵机306通过螺栓与舵机座308固连，舵机座308与支撑架310通过螺栓固连，安装时遮光板307高出支撑架310一定高度，避免在遮光板工作时碰到障碍物，遮光板307的作用是排除在获取叶片气孔图像时外界光源造成的图像不清晰的干扰；移动平台304安放在支撑架310的滑动导轨上，移动平台304通过左侧螺纹孔与丝杠313相配合，丝杠313两端与支撑架310上的前后轴承相配合；两个压片夹309分别固连在支撑架310的前端和移动平台304的左侧，用于压住盖玻片305，盖玻片305下面放置等待被观测的叶片303，盖玻片设计选用透光率较高的亚克力板，上述这样设计使得叶片更大程度上接触阳光；紧固板301在支撑架310的右端通过沉头螺钉302与支撑架310刚性连接，紧固板301用于固定叶片附近的枝桠，防止在测量过程中植物体抖动造成叶片脱离植物本体。

装置开始工作后，通过对机箱上触摸屏的操作实现仪器设置；将被观测叶片的叶背朝下固定，通过旋转叶片装夹调节机构上的丝杠将叶片表面展平，打开同轴照明器，点击调焦按钮后，舵机控制遮光板会自动动作遮蔽叶片，此时仪器会实时采集图像，通过显微调焦机构中的粗调、细调旋钮进行调焦，直至图像清晰，通过旋转显微调焦机构上的丝杠寻找到被观测的气孔；待调焦完毕后，操作触摸屏退出调焦界面，进入图像采集界面，设置图像采集的间隔时间后，仪器就会每隔该时间间隔获取一次叶片气孔图像，并以BMP格式保存至TF卡中，保存的文件名为当前时间的小时、分钟，保存在以当前的年、月、日命名的文件夹中。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.便携式活体植物叶片气孔成像观测装置，包括三角支架、连接滑杆、操作机箱部分、显微调焦机构、金相显微系统、传像束、叶片装夹调节机构，其特征在于：

三脚架主要用于支撑、稳固整个装置，具有可延展、可伸缩功能；三脚架的顶端有空心圆柱，空心圆柱内设有螺纹，空心圆柱与三角支架固连；

连接滑杆主要用于挂载操作机箱部分、显微调焦机构、叶片装夹调节机构；

操作机箱部分包括：耦合镜、摄像头、处理电路、外壳、支撑板、第一连接块、第一调高旋钮；

操作机箱部分的耦合镜、摄像头、处理电路均置于外壳内部，外壳留出相应的接口，便于连接外部设备；外壳固定在支撑板上，支撑板与第一连接块固连，第一连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第一连接块通过螺纹孔与第一调高旋钮相配合；

显微调焦机构包括：第二连接块、梯形导轨、金相物镜光学系统、第一支撑架、第一移动平台、第一丝杠、粗调旋钮、细调旋钮；

第一支撑架与梯形导轨固连；第二连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第二连接块通过螺纹孔与粗调旋钮、细调旋钮相配合，其中细调旋钮通过第二连接块内部的齿轮齿条与梯形导轨相配合，以实现微调焦；第一移动平台安放在第一支撑架的滑动导轨上，第一丝杠与第一移动平台相配合，第一丝杠两端与第一支撑架上的前后轴承相配合，以实现调节第一移动平台，第一丝杠一端带有小手柄以方便操作，第一移动平台连接金相物镜光学系统；

叶片装夹调节机构包括：第三连接块、第二支撑架、第二移动平台、压片夹、第二丝杠、舵机、遮光板、紧固板、舵机座、第二调高旋钮；

第二支撑架与第三连接块固连，第三连接块与连接滑杆轴孔间隙配合，第三连接块与第二高度调节旋钮相配合；遮光板与舵机固连，舵机与舵机座固连，舵机座与支撑架固连，遮光板高出支撑架，遮光板用于排除在获取叶片气孔图像时外界光源带来的干扰造成的图像不清晰；第二移动平台安放在第二支撑架的滑动导轨上，第二移动平台通过左侧螺纹孔与第二丝杠相配合，第二丝杠两端与支撑架上的前后轴承相配合，第二丝杠一端带有小手柄以方便操作；两个压片夹分别固连在支撑架的前端和移动平台的左侧，用于压住盖玻片，盖玻片下面放置等待被观测的叶片；紧固板在支撑架的右端，与支撑架连接，紧固板用于固定叶片附近的枝桠，防止在测量过程中植物体抖动造成叶片脱离植物本体。