CN108760046B - 一种深海发光浮游生物视觉捕获装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，包括相机舱、电池舱、筛网和支架，所述相机舱和所述电池舱固定于所述支架上，且所述电池舱用于给所述相机舱供电，所述筛网与所述相机舱的镜头端相对设置，且所述筛网活动连接于所述支架上；本发明提供的深海发光浮游生物视觉捕获装置，能够搭载多种潜器及水下作业平台，记录生物受激发光图像，能够对深海发光浮游生物进行连续原位观测，突破深海生物学研究中的技术瓶颈，为深海浮游生物的生物量和群落垂直或水平空间分布的原位观测提供技术手段，加深对深海生物的了解和认知。
Description
技术领域
本发明涉及深海发光浮游生物的视觉检测技术领域，特别是涉及一种深海发光浮游生物视觉捕获装置。
背景技术
探测和研究海洋发光浮游动物，了解其生物量、丰度、群落物种多样性，对研究海洋物质循环、全球气候变化响应都有着积极作用。早期对海洋发光浮游生物的研究主要依靠拖网和采水获得样品，而后在实验室显微镜下进行观察分析，但是拖网无法反映其在水下的运动取向、行为特征、以及群体结构之间的相互关系，且实验方法费时费力、对海洋生物干扰较大。
综上，现有的对海洋发光浮游生物的研究取样技术，存在费时费力，对海洋生物干扰大，实验数据不精确的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，以解决上述现有技术存在的问题，可搭载多种潜器及水下作业平台，记录生物受激发光图像，能够对深海发光浮游生物进行连续原位观测，突破深海生物学研究中的技术瓶颈，为深海浮游生物的生物量和群落垂直或水平空间分布的原位观测提供技术手段，加深对深海生物的了解和认知。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，包括相机舱、电池舱、筛网和支架，所述相机舱和所述电池舱固定于所述支架上，且所述电池舱用于给所述相机舱供电，所述筛网与所述相机舱的镜头端相对设置，且所述筛网活动连接于所述支架上。
优选地，所述支架包括承载杆、支杆、第一连接板、第二连接板和拉环，所述支杆固定于所述承载杆尾端顶部，所述第一连接板固定于所述支杆顶部，所述相机舱通过桶箍与所述第一连接板固定连接，所述第二连接板固定于所述承载杆尾端底部，所述电池舱通过桶箍与所述第二连接板固定连接；所述拉环分别设置于所述承载杆的首尾两端；所述筛网设置于所述承载杆的首端，且所述筛网通过可调管夹与所述承载杆连接。
优选地，所述可调管夹并列设置有两个，尾端的所述可调管夹与所述筛网底端连接，首端的所述可调管夹通过一连接杆与所述筛网顶端连接，并通过调节可调管夹改变筛网与相机舱的距离，从而改变微光相机的视场范围。
优选地，所述相机舱包括相机舱舱体、内嵌于所述相机舱舱体首端的光学窗口，旋接于所述相机舱舱体尾端端盖A外侧的水密接插件A、固定于所述端盖A内侧的冷却块和依次设置于所述相机舱舱体内部的微光相机、嵌入式主板和循环泵；
其中所述水密接插件A内部设置有供电接口、千兆以太网口接口和串口通信接口，所述供电接口用于与所述电池舱连接，所述千兆以太网接口用于将所述嵌入式主板上储存的信息与上位机程序进行数据交互；所述微光相机的镜头端穿过所述相机舱舱体首端设置的通孔，透过所述光学窗口进行观测；所述循环泵一端与所述微光相机内的水冷接头连接，另一端与所述冷却块连接。
优选地，所述端盖A通过螺栓和O型密封圈固定于所述相机舱舱体上，所述端盖A内侧设置有一固定块，所述固定块底部固定有一安装板，所述微光相机的机体固定于所述安装板顶部首端，所述循环泵固定于所述安装板顶部尾端，所述嵌入式主板通过一支撑架与所述安装板固定连接。
优选地，所述电池舱包括电池舱舱体、旋接于所述电池舱舱体尾端端盖B外侧的水密接插件B和顺次设置于所述电池舱舱体内部的电池组、12V稳压模块和24V稳压模块；
其中所述水密接插件B与所述水密接插件A通过水密线缆连接；
所述电池组通过所述12V稳压模块给所述嵌入式主板和所述循环泵供电，所述电池组通过所述24V稳压模块给所述微光相机供电。
优选地，所述端盖B通过螺栓和O型密封圈固定于所述电池舱舱体上，所述电池组通过电池挡环与所述12V稳压模块和所述24V稳压模块相隔，所述12V稳压模块和所述24V稳压模块通过一固定杆与所述端盖B固定连接。
优选地，所述端盖B内部通过一旋盖固定有一压力传感器，所述压力传感器的电路板设置于电池舱舱体内部，所述压力传感器通过所述水密接插件B与所述水密接插件A上的所述串口通讯接口连接，所述串口通讯接口与所述嵌入式主板连接。
优选地，所述相机舱舱体和所述电池舱舱体均设计为水下耐压封装，且均由钛合金材料制成，所述光学窗口为平面蓝宝石窗口。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的深海发光浮游生物视觉捕获装置，利用深海发光浮游生物受刺激发光的特性，构建了深海环境下自带供电模块的微光成像系统，采集生物受激发光图像，实现对深海发光浮游生物的连续原位观测，突破深海生物学研究中的技术瓶颈，为深海浮游生物的生物量和群落垂直或水平空间分布的原位观测提供技术手段，加深对深海生物的了解和认知。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明中深海发光浮游生物视觉捕获装置的结构示意图；
图2为本发明中相机舱的结构示意图；
图3为本发明中电池舱的结构示意图；
图4为本发明中深海发光浮游生物视觉捕获装置的系统线路图；
图中：1-相机舱、2-电池舱、3-筛网、4-支架、5-承载杆、6-支杆、7-第一连接板、8-第二连接板、9-拉环、10-可调管夹、11-连接杆、12-相机舱舱体、13-光学窗口、14-端盖A、15-水密接插件A、16-冷却块、17-微光相机、18-嵌入式主板、19-循环泵、20-固定块、21-安装板、22-支撑架、23-电池舱舱体、24-端盖B、25-水密接插件B、26-电池组、27-12V稳压模块、28-24V稳压模块、29-电池挡环、30-连接板、31-固定杆、32-旋盖、33-压力传感器、34-电路板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，如图1所示，相机舱1、电池舱2、筛网3和支架4，相机舱1和电池舱2固定于支架4上，且电池舱2用于给相机舱1供电，筛网3与相机舱1的镜头端相对设置，且筛网3活动连接于支架4上。
本实施例中，支杆6为316L不锈钢支撑，并且包括承载杆5、支杆6、第一连接板7、第二连接板8和拉环9，支杆6设置有并列两个，承载杆5和支杆6均为圆柱形杆，两个支杆6焊接于承载杆5尾端顶部，第一连接板7焊接于支杆6顶部，相机舱1则通过桶箍与第一连接板7固定连接；第二连接板8焊接于承载杆5尾端底部，电池舱2通过桶箍与第二连接板8固定连接；拉环9分别焊接于承载杆5的首尾两端，拉环9用于将整个装置与拖体或潜器连接；
筛网3具体设置于承载杆5的首端，且筛网3通过可调管夹10与承载杆5连接；为了保证筛网3的稳固性，可调管夹10并列设置有两个，尾端的可调管夹10与筛网3底端焊接固定，首端的可调管夹10通过一连接杆11与筛网3顶端焊接固定，并通过调节可调管夹10改变筛网3与相机舱1的距离，从而改变微光相机17的视场范围。
本实施例中，对于相机舱1的具体结构，如图2所示，相机舱1包括相机舱舱体12、通过旋转挡圈和密封圈内嵌于相机舱舱体12首端的光学窗口13，通过自身螺纹与相机舱舱体12尾端端盖A14外侧连接的水密接插件A15、通过螺栓固定于端盖A14内侧的冷却块16和依次设置于相机舱舱体12内部的微光相机17、嵌入式主板18和循环泵19；
其中水密接插件A15内部设置有供电接口、千兆以太网口接口和串口通信接口，其中供电接口用于与电池舱2连接，千兆以太网接口用于将嵌入式主板18上储存的信息与上位机程序进行数据交互；
微光相机17的镜端穿过相机舱舱体12首端设置的通孔，透过光学窗口13进行观测；循环泵19一端通过管路与微光相机17内的水冷接头连接，另一端通过管路与冷却块16连接；即，微光相机17采用水冷方式散热，与循环泵19连接通过冷却液带走相机产生的热量并通过冷却块16从端盖A14处将热量传递到海水中；
此外，本实施例中，端盖A14通过螺栓和O型密封圈固定于相机舱舱体12上，端盖A14内侧通过螺栓固定有一固定块20，固定块20底部通过螺栓固定有一安装板21，微光相机17的机体通过螺栓固定于安装板21顶部首端，循环泵19通过螺栓固定于安装板21顶部尾端，嵌入式主板18通过一支撑架22与安装板21固定连接，并且嵌入式主板18位于循环泵19的上方。
本实施例中，对于电池舱2的具体结构，如图3所示，电池舱2包括电池舱舱体23、通过自身螺纹与电池舱舱体23尾端端盖B24外侧螺纹连接的水密接插件B25和顺次设置于电池舱舱体23内部的电池组26、12V稳压模块27和24V稳压模块28；其中水密接插件B25与水密接插件A15通过水密线缆连接，即电池舱2和相机舱1之间通过水密接插件A15和水密接插件B25连接，进行供电与通讯；
基于电池的容量、稳定性以及使用的便捷高效性的考量，水下低温需要自放电量最小，因此，同等体积下，所选电池的容量越大越好；由于相机需要24V电压，嵌入式主板18和循环泵19需要12V电压，因此选用7串3并的锂电池组进行供电，并相应地配备稳压模块，保证稳定的供电输出，即，电池组26通过12V稳压模块27给嵌入式主板18和循环泵19供电，电池组26通过24V稳压模块28给微光相机17供电。
此外，本实施例中，端盖B24通过螺栓和O型密封圈固定于电池舱舱体23上，为了保证电池组26和稳压模块的稳定性，电池组26通过电池挡环29与12V稳压模块27和24V稳压模块28相隔，电池挡环29通过凹端紧定螺钉与电池舱舱体23固定，12V稳压模块27和24V稳压模块28上设置连接板30，连接板30通过一固定杆31与端盖B24固定连接。
本实施例中，为了能够实现在特定深度开启或关闭整个捕获装置，端盖B24内部设置有一压力传感器33，压力传感器33通过与端盖B24螺纹连接的旋盖32封装到端盖B24内，压力传感器33的电路板34设置于电池舱舱体23内部，压力传感器33通过12V稳压模块27供电，并且压力传感器33通过水密接插件B25与水密接插件A15上的串口通讯接口连接，串口通讯接口则与嵌入式主板18连接，通过压力传感器33控制整套设备在一定水深处开启或关闭，灵活性高。
对于本实施例中捕获装置的系统线路连接，详见图4，图中水密接插件为相互连接的水密接插件A15与水密接插件B25。
基于舱体的耐压性考量，相机舱舱体12和电池舱舱体23均设计为水下耐压封装(根据观测需要可设计为4000米级耐压封装)，且均由钛合金材料制成；光学窗口13为平面蓝宝石窗口，满足深海环境下的耐压要求；由于发光浮游生物较低的荧光强度，微光相机17可选择为高灵敏度的SCMOS微光相机作为视觉传感元件。
基于上述，本实施例提供的深海发光浮游生物视觉捕获装置，在具体应用过程中，电池舱2为相机舱1提供稳定的12V和24V电源，供微光相机17和嵌入式主板18的正常工作，嵌入式主板18上搭有固态硬盘，用来存储实时采集的生物发光图像。使用时，调节筛网3到相机舱1的距离以保证一定的视场范围，通过支架4上的拉环9将整套装置搭载在相应的潜器上，在潜器上浮/下潜的走航过程中，浮游生物随水流流向滤网，水流大部分从滤网通过，而浮游生物受刺激发出较强荧光后随少部分水流从两侧流出，此时微光相机17拍摄浮游生物的受激发光图片并存储在固态硬盘中。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：包括相机舱、电池舱、筛网和支架，所述相机舱和所述电池舱固定于所述支架上，且所述电池舱用于给所述相机舱供电，所述筛网与所述相机舱的镜头端相对设置，且所述筛网活动连接于所述支架上；
所述支架包括承载杆、支杆、第一连接板、第二连接板和拉环，所述支杆设置有并列两个，所述支杆固定于所述承载杆尾端顶部，所述第一连接板固定于所述支杆顶部，所述相机舱通过桶箍与所述第一连接板固定连接，所述第二连接板固定于所述承载杆尾端底部，所述电池舱通过桶箍与所述第二连接板固定连接；所述拉环分别设置于所述承载杆的首尾两端；所述筛网设置于所述承载杆的首端，且所述筛网通过可调管夹与所述承载杆连接。
2.根据权利要求1所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述可调管夹并列设置有两个，尾端的所述可调管夹与所述筛网底端连接，首端的所述可调管夹通过一连接杆与所述筛网顶端连接，并通过调节可调管夹改变筛网与相机舱的距离，从而改变微光相机的视场范围。
3.根据权利要求1所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述相机舱包括相机舱舱体、内嵌于所述相机舱舱体首端的光学窗口、旋接于所述相机舱舱体尾端端盖一外侧的水密接插件一、固定于所述端盖一内侧的冷却块和依次设置于所述相机舱舱体内部的微光相机、嵌入式主板和循环泵；
其中所述水密接插件一内部设置有供电接口、千兆以太网口接口和串口通信接口，所述供电接口用于与所述电池舱连接，所述千兆以太网接口用于将所述嵌入式主板上储存的信息与上位机程序进行数据交互；所述微光相机的镜头端穿过所述相机舱舱体首端设置的通孔，透过所述光学窗口进行观测；所述循环泵一端与所述微光相机内的水冷接头连接，另一端与所述冷却块连接。
4.根据权利要求3所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述端盖一通过螺栓和O型密封圈固定于所述相机舱舱体上，所述端盖一内侧设置有一固定块，所述固定块底部固定有一安装板，所述微光相机的机体固定于所述安装板顶部首端，所述循环泵固定于所述安装板顶部尾端，所述嵌入式主板通过一支撑架与所述安装板固定连接。
5.根据权利要求3所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述电池舱包括电池舱舱体、旋接于所述电池舱舱体尾端端盖二外侧的水密接插件二和顺次设置于所述电池舱舱体内部的电池组、12V稳压模块和24V稳压模块；
其中所述水密接插件二与所述水密接插件一通过水密线缆连接；
所述电池组通过所述12V稳压模块给所述嵌入式主板和所述循环泵供电，所述电池组通过所述24V稳压模块给所述微光相机供电。
6.根据权利要求5所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述端盖二通过螺栓和O型密封圈固定于所述电池舱舱体上，所述电池组通过电池挡环与所述12V稳压模块和所述24V稳压模块相隔，所述12V稳压模块和所述24V稳压模块通过一固定杆与所述端盖二固定连接。
7.根据权利要求6所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述端盖二内部通过一旋盖固定有一压力传感器，所述压力传感器的电路板设置于电池舱舱体内部，所述压力传感器通过所述水密接插件二与所述水密接插件一上的所述串口通讯接口连接，所述串口通讯接口与所述嵌入式主板连接。
8.根据权利要求7所述的深海发光浮游生物视觉捕获装置，其特征在于：所述相机舱舱体和所述电池舱舱体均设计为水下耐压封装，且均由钛合金材料制成，所述光学窗口为平面蓝宝石窗口。
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