CN109452038B - 一种全自动生物根系观测实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动生物根系观测实验装置，旋转平台、培养皿、拍摄装置和上位机，所述旋转平台和拍摄装置分别与所述上位机电性连接，所述培养皿设置于所述旋转平台的表面并可随所述旋转平台转动，所述拍摄装置设置于所述培养皿的侧部。本发明所提供的一种全自动生物根系观测实验装置，通过拍摄装置拍摄培养皿内的生物根系的生长情况，每拍摄一次，旋转平台带动培养皿转动一个位置角，当旋转平台带动培养皿转动360°时，拍摄装置拍摄出多张不同角度的生物根系照片并将所拍摄的照片传递至上位机，上位机将该多张不同角度照片自动合成为3D图片，作为实验数据供实验人员使用，上述过程无需人员值守且可降低观察的误差。
Description
技术领域
本发明涉及生物根系观测技术领域，具体涉及一种全自动生物根系观测实验装置。
背景技术
传统的生物根系观测方法，在实现对生物根系观测过程中，主要是使用剖挖的手段，采用该方法会对生物土壤造成一定的扰动以及生物根系原始形态造成破坏，甚至破坏一部分根系系统，从而对生物的生长带来影响。而目前无损的观测手段中，则需要透过透明的玻璃壁或者塑料壁进行观察，如微根管技术，采用该无损观测方法需要试验人员值守在试验台前，且由于观察的角度不同，观察的结果存在较大误差。
发明内容
本发明提供了一种全自动生物根系观测实验装置，采用该试验装置无需人员值守且可实现对生物根系各个角度的观测。
为实现上述目的，本发明提供了一种全自动生物根系观测实验装置，旋转平台、培养皿、拍摄装置和上位机，所述旋转平台和拍摄装置分别与所述上位机电性连接，所述培养皿设置于所述旋转平台的表面并可随所述旋转平台转动，所述拍摄装置设置于所述培养皿的侧部。
作为优选方案，所述旋转平台包括中空底座、第一磁性圈、第二磁性圈和驱动结构，所述第二磁性圈设置于所述中空底座的外部并与所述培养皿连接且可带动所述培养皿绕轴转动，所述第一磁性圈设置于所述中空底座的内部并与所述第二磁性圈平行且同轴设置，所述驱动结构与所述第一磁性圈连接并可带动所述第一磁性圈绕轴转动。
作为优选方案，所述驱动结构包括转盘、驱动电机和驱动齿轮，所述转盘的下表面设有圆形凹槽的侧壁设有内齿圈，所述驱动电机的输出轴与所述驱动齿轮连接，所述驱动齿轮设置于所述圆形凹槽内并与所述内齿圈啮合且可带动所述转盘绕轴转动，所述第一磁性圈与所述转盘的上表面固定连接并与所述圆形凹槽同轴设置。
作为优选方案，所述中空底座的上表面设有圆柱状凸起，所述第二磁性圈的截面呈环形，所述第二磁性圈套设于所述圆柱状凸起上并通过轴承与所述圆柱状凸起可转动连接。
作为优选方案，所述第一磁性圈和第二磁性圈结构相同，所述第一磁性圈包括环形壳体和多个磁石，多个所述磁石分别设置于所述环形壳体内并沿环向阵列布置。
作为优选方案，所述全自动生物根系观测实验装置还包括玻璃水缸，所述玻璃水缸设置于所述中空底座的上表面，所述培养皿设置于所述玻璃水缸内。
作为优选方案，所述玻璃水缸呈矩形柱状，所述中空底座的上表面设有4个防止所述玻璃水缸转动的限位块，4个所述限位块分别设置于所述玻璃水缸的四角处并与所述中空底座的上表面固定连接。
作为优选方案，所述全自动生物根系观测实验装置还包括反光板，所述反光板设置于所述培养皿的侧部。
作为优选方案，所述全自动生物根系观测实验装置还包括多个无影灯，多个所述无影灯设置于所述玻璃水缸的外表面并沿所述玻璃水缸的周向设置。
作为优选方案，所述旋转平台还包括PCB控制电路板，所述驱动电机通过所述PCB控制电路板与所述上位机电性连接。
上述技术方案所提供的一种全自动生物根系观测实验装置，通过拍摄装置拍摄培养皿内的生物根系的生长情况，每拍摄一次，旋转平台带动培养皿转动一个位置角，当旋转平台带动培养皿转动360°时，拍摄装置拍摄出多张不同角度的生物根系照片并将所拍摄的照片传递至上位机，上位机将该多张不同角度照片自动合成为3D图片，作为实验数据供实验人员使用。所述旋转平台的转动精度高，从而保证所合成的3D图片更加接近实际情况，上述过程无需人员值守且可降低观察的误差。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为本发明的立体图；
图4为旋转平台的结构示意图；
图5为第一磁性圈的结构示意图。
其中：1、培养皿；2、反光板；3、转盘；4、驱动齿轮；5、PCB控制电路板；6、驱动电机；7、支撑杆；8、内齿圈；9、支撑垫；10、中空底座；11、第一磁性圈；12、第二磁性圈；13、玻璃水缸；14、限位块；15、支撑板；16、螺栓；17、轴承；18、圆柱状凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1-3，为本发明所提供的一种全自动生物根系观测实验装置，旋转平台、培养皿1、拍摄装置和上位机，所述旋转平台和拍摄装置分别与所述上位机电性连接，所述培养皿1设置于所述旋转平台的表面并可随所述旋转平台转动，所述拍摄装置设置于所述培养皿1的侧部。具体地，通过拍摄装置拍摄培养皿1内的生物根系的生长情况，每拍摄一次，旋转平台带动培养皿1转动一个位置角，当旋转平台带动培养皿1转动360°时，拍摄装置拍摄出多张不同角度的生物根系照片并将所拍摄的照片传递至上位机，上位机将该多张不同角度照片自动合成为3D图片，作为实验数据供实验人员使用。所述旋转平台的转动精度高，从而保证所合成的3D图片更加接近实际情况，上述过程无需人员值守且可降低观察的误差。
请参见图1，为保证旋转平台每次转动的转动精度，本实施例中，所述旋转平台包括中空底座10、第一磁性圈11、第二磁性圈12和驱动结构，所述第二磁性圈12设置于所述中空底座10的外部并与所述培养皿1连接且可带动所述培养皿1绕轴转动，优选地，所述第二磁性圈12与所述培养皿1的下端通过螺栓16连接，所述第一磁性圈11设置于所述中空底座10的内部并与所述第二磁性圈12平行且同轴设置，所述驱动结构与所述第一磁性圈11连接并可带动所述第一磁性圈11绕轴转动。优选地，所述第一磁性圈11和第二磁性圈12结构相同，所述第一磁性圈11包括环形壳体和多个磁石，多个所述磁石分别设置于所述环形壳体内并沿环向阵列布置，所述磁石的数量为8或16，请参见图5，优选地，本实施例中采用16个圆柱状的强力磁石，所述强力磁石的直径为φ14。具体地，拍摄装置每拍摄完一张照片后，上位机控制所述驱动结构带动第一磁性圈11转动一个位置角，由于第一磁性圈11与第二磁性圈12之间存在磁性力，第二磁性圈12将随第一磁性圈11同步转动，由于采用磁力传动，第二磁性圈12与第一磁性圈11的转动角度完全一致，运动传递精度高，从而保证所合成的3D图片更加接近实际情况。
进一步地，所述驱动结构包括转盘3、驱动电机6和驱动齿轮4，所述转盘3的下表面设有圆形凹槽的侧壁设有内齿圈8，所述驱动电机6的输出轴与所述驱动齿轮4连接，所述驱动齿轮4设置于所述圆形凹槽内并与所述内齿圈8啮合且可带动所述转盘3绕轴转动，所述第一磁性圈11与所述转盘3的上表面固定连接并与所述圆形凹槽同轴设置，所述旋转平台还包括PCB控制电路板5，所述驱动电机6通过所述PCB控制电路板5与所述上位机电性连接，其中，所述驱动电机6采用步进电机，所述转盘3采用等分转盘3，所述拍摄装置采用单反相机，此外，所述支撑板15和支撑杆7，所述转盘3可转动的设置于所述支撑板15与中空底座10的顶面之间，所述支撑杆7设置于所述中空底座10与所述支撑板15之间。具体地，当单反相机每拍摄完一张照片后，上位机向所述PCB控制电路板5发出动作指令，PCB控制电路板5接到动作指令后将控制步进电机转动一个步进角，步进电机通过齿轮带动转盘3转动一个位置角，所述第一磁性圈11将随转盘3转动一个位置角，如此，可保证所述驱动结构每次控制所述第一磁性圈11转动的角度均一致，进一步提高了运动传递的精度。
更进一步地，请参见图4，所述中空底座10的上表面设有圆柱状凸起18，所述第二磁性圈12的截面呈环形，所述第二磁性圈12套设于所述圆柱状凸起18上并通过轴承17与所述圆柱状凸起18可转动连接，其中，所述轴承17采用无油陶瓷轴承，此外，所述圆柱状凸起18的上端设有向外侧延伸的环形限位凸起，从而防止所述第二磁性圈12从所述圆柱状凸起18的上端脱出，如此，可保证第二磁性圈12相对于中空底座10的位置始终固定，通过设置无油陶瓷轴承从而减少第二磁性圈12与圆柱状凸起18之间的摩擦力，进而提高第二磁性圈12与第一磁性圈11运动传递的精度。
请进一步参见图4-5，本实施例中，所述第一磁性圈11与第二磁性圈12之间平行设置且相互之间不接触，第一磁性圈11转动的同时通过磁性力带动第二磁性圈12转动，经过试验结果分析，采用非接触式的磁性力传动方式的运动传递精度远远高于普通接触式传动结构；优选地，本实施例中，所述第一磁性圈11内部的各个磁石分别与第二磁性圈12的各个磁石相对齐设置，经过进一步优化试验结果分析，当第一磁性圈11内部的各个磁石分别与第二磁性圈12的各个磁石相对齐时，其动力传递精度高于采用环形磁铁进行动力传递的方式。
请参见图1，为保证单反相机拍摄出的照片的质量，本实施例中，所述全自动生物根系观测实验装置还包括玻璃水缸13，所述玻璃水缸13设置于所述中空底座10的上表面，所述培养皿1设置于所述玻璃水缸13内，所述培养皿1的高度高于所述玻璃水缸13内液面的高度，所述培养皿1为圆筒状的透明玻璃瓶，通过设置加水的玻璃水缸13，防止拍摄玻璃瓶时产生反光。
请参见图3，本实施例中，所述玻璃水缸13呈矩形柱状，所述中空底座10的上表面设有4个防止所述玻璃水缸13转动的限位块14，4个所述限位块14分别设置于所述玻璃水缸13的四角处并与所述中空底座10的上表面固定连接，所述旋转平台的下方设有支撑垫9。
此外，为进一步提高单反相机的拍摄质量，所述全自动生物根系观测实验装置还包括反光板2，所述反光板2设置于所述培养皿1的侧部，如此，可增强拍摄时的光线效果。所述全自动生物根系观测实验装置还包括多个无影灯，多个所述无影灯设置于所述玻璃水缸13的外表面并沿所述玻璃水缸13的周向设置，如此，可消除拍摄时旋转平台上方各试验仪器的影子，避免重影现象影响拍照效果。
综上所述，本实施例提供了一种全自动生物根系观测实验装置，在实验前，人为在上位机上设置好参数，包括：每转动一个角度是多大、精度多大、总共拍摄多久或多少圈等；打开反光板2，调整好培养皿1的位置，将相机对准培养皿1合适的位置，按下上位机的启动键；整个设备开始工作，人可以离开现场，通过拍摄装置拍摄培养皿1内的生物根系的生长情况，每拍摄一次，旋转平台带动培养皿1转动一个位置角，当旋转平台带动培养皿1转动360°时，拍摄装置拍摄出多张不同角度的生物根系照片并将所拍摄的照片传递至上位机，上位机将该多张不同角度照片自动合成为3D图片，作为实验数据供实验人员使用。通过对旋转平台的结构设计，其运动传递精度高，通过采用单反相机、设置玻璃水缸13和无影灯等，所拍摄出的照片质量高，如此，保证了所合成的3D图片更加接近实际情况，上述过程无需人员值守且可降低观察的误差。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，旋转平台、培养皿、拍摄装置和上位机，所述旋转平台和拍摄装置分别与所述上位机电性连接，所述培养皿设置于所述旋转平台的表面并可随所述旋转平台转动，所述拍摄装置设置于所述培养皿的侧部；
所述旋转平台包括中空底座、第一磁性圈、第二磁性圈和驱动结构，所述第二磁性圈设置于所述中空底座的外部并与所述培养皿连接且可带动所述培养皿绕轴转动，所述第一磁性圈设置于所述中空底座的内部并与所述第二磁性圈平行且同轴设置，所述驱动结构与所述第一磁性圈连接并可带动所述第一磁性圈绕轴转动；
所述全自动生物根系观测实验装置还包括玻璃水缸，所述玻璃水缸设置于所述中空底座的上表面，所述培养皿设置于所述玻璃水缸内；
所述全自动生物根系观测实验装置还包括反光板，所述反光板设置于所述培养皿的侧部；
所述全自动生物根系观测实验装置还包括多个无影灯，多个所述无影灯设置于所述玻璃水缸的外表面并沿所述玻璃水缸的周向设置。
2.根据权利要求1所述的全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，所述驱动结构包括转盘、驱动电机和驱动齿轮，所述转盘的下表面设有圆形凹槽的侧壁设有内齿圈，所述驱动电机的输出轴与所述驱动齿轮连接，所述驱动齿轮设置于所述圆形凹槽内并与所述内齿圈啮合且可带动所述转盘绕轴转动，所述第一磁性圈与所述转盘的上表面固定连接并与所述圆形凹槽同轴设置。
3.根据权利要求1所述的全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，所述中空底座的上表面设有圆柱状凸起，所述第二磁性圈的截面呈环形，所述第二磁性圈套设于所述圆柱状凸起上并通过轴承与所述圆柱状凸起可转动连接。
4.根据权利要求1所述的全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，所述第一磁性圈和第二磁性圈结构相同，所述第一磁性圈包括环形壳体和多个磁石，多个所述磁石分别设置于所述环形壳体内并沿环向阵列布置。
5.根据权利要求1所述的全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，所述玻璃水缸呈矩形柱状，所述中空底座的上表面设有4个防止所述玻璃水缸转动的限位块，4个所述限位块分别设置于所述玻璃水缸的四角处并与所述中空底座的上表面固定连接。
6.根据权利要求2所述的全自动生物根系观测实验装置，其特征在于，所述旋转平台还包括PCB控制电路板，所述驱动电机通过所述PCB控制电路板与所述上位机电性连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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