CN110927124A - 一种深海热液生物群落微光观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海热液生物群落微光观测装置。由多色可调光源、光源供电模块、光源远程控制单元、EMCCD相机、sCMOS相机、相机远程控制单元、相机供电模块、热电偶供电模块、热电偶远程控制单元、数据存储器、铠装热电偶构成；通过海底观测网将装置部署至深海热液口附近；通过地面基站控制海底观测网的远程控制单元打开装置内的多色可调光源，EMCCD相机，sCMOS相机以及铠装热电偶；相机拍摄的生物发光响应等信息以及铠装热电偶测量的温度信息存储在数据存储器内并及时传输至地面基站。本发明通过海底观测网进行电源供应，避免从地面供电导致线路过长，本发明在深海热液口附近进行观测，可以得到比较准确的全方位观测信息，可作为深海热液口的观测设备使用。

Description

一种深海热液生物群落微光观测装置

技术领域

本发明涉及海底观测领域，具体是涉及一种深海热液口生物群落的微光观测装置，通过该装置可以对深海热液口附近生物群落的发光响应特性进行观测研究。

背景技术

自1977年阿尔文号深潜器在东太平洋加托帕斯裂谷发现深海热液口以来，深海热液口附近生物群落受到越来越多海洋学家和生物学家的关注。海底热液口周围富集了大量生物资源，包括细菌、古菌、贻贝、盲虾、管水母、管状蠕虫、多毛纲蠕虫动物等。对深海热液生物群落的研究，不仅有助于基础生物学的发展，有助于拓宽探索生命起源的思路，有助于探索地球形成之初的环境，而且在矿产资源的形成、开发和利用，生物基因工程，药物开发等领域也具有重大的经济价值。深海热液口附近的生物群落有较多的生物物种可以发光，在光刺激的情况下这些生物还会产生发光响应，研究这些生物的发光响应和发光规律可以帮助我们认识热液生物群落分布特点和活动规律，对深海热液口附近生物群落的研究具有重要意义。

目前国内已经展开对深海热液口附近的生物群落的观测研究，研究深海热液口生物群落首先要对该生物群落进行观测研究，通过观测研究可以总结出生物群落的规模、发光响应规律以及生活习性等信息，以便于进一步的采样研究。但是，目前缺乏一种简单有效的观测设备来对深海热液口附近生物群落的发光现象进行观测研究。深海热液口处的极端微弱光照环境以及生物只能发射微弱荧光的特点都为热液口生物群落的观测提出了挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且工作可靠，能够依托现有的海底观测网络，由海底观测网络进行供电，同时借助海底观测网络进行设备的远程控制和数据传输，适合为深海热液口附近生物群落的研究采集观测资料的深海热液生物群落微光观测装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种深海热液生物群落微光观测装置，包括：多色可调光源、光源供电模块、光源远程控制单元、EMCCD相机、sCMOS相机、相机远程控制单元、相机供电模块、热电偶供电模块、热电偶远程控制单元、数据存储器、铠装热电偶；多色可调光源由光源供电模块供电，并由光源远程控制单元控制启停，EMCCD相机、sCMOS相机均由相机供电模块供电，并由相机远程控制单元控制启停，铠装热电偶由热电偶供电模块供电，并由热电偶远程控制单元控制启停；多色可调光源安装在一号压力容器内，EMCCD相机、sCMOS相机以及铠装热电偶安装在二号压力容器内，EMCCD相机和sCMOS相机拍摄的深海热液生物群落的发光响应的图像信息、铠装热电偶测得的深海热液口的温度信息均存储到数据存储器中，数据存储器通过光电复合缆线将存储的数据传输至海底观测网，海底观测网再通过光电复合缆线将数据传输至地面平台，以进行观测、分析研究。

在本发明一实施例中，所述多色可调光源可发射蓝光、绿光、蓝绿光、黄光和白光。

在本发明一实施例中，所述多色可调光源安装在一号压力容器内后布设于深海热液口附近，由光源远程控制单元控制其启停和发光颜色；多色可调光源发出不同颜色的周期性闪烁光束照射深海热液口附近的生物群落，对深海热液口附近的生物群落形成周期性光刺激，此后通过相机远程控制单元开启EMCCD相机和sCMOS相机对深海热液口附近的生物群落的生物发光响应现象进行拍摄。

在本发明一实施例中，所述EMCCD相机和sCMOS相机能够瞬时拍摄到热液口附近生物群落的发光响应和发光规律的图像信息，通过两种不同原理的相机同时进行拍摄，能够克服两种相机各自拍摄的不足之处，实现图像信息的科学互补，从而得到更准确的研究资料。

在本发明一实施例中，所述铠装热电偶对深海热液口附近热液流体的温度进行原位实时监测，当热液喷发温度发生变化时，通过相机远程控制单元启动EMCCD相机和sCMOS相机，以观测温度变化对热液口生物群落分布特点和活动特性的影响。

在本发明一实施例中，所述装置能够将数据存储单元储存的信息及时传输至海底观测网络，进而传输给地面控制平台，以便后续分析研究。

在本发明一实施例中，所述装置便于操作，可以在深海热液口同时部署三套该深海热液生物群落微光观测装置，从三个角度对热液口附近的生物群落进行观测拍摄，能够得到热液口全方位的三维观测信息，便于研究热液口附近生物群落发光响应特性，进而有助于研究热液口周围生物群落的分布特征和活动特点。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的深海热液生物群落微光观测装置依托海底观测网络实现深海热液口周围生物群落原位实时观测，该装置操作简易，能够迅速在观测位置进行部署，同时该装置结构简单，便于安装，具有很好的操作性能。

附图说明

图1是本发明一种深海热液生物群落微光观测装置结构示意图；

图2是一号压力容器内部示意图；

图3是二号压力容器内部示意图；

图4是本装置在热液口附近的布放示意图，通过在三个不同方位部署三套观测设备，可以对深海热液口生物群落进行全方位原位观测，进而得到深海热液口生物群落发光响应特性的完备的观测资料。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明提供了一种深海热液生物群落微光观测装置，包括：多色可调光源1、光源供电模块2、光源远程控制单元3、EMCCD相机4、sCMOS相机5、相机远程控制单元6、相机供电模块7、热电偶供电模块8、热电偶远程控制单元9、数据存储器10、铠装热电偶11；多色可调光源由光源供电模块供电，并由光源远程控制单元控制启停，EMCCD相机、sCMOS相机均由相机供电模块供电，并由相机远程控制单元控制启停，铠装热电偶由热电偶供电模块供电，并由热电偶远程控制单元控制启停；多色可调光源安装在一号压力容器内，EMCCD相机、sCMOS相机以及铠装热电偶安装在二号压力容器内，EMCCD相机和sCMOS相机拍摄的深海热液生物群落的发光响应的图像信息、铠装热电偶测得的深海热液口的温度信息均存储到数据存储器中，数据存储器通过光电复合缆线将存储的数据传输至海底观测网，海底观测网再通过光电复合缆线将数据传输至地面平台，以进行观测、分析研究。

以下为本发明的具体实现实例。

参照图2，一号压力容器内包括多色可调光源1、光源供电模块2、光源远程控制单元3，光源供电模块2将海底观测网提供的电能转化为光源可用电源，光源远程控制单元3可控制多色可调光源1的启停、调色和闪烁频率调节。

参照图3，二号压力容器内的装置包括EMCCD相机4，sCMOS相机5，相机远程控制单元6，相机供电模块7，热电偶供电模块8，热电偶远程控制单元9，数据存储器10以及铠装热电偶11，相机远程控制单元6用来控制EMCCD相机4和sCMOS相机5的开启与关闭，相机供电模块7用来为EMCCD相机4和sCMOS相机5提供所需电源，热电偶远程控制单元9用来控制铠装热电偶的开启与关闭，数据存储器10用来存储EMCCD相机4和sCMOS相机5拍摄的图像信息以及铠装热电偶11所测得的深海热液口附近的温度信息。

应用上述深海热液生物群落微光观测装置对热液口的生物群落进行信息采集，具体实施步骤如下：

步骤A：将观测设备在需要观测的深海热液口附近进行部署，每次观测同时部署三套该装置，以便于得到三维全方位观测资料，观测设备通过光电复合缆与海底观测网络节点相连。

步骤B：地面基站通过海底观测网控制光源远程控制单元2，将1号压力容器内的多色可调光源1启动，发出一定闪烁频率的设定颜色的光线，照射深海热液口附近的生物群落，对这些生物群落产生光刺激，此时深海热液口生物群落中可发光的生物会对光刺激产生发光响应。

步骤C：相机远程控制单元启动EMCCD相机4和sCMOS相机5，对深海热液口附近的生物群落进行拍摄，由于深海热液口附近部署了三套深海生物群落微光观测装置，因此三套设备内共六台相机同时对深海热液口附近的的生物群落及其发光响应进行三维无盲区地拍摄，

观测设备连接海底观测网络之后，热电偶远程控制单元9即开启铠装热电偶10，,开始对热液口附近的温度进行测量记录，三套观测设备仅需一套设备安装铠装热电偶11对深海热液口温度进行测量记录即可；铠装热电偶11实时监测热液喷发温度的变化情况，当监测到热液喷发温度发生变化时，通过相机远程控制单元6启动EMCCD相机4和sCMOS相机5，以观测温度变化对热液口生物群落分布特点和活动特性的影响。

步骤D：EMCCD相机4、sCMOS相机5、铠装热电偶11测得的数据存储在数据存储器10内，数据存储器10通过光电复合缆与海底观测网连接，数据存储器10通过光电复合光缆将存储的观测数据传输至海底观测网进而传输至地面基站，地面基站对获取的生物群落图像信息和测量的温度数据进行分析，研究深海热液口附近生物群落的发光响应特性，进而得出热液生物群落的分布特征和活动特点。

图4是本装置在热液口附近的布放示意图，通过在三个不同方位部署三套观测设备，可以对深海热液口生物群落进行全方位原位观测，进而得到深海热液口生物群落发光响应特性的完备的观测资料。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，包括：多色可调光源（1）、光源供电模块（2）、光源远程控制单元（3）、EMCCD相机（4）、sCMOS相机（5）、相机远程控制单元（6）、相机供电模块（7）、热电偶供电模块（8）、热电偶远程控制单元（9）、数据存储器（10）、铠装热电偶（11）；多色可调光源（1）由光源供电模块（2）供电，并由光源远程控制单元（3）控制启停，EMCCD相机（4）、sCMOS相机（5）均由相机供电模块（7）供电，并由相机远程控制单元（6）控制启停，铠装热电偶（11）由热电偶供电模块（8）供电，并由热电偶远程控制单元（9）控制启停；多色可调光源（1）安装在一号压力容器内，EMCCD相机（4）、sCMOS相机（5）以及铠装热电偶（11）安装在二号压力容器内，EMCCD相机（4）和sCMOS相机（5）拍摄的深海热液生物群落的发光响应的图像信息、铠装热电偶（11）测得的深海热液口的温度信息均存储到数据存储器（10）中，数据存储器（10）通过光电复合缆线将存储的数据传输至海底观测网，海底观测网再通过光电复合缆线将数据传输至地面平台，以进行观测、分析研究。

2.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述多色可调光源（1）可发射蓝光、绿光、蓝绿光、黄光和白光。

3.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述多色可调光源（1）安装在一号压力容器内后布设于深海热液口附近，由光源远程控制单元（3）控制其启停、发光颜色和闪烁同期；多色可调光源发出不同颜色的周期性闪烁光束照射深海热液口附近的生物群落，对深海热液口附近的生物群落形成周期性光刺激，此后通过相机远程控制单元（6）开启EMCCD相机和sCMOS相机对深海热液口附近的生物群落的生物发光响应现象进行拍摄。

4.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述EMCCD相机（4）和sCMOS相机（5）能够瞬时拍摄到热液口附近生物群落的发光响应和发光规律的图像信息，通过两种不同原理的相机同时进行拍摄，能够克服两种相机各自拍摄的不足之处，实现图像信息的科学互补，从而得到更准确的研究资料。

5.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述铠装热电偶（11）对深海热液口附近热液流体的温度进行原位实时监测，当热液喷发温度发生变化时，通过相机远程控制单元（6）启动EMCCD相机（4）和sCMOS相机（5），以观测温度变化对热液口生物群落分布特点和活动特性的影响。

6.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述装置能够将数据存储单元（10）储存的信息及时传输至海底观测网络，进而传输给地面控制平台，以便后续分析研究。

7.根据权利要求1所述的一种深海热液生物群落微光观测装置，其特征在于，所述装置便于操作，可以在深海热液口同时部署三套该深海热液生物群落微光观测装置，从三个角度对热液口附近的生物群落进行观测拍摄，能够得到热液口全方位的三维观测信息，便于研究热液口附近生物群落发光响应特性，进而有助于研究热液口周围生物群落的分布特征和活动特点。

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