CN212159587U - 一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置 - Google Patents

Abstract

一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，包括箱体，其特征在于，在箱体中设置无透镜全息成像装置、孢子传输装置和孢子采集风道装置，其中孢子传输装置包括透明的孢子传输带，孢子采集风道装置包括位于孢子传输带上方的风箱，风箱底部有落料口，顶部有采集风道进风口，侧壁有采集风道出风口，采集风道进风口通过管路与箱体上的进风口相连，采集风道出风口通过管路与吸风风机相连，无透镜全息成像装置包括LED光源、小孔和CMOS相机，LED光源发出的光经小孔照射至孢子传输带上，CMOS相机设置于孢子传输带下方，与小孔正对；本实用新型以无透镜全息成像技术代替传统显微成像技术，具有结构简单、连续采样、造价低廉的优点。

Description

一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置

技术领域

本实用新型属于智能农业和生物科学技术领域，特别涉及一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置。

背景技术

随着孢子捕捉器的更新和普及，空中气传植物病原真菌孢子多采用孢子捕捉器取样和监测。但是传统的孢子捕捉方法，存在工作量大、效率低、费时费力、需人工定时换取玻片或捕捉带等不足，无法对农田空中孢子的浓度情况进行自动、实时、大尺度快速监测，导致测量结果无法反映大尺度农田真菌孢子的实时和动态变化情况。

传统光学显微镜结构上由光源、光学透镜、光探测器和机械部件等组成。成像过程中需要配合使用多个机械部件，经过多次调整焦距才能获取清晰的图像。因此传统光学显微镜结构较复杂，体积较大，导致不便携带，导致此类方法无法对小麦条锈病病菌孢子进行大范围、快速和全天候实时的观察。同时，由于包含多个透镜，传统光学显微镜的视场较小，一次只能看到待测细胞极小的区域。生产实际中需要专业的研究人员观察计数，而国内符合要求的研究员相对于要观察的区域来说是远远不够的。因此在对田间空气中的孢子观察时，研制一种便于携带的且非专业人士也可快速采集样品，并对结果进行实时分析的设备是非常迫切的。

现有技术中，发明人雷雨提交的中国申请号为201821739143.4，申请日为2018年10月25日，名称为“一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置”的发明提供了一种自动捕捉加孢子图像抓拍的装置，但该捕捉装置工作时需要配合使用多个机械部件，结构较复杂，体积较大，导致不便携带；并且由于内置精密的光学显微镜，造价昂贵。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，以无透镜全息成像技术代替传统显微成像技术，创制出体积小、造价低廉、性能良好的孢子实时检测硬件系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，包括箱体1，其特征在于，在箱体1中设置无透镜全息成像装置2、孢子传输装置5和孢子采集风道装置3，其中所述孢子传输装置5包括透明的孢子传输带13，孢子采集风道装置3包括位于孢子传输带13上方的风箱19，风箱19底部有落料口22，顶部有采集风道进风口20，侧壁有采集风道出风口21，采集风道进风口20通过管路与箱体1上的进风口7相连，采集风道出风口21通过管路与吸风风机17相连，所述无透镜全息成像装置2包括LED光源9、小孔10和CMOS相机11，LED光源9发出的光经小孔10照射至孢子传输带13上，所述CMOS相机11设置于孢子传输带13下方，与小孔10正对。

优选地，所述箱体1背部设置带有螺孔15的安装耳片8，所述进风口7设置有纱网，箱体1顶部安装有顶盖18，顶盖设有挡雨板，挡雨板通过支脚固定，箱体1侧壁上设有控制蓄电池的开关和充电口。

优选地，所述孢子传输带13连接两个步进电机14由其驱动实现左右运动，通过导向轮12导向。

优选地，本发明还包括控制装置4，控制装置4连接步进电机14和CMOS相机11，控制步进电机14使所采集的孢子传输到CMOS相机11正中间，控制CMOS相机11采集无透镜全息图像，并实现采集装置的远程图像传输。

优选地，所述控制装置4通过USB数据线和树莓派与CMOS相机11连接。

优选地，所述LED光源9为单色相干光源，且为整个装置唯一光源，其封装于仅下部留有小孔10的密闭壳体中，通过小孔10的光束完全覆盖CMOS相机11的探测区域。

优选地，所述孢子采集风道装置3的采集风道从采集风道进风口20至落料口22，在风箱19内呈上竖直段-水平段-下竖直段的直角形式，采集风道出风口21开在下竖直段对应的侧壁上。

优选地，所述落料口22与孢子传输带13上表面间距为1-3mm。所述孢子传输带13上表面设有用于粘附孢子的粘性涂层。

优选地，装置底部设置蓄电池6，蓄电池6为整个装置供电，其安装在箱体1内部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型为小型平台，重量轻、体积小、携带方便，可用于现场快速检测。

2、本实用新型基于全息光学原理，结构简单，无需多个机械部件配合使用就能达到很好效果。

3、本实用新型所需器件均为市面通用产品，造价低廉。

附图说明

图1为本实用新型装置机械主体结构示意图。

图2为本实用新型无透镜全息成像装置示意图。

图3为本实用新型孢子采集风道装置示意图。

图4为本实用新型采集装置工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型附图和以采集小麦条锈病菌夏孢子、传送带选用胶带为实施例详细说明本实用新型的实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，包括箱体1，在箱体1中设置无透镜全息成像装置2、孢子传输装置5和孢子采集风道装置3。

其中，箱体1背部设置带有螺孔15的安装耳片8，进风口7设置有纱网，箱体1顶部安装有顶盖18，顶盖设有挡雨板，挡雨板通过支脚固定，箱体1侧壁上设有控制蓄电池的开关和充电口。

孢子传输装置5用来将所捕获的孢子传递到无透镜全息成像装置的探测区域，其包括透明的孢子传输带13，孢子传输带13需保持水平，其两端分别连接一个步进电机14，由二者驱动实现左右运动，并通过导向轮12导向，具体地，孢子传输带13两端可分别连接在送料轮和回收料轮上，两个料轮分别连接一个步进电机14的输出轴。

孢子传输带13上表面可设有粘附孢子的粘性涂层。粘性涂层可选用一般自带粘性的透明材料，例如胶带、高透明型PC带等。

如图2所示，无透镜全息成像装置2用来对所捕获孢子进行全息成像，其包括光源组件、通光孔组件、图像采集组件。本实施例中，光源组件包括光源固定结构、稳压电路以及LED光源9，LED光源9为整个装置唯一光源，为避免其他光源干扰，故需将其进行封装，本实施例将其封装于仅下部留有小孔10的密闭壳体中，小孔10作为通光孔组件，图像采集组件为CMOS相机11，设置于孢子传输带13下方，与小孔10正对。LED光源9发出的光经小孔10照射至孢子传输带13上，将其上的孢子投射于CMOS相机11。作为优选，通过小孔10的光束应完全覆盖CMOS相机11的探测区域。本实施例中，LED光源9为单色相干光源。LED光源9经过小孔组件10增强了光的相干性，波长越大时，经过小孔10后的光束相干性越强。

孢子采集风道装置3用于收集空气中悬浮的孢子，包括位于孢子传输带13上方的风箱19，风箱19是中空的壳体，其底部有落料口22，顶部有采集风道进风口20，侧壁有采集风道出风口21，落料口22与孢子传输带13上表面间距为1-3mm左右。采集风道进风口20通过管路与箱体1顶部的进风口7相连，采集风道出风口21通过管路与吸风风机17相连。

装置底部设置蓄电池6，蓄电池6为整个装置供电，其安装在箱体1内部，可采用直流12V/5A的可充电蓄电池。

根据上述结构，本实用新型采集图像的过程如下：

孢子采集风道装置4开启吸风风机17，孢子通过箱体上的进风口7进入采集风道装置3，最终从风箱19的落料口22富集在孢子传输带13上。通过控制步进电机14使得收集的孢子运送到无透镜全息成像装置2中心位置，开启LED光源9，LED光源9发出的光经小孔10照射至孢子传输带13上，将其上的孢子投射于CMOS相机11，由CMOS相机11完成采集。

实施例2

参考图3，本实施例中，孢子采集风道装置3的采集风道从采集风道进风口20至落料口22，在风箱19内呈上竖直段-水平段-下竖直段的直角形式，采集风道出风口21开在下竖直段对应的侧壁上。可使孢子传输带13与风箱19中的孢子充分接触，并且使得外部气流与风箱19内部隔离，避免污染内部环境。

实施例3

本实施例中，还包括控制装置4以实现自动控制，控制装置4连接步进电机14，并通过USB数据线和树莓派与CMOS相机11连接，控制装置4控制步进电机14使所采集的孢子传输到CMOS相机11正中间，通过树莓派向CMOS相机11发出的图像采集信号，控制CMOS相机11采集无透镜全息图像。

在本实施例中，装置以树莓派为控制核心，无透镜全息成像装置2与树莓派通过USB线连接，驱动模块和I/O模块通过通信485总线与树莓派连接实现信号传输，驱动模块通过PWM信号调节驱动芯片输出不同的脉冲个数，从而实现步进电机14的运动，限位开关与驱动模块连接控制电机启停，I/O模块与吸风风机和控制模块相连接。

如图4所示，本实施例中工作流程如下：

步骤S1：树莓派上电，软件自动启动；

步骤S2：系统自检，依次向驱动模块发送握手指令，检测各部分装置是否工作正常；

步骤S3：孢子采集风道装置3开启吸风风机17，可按实际需求设定捕捉时间；

步骤S4：捕捉结束后，关闭吸风风机17，孢子传输带13顺时针移动，孢子吸附所在处水平运送到无透镜全息成像装置2中心处，开启LED光源9；

步骤S5：启动CMOS相机11采集无透镜全息图像，树莓派将图像数据存储在硬盘中；

步骤S6：关闭LED光源9，结束采集；

步骤S7：孢子传输带13顺时针移动，将已观察孢子进行回收。

该实施例可实现自动的远程采集。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明说的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，包括箱体(1)，其特征在于，在箱体(1)中设置无透镜全息成像装置(2)、孢子传输装置(5)和孢子采集风道装置(3)，其中所述孢子传输装置(5)包括透明的孢子传输带(13)，孢子采集风道装置(3)包括位于孢子传输带(13)上方的风箱(19)，风箱(19)底部有落料口(22)，顶部有采集风道进风口(20)，侧壁有采集风道出风口(21)，采集风道进风口(20)通过管路与箱体(1)上的进风口(7)相连，采集风道出风口(21)通过管路与吸风风机(17)相连，所述无透镜全息成像装置(2)包括LED光源(9)、小孔(10)和CMOS相机(11)，LED光源(9)发出的光经小孔(10)照射至孢子传输带(13)上，所述CMOS相机(11)设置于孢子传输带(13)下方，与小孔(10)正对。

2.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述箱体(1)背部设置带有螺孔(15)的安装耳片(8)，所述进风口(7)设置有纱网，箱体(1)顶部安装有顶盖(18)，顶盖设有挡雨板，挡雨板通过支脚固定，箱体(1)侧壁上设有控制蓄电池的开关和充电口。

3.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述孢子传输带(13)连接两个步进电机(14)由其驱动实现左右运动，通过导向轮(12)导向。

4.根据权利要求3所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，还包括控制装置(4)，控制装置(4)连接步进电机(14)、CMOS相机(11)和4G通信模块，控制步进电机(14)使所采集的孢子传输到CMOS相机(11)正中间，控制CMOS相机(11)采集无透镜全息图像，并实现采集装置的远程图像传输。

5.根据权利要求4所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述控制装置(4)通过USB数据线和树莓派与CMOS相机(11)连接。

6.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述LED光源(9)为单色相干光源，且为整个装置唯一光源，其封装于仅下部留有小孔(10)的密闭壳体中，通过小孔(10)的光束完全覆盖CMOS相机(11)的探测区域。

7.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述孢子采集风道装置(3)的采集风道从采集风道进风口(20)至落料口(22)，在风箱(19)内呈上竖直段-水平段-下竖直段的直角形式，采集风道出风口(21)开在下竖直段对应的侧壁上。

8.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述落料口(22)与孢子传输带(13)上表面间距为1-3mm。

9.根据权利要求1所述空气中真菌孢子无透镜全息图像采集装置，其特征在于，所述孢子传输带(13)上表面设有用于粘附孢子的粘性涂层。

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