CN212693592U - 一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物呼吸测量技术领域，且公开了一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，包括主控机箱和呼吸室，所述呼吸室包括第一呼吸室和第二呼吸室，所述第一呼吸室和第二呼吸室均是由透明亚克力板组合而成，所述第一呼吸室和第二呼吸室的底部均安装有底衬盒和铁丝网底衬，所述底衬盒安装于第一呼吸室和第二呼吸室的底部，所述铁丝网底衬安装于第一呼吸室和第二呼吸室的内部。该自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，像开放式测量一样持续监测，又避免了传统技术中系统的复杂性和成本的高昂、不能持续无人值守测量等、需要气流抽样系统和复杂的管路系统等，同样也避免了对环境和噪音方面的污染等。

Description

一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统

技术领域

本实用新型涉及生物呼吸测量技术领域，具体为一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统。

背景技术

能量代谢，新陈代谢是生命最基本的特征之一,其包括物质代谢和能量代谢两个方面。机体通过物质代谢，从外界摄取营养物质，同时经过体内分解吸收将其中蕴藏的化学能释放出来转化为组织和细胞可以利用的能量，动植物以及高等生物利用这些能量来维持生命活动。通常将在物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用称为能量代谢，总能量平衡，即能量摄入(比如饮食摄入)和能量消耗(总能量消耗)达到平衡，如果失去了这个平衡那么往往会伴随一些生理机理病变。

动物呼吸代谢测量目前一般采用封闭式测量和开放式测量模式，封闭式测量只能测量较短的时间(长时间测量由于CO₂积聚会造成动物胁迫甚至缺氧)、不能持续无人值守测量，同时封闭式往往是人工干预模拟室外环境，如光照、温度、湿度和风速等都与自然环境类似，接近于自然环境，但是其系统应用成本高，还存在释放气体浓度的均一性容易受到风的影响等技术难题，且容易造成污染，开放式测量仪器系统昂贵复杂，需要气流抽样系统和复杂的管路系统等，而且管路系统等会造成时滞。

植物呼吸目前缺乏专门的测量系统，尤其是对于整株植物或者多科植物的测量，通常的测量方法是对单株植物的一片叶片测量，并且由于不同叶片形状因此需要配置不同的叶室来测量，从而也增加了测量的复杂性和成本等。

实用新型内容

本实用新型提供如下技术方案：一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，包括主控机箱和呼吸室，所述呼吸室包括第一呼吸室和第二呼吸室，所述第一呼吸室和第二呼吸室均是由透明亚克力板组合而成，所述第一呼吸室和第二呼吸室的底部均安装有底衬盒和铁丝网底衬，所述底衬盒安装于第一呼吸室和第二呼吸室的底部，所述铁丝网底衬安装于第一呼吸室和第二呼吸室的内部；

所述第一呼吸室或第二呼吸室的内部固定安装有电推杆，所述电推杆的一端与第一呼吸室的内壁相连接，所述电推杆的输出端与第一呼吸室的顶盖相连接；

所述第一呼吸室或第二呼吸室的内部固定安装有CO₂传感器、温湿度传感器二、RAR传感器二和O₂传感器，所述温湿度传感器二和RAR传感器二固定于第一呼吸室或第二呼吸室的顶盖处，所述O₂传感器固定于第一呼吸室或第二呼吸室的侧壁；

所述主控机箱的外侧设有直杆，所述直杆的外侧面固定安装有PAR传感器一和温湿度传感器一。

优选的，所述透明亚克力板的外侧安装有U型槽，且透明亚克力板之间通过U型槽密封组合成呼吸室。

优选的，所述CO₂传感器通过法兰固定于第一呼吸室或第二呼吸室的侧面。

优选的，所述直杆的高度为1.2米，所述PAR传感器一可自由在直杆上进行高度调节。

优选的，所述主控机箱的内部包括数据采集器、驱动板和通道扩展模块。

优选的，所述主控机箱连接V交流电或太阳能板。

优选的，所述RAR传感器二通过直棍固定于第一呼吸室或第二呼吸室顶盖上。

与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：

1、像开放式测量一样持续监测，又避免了传统技术中系统的复杂性和成本的高昂、不能持续无人值守测量等、需要气流抽样系统和复杂的管路系统等，同样也避免了对环境和噪音方面的污染等。

2、CO₂内置式测量技术，即扩散式红外CO₂传感器内置于呼吸室内组成整体的测量单元、快速响应，无需抽样气泵，也就无需要布置气路，避免了传统上把CO₂分析仪通过管路抽样安装在呼吸室内外，从而使得管路过长，导致和环境控制响应时间慢，气滞及水汽管路凝结等问题。

附图说明

图1为本实用新型自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统结构示意图；

图2为本实用新型自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统框架图。

图中：1、主控机箱；2、第一呼吸室；3、第二呼吸室；4、直杆；5、PAR 传感器一；6、温湿度传感器一；7、底衬盒；8、铁丝网底衬；9、CO₂传感器； 10、温湿度传感器二；11、RAR传感器二；12、O₂传感器；13、电推杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。

请参阅图1-2，一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，包括主控机箱1和呼吸室，主控机箱1的内部包括数据采集器、驱动板和通道扩展模块，数据采集器主控部分，该部分主要是分三大部分即数据采集、软件部分和多通道扩展模块，数据采集器模块化轨道式安装，软件可进行数据下载、数据在线观测、柱状图、数据修复、统计分析(如每小时平均、每日平均、总计、最小值、最大值、数据相关分析、回归分析)与图表展示及系统设置以及控制和设置机械动作部分的工作状态和工作时长等，多通道扩展模块包括了控制电路输出端电路和传感器接线端，主要是用于和机械动作部分的电机驱动电路板和传感器信号线和电源线的连接，主控机箱1连接220V交流电或太阳能板，呼吸室包括第一呼吸室2和第二呼吸室3，呼吸室为全封闭顶面或侧面可自动开启，框架结构为工业铝型材，较环保，而且安装、拆卸，轻巧便于携带、搬移极为方便，而且可以根据不同客户需求便于定制不同规格尺寸的呼吸室大小，第一呼吸室2和第二呼吸室3均是由透明亚克力板组合而成，透明亚克力，透光性佳，耐候及耐酸碱性能好，不会因长年累月的日晒雨淋，而产生泛黄及水解的现象，寿命长，抗冲击力强，适合安装在特别需要安全的地带，自重轻便于安装和搬运，可塑性强，造型变化大，加工成型容易，透明亚克力板的外侧安装有U型槽，且透明亚克力板之间通过U型槽密封组合成呼吸室，U型槽内还有橡胶毛边保证了呼吸室墙壁的亚克力板嵌入后是密封状态，第一呼吸室2和第二呼吸室3的底部均安装有底衬盒7和铁丝网底衬8，底衬盒7安装于第一呼吸室2和第二呼吸室3的底部，底衬盒 7是为PE材质无毒性塑料，高为5cm长宽根据呼吸室大小而定，并且顶部有多根2cm宽的横梁用于支持铁丝网底衬8，便于收集动物粪便和尿液等，也便于清理打扫，铁丝网底衬8安装于第一呼吸室2和第二呼吸室3的内部，铁丝网底衬8为低碳钢丝0.6-5cm网孔，具体根据不同动物大小而选定，便于动物粪便漏下到底衬盒7中；

第一呼吸室2或第二呼吸室3的内部固定安装有电推杆13，电推杆13的一端与第一呼吸室2的内壁相连接，电推杆13的输出端与第一呼吸室2的顶盖相连接，电推杆13与数据采集器连接，通过内部程序自动控制呼吸室在不同时间间隔的开启和闭合功能，这样就避免了传统方式人工干预的重复劳动，实现是自动监控自动执行命令的功能，同时数据也可以按规定的时间间隔记录采集的数据，实现了真正的自动化监测；

第一呼吸室2或第二呼吸室3的内部固定安装有CO₂传感器9、温湿度传感器二10、RAR传感器二11和O₂传感器12，温湿度传感器二10和RAR传感器二11固定于第一呼吸室2或第二呼吸室3的顶盖处，RAR传感器二11通过直棍固定于第一呼吸室2或第二呼吸室3顶盖上，O₂传感器12固定于第一呼吸室2或第二呼吸室3的侧壁，CO₂传感器9通过法兰固定于第一呼吸室2或第二呼吸室3的侧面，CO₂传感器采用红外二氧化碳传感器的优点是实时监测出数，是一种精准的现场测量传感器，内置温度校准，并且可选气压、湿度、氧气等参数补偿，直接监测呼吸室内的CO₂浓度等参数；

主控机箱1的外侧设有直杆4，直杆4的外侧面固定安装有PAR传感器一 5和温湿度传感器一6，直杆4的高度为1.2米，PAR传感器一5可自由在直杆4上进行高度调节。

综上所述：

(1)自动闭合呼吸室测量的优点摒弃了现有技术中封闭式和开放式测量的缺点，本案的自动闭合呼系统既可以像开放式测量一样持续监测，又避免了传统技术中系统的复杂性和成本的高昂、不能持续无人值守测量等、需要气流抽样系统和复杂的管路系统等，同样也避免了对环境和噪音方面的污染等等。

呼吸室顶面或侧面自动开启闭合，开启时呼吸室跟外界大气自动交换气体达到稳态，动植物可以在无胁迫的情况下长时间测量，闭合时常规技术往往只能对动物较短时间闭合测量，即长时间测量由于CO₂积聚会造成动物胁迫甚至缺氧，可得到的数据量有限，本案的自动闭合呼吸室则恰恰解决了这些问题，同时对于呼吸比较弱的动物有了更好的解决方案，还可以多个相同的呼吸室在相同的时间同时监测。

并且本案创新另一个优点是采用CO₂内置式测量技术，即扩散式红外CO₂传感器内置于呼吸室内组成整体的测量单元、快速响应，无需抽样气泵，也就无需要布置气路，避免了传统上把CO₂分析仪通过管路抽样安装在呼吸室内外，从而使得管路过长，导致和环境控制响应时间慢，气滞及水汽管路凝结等问题。

(2)测量原理为间接测热法，呼吸商不同，因此所产生的热能也不同，自动闭合式呼吸室由于顶部或者侧部可以开启，从而增加空气流通，减少了呼吸室中的空气环境与周围环境的差异，且运行成本较低，对环境污染相对较小的特性，从而在没有胁迫的环境下更精准的计算动物呼吸代谢能力。

(3)采用红外二氧化碳传感器测量二氧化碳浓度，测量精度、灵敏度高；实时监测出数，适合生态领域现场监测、持续性监测；内置温度校准，并且可选气压、湿度、氧气等参数补偿。另一方面采用扩散式红外CO₂传感器的优点还有是实时监测出数，是一种精准的现场测量传感器，内置温度自动校准，并且可选气压、湿度、氧气等参数补偿，相比传统的气相色谱法其优点是高效，选择性好，操作简单，灵敏度高，可用于痕量分析，红外监测可以不经预处理，直接检测各种类型的样品，除液体外。

(4)多功能性，不仅可测量动物呼吸代谢还可以测量植物呼吸与光合作用，可应用于实验动物能量代谢测量、植物呼吸与光合作用研究、植物表型分析研究、果蔬贮运研究等。

(5)主控单元模块化，由数据采集部分、电机驱动部分、多通道模块扩展部分，其中数据采集部分包括数据采集器、电源模块、无线传输模块等，各个功能分布明确，便于维护和检修。

整套系统因为没有气泵或者压缩机，所以整体运行噪音很小，只有电推杆电机微弱的电机声，大约在20-30分贝，呼吸室自动打开或闭合期间是完全静音的。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，包括主控机箱(1)和呼吸室，其特征在于：所述呼吸室包括第一呼吸室(2)和第二呼吸室(3)，所述第一呼吸室(2)和第二呼吸室(3)均是由透明亚克力板组合而成，所述第一呼吸室(2)和第二呼吸室(3)的底部均安装有底衬盒(7)和铁丝网底衬(8)，所述底衬盒(7)安装于第一呼吸室(2)和第二呼吸室(3)的底部，所述铁丝网底衬(8)安装于第一呼吸室(2)和第二呼吸室(3)的内部；

所述第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)的内部固定安装有电推杆(13)，所述电推杆(13)的一端与第一呼吸室(2)的内壁相连接，所述电推杆(13)的输出端与第一呼吸室(2)的顶盖相连接；

所述第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)的内部固定安装有CO₂传感器(9)、温湿度传感器二(10)、RAR传感器二(11)和O₂传感器(12)，所述温湿度传感器二(10)和RAR传感器二(11)固定于第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)的顶盖处，所述O₂传感器(12)固定于第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)的侧壁；

所述主控机箱(1)的外侧设有直杆(4)，所述直杆(4)的外侧面固定安装有PAR传感器一(5)和温湿度传感器一(6)。

2.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述透明亚克力板的外侧安装有U型槽，且透明亚克力板之间通过U型槽密封组合成呼吸室。

3.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述CO₂传感器(9)通过法兰固定于第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)的侧面。

4.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述直杆(4)的高度为1.2米，所述PAR传感器一(5)可自由在直杆(4)上进行高度调节。

5.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述主控机箱(1)的内部包括数据采集器、驱动板和通道扩展模块。

6.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述主控机箱(1)连接220V交流电或太阳能板。

7.根据权利要求1所述的一种自动开闭式生物呼吸与能量代谢测量系统，其特征在于：所述RAR传感器二(11)通过直棍固定于第一呼吸室(2)或第二呼吸室(3)顶盖上。

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