CN213847763U - 一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统，包括，显微镜安装座、夹片安装套以及能够相对移动的第一和第二夹片。本申请将两个夹片相对平行地设置，能够通过夹片之间的移动而实现对叶片的夹持固定，将其正对显微镜是拍摄方向固定在显微镜下方。本申请通过第一夹片下端的拍摄窗口，能够以更大面积接触并固定叶片，从而能够保证显微镜拍摄视野范围，同时还能够保证叶片能够以较大面积伸展开，以方便拍摄。

Description

一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统

技术领域

本实用新型涉及农作物信息监测技术领域，尤其涉及一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统。

背景技术

气孔是植物叶片及其他植物器官上皮上许多小的开孔之一，是植物表皮所特有的结构，是植物与大气进行碳水交换的重要通道，影响着植物的光合和蒸腾等重要生物过程。气孔的开闭变化是反映植物代谢水平、水分胁迫水平和整体健康状况的重要指标，分析气孔的运动变化有助于科研人员了解掌握植物的生理生态动态变化过程。

在科研实验过程中，常用显微镜观察分析植物的气孔数量和气孔的开闭变化。然而，从显微镜图像中检测气孔行为并不是一项简单的任务。不同的植物具有不同的叶片结构，需要具有专业知识的生物学家才能正确识别和测量气孔形态。

目前，为获得气孔开闭状况，最常用的方法是通过指甲油印记法采集叶片气孔印迹照片，再通过ImageJ等图像处理软件手工测量叶片上气孔个数及孔径等特征。这些软件工具需要用户手动标记兴趣点，如孔隙边界、气孔长度和宽度，然后才能通过工具软件获取相关的测量结果。

虽然上述图像处理软件提供有额外的插件，以使气孔识别等任务更加容易，但现有技术下，依旧需要用户手动调整每幅图像的参数，才能准确获得合理的结果。并且，即使在上述工具的帮助下，手工测量气孔形态的过程也是十分费时费力的。

由于人工测量的局限性，生物学家被迫只能从捕获的每幅显微镜图像中选择几个气孔进行测量，只能利用较少的数据点建立叶片气孔的统计关系和模型。这样所获得的叶片气孔的统计关系和模型显然不够理想，会与实际情况出现较大偏差。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统。本申请通过两个能够相对移动的夹片固定叶片并保持叶片本身处于平铺状态，可解决叶片气孔拍摄过程中，气孔瞬时开闭状态随机性大误差大不准确的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其包括：显微镜安装座，其与显微镜的外壳固定连接，设置在显微镜的下部；夹片安装套，其固定连接在显微镜安装座的外部，其内部垂直设置有中空结构上下贯通的夹片移动通道；第一夹片，其上端与所述夹片安装套固定连接，其下端设置在显微镜安装座的下侧，并且具有对应于显微镜拍摄方向的拍摄窗口；第二夹片，其上侧设置在夹片移动通道内，能够沿夹片移动通道移动，其下侧与第一夹片的下端接近平行，所述第一夹片和第二夹片分别从叶片的上方和下方将叶片夹持固定在显微镜下侧。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述第一夹片，其包括垂直部和水平部，所述垂直部的上端与所述夹片安装套固定连接，所述水平部设置在垂直部的下端，所述水平部的中间设置有对应显微镜拍摄方向的拍摄窗口。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述第二夹片，其包括相互垂直设置的连接部和抵接部，所述连接部设置在夹片移动通道内，能够沿夹片移动通道垂直上下平移，所述抵接部水平连接在所述连接部的下端，用于从叶片的下方将叶片夹持固定在抵接部和第一夹片的拍摄窗口之间。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述第一夹片与第二夹片之间由弹性件连接，所述弹性连接件在第一夹片与第二夹片相互分离时被拉伸，所述弹性连接件收缩时能够提供驱动第二夹片向上移动并抵接在拍摄窗口下侧的动力。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述弹性件为弹性连接绳。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述第一夹片与第二夹片之间还设置有柔性缓冲材料，所述第一夹片与第二夹片之间由所述柔性缓冲材料直接接触并抵接叶片。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述垂直部的下部还设置有第一弹性件固定槽，所述连接部的下部还设置有第二弹性件固定槽，所述弹性连接绳的一端由第一弹性件固定槽固定，所述弹性连接绳的另一端向上通过安装套和显微镜安装座之间的间隙后由安装套顶部翻转向下，从夹片安装套的外侧翻转并连接至第二弹性件固定槽固定，用于带动所述第二夹片向上平移复位至所述抵接部抵接在第一夹片的拍摄窗口下方。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其中，所述第一弹性件固定槽和所述第二弹性件固定槽均设置为具有水平横向的开口结构，所述水平横向的开口结构的两端还分别连通有向上延伸的弹性件卡槽，所述弹性件卡槽之间形成有弹性件定位凸起，所述弹性件的端部绕所述弹性件定位凸起卡接在所述弹性件卡槽内。

同时，本申请还提供有一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定系统，其中，包括如上任一项所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，所述叶片固定装置上还固定连接有显微镜，还包括：底座；垂直移动轴，其垂直固定设置在底座的顶部，并向上延伸；垂直定位块，其设置在所述垂直移动轴上，与所述垂直移动轴配合，能够沿所述垂直移动轴上下移动并固定在垂直移动轴中的任意位置；所述叶片固定装置设置在所述垂直定位块上，随同所述垂直定位块同步移动并被固定在垂直移动轴中的任意位置以夹持叶片。

可选的，如上任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定系统，其中，所述垂直定位块与叶片固定装置之间还设置有：纵向移动轴，其水平设置在所述垂直定位块上，与所述垂直定位块配合，能够沿所述纵向移动轴的轴线方向相对垂直定位块前后移动；纵向定位块，其固定设置在所述纵向移动轴的前端，随同所述纵向移动轴同步相对垂直定位块前后移动；横向移动轴，其以垂直于纵向移动轴的方向水平设置在所述纵向定位块上，与所述纵向定位块配合，能够沿所述横向移动轴的轴线方向相对垂直定位块左右移动；横向定位块，其固定设置在所述横向移动轴的一侧端部，叶片固定装置和显微镜垂直固定在所述横向定位块的下端，随同所述横向移动轴同步相对垂直定位块左右移动，带动叶片固定装置和显微镜以调节显微镜的拍摄角度。

本实用新型和现有方案相比具有如下技术效果:

1. 本实用新型提供一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置及系统，其将两个夹片相对平行地设置，能够通过夹片之间的移动而实现对叶片的夹持固定，将叶片正对显微镜是拍摄方向固定在显微镜下方。本申请通过第一夹片下端的拍摄窗口，能够以更大面积接触并固定叶片，从而能够保证显微镜拍摄视野范围，同时还能够保证叶片能够以较大面积伸展开，以方便拍摄。

2. 进一步，本申请中两夹片之间通过弹性连接绳实现复位。弹性连接绳本身与夹片安装套等结构表面直接接触具有阻力，因此，其收缩复位时，能够通过该阻力避免夹片之间刚性接触。由此，本申请在稳定夹持并展平叶片的同时，还能够保护叶片不被夹片机械结构损伤。本申请能够同时观察到叶片较大区域范围内的气孔状况，因而所获得的样本能够更接近叶片当下状况，由此，本申请对叶片气孔开闭和气孔数量的统计能够更为准确。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本申请中小麦叶片气孔开闭状态的实时监测系统的整体结构示意图；

图2是本申请中叶片固定装置在两种状态之间进行切换的示意图；

图3是本申请中叶片固定装置的透视图。

图中，1-计算存储组件，2-叶片固定装置，3-显微镜，4-横向定位块，5-横向移动轴，6-纵向定位块，7-纵向移动轴，8-垂直定位块，9-垂直移动轴，10-底座，11-载物箱，12-显微镜拍摄组件，13-计算存储组件，14-显示器组件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本实用新型中所述的“内、外”的含义指的是相对于夹片安装套本身而言，由其外壁指向内部夹片移动通道的方向为内，反之为外；而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对叶片固定装置时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型中所述的“前、后”的含义指的是使用者正对叶片固定装置时，纵向移动轴相对垂直定位块伸出的方向即为前，反之即为后，而非对本实用新型的装置机构的特定限定

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本实用新型中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对叶片固定装置时，由第一夹片的拍摄窗口指向显微镜的方向即为上，反之即为下，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型所提供的用于气孔开闭状态监测的叶片固定系统，其整体结构如图1所示，包括有：

叶片固定装置2，其具有一对夹片，夹片之间相对移动分开能够形成用于容纳叶片的空间，夹片之间相对移动合拢能够将叶片平整地夹持固定在显微镜3的拍摄方向下侧，使得显微镜3能够通过夹片表面的拍摄窗口获得叶片表面气孔的影像；。

底座10，其设置在叶片固定装置下侧，用于固定并平稳支撑叶片固定装置及其上所设置的显微镜；

垂直移动轴9，其垂直固定设置在底座10的顶部，并向上延伸；

垂直定位块8，其连接在所述垂直移动轴9上，与所述垂直移动轴9配合，能够沿所述垂直移动轴9上下移动并固定在垂直移动轴9中的任意位置；

由此，上述的叶片固定装置连通显微镜能够被设置在所述垂直定位块8上，随同所述垂直定位块8同步移动并被固定在垂直移动轴9中的任意位置以夹持叶片。

为方便安装并便于实现对叶片的固定，本申请中的叶片固定装置具体可利用图2及图3所示的方式实现。该叶片固定装置具体可设置为包括：

显微镜安装座26，其与显微镜3的外壳固定连接，设置在显微镜3的下部；

夹片安装套25，其固定连接在显微镜安装座26的外部，夹片安装套25的内部沿垂直方向或对应显微镜的拍摄方向，设置有中空结构上下贯通的夹片移动通道；

第一夹片1，其上端与所述夹片安装套25固定连接，其下端弯曲后设置在显微镜安装座26的下侧，为配合显微镜拍摄叶片表面的气孔，该第一夹片1的下端还具有对应于显微镜3拍摄方向的通孔作为叶片气孔的拍摄窗口；

第二夹片，其上侧设置在夹片移动通道内，能够沿夹片移动通道移动，其下侧与第一夹片1的下端接近平行，由此，第一夹片1和第二夹片以图2右侧方式相对分离后能够将叶片移动至其间，然后将两个夹片分别以图2左侧方式从叶片的上方和下方将叶片夹持固定在显微镜下侧的拍摄范围内，实现对拍摄窗口范围内叶片气孔开闭数量的实时拍摄监测。

为进一步保证叶片能够被平整地固定在显微镜的拍摄视野范围内，本申请还可以进一步的将第一夹片1设置为由相互连接或一体成型的垂直部和水平部构成，将第二夹片对应设置为由相互连接或一体成型的垂直设置的连接部和抵接部实现。这种设置方式下，第一夹片的垂直部的上端与所述夹片安装套25固定连接，所述水平部设置在垂直部的下端，拍摄窗口可根据显微镜的最大拍摄范围相应通过在所述水平部的中间设置的对应显微镜3拍摄方向的槽口实现。而第二夹片的连接部可直接穿过夹片安装套25，设置在夹片移动通道内，由此使得第二夹片能够沿夹片移动通道垂直上下平移，从而同步带动水平连接在所述连接部下端的抵接部相对第一夹片的水平部打开或合拢以实现叶片的装卸。该地接部能够在第二夹片向上移动至极限位置时，从叶片的下方将叶片夹持固定在抵接部和第一夹片1的拍摄窗口之间。这样，两个夹片之间直接接触叶片的位置能够通过夹片下端的弯折结构完全垂直于显微镜的拍摄方向，保证显微镜位于拍摄窗口的正上方，从而保证显微镜的拍摄效果，使其能够准确对焦，并保证显微镜视野边缘也同样能够准确对焦，拍摄到清晰的气孔影响。

由此，本申请通过对夹片结构的优化设计，一方面能够保证显微镜拍摄植物叶片气孔时图片的清晰度，另一方面还能够清楚获得拍摄范围边缘位置气孔的开闭状态，增加叶片气孔开闭状态的统计样本数量。由于本申请能够将叶片准确固定在适合拍摄对焦的角度位置，因此，本申请对叶片气孔的统计也能够更为精准。

为方便实现对叶片的固定，本申请还可进一步的通过弹性连接件，比如弹性连接绳、弹簧、簧片等结构连接在第一夹片1与第二夹片之间，使得弹性连接件在第一夹片1与第二夹片相互分离时被拉伸积累弹性势能，在松开夹片后该弹性连接件能够自动收缩，并在收缩过程中提供驱动第二夹片向上移动使第二夹片贴合并抵接在拍摄窗口下侧的动力。这样，本申请的叶片固定装置只需要在夹装叶片时按压夹片使两夹片下端相互分离，然后在安置号叶片之后，直接公开夹片，即可通过弹性连接件的驱动而自动使夹片复位至图2左侧状态，实现对叶片的固定。

实用过程中，考虑到夹片边缘切割加工不平整，金属毛刺可能在弹性连接件弹力驱动夹片合并时损伤叶片表面，因此，本申请还可进一步的在第一夹片1与第二夹片之间设置有海绵、泡沫、硅胶、橡胶垫片等柔性缓冲材料。这样，第一夹片1与第二夹片之间由所述柔性缓冲材料直接接触并抵接叶片，能够有效避免金属或硬质结构的夹片刚性接触划伤叶片表面。

为方便安装头绳等弹性连接绳所实现的弹性连接件，本申请还可以进一步的在第一夹片1垂直部的下部设置一个第一弹性件固定槽23，在第二夹片中连接部的下部相应设置一个第二弹性件固定槽24。由此，可以将所述弹性连接绳的一端由第一弹性件固定槽23固定，将所述弹性连接绳的另一端向上通过安装套25和显微镜安装座26之间的间隙后使其由安装套25顶部翻转向下，从夹片安装套25的外侧翻转并连接至第二弹性件固定槽24固定。这样，在松开向下按压第二夹片的力之后，头绳等弹性连接件能够直接通过自身的弹性势能带动所述第二夹片向上平移并复位至其抵接部能够紧密抵接在第一夹片1的拍摄窗口下方的位置。由此，本申请可以以半自动的方式实现对叶片的装载固定，提高对叶片气孔拍摄统计其开闭状态和单位数量的效率。

在具体实现上述弹性件固定槽时，所述第一弹性件固定槽23和所述第二弹性件固定槽24均可设置为具有水平横向的通孔开口结构，该水平横向的通孔开口结构的两端还可根据弹性连接件的厚度分别连通有向上延伸的弹性件卡槽，所述弹性件卡槽之间形成接近矩形的弹性件定位凸起。由此所述弹性件的两侧端部能够分别绕所述弹性件定位凸起卡接在所述弹性件卡槽内，实现固定。

在其他实现方式下，本申请还可以将上述的叶片固定装置通过若干维度下的不同位移固定机构连接至垂直定位块8，以为叶片固定系统提供不同维度方向下的自由度，方便叶片固定装置能够被调节至合适的位置，避免气孔图像采集过程中过多地牵扯以致损伤叶片。

具体而言，该位移固定机构可设置在所述垂直定位块8与叶片固定装置之间，包括：

纵向移动轴7，其水平设置在所述垂直定位块8上，与所述垂直定位块8配合，能够沿所述纵向移动轴7的轴线方向相对垂直定位块8前后移动；

纵向定位块6，其固定设置在所述纵向移动轴7的前端，随同所述纵向移动轴7同步相对垂直定位块8前后移动；

横向移动轴5，其以垂直于纵向移动轴7的方向水平设置在所述纵向定位块6上，与所述纵向定位块6配合，能够沿所述横向移动轴5的轴线方向相对垂直定位块8左右移动；

横向定位块4，其固定设置在所述横向移动轴5的一侧端部，叶片固定装置2和显微镜3垂直固定在所述横向定位块4的下端，随同所述横向移动轴5同步相对垂直定位块8左右移动，带动叶片固定装置2和显微镜3以调节显微镜的拍摄角度

由此，本申请通过将叶片固定装置及显微镜设置在横向移动轴5端部的横向定位块4上，可通过纵向定位块6与横向移动轴5的配合使叶片固定装置及显微镜设置实现左右方向的位置调节，通过垂直定位块8与纵向移动轴7的配合使叶片固定装置及显微镜设置实现前后方向的位置调节，通过垂直定位块8与垂直移动轴9的配合使叶片固定装置及显微镜设置实现上下高度方向的位置调节。由此，本申请能够将叶片固定系统直接设置在固定位置，通过各移动轴和定位块之间的配合，实现对不同位置叶片的图像采集，以统计不同位置叶片上气孔的数量及开闭状况。

本申请结构简单，使用方便。本申请采样所获得的数据量丰富，并且采样过程也不会损伤样本植物叶片。本申请能够有效解决现有气孔采样方式统计结果误差大、统计效率不高的问题。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，包括：

显微镜安装座(26)，其与显微镜(3)的外壳固定连接，设置在显微镜(3)的下部；

夹片安装套(25)，其固定连接在显微镜安装座(26)的外部，其内部垂直设置有中空结构上下贯通的夹片移动通道；

第一夹片(1)，其上端与所述夹片安装套(25)固定连接，其下端设置在显微镜安装座(26)的下侧，并且具有对应于显微镜(3)拍摄方向的拍摄窗口；

第二夹片，其上侧设置在夹片移动通道内，能够沿夹片移动通道移动，其下侧与第一夹片(1)的下端接近平行，所述第一夹片(1)和第二夹片分别从叶片的上方和下方将叶片夹持固定在显微镜下侧。

2.如权利要求1所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述第一夹片(1)，其包括垂直部和水平部，所述垂直部的上端与所述夹片安装套(25)固定连接，所述水平部设置在垂直部的下端，所述水平部的中间设置有对应显微镜(3)拍摄方向的拍摄窗口。

3.如权利要求2所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述第二夹片，其包括相互垂直设置的连接部和抵接部，所述连接部设置在夹片移动通道内，能够沿夹片移动通道垂直上下平移，所述抵接部水平连接在所述连接部的下端，用于从叶片的下方将叶片夹持固定在抵接部和第一夹片(1)的拍摄窗口之间。

4.如权利要求3所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述第一夹片(1)与第二夹片之间由弹性连接件连接，弹性连接件在第一夹片(1)与第二夹片相互分离时被拉伸，弹性连接件收缩时能够提供驱动第二夹片向上移动并抵接在拍摄窗口下侧的动力。

5.如权利要求4所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述弹性连接件为弹性连接绳。

6.如权利要求4所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述第一夹片(1)与第二夹片之间还设置有柔性缓冲材料，所述第一夹片(1)与第二夹片之间由所述柔性缓冲材料直接接触并抵接叶片。

7.如权利要求5所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述垂直部的下部还设置有第一弹性件固定槽(23)，所述连接部的下部还设置有第二弹性件固定槽(24)，所述弹性连接绳的一端由第一弹性件固定槽(23)固定，所述弹性连接绳的另一端向上通过夹片安装套(25)和显微镜安装座(26)之间的间隙后由夹片安装套(25)顶部翻转向下，从夹片安装套(25)的外侧翻转并连接至第二弹性件固定槽(24)固定，用于带动所述第二夹片向上平移复位至所述抵接部抵接在第一夹片(1)的拍摄窗口下方。

8.如权利要求7所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，其特征在于，所述第一弹性件固定槽(23)和所述第二弹性件固定槽(24)均设置为具有水平横向的开口结构，所述水平横向的开口结构的两端还分别连通有向上延伸的弹性件卡槽，所述弹性件卡槽之间形成有弹性件定位凸起，所述弹性件的端部绕所述弹性件定位凸起卡接在所述弹性件卡槽内。

9.一种用于气孔开闭状态监测的叶片固定系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定装置，所述叶片固定装置(2)上还固定连接有显微镜(3)，还包括：

底座(10)；

垂直移动轴(9)，其垂直固定设置在底座(10)的顶部，并向上延伸；

垂直定位块(8)，其设置在所述垂直移动轴(9)上，与所述垂直移动轴(9)配合，能够沿所述垂直移动轴(9)上下移动并固定在垂直移动轴(9)中的任意位置；

所述叶片固定装置设置在所述垂直定位块(8)上，随同所述垂直定位块(8)同步移动并被固定在垂直移动轴(9)中的任意位置以夹持叶片。

10.如权利要求9所述的用于气孔开闭状态监测的叶片固定系统，其特征在于，所述垂直定位块(8)与叶片固定装置之间还设置有：

纵向移动轴(7)，其水平设置在所述垂直定位块(8)上，与所述垂直定位块(8)配合，能够沿所述纵向移动轴(7)的轴线方向相对垂直定位块(8)前后移动；

纵向定位块(6)，其固定设置在所述纵向移动轴(7)的前端，随同所述纵向移动轴(7)同步相对垂直定位块(8)前后移动；

横向移动轴(5)，其以垂直于纵向移动轴(7)的方向水平设置在所述纵向定位块(6)上，与所述纵向定位块(6)配合，能够沿所述横向移动轴(5)的轴线方向相对垂直定位块(8)左右移动；

横向定位块(4)，其固定设置在所述横向移动轴(5)的一侧端部，叶片固定装置(2)和显微镜(3)垂直固定在所述横向定位块(4)的下端，随同所述横向移动轴(5)同步相对垂直定位块(8)左右移动，带动叶片固定装置(2)和显微镜(3)以调节显微镜的拍摄角度。

Images