RU2690976C1 - Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона - Google Patents
Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690976C1 RU2690976C1 RU2018139457A RU2018139457A RU2690976C1 RU 2690976 C1 RU2690976 C1 RU 2690976C1 RU 2018139457 A RU2018139457 A RU 2018139457A RU 2018139457 A RU2018139457 A RU 2018139457A RU 2690976 C1 RU2690976 C1 RU 2690976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plankton
- volume
- quantitative characteristics
- particles
- integral
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1434—Optical arrangements
- G01N15/1436—Optical arrangements the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container, e.g. a flow cell
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к океанологическим исследованиям и предназначено для проведения исследований планктона путем фиксации исследуемого объема импульсами когерентного оптического излучения. В способе регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктон при перемещении изучаемого объема осуществляют фотоэлектрическую регистрацию теневого изображения этого объема вместе с взвешенными в нем частицами в виде фотометрического сигнала. Фотометрический сигнал подвергается вейвлет-преобразованию, по результатам которого определяются интегральные размерно-количественные характеристики планктона. Технический результат - увеличение оперативности получения результата. 3 ил.
Description
Изобретение относится к океанологическим исследованиям и предназначено для проведения исследований планктона и других частиц в жидкости.
Известен способ определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц. Способ заключается в формировании реперного объема оптическим путем, передачи в заранее установленном направлении параллельного потока прямоугольного сечения импульсного оптического излучения постоянной интенсивности. Сформированный реперный объем перемещают по траектории, перпендикулярной направлению потока излучения и большей стороне его прямоугольного сечения, и регистрируют взвешенные в воде частицы при появлении их в реперном объеме путем приема оптического излучения из реперного объема под любым углом к нему. Оптическое излучение преобразуют в электрические сигналы и анализируют их, по амплитуде и длительности судят о размерах и количестве частиц. При этом скорость перемещения реперного объема необходимо удерживать на уровне, не превышающем отношение длины его меньшей стороны сечения ко времени периода частоты следования импульсов оптического излучения [1].
Таким образом, скорость сканирования является параметром косвенных измерений характеристик частиц, поэтому погрешность ее поддержания сказывается на результатах измерений. Однако поддержание постоянной скорости сканирования в реальных морских условиях является сложной технической задачей, сводящей на нет технический результат. Таким образом, существенный недостаток аналога – необходимость поддержания скорости сканирования для получения результата по определению размерно-количественных характеристик планктона.
Известен способ регистрации планктона с помощью судового оптоэлектронного измерителя планктона. Способ заключается в генерации параллельного потока импульсного оптического излучения, формировании оптическим путем реперного объема прямоугольного сечения, перемещении реперного объема, прием и преобразование оптического излучения в электрические сигналы, регистрацию изменения амплитуды электрических импульсов, определение разности между сигналом в отсутствии импульсов и сигналом, полученным во время действия импульсов, и формирование временного интервала на время регистрации частиц планктона, находящихся в реперном объеме. При этом в качестве средства для приема и преобразования оптического излучения в электрические сигналы применена цифровая видеокамера, содержащая фотоприемную матрицу для измерения размеров тени планктона в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В состав измерителя включен процессор, управляющий режимами работы измерителя [2].
В этом случае нет необходимости выдерживать скорость сканирования, поскольку способ позволяет производить прямой подсчет планктона на заданной глубине или в точке заданной траекторией сканирования, но он не позволяет получить размерно-количественные характеристики планктона и обладает низкой скоростью получения результата при исследовании интегральных размерно-количественных характеристик распределений планктона.
В качестве ближайшего аналога выбран Способ регистрации планктона [3], по которому, формируют изучаемый объем среды путем передачи в выбранном направлении коллимированного потока импульсного оптического излучения и осуществляют фотоэлектрическую регистрацию теневого изображения этого объема вместе с взвешенными в нем частицами. Теневое изображение регистрируют как цифровую осевую голограмму Габора. При регистрации цифровой голограммы используют приёмную оптическую систему. Затем, цифровым путем, послойно, восстанавливают с голограммы изображение объема с учётом приёмной оптической системы и с обработкой информации в каждом сечении известными численными методами. В результате получают размерные и количественные характеристики частиц, взвешенных в изучаемом объеме.
Недостатки – низкая скорость получения результата при исследовании интегральных размерно-количественных характеристик планктона.
Задача изобретения заключается в увеличении скорости получения результата при исследовании интегральных размерно-количественных характеристик планктона для последующего построения их пространственно-временных распределений.
Согласно изобретению, эта задача решается за счет того, что, как и в прототипе, способ регистрации планктона включает оптическое формирование изучаемого объема среды с взвешенными в нем частицами. Осуществляют это путем фиксации объёма импульсами когерентного оптического излучения и фотоэлектрической регистрации теневого изображения этого объема вместе с взвешенными в нем частицами.
Получение интегральных размерно-количественных характеристик распределения планктона осуществляют путем обработки информации. Для этого формируют фотометрический сигнал, эквивалентный средней освещенности теневого изображения, как функцию координаты траектории (глубины) и подвергают вейвлет-анализу [4], по результатам которого определяются интегральные характеристики: среднее значение размера частиц, значение пространственной концентрации, значение биомассы.
На фиг. 1 представлена структурная схема макета устройства, предназначенного для сбора информации об исследуемом планктоне, ее предварительной обработки, сохранения в устройстве записи информации и передачи данных непосредственно на судовой персональный компьютер.
На фиг. 2 представлен фрагмент фотометрического профиля, зарегистрированного в процессе погружения устройства, как функция нормированного светового потока 
, привязанная к глубине
(траектории сканирования).
На фиг. 3 представлен результат преобразования фрагмента функции 
изображенного на фиг. 2, в виде Фурье-образа этого фрагмента фотометрического сигнала, как функции пространственной частоты 
[5].
Устройство (фиг. 1) содержит: 1 – блок формирования освещающего пучка, состоящий из источника света 2, коллиматора 3, оптического окна 4, блок регистрации сигнала 10, состоящий из оптического окна 7, объектива 8, фотоприемника 9, блока управления 11, персонального компьютера 12. Изучаемый объем 5 формируется световым потоком диаметром D на трассе длиной L. В этом объеме находятся исследуемые взвешенные частицы 6.
Устройство работает следующим образом. Световой поток, создаваемый блоком формирования освещающего пучка (1), проходит через изучаемый объем среды с планктоном (6), формируемый апертурой светового пучка D и длиной оптической трассы L. Часть излучения задерживается регистрируемыми объектами (планктоном и другими частицами), а прошедшая собирается объективом (8) и детектируется фотодетектором (9), формируя фотометрический сигнал, эквивалентный средней освещенности теневого изображения объема. Полученный фотометрический сигнал обрабатывается блоком управления (11) и результаты обработки сигнала передаются оператору на персональный компьютер (12). При применении матричного приемника, фотометрический сигнал формируется как сумма сигналов пикселей, нормированная на ту же самую величину, но в отсутствии взвеси планктона и других частиц. При погружении устройства в изучаемую среду осуществляется непрерывная регистрация фотометрического сигнала, как функция глубины погружения. Для этого, в устройстве также использован датчик глубины, позволяющий осуществить привязку результата к траектории перемещения.
При надлежащем выборе параметров АЦП осцилляции сигнала связаны с входом-выходом частиц за пределы изучаемого объема в процессе погружения и собственного движения частиц (фиг. 2). Функция подвергается спектральному Фурье-преобразованию с целью извлечения информации об интегральных характеристиках ансамбля взвешенных частиц.
Фурье-преобразование есть частный случай вейвлет-преобразования, облегчающий наглядную интерпретацию (фиг.3). Пространственная частота связана с временной частотой, с которой частицы входят и выходят из объема. Амплитуда нулевой пространственной частоты 
Фурье-образа пропорциональна степени затенения взвешенными частицами изучаемого объема, связанной с биомассой. Амплитуда первой гармоники 
пропорциональна значению среднего размера взвешенных частиц, положение первой гармоники 
связано с концентрацией частиц. Соответствующие коэффициенты пропорциональности могут быть определены посредством калибровки. Протяженность сигнала , подвергаемого обработке, определяет размер просматриваемого пространства или объем усреднения. Соответственно, качество этой обработки определяется выбором базовых функций вейвлет-преобразования. Если длительность сигнала достаточно большая, чтобы считать ее бесконечной, то можно применить преобразование Фурье, как в рассмотренном примере.
Таким образом, используя вейвлет-образ фотометрического профиля, можно определить искомые интегральные размерно-количественные характеристики ансамбля частиц.
Список использованных источников:
1. Патент RU № 2112955, МПК G01N15/14, G01N21/85, опубл. 10.06.1998.
2. Патент RU № 131181, МПК G01N15/14, опубл. 10.08.2013.
3. Патент RU № 2623984, МПК G01N15/14, G03H1/00, опубл. 29.06.2017.
4. Штарк Г.-Г. Применение вейвлетов для ЦОС. – М.: Техносфера, 2007. – 192 с.
5. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. – М.: Мир. 1973. – 698 с.
Claims (1)
- Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона, включающий оптическое формирование изучаемого объема среды с взвешенными частицами путем фиксации этого объёма импульсами когерентного оптического излучения и фотоэлектрическую регистрацию теневого изображения изучаемого объёма, отличающийся тем, что при перемещении изучаемого объема по заданной траектории регистрируют фотометрический сигнал, эквивалентный средней освещенности теневого изображения, как функцию координаты траектории перемещения и подвергают его вейвлет-анализу, по результатам которого определяют интегральные размерно-количественные характеристики планктона.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139457A RU2690976C1 (ru) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139457A RU2690976C1 (ru) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690976C1 true RU2690976C1 (ru) | 2019-06-07 |
Family
ID=67037950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018139457A RU2690976C1 (ru) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690976C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631370A1 (ru) * | 1989-02-01 | 1991-02-28 | Государственный научно-исследовательский и производственный центр "Природа" | Способ определени биопродуктивности планктона |
| RU2582073C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2016-04-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ определения аномалий на морской поверхности неконтактным радиолокационным методом |
| RU2632176C1 (ru) * | 2016-06-17 | 2017-10-02 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга АЭРОКОСМОС" | Способ идентификации загрязнений морской поверхности |
| EP3244191A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-15 | Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin | Method and system for characterizing particles using a flow cytometer |
-
2018
- 2018-11-09 RU RU2018139457A patent/RU2690976C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631370A1 (ru) * | 1989-02-01 | 1991-02-28 | Государственный научно-исследовательский и производственный центр "Природа" | Способ определени биопродуктивности планктона |
| RU2582073C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2016-04-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ определения аномалий на морской поверхности неконтактным радиолокационным методом |
| EP3244191A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-15 | Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin | Method and system for characterizing particles using a flow cytometer |
| RU2632176C1 (ru) * | 2016-06-17 | 2017-10-02 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга АЭРОКОСМОС" | Способ идентификации загрязнений морской поверхности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106404623B (zh) | 悬浮泥沙浓度监测系统及监测方法 | |
| KR102641469B1 (ko) | 고효율 형광 유세포 분석기를 사용하는 세포 선별 | |
| US6049381A (en) | Real time suspended particle monitor | |
| US10467764B2 (en) | Method for counting and characterization of particles in a fluid in movement | |
| JPS6332356A (ja) | 蛍光信号の解析と画像表示のための装置 | |
| Moore et al. | Development of a new underwater bathymetric laser imaging system: L-bath | |
| KR20180011762A (ko) | 입자 분석 방법 | |
| JPH05346390A (ja) | 粒子分析装置 | |
| US20080045848A1 (en) | Method and System for Measuring the Speed of Blood Flow | |
| US7362421B2 (en) | Analysis of signal oscillation patterns | |
| JP4054759B2 (ja) | ボディー内に浸入する粒子特性の測定方法、流動材料の特性測定方法、流動材料の粒子速度測定方法、および測定方法を実行するよう準備された装置 | |
| CA2228499C (en) | Optical measurement of marine conditions | |
| RU2690976C1 (ru) | Способ регистрации интегральных размерно-количественных характеристик планктона | |
| RU148827U1 (ru) | Подводный видеорегистратор планктона | |
| JPH07218419A (ja) | 光散乱式広域粒子計測装置およびそれを用いた粒子計測方法 | |
| WO2023082374A1 (zh) | 一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统 | |
| RU2154815C2 (ru) | Способ исследования микрообъектов | |
| RU2387997C1 (ru) | Устройство для определения количества частиц биологических сред и распределения их по скоростям | |
| KR20200096564A (ko) | 유체 내에서 미시적 물체 검출 | |
| RU155916U1 (ru) | Лидарный комплекс комбинационного рассеяния для подводного поиска углеводородов | |
| RU2558279C1 (ru) | Способ голографического анализа взвешенных частиц | |
| RU131181U1 (ru) | Судовой оптоэлектронный измеритель планктона | |
| RU2112955C1 (ru) | Способ определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц и устройство для его осуществления | |
| RU98109601A (ru) | Способ исследования микрообъектов | |
| JP2746852B2 (ja) | 透過光測定装置 |