一种藻类沉降速率测定装置的制作方法

本发明属于环境领域，具体涉及一种藻类沉降速率测定装置。

背景技术：

随着水库管理控制技术的发展，水库水质的监控及调控工作需要更多的数据支持，其中包括各种藻类的基础数据。现有针对藻类的监测数据仍停留在藻类生物学层面，藻类理化性质由于藻类的微观因素影响进展缓慢。藻类的沉降速率与水库气象水文条件综合作用，影响水库中水库藻类的生长消亡。对水库中已知藻种的沉降速率进行研究，是水库水质预测、藻类调控的重要环节。故急需提出一种有效的藻类沉降速率测定装置。

技术实现要素：

本发明提供一种藻类沉降速率测定装置，实现常见易沉降藻类的沉降速率测量。

本发明的技术方案如下：

一种藻类沉降速率测定装置，包括：

箱体，所述箱体包括盖板、底面、周面，所述盖板、底面、周面围合成封闭的所述箱体，所述周面的内侧壁均布有冷光光源；所述盖板的下表面、底面的上表面设置用于漫反射所述箱体内的光源；

透明柱体，所述透明柱体设置于所述箱体内，所述透明柱体用于放置待测藻液；

搅拌装置，所述搅拌装置设置于所述透明柱体内用于对待测藻液进行搅拌；

录像机，所述录像机正对所述透明柱体设置于所述箱体内，所述录像机用于拍摄所述透明柱体；

相机支架，所述相机支架设置于所述箱体内用于支撑所述录像机，所述相机支架设置用于调节所述录像机相对所述透明柱体的高度以及距离；

计算机，所述计算机设置于所述箱体外，所述计算机与所述录像机连接，用于对所述录像机的数据读取及处理，所述计算机与所述搅拌装置连接，控制所述搅拌装置。

优选的，所述冷光光源为led背光灯板。

优选的，所述搅拌装置包括电机及所述电机下方连接的搅拌转子，所述透明柱体的上表面为可拆式的透明盖板，所述电机与所述透明盖板连接后通过转轴与所述搅拌转子连接。

优选的，所述搅拌转子为透明搅拌棒，所述透明搅拌棒的转动轴线、电机转轴与所述透明柱体轴线相重合。

优选的，所述透明搅拌棒包括多个竖直向下的搅拌桨。

优选的，所述透明搅拌棒、透明盖板、透明柱体采用透明pvc塑料。

优选的，所述透明柱体高度为1.5～0.5m。

优选的，所述盖板、底面为白色塑料板，所述盖板的下表面、底面的上表面为磨砂面。

优选的，所述录像机的光轴穿过所述透明柱体中心。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明装置简单，实现低沉降速率藻类的沉降速率测量；

2)本发明装置采用封闭式设计，能有效避免来自各类自然因素的干扰；

3)本发明装置采用均布光源及磨砂面实现光照的均匀分布，提高测量准确性；

4)本发明装置采用录像机及计算机联合工作，可24小时不间断监测，实现极慢沉降速率的测量；

5)本发明装置采用宏观测量的方式反映微观藻类的沉降速率，样本量较大，能有效避免不同生长阶段藻类特性带来的测量偏差；

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明一实施例的装置侧视图；

图2为本发明一实施例的装置正视图；

图3为本发明一实施例的装置俯视图；

图4为本发明一实施例的藻液液柱的图像；

图5为本发明一实施例的藻液液柱照片压缩后的单像素条图像；

图6为本发明一实施例的单像素条组成的藻类沉降液面随时间变化图；

图7为本发明一实施例的图像经二值化提取液面获得的藻类沉降液面随时间变化图；

图8为本发明一实施例的图像经二值化提取液面获得的液面沉降距离随时间变化曲线；

图中标记：1-盖板；2-led背光板；3-计算机；4-电机；5-透明盖板；6-透明搅拌棒；7-透明柱体；8-录像机；9-相机支架；10-底面；11-周面。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例

一种藻类沉降速率测定装置，参见图1-图3包括：

箱体，所述箱体包括盖板1、底面10、周面11，所述盖板1、底面10、周面11围合成封闭的所述箱体，所述周面11的内侧壁均布有冷光光源；所述盖板1的下表面、底面10的上表面设置用于漫反射所述箱体内的光源；

透明柱体7，所述透明柱体7设置于所述箱体内，所述透明柱体7用于放置待测藻液；

搅拌装置，所述搅拌装置设置于所述透明柱体7内用于对待测藻液进行搅拌；

录像机8，所述录像机8正对所述透明柱体7设置于所述箱体内，所述录像机8用于拍摄所述透明柱体7内的藻液；

相机支架9，所述相机支架9设置于所述箱体内用于支撑所述录像机8，所述相机支架9设置用于调节所述录像机8相对所述透明柱体7的高度以及距离；

计算机3，所述计算机3设置于所述箱体外，所述计算机3与所述录像机8连接，用于对所述录像机8的数据读取及处理，所述计算机3与所述搅拌装置连接，控制所述搅拌装置。

进一步的，所述冷光光源为led背光灯板2。所述led背光灯板2围合组成所述箱体的周面11，所述led背光灯板2的发光面朝向所述箱体内部，提供测量所需均布白色光源。

所述盖板1、底面10为白色塑料板，所述盖板1的下表面、底面10的上表面为磨砂面，能够均匀漫反射箱体内的光，使得录像机成像为白色背景，同时光源均匀避免了待测藻液液面捕捉不准确的问题。盖板1水平放置于均布灯光的箱体上方，可在需要时候开启。底面10上放置透明柱体7、相机支架9。

进一步的，所述搅拌装置包括电机4及所述电机下方连接的搅拌转子6，所述透明柱体7的上表面为可拆式的透明盖板5，所述电机4与所述透明盖板5连接后通过转轴与所述搅拌转子连接。透明盖板5放置于7透明柱体上方，可在需要时候开启。

所述搅拌转子6为透明搅拌棒，所述透明搅拌棒6的转动轴线、电机4转轴与所述透明柱体7轴线相重合。为了对所述藻液形成较均匀的搅拌混合，所述透明搅拌棒包括多个竖直向下的搅拌桨。

进一步的，所述透明搅拌棒6、透明盖板5、透明柱体7采用透明pvc塑料。

所述透明柱体高度为1.5～0.5m。高度的设置可以充分利用家用相机的有效像素，并保证测量设备不至于过大；当然，还可在透明柱体上设置透明的刻度线，以便在计算机处理数据时，读取液面的数据。

录像机固定于相机支架9上，录像机8光轴穿过透明柱体7中心，并通过相机支架9调节高低及远近，使所述录像机的光轴穿过所述透明柱体中心，录像机8能拍摄到透明柱体7全貌，成像质量较高，若所述录像机的光轴位于所述透明柱体边缘，会导致成像有误差。

本发明装置着重考虑藻类沉降速率极低的特点，以计算机视觉技术为基础，采用宏观长时间连续监测的方法，测量微观藻类沉降速率。

具体应用例

采用上述的装置进行藻类沉降速度测定，步骤如下：

1、点亮均布冷光光源的箱体2；

2、开启白色磨砂的盖板1。

3、开启透明盖板5，此时将电机4、透明盖板5、透明搅拌棒6一同从透明柱体7中取出；

4、在透明柱体7中注入待测藻液，待测藻液为四尾栅藻，盖上透明盖板5，此时，将电机4、透明盖板5、透明搅拌棒6一同放入透明柱体7中，调整透明盖板5、透明搅拌棒6的位置，使得透明搅拌棒6转动轴线、电机4转轴与透明柱体7轴线相重合；

5、开启录像机8，调整相机支架9使得录像机8光轴穿过透明柱体7中心，并通过相机支架9调节高低及远近，录像机8能拍摄到透明柱体7全貌；

6、盖上白色磨砂的盖板1。

7、开启计算机3，计算机3读取录像机8中透明柱体7内颜色分布，并控制电机4，开始时，计算机控制电机4，使透明搅拌棒6转动，使得待测藻液中藻细胞扬起并均匀分布于水中，当录像机8测得的透明柱体中7透明水质上中下各点间rgb颜色数值差异低于5bit，计算机控制电机4停机，透明搅拌棒6归位，即透明搅拌棒6所在面平行于录像机光轴8，使得录像机能拍摄到透明柱体内的画面中透明搅拌棒出现的面积最新；计算机3在停止转动后，根据沉降情况，在水体扰动较小且液面将近开始沉降时，一般不低于1min后，开始记录透明柱体7内颜色变化；藻类沉降会出现藻类颜色与清水交界面，读取清水水柱的高度增加速度，实现藻类沉降速度的测量；

8、当透明柱体7内清水水柱高度高于4/5的透明柱体7高度时，停止测量；计算机输出整个测量时间内清水水柱的瞬时增加速度及平均增加速度。水柱高度如果是在4/5再往下，可能进入压缩沉降阶段，并非自然状态的自由沉降，所得数据会影响自然沉降速率的测量。

计算机数据处理简要说明如下：

参见图4，藻液液柱在照片中呈深灰色，录像机每秒30张照片为例，取该30张照片的原始灰度均值数据；

根据上述灰度均值数据，将对应时间段内的照片压缩成单像素条，所得单像素条参见图5；

将所得的单像素条按时间顺序并排布置，组成藻类沉降液面随时间变化图，如图6，其中，每一列像素为对应时间段内平均液面高度；

也可将图6二值化提取液面，获得藻类沉降液面随时间变化图，如图7所述，也可处理得到液面沉降距离随时间变化曲线，如图8所述；

通过每个像素点的大小计算细胞相对流速：

每个像素点对应实际尺寸在不同尺寸设备中有不同数值，需根据实际情况取值；本示例中每个像素点高度对应实际高度为0.2mm，在无流速扰动条件下，细胞的沉降速度为0.018mm/s。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。