在线微藻自动取样光学测量系统的制作方法

本专利涉及一种在线微藻自动取样光学测量系统，本装置可用于微藻培养过程中多种光学参数的变化，可体现微藻的生理状态及生长状况，是微藻在线培养中很重要的测量设备。

背景技术：

目前微藻在线光学测量设备多为单独的设备或浸入式探头，当需要多个光学测量参数时在线测量设备的体积庞大，集成难度高，设备成本高，不利于微藻规模培养中的应用。浸入式光学探头在高浓度培养过程中由于微藻的贴壁现象及微生物污染的原因，会形成阻挡探头光学面的遮挡物，这会大大降低浸入式光学探头的准确度。本专利通过一次采样可同时测量多种光学参数，大大提高了集成度，减小了设备体积同时大大降低成本；由于本专利取样池内设有活塞，活塞在起到吸取样品及推出样品的作用外还起到了清洁取样池内壁的作用，使微藻及微生物不易于黏附于取样池的内壁上，使取样池始终保持洁净状态，提高光学测量的准确性，使在高浓度微藻培养过程中长时间在线准确的光学测量成为可能。

目前多数仪器因体积、价格、长时间培养中对探头的污染等问题不适合作为微藻大规模培养的在线测量，本专利同时解决了以上问题，可以在高浓度微藻培养过程中，在线长时间准确测量多种光学参数，为微藻大规模培养过程提供大量数据。

技术实现要素：

为了在微藻培养过程中减少因微藻及微生物贴壁对光学测量引起的影响，本专利中通过在取样池中设置取样活塞且活塞由质地较软的橡胶或硅胶等材料制成，在活塞沿着取样池内壁滑动过程中可以很好的清洁取样管内壁，为光学测量提供很好的条件；为了减小整个微藻在线光学检测系统的体积，本专利设计为可以同时安装多种光学测量模块，在增加了测量的光学参数数量的同时整个设备的体积不变；本专利同时测量多个光学参数同时只需要一个取样口，一个数据接口，非常方便系统的集成，同时大大降低了成本。

在线微藻自动取样光学测量系统，包括框架、电机滑台组、连接件组、位置传感器对、定位挡板、取样池、测量模块组、测量管定位卡对。

所述框架由不透明且有一定机械强的材料制成，框架起到支撑内部结构及遮挡外部光线的作用；由包括框架基座，框架隔板，框架外盖组成。

所述取样池由取样池外筒，取样池活塞组成，其中取样池外筒由玻璃、石英或塑料等透光性能良好的材料制成；取样池活塞由一端的活塞头，中部的活塞连接杆，另一端的一圆柱形突起组成，其中活塞头由质地较软的橡胶或硅胶等材料制成，活塞连接杆由塑料或金属材料制成，圆柱形突起由塑料或金属制成； 质地柔软的活塞头在取样池外筒内滑动时可在保证密封的同时清洁取样池外筒的内壁而不损伤取样池外筒的内壁，为光学测量提供良好条件。

所述电机滑台组为由滑台底座，电动机，传动螺杆，滑块组成；电动机与传动螺杆通过联轴器连接，电动机转动带动传动螺杆转动，通过滑块内部与螺杆相匹配的螺纹带动滑块沿着传动螺杆的方向平行于滑台底座运动，从而为其他与其连接的组件提供动力。

连接组件为金属或塑料材质制，将取样池活塞，定位挡板与滑块连接起来；在滑块移动时带动取样池活塞与定位挡板随其一同移动。

位置传感器对由满位置传感器和空位置传感器两个槽型光耦组成，每个位置传感器上设有检测槽；定位挡板由不透光材料制成，在其两端各有一个突起且方向相反，当滑块带动取样池活塞与定位挡板随其一同移动时，定位挡板上的突起可插入位置传感器上设有的检测槽时，引起位置传感器的信号变化，从而指示取样池活塞所处的位置。

本专利解决了高浓度微藻培养过程中微藻及微生物贴壁现象对光学测量的影响，同时集成了多种光学测量模块，减小了设备的体积同时降低成本，简化连接，降低集成难度，非常适合作为微藻培养在线检测设备。

附图说明

图1为本专利在线微藻自动取样光学测量系统示意图；

图2为本专利在线微藻自动取样光学测量系统正前方视图意图；

图3为本专利电机滑台组与连接组件和定位挡板连接示意图；

图4为本专利滑块与连接组件和取样池组装示意图；

图5为本专利盖上框架外盖后外观示意图；

图6为本专利取样池与测量模块组示意图；

图中：1框架，2电机滑台组，3连接组件，4位置传感器对，5定位挡板，6取样池，7测量模块组，8测量管定位卡对，1-1框架基座，1-2框架隔板，1-3框架外盖，1-4接组件穿过孔，2-1滑台底座，2-2电动机，2-3传动螺杆,2-4滑块，3-1滑块连接块，3-2活塞杆牵引槽，3-3锁紧块,4-1满位置传感器，4-2空位置传感器，6-1取样池外筒，6-2取样池活塞，8-1左端定位卡，8-2右端定位卡。

图7为OD测量模块原理；在取样池的两侧设有单色LED光源与信号传感器且其连线与取样池的中轴线垂直，在单色LED光源与取样池之间设有半反半透镜与单色LED光源与信号传感器的连线成45度角，半反半透镜的反射与透射比为1:9；在与单色LED光源与信号传感器的连线垂直的放上设置有参照传感器，参照传感器的中轴线与单色LED光源与信号传感器的连线的交点同半反半透镜与单色LED光源与信号传感器的连线的交点重合；半反半透镜使单色LED光源射出的光线有9/10透过后透过取样池射入信号传感器，同时有1/10的光线被半反半透镜反射后射入参照传感器；信号传感器与参照传感器的信号的比值经过计算可得到样品的OD值。

图8为浊度测量模块原理；单色LED光源射出的光线与取样池的中轴线垂直， 单色LED光源与取样池之间设有一反射透射比为1:9的半反半透镜，且半反半透镜与光线成45度角；半反半透镜使单色LED光源射出的光线的1/10沿着与单色LED光源射出的光线垂直的方向传播，并射入在被设置在此反射光线路径上的参照传感器内；半反半透镜使单色LED光源射出的光线的9/10透过半反半透镜射入取样池，照射于取样池内的液体样品上产生散射光；在取样池入射光与取样池中轴交点上与入射光和取样池中轴同时垂直的方向上设有信号传感器，用于采集取样池内样品产生的散射光；

信号传感器与参照传感器的信号的比值经过计算可得到样品的浊度值。

图9为RGB测量模块原理；在取样池的两侧设有光源与信号RGB色彩传感器且其连线与取样池的中轴线垂直，在光源与取样池之间设有半反半透镜与光源与信号RGB色彩传感器的连线成45度角，半反半透镜的反射与透射比为1:9；在与光源与信号RGB色彩传感器的连线垂直的放上设置有参照RGB色彩传感器，参照RGB色彩传感器的中轴线与光源与信号RGB色彩传感器的连线的交点同半反半透镜与光源与信号RGB色彩传感器的连线的交点重合；光源为能发射波长范围覆盖可见光范围的光源例如白色LED，闪烁氙灯，卤素灯等；半反半透镜使光源射出的光线有9/10透过后透过取样池射入信号RGB色彩传感器，同时有1/10的光线被半反半透镜反射后射入参照RGB色彩传感器；信号RGB色彩传感器与参照RGB色彩传感器的信号的比值经过计算可得到样品的RGB值。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本专利进行进一步说明：

图1给出了本专利在线微藻自动取样光学测量系统示意图，其中包括框架1，电机滑台组2，连接组件3，位置传感器对4，定位挡板5，取样池6，测量模块组7，测量管定位卡对8。其中框架1的组成部分之一框架外盖1-3未表示；框架1作为整个系统的支撑；电机滑台组2安装于框架1上，通过连接组件3连接定位挡板5及取样池6；位置传感器对4定位于框架1上；测量模块组7通过测量模块组7上设置的定位孔固定在框架1上，同时测量模块组7中部的测量管通过孔可将取样池6固定，结合测量管定位卡对8的定位作用最终将取样池6准确固定。

图2给出了本专利在线微藻自动取样光学测量系统正前方视图示意图，其中包括框架基座1-1，框架隔板1-2，连接组件穿过孔1-4，滑块连接块3-1，活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3,满位置传感器4-1，空位置传感器4-2，5定位挡板，取样池6，测量模块组7(包括测量模块7-1，测量模块7-2，测量模块7-3)，左端定位卡8-1，右端定位卡8-2。滑块连接块3-1穿过连接组件穿过孔1-4，露出框架隔板1-2的部分与活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3通过定位孔连接；左端定位卡8-1，右端定位卡8-2通过定位孔固定在框架隔板1-2上；测量模块组7与框架基座1-1通过定位孔连接；取样池6插入到测量模块组7的测量池通过孔内，同时取样池6的耳部嵌入到左端定位卡8-1，右端定位卡8-2的凹槽中，从而使取样池6被固定；满位置传感器4-1，空位置传感器4-2通过自身定位孔及隔板1-2上开设的定位槽，定位在隔板1-2上，通过沿着隔板1-2上开设的 定位槽移动可以改变满位置传感器4-1，空位置传感器4-2在隔板1-2的位置；定位挡板5通过定位孔安装在滑块连接块3-1上，定位挡板5两端设有突起，且方向相反。

图3给出了本专利电机滑台组与连接组件和定位挡板连接示意图，其中包括滑台底座2-1，电动机2-2，传动螺杆2-3,滑块2-4，滑块连接块3-1，活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3，定位挡板5。电动机2-2安装在滑台底座2-1的一端，并通过联轴器与传动螺杆2-3连接，传动螺杆2-3的另一端通过轴承连接在滑台底座2-1与电动机2-2相对的一侧，并使传动螺杆2-3与滑台底座2-1的中线平行，电动机2-2可以带动传动螺杆2-3转动；滑块2-4通过其内部的与传动螺杆2-3相匹配的螺纹与传动螺杆2-3连接，当电动机2-2带动传动螺杆2-3转动时滑块2-4可以沿传动螺杆2-3移动；滑块连接块3-1通过定位孔与滑块2-4连接，定位挡板5、活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3通过定位孔与滑块连接块3-1连接，最终顺序依次为定位挡板5，滑块连接块3-1，活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3。

图4为本专利滑块与连接组件和取样池组装示意图，其中包括滑块2-4，滑块连接块3-1，活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3，取样池外筒6-1，取样池活塞6-2。滑块连接块3-1通过定位孔与滑块2-4连接；取样池外筒6-1由玻璃、石英或塑料等透光性良好的材料制成，一端封闭并设有一取样口，取样口为一直径2mm到3mm的突起，突起内部有直通取样池外筒6-1内部的孔，孔的直径1mm到1.5mm，取样池外筒6-1另一端开放，使取样池外筒6-1的内部为一端带有取样口的圆筒；取样池外筒6-1开放端的外径部分设有两个相对的耳，可用于固定取样池外筒6-1；取样池活塞6-2一端为由较柔软的橡胶或硅胶材料制成的活塞，中部为取样池活塞连接杆，另一端设有一圆柱形突起，圆柱形突起的直径与活塞杆牵引槽3-2内部U型槽的宽度相同，圆柱形突起的厚度与活塞杆牵引槽3-2的厚度相同；锁紧块3-3上设有一U型槽，U型槽的宽度与取样池活塞连接杆的直径相同；安装时取样池活塞6-2一端设有的圆柱形突起嵌入到活塞杆牵引槽3-2的U型槽内，取样池活塞连接杆嵌入到锁紧块3-3上的U型槽内，活塞杆牵引槽3-2、锁紧块3-3通过定位孔与滑块连接块3-1连接后，取样池活塞6-2与滑块连接块3-1，活塞杆牵引槽3-2，锁紧块3-3连接在一起。

图5为本专利盖上框架外盖后外观示意图，其中包括框架基座1-1，框架外盖1-3，取样池6。本产品使用时取样池6上设有的取样口朝上，可将藻液中的气泡利用取样池6内活塞的推出运动排出取样池。

图6为本专利取样池与测量模块组示意图，本图的测量模块组7由三个模块组成，分别是叶绿素荧光模块7-1，浊度测量模块7-2，吸光度(OD)测量模块7-3，连续在线测量7天的数据。图中曲线A为叶绿素荧光笔直Fv/Fm，曲线B为叶绿素荧光最大值Fm，曲线C为基本叶绿素荧光F0，曲线D为吸光度(OD)，曲线E为浊度值。

本专利在线微藻自动取样光学测量系统的使用方法为：

本专利在线微藻自动取样光学测量系统使用时共有三种动作：1.吸取样品： 电动机转动并带动取样池活塞向满位置传感器方向移动，直到定位挡板引起满位置传感器信号改变。2.排空样品：电动机转动并带动取样池活塞向空位置传感器方向移动，直到定位挡板引起空位置传感器信号改变。3.测量：在完成吸取样品动作后，各测量模块在控制电路控制下依次完成测量。本专利在线微藻自动取样光学测量系统使用时共有两种运行模式：一、清洗：电动机以较快的速度运行，连续完成多次吸取样品、排空样品的循环动作，最终定位在排空样品完成的状态。二、在线测定：吸取样品后排空样品完成一次简单的取样池置换后再运行一次吸取样品，吸取样品完成后进行测量，最后在运行一次排空样品，并停留在排空样品完成的状态。测量模块的校准过程与在线测定相同只是被测量的样品是各个测量模块的校正液，最后得到各测量模块需要的校准参数，使测量模块数据更可靠。