基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种藻类分析装置，特别是一种基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置，主要用于藻类研究、藻体演化、水生物圈、水质监测、水道分析评估、水环境监测、水资源评估、化学分析、湖泊工程、科研教学、藻类爆发监测、藻类生长监控等领域中的藻类分析。
【背景技术】
[0002]藻类在现代植物学中指无根、茎、叶的分化、个体发育中无胚胎时期、光合自养的一类低等植物。藻类是所有植物中最古老的。大多数藻类生活在水中。它们的结构非常简单，每个可见的个体都没有根、茎、叶的区别，是一个叶状体。我国学者一般将藻类分为11门:蓝藻、红藻、隐藻、甲藻、金藻、黄藻、硅藻、褐藻、裸藻、绿藻、轮藻。水体富营养化引起藻华频繁爆发，寻求一种设备简单、操作方便、准确性高、价格低廉的蓝藻检测技术，实现藻类的实时、连续的原位监测，是水体富营养化预测预警的重要研究方向。光藻类分析装置在藻类研究、藻体演化、水生物圈、水质监测、水道分析评估、水环境监测、水资源评估、化学分析、湖泊工程、科研教学、藻类爆发监测、藻类生长监控等领域中具有重要研究意义和应用价值。
[0003]在先技术中，存在藻类分析装置，基于显微镜技术的生物显微镜和基于显微镜系统的流式细胞仪，在先技术和装置具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足:I)基于生物显微镜和流式细胞仪的藻类分析装置，均需要将被检测水体进行采样，形成样品或导入装置，无法实现藻类原位分析;2)被检测藻类已经脱离原有自然环境，检测时环境与藻类生存环境不统一，导致藻类分析检测精度低、准确性差，不能反映真实水体藻类情况，抗干扰性弱;3)由于藻类种类繁多，在基于图像处理的生物显微镜和流式细胞仪检测分析中，检测实时性不足、算法复杂、检测分析难度大，不能很好地进行藻类分析检测;4)在先技术基于显微图像进行检测分析，不能基于藻类自身生物和荧光特性进行检测和分类，影响藻类分析目的实现，获得信息量低，影响应用范围；5)在先装置智能化程度低、灵活性差、功能扩充性不高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置，该装置具有原位检测、在线检测、精度高、准确性好、客观可靠、抗干扰能力强、实时性好、算法简单、容易实现、分析能力强、信息量大、应用范围广、智能化程度高、灵活性好、功能易于扩充等特点。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置，包括宽光谱光源、光束整形元件、宽光谱分束元件、准直整形元件、移动通光孔、位移控制部件、光束会聚元件、宽光谱合束元件、激发光束整形元件、荧光激发聚焦元件、探测会聚元件、滤光元件、荧光光电探测器、显微物镜、成像元件、二维成像光电探测器、控制分析部件，所述宽光谱光源出射光路上依次设置有光束整形元件、宽光谱分束元件、准直整形元件、移动通光孔，其中，所述宽光谱分束元件实现光束在波长维度上的分束，所述移动通光孔与位移控制部件相连接，所述移动通光孔在位移控制部件控制下移动，用于选择实现所需波长光束通过，形成荧光激发光束;所述移动通光孔透射的荧光激发光束上依次设置有光束会聚元件、宽光谱合束元件、激发光束整形元件、荧光激发聚焦元件，所述宽光谱合束元件实现在不同波长通过移动通光孔后，荧光激发光路固定，所述荧光激发聚焦元件将荧光激发光束聚焦到被检测水体;所述检测水体的藻类被荧光激发光束激发后，荧光光束光路上依次设置有探测会聚元件、滤光元件、荧光光电探测器，所述荧光光电探测器检测经过探测会聚元件会聚和滤光元件滤波后的藻类荧光信号;所述检测水体区域设置有显微物镜、成像元件、二维成像光电探测器，构成原位藻类显微成像模块，用于关键藻类图像采集;所述控制分析部件与位移控制部件、荧光光电探测器和二维成像光电探测器相连接，实现荧光信息、图像信息、移动通光孔移动选择波长光束通过，实现藻类原位分析。
[0006]所述的宽光谱光源为非相干光源或可调谐激光器。
[0007]所述的宽光谱分束元件为光栅分束元件、棱镜分束元件或微纳分束元件中的任一种。
[0008]所述的宽光谱合束元件为光栅合束元件、棱镜合束元件或微纳合束元件中的任一种。
[0009]所述的荧光光电探测器为光电二极管、雪崩管或光电倍增管中的任一种。
所述的二维成像光电探测器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体电传感器。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点:
1)在先技术基于生物显微镜和流式细胞仪的藻类分析装置，均需要将被检测水体进行采样，形成样品或导入装置，无法实现藻类原位分析。本发明基于荧光光谱分析原理，激发光进行水体中藻类原位荧光激发，光电检测荧光进行藻类分析，具有原位检测和在线检测特点；
2)在先技术中被检测藻类已经脱离原有自然环境，检测时环境与藻类生存环境不统一，导致藻类分析检测精度低、准确性差，不能反映真实水体藻类情况，抗干扰性弱。本发明利用色散元件作用机理，利用宽光谱分束合束技术，将宽光谱光源进行波长维度分束，通过波长选择透过元件，实现不同波长荧光激发调控，在水体中实现藻类原位激发检测，滤波检测多波长荧光光谱信息，通过不同藻类的荧光特性差异检测分析藻类，具有精度高、准确性好、客观可靠、抗干扰能力强等特点；
3)由于藻类种类繁多，在基于图像处理的生物显微镜和流式细胞仪检测分析中，检测实时性不足、算法复杂、检测分析难度大，不能很好地进行藻类分析检测。本发明藻类分析检测基于多波长光电荧光检测，主要信息原理荧光光谱，光电检测速度快，具有实时性好、算法简单、容易实现、分析能力强等特点；
4)在先技术基于显微图像进行检测分析，不能基于藻类自身生物和荧光特性进行检测和分类，影响藻类分析目的实现，获得信息量低，影响应用范围。本发明基于藻类自身生物和荧光特性进行检测和分类，从物质分析原理进行藻类检测，具有信息量大和应用范围广的特点；
5)在先装置智能化程度低、灵活性差、功能扩充性不高。本发明是基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析，集成显微成像原位观察模块，进行关键图像信息采集，具有智能化程度高、灵活性好、功能易于扩充等特点。
【附图说明】
[0011]图1为基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0013]本发明的基本构思是:基于荧光光谱分析原理和色散元件作用机理，从物质分析角度出发，利用宽光谱分束合束技术，将宽光谱光源进行波长维度分束，通过波长选择透过元件，实现不同波长荧光激发调控，在水体中实现藻类原位激发检测，滤波检测多波长荧光光谱信息，通过不同藻类的荧光特性差异检测分析藻类，集成显微成像原位观察模块，进行关键图像信息采集，实现荧光藻类原位分析。此分析装置具有原位检测、在线检测、精度高、准确性好、客观可靠、抗干扰能力强、实时性好、算法简单、容易实现、分析能力强、信息量大、应用范围广、智能化程度高、灵活性好、功能易于扩充等特点。
[0014]如图1所示，一种基于宽光谱分束合束的荧光藻类原位分析装置，包括:宽光谱光源1、光束整形元件2、宽光谱分束元件3、准直整形元件4、移动通光孔5、位移控制部件6、光束会聚元件7、宽光谱合束元件8、激发光束整形元件9、荧光激发聚焦元件1、探测会聚元件
12、滤光元件13、荧光光电探测器14、显微物镜15、成像元件16、二维成像光电探测器17、控制分析部件18;宽光谱光源I出射光路上依次设置有光束整形元件2、宽光谱分束元件3、准直整形元件4、移动通光孔5，宽光谱分束元件3实现光束在波长维度上的分束，移动通光孔5与位移控制部件6相连接，移动通光孔5在位移控制部件6控制下移动，选择实现所需波长光束通过，形成荧光激发光束;移动通光孔5透射的荧光激发光束上依次设置有光束会聚元件
7、宽光谱合束元件8、激发光束整形元件9、荧光激发聚焦元件10，宽光谱合束元件8实现在不同波长通过移动通光孔5后，荧光激发光路不用移动，荧光激发聚焦元件10将荧光激发光束聚焦到被检测水体11;检测水体11的藻类被荧光激发光束激发后，荧光光束光路上依次设置有探测会聚元件12、滤光元件13、荧光光电探测器14，荧光光电探测器14检测经过探测会聚元件12会聚和滤光元件13滤波后的藻类荧光信号;在检测水体11区域设置有显微物镜
15、成像元件16、二维成像光电探测器17，构成原位藻类显微成像模块，进行关键藻类图像采集