深海微生物三维成像定量测量装置

1.本发明涉及深海生物三维成像技术领域，特别涉及一种深海微生物三维成像定量测量装置。


背景技术：

2.深海是典型的高静水压环境，在深海，活跃着一些奇特的微生物，它们在独特的物理、化学和生态环境中，在高压、剧变的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围中，形成了极为独特的生物结构、代谢机制。
3.针对深海微生物常规的研究方法是通过在不同深度采集水样，过滤收集后进行实验室内显微镜下微生物的分析。然而，由于在过滤过程中微生物的自然状态会受到破坏，目前的研究结果并不能准确的反应出深海原位环境中微生物分布、状态等信息，开展深海微生物的原位观测需求，本发明提供一种深海微生物三维成像定量测量系统，该装置可以搭载于载人潜水器(或水下机器人、深渊着陆器)，进行深海微生物三维成像定量测量，为了解和掌握深海微生物种类、数量、分布等信息提供探测技术手段。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种深海微生物三维成像定量测量装置，能够解决深海微生物三维成像及定量测量难题，实现深海6000米环境条件下，微生物微米级分辨率的高精度三维测量成像及定量测量的目的。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提供的一种深海微生物三维成像定量测量装置，包括第一密封舱、第二密封舱、双舱连接机构、数据传输水密连接器和电源开闭水密连接器，第一密封舱与第二密封舱通过双舱连接机构连接，数据传输水密连接器与电源开闭水密连接器固定在第一密封舱的外壳上；
7.第一密封舱包括微电脑、激光发射器、准直器、光学芯片、第一光纤、第二光纤、第一光纤扩束器、三棱镜片、合束器、滤光片、偏振成像相机和图像处理器；数据传输水密连接器与电源开闭水密连接器通过控制线与微电脑的一端连接，另一端依次与图像处理器、第一光纤扩束器、偏振成像相机、滤光片和合束器连接，三棱镜片固定在合束器上，激光发射器的一端与固定在第一密封舱中的电池连接，另一端依次连接准直器和光学芯片，第一光纤与第二光纤的一端分别与光学芯片连接，第一光纤的另一端与微电脑连接；
8.第二密封舱包括第二光纤扩束器，第二光纤的另一端与第二光纤扩束器连接；
9.双舱连接机构包括第一连接端盖、第二连接端盖、第一转接盘、第二转接盘、连接柱、第一视窗座和第二视窗座，第一连接端盖与第二连接端盖分别与第一密封舱与第二密封舱通过螺栓固定连接，第一转接盘固定在第一连接端盖上，第二转接盘固定在第二连接端盖上，第一转接盘与第二转接盘之间固定连接连接柱，第一视窗座固定在第一连接端盖上，第二视窗座固定在第二连接端盖上，第一视窗座与第二视窗座对向同轴布置，在第一视
窗座与第二视窗座的内部形成有通光孔并且第一视窗座与第二视窗座的下端为中空凸台；
10.第一视窗座与第二视窗座中包括光学窗口、光学窗口密封圈和压盖，在第一视窗座与第二视窗座的中空凸台中依次安装光学窗口、光学窗口密封圈和压盖。
11.优选地，还包括框架、吊装环、调节脚轮和密封舱固定箍，第一框架固定在深海微生物三维成像定量测量装置的外侧，框架的一端面上固定连接吊装环，在另一端面上固定连接调节脚轮。
12.优选地，第一转接盘与第二转接盘的数量至少为两个，并且分别均匀的分布在第一连接端盖与第二连接端盖上，连接柱的数量对应第一转接盘与第二转接盘的数量。
13.优选地，在第一视窗座与第二视窗座之间安装有用于过滤杂质的视觉过滤网。
14.优选地，在第一视窗座与第一连接端盖、第二视窗座与第二连接端盖之间还安装有视窗座密封圈。
15.优选地，双舱连接机构还包括用于保证第二光纤通过的光纤连接密封筒，光纤连接密封筒固定在第一连接端盖与第二连接端盖之间。
16.优选地，光纤连接密封筒的材料为钛合金。
17.优选地，在光纤密封筒与第一连接端盖、第二连接端盖之间安装有密封筒密封圈。
18.本发明能够取得如下技术效果：
19.1、通过采用基于集成光学器件和光纤波导来实现新机制的光学干涉，缩小系统结构的体积、保证观测区域的面积、使系统显著提升信噪比、分辨率与测量精度。
20.2、通过搭配互通式密封舱，使本发明在深海6000米的环境下，可以实现微生物的高精度三维成像及定量测量的目的。
21.3、内部带有电池，通过导体自身形成电荷，进行自电容工作，进而不会影响与其搭载的潜水器或对其造成威胁，具有分辨率高、结构紧凑、功耗低、安全可靠的优点。
附图说明
22.图1是根据本发明实施例提供的深海微生物三维成像定量测量装置的整体装配示意图。
23.图2是根据本发明实施例提供的第一密封舱与第二密封舱的剖面结构示意图。
24.图3是根据本发明实施例提供的双舱连接机构的剖面结构示意图。
25.其中的附图标记包括：第一密封舱1、第二密封舱2、双舱连接机构3、数据传输水密连接器4、电源开闭水密连接器5、框架6、吊装环7、调节脚轮8、密封舱固定箍9、视觉过滤网10、微电脑1-1、激光发射器1-2、准直器1-3、光学芯片1-4、第一光纤1-5、第二光纤1-6、第一光纤扩束器1-7、第二光纤扩束器2-1、三棱镜片1-8、合束器1-9、滤光片1-10、偏振成像相机1-11、图像处理器1-12、第一连接端盖3-1、第二连接端盖3-2、第一转接盘3-3、第二转接盘3-4、连接柱3-5、第一视窗座3-6、第二视窗座3-7、光学窗口3-8、光学窗口密封圈3-9、压盖3-10、视窗座密封圈3-11、密封筒密封圈3-12、光纤连接密封筒3-13。
具体实施方式
26.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重
复其详细描述。
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
28.图1示出了本发明实施例提供的深海微生物三维成像定量测量装置的整体装配结构。
29.如图1所示，本发明实施例提供的一种深海微生物三维成像定量测量装置，包括第一密封舱1、第二密封舱2、双舱连接机构3、数据传输水密连接器4和电源开闭水密连接器5，第一密封舱1与第二密封舱2通过双舱连接机构3连接，数据传输水密连接器4与电源开闭水密连接器5固定在第一密封舱1的外壳上。
30.第一密封舱1、第二密封舱2与双舱连接机构3组成的整体可以在深海6000米下的高压环境下自主进行工作。
31.本发明提供的实施例还包括框架6、吊装环7、调节脚轮8和密封舱固定箍9，第一框架6固定在深海微生物三维成像定量测量装置的外侧，框架6的一端面上固定连接吊装环7，在另一端面上固定连接调节脚轮8。
32.吊装环7便于与载人潜水器或其他潜水器进行固定连接，进行海试吊装；调节脚轮8便于在陆地上进行调试时的水平调节。
33.图2示出了本发明实施例提供的第一密封舱1与第二密封舱2的剖面结构。
34.如图2所示，第一密封舱1包括微电脑1-1、激光发射器1-2、准直器1-3、光学芯片1-4、第一光纤1-5、第二光纤1-6、第一光纤扩束器1-7、三棱镜片1-8、合束器1-9、滤光片1-10、偏振成像相机1-11和图像处理器1-12；数据传输水密连接器4与电源开闭水密连接器5通过控制线与微电脑1-1的一端连接，另一端依次与图像处理器1-12、第一光纤扩束器1-7、偏振成像相机1-11、滤光片1-10和合束器1-9连接，三棱镜片1-8固定在合束器1-9上，激光发射器1-2的一端与固定在第一密封舱1中的电池连接，另一端依次连接准直器1-3和光学芯片1-4，第一光纤1-5与第二光纤1-6的一端分别与光学芯片1-4连接，第一光纤1-5的另一端与微电脑1-1连接；
35.第二密封舱2包括第二光纤扩束器2-1，第二光纤1-6的另一端与第二光纤扩束器2-1连接；
36.在第一密封舱1的内部含有内置偏振光栅的偏振成像相机1-11，可以通过对不同旋转方向的圆偏光束进行合成测量，能够有效的实现同步相移干涉成像。
37.在由第一密封舱1、第二密封舱2与双舱连接机构3组成的整体中，包括：将激光发生器输出的线偏光束通过光纤耦合分为两路，并分别调制为旋转方向相反的圆偏光束的分束调制部分；将两路光束通过光纤耦合并由准直器1-3进行准直，输出到偏振成像相机1-11后，对偏振成像相机1-11所采集到的全息干涉图像进行处理和储存的合束测量部分。
38.上述两个部分在光学窗口3-8均采用窄带滤光设计，以避免其他光学效应对成像的影响。
39.光学芯片1-4优选为pic集成光学芯片1-4，在上述的合束与分束功能，均通过光学芯片1-4实现。
40.图3示出了本发明实施例提供的双舱连接机构3的剖面结构。
41.如图3所示，双舱连接机构3包括第一连接端盖3-1、第二连接端盖3-2、第一转接盘3-3、第二转接盘3-4、连接柱3-5、第一视窗座3-6和第二视窗座3-7，第一连接端盖3-1与第二连接端盖3-2分别与第一密封舱1与第二密封舱2通过螺栓固定连接，第一转接盘3-3固定在第一连接端盖3-1上，第二转接盘3-4固定在第二连接端盖3-2上，第一转接盘3-3与第二转接盘3-4之间固定连接连接柱3-5，第一视窗座3-6固定在第一连接端盖3-1上，第二视窗座3-7固定在第二连接端盖3-2上，第一视窗座3-6与第二视窗座3-7对向同轴布置，在第一视窗座3-6与第二视窗座3-7的内部形成有通光孔并且第一视窗座3-6与第二视窗座3-7的下端为中空凸台，第一视窗座3-6与第二视窗座3-7包括光学窗口3-8、光学窗口密封圈3-9和压盖3-10，在第一视窗座3-6与第二视窗座3-7的中空凸台中依次安装光学窗口3-8、光学窗口密封圈3-9和压盖3-10。
42.光学窗口3-8优选为蓝宝石光学窗口3-8。
43.第一转接盘3-3与第二转接盘3-4的数量至少为两个，本发明实施例优选为六个，并且分别均匀的分布在第一连接端盖3-1与第二连接端盖3-2上，连接柱3-5的数量对应第一转接盘3-3与第二转接盘3-4的数量。
44.在第一视窗座3-6与第二视窗座3-7之间安装有用于过滤杂质的视觉过滤网10，因为在深海环境下有泥沙等杂质，可能进入视窗之间遮挡光路，所以需要过滤网过滤泥沙等杂质，保证整体成像的清晰。
45.双舱连接机构3还包括用于保证第二光纤1-6通过的光纤连接密封筒3-13，光纤连接密封筒3-13固定在第一连接端盖3-1与第二连接端盖3-2之间；光纤连接密封筒3-13的材料为钛合金。
46.在第一视窗座3-6与第一连接端盖3-1、第二视窗座3-7与第二连接端盖3-2之间还安装有视窗座密封圈3-11；在光纤密封筒与第一连接端盖3-1、第二连接端盖3-2之间安装有密封筒密封圈3-12；
47.视窗座密封圈3-11与密封筒密封圈3-12的形状为o型密封圈，分别为两道轴向密封与一道径向密封的组合，使密封效果达到最优。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
50.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。