本專利涉及一種在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，本裝置可用于微藻培養(yǎng)過(guò)程中多種光學(xué)參數(shù)的變化，可體現(xiàn)微藻的生理狀態(tài)及生長(zhǎng)狀況，是微藻在線培養(yǎng)中很重要的測(cè)量設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前微藻在線光學(xué)測(cè)量設(shè)備多為單獨(dú)的設(shè)備或浸入式探頭，當(dāng)需要多個(gè)光學(xué)測(cè)量參數(shù)時(shí)在線測(cè)量設(shè)備的體積龐大，集成難度高，設(shè)備成本高，不利于微藻規(guī)模培養(yǎng)中的應(yīng)用。浸入式光學(xué)探頭在高濃度培養(yǎng)過(guò)程中由于微藻的貼壁現(xiàn)象及微生物污染的原因，會(huì)形成阻擋探頭光學(xué)面的遮擋物，這會(huì)大大降低浸入式光學(xué)探頭的準(zhǔn)確度。本專利通過(guò)一次采樣可同時(shí)測(cè)量多種光學(xué)參數(shù)，大大提高了集成度，減小了設(shè)備體積同時(shí)大大降低成本；由于本專利取樣池內(nèi)設(shè)有活塞，活塞在起到吸取樣品及推出樣品的作用外還起到了清潔取樣池內(nèi)壁的作用，使微藻及微生物不易于黏附于取樣池的內(nèi)壁上，使取樣池始終保持潔凈狀態(tài)，提高光學(xué)測(cè)量的準(zhǔn)確性，使在高濃度微藻培養(yǎng)過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間在線準(zhǔn)確的光學(xué)測(cè)量成為可能。

目前多數(shù)儀器因體積、價(jià)格、長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)中對(duì)探頭的污染等問(wèn)題不適合作為微藻大規(guī)模培養(yǎng)的在線測(cè)量，本專利同時(shí)解決了以上問(wèn)題，可以在高濃度微藻培養(yǎng)過(guò)程中，在線長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確測(cè)量多種光學(xué)參數(shù)，為微藻大規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程提供大量數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了在微藻培養(yǎng)過(guò)程中減少因微藻及微生物貼壁對(duì)光學(xué)測(cè)量引起的影響，本專利中通過(guò)在取樣池中設(shè)置取樣活塞且活塞由質(zhì)地較軟的橡膠或硅膠等材料制成，在活塞沿著取樣池內(nèi)壁滑動(dòng)過(guò)程中可以很好的清潔取樣管內(nèi)壁，為光學(xué)測(cè)量提供很好的條件；為了減小整個(gè)微藻在線光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的體積，本專利設(shè)計(jì)為可以同時(shí)安裝多種光學(xué)測(cè)量模塊，在增加了測(cè)量的光學(xué)參數(shù)數(shù)量的同時(shí)整個(gè)設(shè)備的體積不變；本專利同時(shí)測(cè)量多個(gè)光學(xué)參數(shù)同時(shí)只需要一個(gè)取樣口，一個(gè)數(shù)據(jù)接口，非常方便系統(tǒng)的集成，同時(shí)大大降低了成本。

在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括框架、電機(jī)滑臺(tái)組、連接件組、位置傳感器對(duì)、定位擋板、取樣池、測(cè)量模塊組、測(cè)量管定位卡對(duì)。

所述框架由不透明且有一定機(jī)械強(qiáng)的材料制成，框架起到支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及遮擋外部光線的作用；由包括框架基座，框架隔板，框架外蓋組成。

所述取樣池由取樣池外筒，取樣池活塞組成，其中取樣池外筒由玻璃、石英或塑料等透光性能良好的材料制成；取樣池活塞由一端的活塞頭，中部的活塞連接桿，另一端的一圓柱形突起組成，其中活塞頭由質(zhì)地較軟的橡膠或硅膠等材料制成，活塞連接桿由塑料或金屬材料制成，圓柱形突起由塑料或金屬制成； 質(zhì)地柔軟的活塞頭在取樣池外筒內(nèi)滑動(dòng)時(shí)可在保證密封的同時(shí)清潔取樣池外筒的內(nèi)壁而不損傷取樣池外筒的內(nèi)壁，為光學(xué)測(cè)量提供良好條件。

所述電機(jī)滑臺(tái)組為由滑臺(tái)底座，電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)螺桿，滑塊組成；電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)螺桿通過(guò)聯(lián)軸器連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滑塊內(nèi)部與螺桿相匹配的螺紋帶動(dòng)滑塊沿著傳動(dòng)螺桿的方向平行于滑臺(tái)底座運(yùn)動(dòng)，從而為其他與其連接的組件提供動(dòng)力。

連接組件為金屬或塑料材質(zhì)制，將取樣池活塞，定位擋板與滑塊連接起來(lái)；在滑塊移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)取樣池活塞與定位擋板隨其一同移動(dòng)。

位置傳感器對(duì)由滿位置傳感器和空位置傳感器兩個(gè)槽型光耦組成，每個(gè)位置傳感器上設(shè)有檢測(cè)槽；定位擋板由不透光材料制成，在其兩端各有一個(gè)突起且方向相反，當(dāng)滑塊帶動(dòng)取樣池活塞與定位擋板隨其一同移動(dòng)時(shí)，定位擋板上的突起可插入位置傳感器上設(shè)有的檢測(cè)槽時(shí)，引起位置傳感器的信號(hào)變化，從而指示取樣池活塞所處的位置。

本專利解決了高濃度微藻培養(yǎng)過(guò)程中微藻及微生物貼壁現(xiàn)象對(duì)光學(xué)測(cè)量的影響，同時(shí)集成了多種光學(xué)測(cè)量模塊，減小了設(shè)備的體積同時(shí)降低成本，簡(jiǎn)化連接，降低集成難度，非常適合作為微藻培養(yǎng)在線檢測(cè)設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1為本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)示意圖；

圖2為本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)正前方視圖意圖；

圖3為本專利電機(jī)滑臺(tái)組與連接組件和定位擋板連接示意圖；

圖4為本專利滑塊與連接組件和取樣池組裝示意圖；

圖5為本專利蓋上框架外蓋后外觀示意圖；

圖6為本專利取樣池與測(cè)量模塊組示意圖；

圖中：1框架，2電機(jī)滑臺(tái)組，3連接組件，4位置傳感器對(duì)，5定位擋板，6取樣池，7測(cè)量模塊組，8測(cè)量管定位卡對(duì)，1-1框架基座，1-2框架隔板，1-3框架外蓋，1-4接組件穿過(guò)孔，2-1滑臺(tái)底座，2-2電動(dòng)機(jī)，2-3傳動(dòng)螺桿,2-4滑塊，3-1滑塊連接塊，3-2活塞桿牽引槽，3-3鎖緊塊,4-1滿位置傳感器，4-2空位置傳感器，6-1取樣池外筒，6-2取樣池活塞，8-1左端定位卡，8-2右端定位卡。

圖7為OD測(cè)量模塊原理；在取樣池的兩側(cè)設(shè)有單色LED光源與信號(hào)傳感器且其連線與取樣池的中軸線垂直，在單色LED光源與取樣池之間設(shè)有半反半透鏡與單色LED光源與信號(hào)傳感器的連線成45度角，半反半透鏡的反射與透射比為1:9；在與單色LED光源與信號(hào)傳感器的連線垂直的放上設(shè)置有參照傳感器，參照傳感器的中軸線與單色LED光源與信號(hào)傳感器的連線的交點(diǎn)同半反半透鏡與單色LED光源與信號(hào)傳感器的連線的交點(diǎn)重合；半反半透鏡使單色LED光源射出的光線有9/10透過(guò)后透過(guò)取樣池射入信號(hào)傳感器，同時(shí)有1/10的光線被半反半透鏡反射后射入?yún)⒄諅鞲衅?；信?hào)傳感器與參照傳感器的信號(hào)的比值經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到樣品的OD值。

圖8為濁度測(cè)量模塊原理；單色LED光源射出的光線與取樣池的中軸線垂直， 單色LED光源與取樣池之間設(shè)有一反射透射比為1:9的半反半透鏡，且半反半透鏡與光線成45度角；半反半透鏡使單色LED光源射出的光線的1/10沿著與單色LED光源射出的光線垂直的方向傳播，并射入在被設(shè)置在此反射光線路徑上的參照傳感器內(nèi)；半反半透鏡使單色LED光源射出的光線的9/10透過(guò)半反半透鏡射入取樣池，照射于取樣池內(nèi)的液體樣品上產(chǎn)生散射光；在取樣池入射光與取樣池中軸交點(diǎn)上與入射光和取樣池中軸同時(shí)垂直的方向上設(shè)有信號(hào)傳感器，用于采集取樣池內(nèi)樣品產(chǎn)生的散射光；

信號(hào)傳感器與參照傳感器的信號(hào)的比值經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到樣品的濁度值。

圖9為RGB測(cè)量模塊原理；在取樣池的兩側(cè)設(shè)有光源與信號(hào)RGB色彩傳感器且其連線與取樣池的中軸線垂直，在光源與取樣池之間設(shè)有半反半透鏡與光源與信號(hào)RGB色彩傳感器的連線成45度角，半反半透鏡的反射與透射比為1:9；在與光源與信號(hào)RGB色彩傳感器的連線垂直的放上設(shè)置有參照RGB色彩傳感器，參照RGB色彩傳感器的中軸線與光源與信號(hào)RGB色彩傳感器的連線的交點(diǎn)同半反半透鏡與光源與信號(hào)RGB色彩傳感器的連線的交點(diǎn)重合；光源為能發(fā)射波長(zhǎng)范圍覆蓋可見(jiàn)光范圍的光源例如白色LED，閃爍氙燈，鹵素?zé)舻?；半反半透鏡使光源射出的光線有9/10透過(guò)后透過(guò)取樣池射入信號(hào)RGB色彩傳感器，同時(shí)有1/10的光線被半反半透鏡反射后射入?yún)⒄誖GB色彩傳感器；信號(hào)RGB色彩傳感器與參照RGB色彩傳感器的信號(hào)的比值經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到樣品的RGB值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1給出了本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)示意圖，其中包括框架1，電機(jī)滑臺(tái)組2，連接組件3，位置傳感器對(duì)4，定位擋板5，取樣池6，測(cè)量模塊組7，測(cè)量管定位卡對(duì)8。其中框架1的組成部分之一框架外蓋1-3未表示；框架1作為整個(gè)系統(tǒng)的支撐；電機(jī)滑臺(tái)組2安裝于框架1上，通過(guò)連接組件3連接定位擋板5及取樣池6；位置傳感器對(duì)4定位于框架1上；測(cè)量模塊組7通過(guò)測(cè)量模塊組7上設(shè)置的定位孔固定在框架1上，同時(shí)測(cè)量模塊組7中部的測(cè)量管通過(guò)孔可將取樣池6固定，結(jié)合測(cè)量管定位卡對(duì)8的定位作用最終將取樣池6準(zhǔn)確固定。

圖2給出了本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)正前方視圖示意圖，其中包括框架基座1-1，框架隔板1-2，連接組件穿過(guò)孔1-4，滑塊連接塊3-1，活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3,滿位置傳感器4-1，空位置傳感器4-2，5定位擋板，取樣池6，測(cè)量模塊組7(包括測(cè)量模塊7-1，測(cè)量模塊7-2，測(cè)量模塊7-3)，左端定位卡8-1，右端定位卡8-2。滑塊連接塊3-1穿過(guò)連接組件穿過(guò)孔1-4，露出框架隔板1-2的部分與活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3通過(guò)定位孔連接；左端定位卡8-1，右端定位卡8-2通過(guò)定位孔固定在框架隔板1-2上；測(cè)量模塊組7與框架基座1-1通過(guò)定位孔連接；取樣池6插入到測(cè)量模塊組7的測(cè)量池通過(guò)孔內(nèi)，同時(shí)取樣池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，從而使取樣池6被固定；滿位置傳感器4-1，空位置傳感器4-2通過(guò)自身定位孔及隔板1-2上開(kāi)設(shè)的定位槽，定位在隔板1-2上，通過(guò)沿著隔板1-2上開(kāi)設(shè)的 定位槽移動(dòng)可以改變滿位置傳感器4-1，空位置傳感器4-2在隔板1-2的位置；定位擋板5通過(guò)定位孔安裝在滑塊連接塊3-1上，定位擋板5兩端設(shè)有突起，且方向相反。

圖3給出了本專利電機(jī)滑臺(tái)組與連接組件和定位擋板連接示意圖，其中包括滑臺(tái)底座2-1，電動(dòng)機(jī)2-2，傳動(dòng)螺桿2-3,滑塊2-4，滑塊連接塊3-1，活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3，定位擋板5。電動(dòng)機(jī)2-2安裝在滑臺(tái)底座2-1的一端，并通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)螺桿2-3連接，傳動(dòng)螺桿2-3的另一端通過(guò)軸承連接在滑臺(tái)底座2-1與電動(dòng)機(jī)2-2相對(duì)的一側(cè)，并使傳動(dòng)螺桿2-3與滑臺(tái)底座2-1的中線平行，電動(dòng)機(jī)2-2可以帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿2-3轉(zhuǎn)動(dòng)；滑塊2-4通過(guò)其內(nèi)部的與傳動(dòng)螺桿2-3相匹配的螺紋與傳動(dòng)螺桿2-3連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)2-2帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿2-3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑塊2-4可以沿傳動(dòng)螺桿2-3移動(dòng)；滑塊連接塊3-1通過(guò)定位孔與滑塊2-4連接，定位擋板5、活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3通過(guò)定位孔與滑塊連接塊3-1連接，最終順序依次為定位擋板5，滑塊連接塊3-1，活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3。

圖4為本專利滑塊與連接組件和取樣池組裝示意圖，其中包括滑塊2-4，滑塊連接塊3-1，活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3，取樣池外筒6-1，取樣池活塞6-2。滑塊連接塊3-1通過(guò)定位孔與滑塊2-4連接；取樣池外筒6-1由玻璃、石英或塑料等透光性良好的材料制成，一端封閉并設(shè)有一取樣口，取樣口為一直徑2mm到3mm的突起，突起內(nèi)部有直通取樣池外筒6-1內(nèi)部的孔，孔的直徑1mm到1.5mm，取樣池外筒6-1另一端開(kāi)放，使取樣池外筒6-1的內(nèi)部為一端帶有取樣口的圓筒；取樣池外筒6-1開(kāi)放端的外徑部分設(shè)有兩個(gè)相對(duì)的耳，可用于固定取樣池外筒6-1；取樣池活塞6-2一端為由較柔軟的橡膠或硅膠材料制成的活塞，中部為取樣池活塞連接桿，另一端設(shè)有一圓柱形突起，圓柱形突起的直徑與活塞桿牽引槽3-2內(nèi)部U型槽的寬度相同，圓柱形突起的厚度與活塞桿牽引槽3-2的厚度相同；鎖緊塊3-3上設(shè)有一U型槽，U型槽的寬度與取樣池活塞連接桿的直徑相同；安裝時(shí)取樣池活塞6-2一端設(shè)有的圓柱形突起嵌入到活塞桿牽引槽3-2的U型槽內(nèi)，取樣池活塞連接桿嵌入到鎖緊塊3-3上的U型槽內(nèi)，活塞桿牽引槽3-2、鎖緊塊3-3通過(guò)定位孔與滑塊連接塊3-1連接后，取樣池活塞6-2與滑塊連接塊3-1，活塞桿牽引槽3-2，鎖緊塊3-3連接在一起。

圖5為本專利蓋上框架外蓋后外觀示意圖，其中包括框架基座1-1，框架外蓋1-3，取樣池6。本產(chǎn)品使用時(shí)取樣池6上設(shè)有的取樣口朝上，可將藻液中的氣泡利用取樣池6內(nèi)活塞的推出運(yùn)動(dòng)排出取樣池。

圖6為本專利取樣池與測(cè)量模塊組示意圖，本圖的測(cè)量模塊組7由三個(gè)模塊組成，分別是葉綠素?zé)晒饽K7-1，濁度測(cè)量模塊7-2，吸光度(OD)測(cè)量模塊7-3，連續(xù)在線測(cè)量7天的數(shù)據(jù)。圖中曲線A為葉綠素?zé)晒夤P直Fv/Fm，曲線B為葉綠素?zé)晒庾畲笾礔m，曲線C為基本葉綠素?zé)晒釬0，曲線D為吸光度(OD)，曲線E為濁度值。

本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的使用方法為：

本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)使用時(shí)共有三種動(dòng)作：1.吸取樣品： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)取樣池活塞向滿位置傳感器方向移動(dòng)，直到定位擋板引起滿位置傳感器信號(hào)改變。2.排空樣品：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)取樣池活塞向空位置傳感器方向移動(dòng)，直到定位擋板引起空位置傳感器信號(hào)改變。3.測(cè)量：在完成吸取樣品動(dòng)作后，各測(cè)量模塊在控制電路控制下依次完成測(cè)量。本專利在線微藻自動(dòng)取樣光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)使用時(shí)共有兩種運(yùn)行模式：一、清洗：電動(dòng)機(jī)以較快的速度運(yùn)行，連續(xù)完成多次吸取樣品、排空樣品的循環(huán)動(dòng)作，最終定位在排空樣品完成的狀態(tài)。二、在線測(cè)定：吸取樣品后排空樣品完成一次簡(jiǎn)單的取樣池置換后再運(yùn)行一次吸取樣品，吸取樣品完成后進(jìn)行測(cè)量，最后在運(yùn)行一次排空樣品，并停留在排空樣品完成的狀態(tài)。測(cè)量模塊的校準(zhǔn)過(guò)程與在線測(cè)定相同只是被測(cè)量的樣品是各個(gè)測(cè)量模塊的校正液，最后得到各測(cè)量模塊需要的校準(zhǔn)參數(shù)，使測(cè)量模塊數(shù)據(jù)更可靠。