一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统及测试方法，属于海洋微光探测技术领域。系统包括剪切力产生装置、EMCCD探测器、微光探测镜头和数据采集处理单元，其中，剪切力产生装置一侧设置有EMCCD探测器，EMCCD探测器上设置有微光探测镜头，EMCCD探测器连接有数据采集处理单元。本发明专利技术可为海洋生物发光特性研究提供特定流场刺激，通过海洋生物发光实现不同剪切力产生的工作流可视化。实现不同剪切力产生的工作流可视化。实现不同剪切力产生的工作流可视化。

【技术实现步骤摘要】
一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统及测试方法，属于海洋微光探测


技术介绍

[0002]水下目标探测和追踪技术一直是当前关注的热点问题，在海洋中首先发现目标一方将占据绝对优势。海洋磷光是海洋中的生物体在夜间受到周围流场刺激而产生的一种发光现象，在全球的海洋中，不同区域的海域受不同物理、生物、地球、化学等海洋过程的影响，发光生物的种类及其分布均不同，但在任意的深度上均存在能自发光的生物体。因此可利用夜间生物发光实现海洋中运动物体轨迹的可视化，为水下目标区域定位提供一种新的探测手段。
[0003]海洋生物体光学特性的研究是将海洋新型信息载体生物光广泛应用于水下目标探测的基础，但目前对海洋生物发光的光学特性分析数据量较小，因此迫切需要建立不同条件不同剪切力下进行海洋生物发光特性研究的方法，基于这一迫切需求，提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，可为海洋生物发光特性研究提供特定流场刺激，通过海洋生物发光实现不同剪切力产生的工作流可视化。
[0005]本专利技术还提供上述剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统的测试方法。
[0006]术语解释：
[0007]EMCCD探测器：电子倍增电荷耦合探测器(electronic multiplying charge
‑
coupled devices，EMCCD)，是探测领域内灵敏度极高的一种高端光电探测产品。
[0008]图像增强：增强图像中的有用信息，它可以是一个失真的过程，其目的是要改善图像的视觉效果，针对给定图像的应用场合。
[0009]有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果，满足某些特殊分析的需要。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，包括剪切力产生装置、EMCCD探测器、微光探测镜头和数据采集处理单元，其中，
[0012]剪切力产生装置一侧设置有EMCCD探测器，EMCCD探测器上设置有微光探测镜头，EMCCD探测器连接有数据采集处理单元。
[0013]优选的，剪切力产生装置包括支撑机壳、伺服电机、同步带轮、内圆筒和外圆筒，支撑机壳上端设置有横梁，横梁上端设置有伺服电机和同步带轮，伺服电机通过同步带连接至同步带轮，内圆筒同轴套装于外圆筒内，内圆筒与外圆筒之间间隙为样品室，外圆筒通过
固定座设置于横梁下方，内圆筒连接有同步带轮。通过同步带传动实现对内圆筒转速的控制和设定，带动内圆筒在外筒内部共轴旋转。
[0014]进一步优选的，伺服电机连接有控制系统，通过控制系统控制伺服电机转速，进而对内圆筒转速进行控制。控制系统为现有市购产品，为带有控制面板的单片机控制系统。
[0015]优选的，样品室下端分别通过O型密封圈密封连接有进水口和出水口，外圆筒与固定座的连接处设置有O型密封圈。
[0016]优选的，内圆筒半径a＝45mm，外圆筒内半径b＝50mm，样品室高度L＝250mm，样品室体积为400mL，控制参数半径比η＝a/b＝0.9，纵横比Γ＝L/(b
‑
a)＝50。不同的控制参数可实现不同状态的流场刺激，半径比为0.9，纵横比为50时形成的工作流为典型的可相互穿透的层流螺旋状态。
[0017]优选的，外圆筒材料选用石英玻璃，外圆筒选用透明材料便于传递生物发光的光信号，内圆筒选用黑色阳极氧化的铝合金，内圆筒为黑暗背景便于观察样品室内的工作流状态及光信号。
[0018]优选的，EMCCD探测器设置于升降台上，方便调整高度。
[0019]优选的，伺服电机选用80ST伺服电机，旋转速度为50～1500r/min。
[0020]优选的，EMCCD探测器像素为1024
×
1024，小像元尺寸为10umx10um，帧周期设置为100msec，电子倍增增益为3500倍，海洋发光生物以甲藻为主，甲藻对刺激行为产生反应的时间为20msec内，受激持续闪光时间为100msec，因此EMCCD探测过程中的帧周期设置为100msec，生物受激光为间断的微弱光，在调试过程中电子倍增增益为3500倍时拍摄效果最佳。
[0021]优选的，微光探测镜头焦距范围为20mm
‑
100mm。
[0022]上述剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统的测试方法，操作步骤如下：
[0023](1)用玻璃棒轻柔搅拌含海洋生物的待测培养物原液,使海洋生物均匀分布于烧杯中，采用多次取样取平均值的方法，在显微镜下测定海洋生物的的试验密度,将测定密度的培养物原液分装于各烧杯中待用；
[0024](2)将烧杯中的培养物原液注入样品室，然后将剪切力产生装置放置于温度为22
‑
24℃的暗室，静置2小时，保证所有生物在试验前未受到扰动，实现海洋生物发光活性最大化。
[0025](3)设定转速和转动方向，启动伺服电机，EMCCD探测器对夜光藻发光进行荧光成像，对透明外圆筒筒壁透射出的生物发光信号进行采集，数据采集处理单元对获取的图像数据进行图像增强处理。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027]1、本专利技术提供一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，可为海洋生物发光特性研究提供特定流场刺激，通过海洋生物发光实现不同剪切力产生的工作流可视化。
[0028]2、本专利技术利用EMCCD探测器对海洋生物发光进行荧光成像，对透明外圆筒筒壁透射出的生物发光信号进行采集，使剪切力产生装置的工作流可视化。
[0029]3、本专利技术的控制参数半径比为0.9，纵横比为50，使形成的工作流为典型的可相互穿透的层流螺旋状态。
[0030]4、本专利技术结构简单，安装使用方便。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术的剪切力产生装置结构示意图；
[0033]图3为本专利技术的伺服电机连接示意图；
[0034]图4为本专利技术的出水口俯视示意图；
[0035]图5为本专利技术实施例1的实验结果图；
[0036]图6为本专利技术实施例1的处理结果图；
[0037]其中：1、剪切力产生装置；2、微光探测镜头；3、EMCCD探测器；4、升降台；5、数据采集处理单元；6、控制系统；7、上固定座；8、下固定座；9、内圆筒；10、样品室；11、外圆筒；12、进水口；13、出水口；14、支撑机壳；15、横梁；16、伺服电机；17、同步带；18、同步带轮；19、O型密封圈。
具体实施方式
[0038]下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，包括剪切力产生装置、EMCCD探测器、微光探测镜头和数据采集处理单元，其中，剪切力产生装置一侧设置有EMCCD探测器，EMCCD探测器上设置有微光探测镜头，EMCCD探测器连接有数据采集处理单元。2.如权利要求1所述的剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，剪切力产生装置包括支撑机壳、伺服电机、同步带轮、内圆筒和外圆筒，支撑机壳上端设置有横梁，横梁上端设置有伺服电机和同步带轮，伺服电机通过同步带连接至同步带轮，内圆筒同轴套装于外圆筒内，内圆筒与外圆筒之间间隙为样品室，外圆筒通过固定座设置于横梁下方，内圆筒连接有同步带轮。3.如权利要求2所述的剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，伺服电机连接有控制系统。4.如权利要求2所述的剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，样品室下端分别通过O型密封圈密封连接有进水口和出水口，外圆筒与固定座的连接处设置有O型密封圈。5.如权利要求2所述的剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，内圆筒半径a＝45mm，外圆筒内半径b＝50mm，样品室高度L＝250mm，样品室体积为400mL，控制参数半径比η＝a/b＝0.9，纵横比Γ＝L/(b
‑
a)＝50。6.如权利要求2所述的剪切力影响下海洋生物发光特性测试系统，其特征在于，外圆筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛庆生，黄丽瑜，杨敬尧，白皓轩，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：