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

背景技術(shù)：

目前微藻在線光學測量設(shè)備多為單獨的設(shè)備或浸入式探頭，當需要多個光學測量參數(shù)時在線測量設(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。浸入式光學探頭在高濃度培養(yǎng)過程中由于微藻的貼壁現(xiàn)象及微生物污染的原因，會形成阻擋探頭光學面的遮擋物，這會大大降低浸入式光學探頭的準確度。本專利通過一次采樣可同時測量多種光學參數(shù)，大大提高了集成度，減小了設(shè)備體積同時大大降低成本；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)，提高光學測量的準確性，使在高濃度微藻培養(yǎng)過程中長時間在線準確的光學測量成為可能。

目前多數(shù)儀器因體積、價格、長時間培養(yǎng)中對探頭的污染等問題不適合作為微藻大規(guī)模培養(yǎng)的在線測量，本專利同時解決了以上問題，可以在高濃度微藻培養(yǎng)過程中，在線長時間準確測量多種光學參數(shù)，為微藻大規(guī)模培養(yǎng)過程提供大量數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了在微藻培養(yǎng)過程中減少因微藻及微生物貼壁對光學測量引起的影響，本專利中通過在取樣池中設(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)壁滑動過程中可以很好的清潔取樣管內(nèi)壁，為光學測量提供很好的條件；為了減小整個微藻在線光學檢測系統(tǒng)的體積，本專利設(shè)計為可以同時安裝多種光學測量模塊，在增加了測量的光學參數(shù)數(shù)量的同時整個設(shè)備的體積不變；本專利同時測量多個光學參數(shù)同時只需要一個取樣口，一個數(shù)據(jù)接口，非常方便系統(tǒng)的集成，同時大大降低了成本。

在線微藻自動取樣光學測量系統(tǒng)，包括框架、電機滑臺組、連接件組、位置傳感器對、定位擋板、取樣池、測量模塊組、測量管定位卡對。

所述框架由不透明且有一定機械強的材料制成，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)滑動時可在保證密封的同時清潔取樣池外筒的內(nèi)壁而不損傷取樣池外筒的內(nèi)壁，為光學測量提供良好條件。

所述電機滑臺組為由滑臺底座，電動機，傳動螺桿，滑塊組成；電動機與傳動螺桿通過聯(lián)軸器連接，電動機轉(zhuǎn)動帶動傳動螺桿轉(zhuǎn)動，通過滑塊內(nèi)部與螺桿相匹配的螺紋帶動滑塊沿著傳動螺桿的方向平行于滑臺底座運動，從而為其他與其連接的組件提供動力。

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；在滑塊移動時帶動取樣池活塞與定位擋板隨其一同移動。

位置傳感器對由滿位置傳感器和空位置傳感器兩個槽型光耦組成，每個位置傳感器上設(shè)有檢測槽；定位擋板由不透光材料制成，在其兩端各有一個突起且方向相反，當滑塊帶動取樣池活塞與定位擋板隨其一同移動時，定位擋板上的突起可插入位置傳感器上設(shè)有的檢測槽時，引起位置傳感器的信號變化，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)過程中微藻及微生物貼壁現(xiàn)象對光學測量的影響，同時集成了多種光學測量模塊，減小了設(shè)備的體積同時降低成本，簡化連接，降低集成難度，非常適合作為微藻培養(yǎng)在線檢測設(shè)備。

附圖說明

圖1為本專利在線微藻自動取樣光學測量系統(tǒng)示意圖；

圖2為本專利在線微藻自動取樣光學測量系統(tǒng)正前方視圖意圖；

圖3為本專利電機滑臺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量模塊組示意圖；

圖中：1框架，2電機滑臺組，3連接組件，4位置傳感器對，5定位擋板，6取樣池，7測量模塊組，8測量管定位卡對，1-1框架基座，1-2框架隔板，1-3框架外蓋，1-4接組件穿過孔，2-1滑臺底座，2-2電動機，2-3傳動螺桿,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測量模塊原理；在取樣池的兩側(cè)設(shè)有單色LED光源與信號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光源與信號傳感器的連線的交點同半反半透鏡與單色LED光源與信號傳感器的連線的交點重合；半反半透鏡使單色LED光源射出的光線有9/10透過后透過取樣池射入信號傳感器，同時有1/10的光線被半反半透鏡反射后射入?yún)⒄諅鞲衅?；信號傳感器與參照傳感器的信號的比值經(jīng)過計算可得到樣品的OD值。

圖8為濁度測量模塊原理；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上與入射光和取樣池中軸同時垂直的方向上設(shè)有信號傳感器，用于采集取樣池內(nèi)樣品產(chǎn)生的散射光；

信號傳感器與參照傳感器的信號的比值經(jīng)過計算可得到樣品的濁度值。

圖9為RGB測量模塊原理；在取樣池的兩側(cè)設(shè)有光源與信號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RGB色彩傳感器的連線的交點同半反半透鏡與光源與信號RGB色彩傳感器的連線的交點重合；光源為能發(fā)射波長范圍覆蓋可見光范圍的光源例如白色LED，閃爍氙燈，鹵素燈等；半反半透鏡使光源射出的光線有9/10透過后透過取樣池射入信號RGB色彩傳感器，同時有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RGB色彩傳感器與參照RGB色彩傳感器的信號的比值經(jīng)過計算可得到樣品的RGB值。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本專利進行進一步說明：

圖1給出了本專利在線微藻自動取樣光學測量系統(tǒng)示意圖，其中包括框架1，電機滑臺組2，連接組件3，位置傳感器對4，定位擋板5，取樣池6，測量模塊組7，測量管定位卡對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作為整個系統(tǒng)的支撐；電機滑臺組2安裝于框架1上，通過連接組件3連接定位擋板5及取樣池6；位置傳感器對4定位于框架1上；測量模塊組7通過測量模塊組7上設(shè)置的定位孔固定在框架1上，同時測量模塊組7中部的測量管通過孔可將取樣池6固定，結(jié)合測量管定位卡對8的定位作用最終將取樣池6準確固定。

圖2給出了本專利在線微藻自動取樣光學測量系統(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，測量模塊組7(包括測量模塊7-1，測量模塊7-2，測量模塊7-3)，左端定位卡8-1，右端定位卡8-2?；瑝K連接塊3-1穿過連接組件穿過孔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通過定位孔連接；左端定位卡8-1，右端定位卡8-2通過定位孔固定在框架隔板1-2上；測量模塊組7與框架基座1-1通過定位孔連接；取樣池6插入到測量模塊組7的測量池通過孔內(nèi)，同時取樣池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通過自身定位孔及隔板1-2上開設(shè)的定位槽，定位在隔板1-2上，通過沿著隔板1-2上開設(shè)的 定位槽移動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給出了本專利電機滑臺組與連接組件和定位擋板連接示意圖，其中包括滑臺底座2-1，電動機2-2，傳動螺桿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。電動機2-2安裝在滑臺底座2-1的一端，并通過聯(lián)軸器與傳動螺桿2-3連接，傳動螺桿2-3的另一端通過軸承連接在滑臺底座2-1與電動機2-2相對的一側(cè)，并使傳動螺桿2-3與滑臺底座2-1的中線平行，電動機2-2可以帶動傳動螺桿2-3轉(zhuǎn)動；滑塊2-4通過其內(nèi)部的與傳動螺桿2-3相匹配的螺紋與傳動螺桿2-3連接，當電動機2-2帶動傳動螺桿2-3轉(zhuǎn)動時滑塊2-4可以沿傳動螺桿2-3移動；滑塊連接塊3-1通過定位孔與滑塊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?；瑝K連接塊3-1通過定位孔與滑塊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開放端的外徑部分設(shè)有兩個相對的耳，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)活塞的推出運動排出取樣池。

圖6為本專利取樣池與測量模塊組示意圖，本圖的測量模塊組7由三個模塊組成，分別是葉綠素熒光模塊7-1，濁度測量模塊7-2，吸光度(OD)測量模塊7-3，連續(xù)在線測量7天的數(shù)據(jù)。圖中曲線A為葉綠素熒光筆直Fv/Fm，曲線B為葉綠素熒光最大值Fm，曲線C為基本葉綠素熒光F0，曲線D為吸光度(OD)，曲線E為濁度值。

本專利在線微藻自動取樣光學測量系統(tǒng)的使用方法為：

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