基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種藻類分析裝置，特別是一種基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置，主要用于藻類研究、藻體演化、水生物圈、水質監測、水道分析評估、水環境監測、水資源評估、化學分析、湖泊工程、科研教學、藻類爆發監測、藻類生長監控等領域中的藻類分析。
【背景技術】
[0002]藻類在現代植物學中指無根、莖、葉的分化、個體發育中無胚胎時期、光合自養的一類低等植物。藻類是所有植物中最古老的。大多數藻類生活在水中。它們的結構非常簡單，每個可見的個體都沒有根、莖、葉的區別，是一個葉狀體。我國學者一般將藻類分為11門:藍藻、紅藻、隱藻、甲藻、金藻、黃藻、硅藻、褐藻、裸藻、綠藻、輪藻。水體富營養化引起藻華頻繁爆發，尋求一種設備簡單、操作方便、準確性高、價格低廉的藍藻檢測技術，實現藻類的實時、連續的原位監測，是水體富營養化預測預警的重要研究方向。光藻類分析裝置在藻類研究、藻體演化、水生物圈、水質監測、水道分析評估、水環境監測、水資源評估、化學分析、湖泊工程、科研教學、藻類爆發監測、藻類生長監控等領域中具有重要研究意義和應用價值。
[0003]在先技術中，存在藻類分析裝置，基于顯微鏡技術的生物顯微鏡和基于顯微鏡系統的流式細胞儀，在先技術和裝置具有相當的優點，但是，仍然存在一些本質不足:I)基于生物顯微鏡和流式細胞儀的藻類分析裝置，均需要將被檢測水體進行采樣，形成樣品或導入裝置，無法實現藻類原位分析;2)被檢測藻類已經脫離原有自然環境，檢測時環境與藻類生存環境不統一，導致藻類分析檢測精度低、準確性差，不能反映真實水體藻類情況，抗干擾性弱;3)由于藻類種類繁多，在基于圖像處理的生物顯微鏡和流式細胞儀檢測分析中，檢測實時性不足、算法復雜、檢測分析難度大，不能很好地進行藻類分析檢測;4)在先技術基于顯微圖像進行檢測分析，不能基于藻類自身生物和熒光特性進行檢測和分類，影響藻類分析目的實現，獲得信息量低，影響應用范圍；5)在先裝置智能化程度低、靈活性差、功能擴充性不高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對上述技術的不足，提供基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置，該裝置具有原位檢測、在線檢測、精度高、準確性好、客觀可靠、抗干擾能力強、實時性好、算法簡單、容易實現、分析能力強、信息量大、應用范圍廣、智能化程度高、靈活性好、功能易于擴充等特點。
[0005]本發明的技術方案是:一種基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置，包括寬光譜光源、光束整形元件、寬光譜分束元件、準直整形元件、移動通光孔、位移控制部件、光束會聚元件、寬光譜合束元件、激發光束整形元件、熒光激發聚焦元件、探測會聚元件、濾光元件、熒光光電探測器、顯微物鏡、成像元件、二維成像光電探測器、控制分析部件，所述寬光譜光源出射光路上依次設置有光束整形元件、寬光譜分束元件、準直整形元件、移動通光孔，其中，所述寬光譜分束元件實現光束在波長維度上的分束，所述移動通光孔與位移控制部件相連接，所述移動通光孔在位移控制部件控制下移動，用于選擇實現所需波長光束通過，形成熒光激發光束;所述移動通光孔透射的熒光激發光束上依次設置有光束會聚元件、寬光譜合束元件、激發光束整形元件、熒光激發聚焦元件，所述寬光譜合束元件實現在不同波長通過移動通光孔后，熒光激發光路固定，所述熒光激發聚焦元件將熒光激發光束聚焦到被檢測水體;所述檢測水體的藻類被熒光激發光束激發后，熒光光束光路上依次設置有探測會聚元件、濾光元件、熒光光電探測器，所述熒光光電探測器檢測經過探測會聚元件會聚和濾光元件濾波后的藻類熒光信號;所述檢測水體區域設置有顯微物鏡、成像元件、二維成像光電探測器，構成原位藻類顯微成像模塊，用于關鍵藻類圖像采集;所述控制分析部件與位移控制部件、熒光光電探測器和二維成像光電探測器相連接，實現熒光信息、圖像信息、移動通光孔移動選擇波長光束通過，實現藻類原位分析。
[0006]所述的寬光譜光源為非相干光源或可調諧激光器。
[0007]所述的寬光譜分束元件為光柵分束元件、棱鏡分束元件或微納分束元件中的任一種。
[0008]所述的寬光譜合束元件為光柵合束元件、棱鏡合束元件或微納合束元件中的任一種。
[0009]所述的熒光光電探測器為光電二極管、雪崩管或光電倍增管中的任一種。
所述的二維成像光電探測器為電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導體電傳感器。
[0010]與現有技術相比，本發明的優點:
1)在先技術基于生物顯微鏡和流式細胞儀的藻類分析裝置，均需要將被檢測水體進行采樣，形成樣品或導入裝置，無法實現藻類原位分析。本發明基于熒光光譜分析原理，激發光進行水體中藻類原位熒光激發，光電檢測熒光進行藻類分析，具有原位檢測和在線檢測特點；
2)在先技術中被檢測藻類已經脫離原有自然環境，檢測時環境與藻類生存環境不統一，導致藻類分析檢測精度低、準確性差，不能反映真實水體藻類情況，抗干擾性弱。本發明利用色散元件作用機理，利用寬光譜分束合束技術，將寬光譜光源進行波長維度分束，通過波長選擇透過元件，實現不同波長熒光激發調控，在水體中實現藻類原位激發檢測，濾波檢測多波長熒光光譜信息，通過不同藻類的熒光特性差異檢測分析藻類，具有精度高、準確性好、客觀可靠、抗干擾能力強等特點；
3)由于藻類種類繁多，在基于圖像處理的生物顯微鏡和流式細胞儀檢測分析中，檢測實時性不足、算法復雜、檢測分析難度大，不能很好地進行藻類分析檢測。本發明藻類分析檢測基于多波長光電熒光檢測，主要信息原理熒光光譜，光電檢測速度快，具有實時性好、算法簡單、容易實現、分析能力強等特點；
4)在先技術基于顯微圖像進行檢測分析，不能基于藻類自身生物和熒光特性進行檢測和分類，影響藻類分析目的實現，獲得信息量低，影響應用范圍。本發明基于藻類自身生物和熒光特性進行檢測和分類，從物質分析原理進行藻類檢測，具有信息量大和應用范圍廣的特點；
5)在先裝置智能化程度低、靈活性差、功能擴充性不高。本發明是基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析，集成顯微成像原位觀察模塊，進行關鍵圖像信息采集，具有智能化程度高、靈活性好、功能易于擴充等特點。
【附圖說明】
[0011]圖1為基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0013]本發明的基本構思是:基于熒光光譜分析原理和色散元件作用機理，從物質分析角度出發，利用寬光譜分束合束技術，將寬光譜光源進行波長維度分束，通過波長選擇透過元件，實現不同波長熒光激發調控，在水體中實現藻類原位激發檢測，濾波檢測多波長熒光光譜信息，通過不同藻類的熒光特性差異檢測分析藻類，集成顯微成像原位觀察模塊，進行關鍵圖像信息采集，實現熒光藻類原位分析。此分析裝置具有原位檢測、在線檢測、精度高、準確性好、客觀可靠、抗干擾能力強、實時性好、算法簡單、容易實現、分析能力強、信息量大、應用范圍廣、智能化程度高、靈活性好、功能易于擴充等特點。
[0014]如圖1所示，一種基于寬光譜分束合束的熒光藻類原位分析裝置，包括:寬光譜光源1、光束整形元件2、寬光譜分束元件3、準直整形元件4、移動通光孔5、位移控制部件6、光束會聚元件7、寬光譜合束元件8、激發光束整形元件9、熒光激發聚焦元件1、探測會聚元件
12、濾光元件13、熒光光電探測器14、顯微物鏡15、成像元件16、二維成像光電探測器17、控制分析部件18;寬光譜光源I出射光路上依次設置有光束整形元件2、寬光譜分束元件3、準直整形元件4、移動通光孔5，寬光譜分束元件3實現光束在波長維度上的分束，移動通光孔5與位移控制部件6相連接，移動通光孔5在位移控制部件6控制下移動，選擇實現所需波長光束通過，形成熒光激發光束;移動通光孔5透射的熒光激發光束上依次設置有光束會聚元件
7、寬光譜合束元件8、激發光束整形元件9、熒光激發聚焦元件10，寬光譜合束元件8實現在不同波長通過移動通光孔5后，熒光激發光路不用移動，熒光激發聚焦元件10將熒光激發光束聚焦到被檢測水體11;檢測水體11的藻類被熒光激發光束激發后，熒光光束光路上依次設置有探測會聚元件12、濾光元件13、熒光光電探測器14，熒光光電探測器14檢測經過探測會聚元件12會聚和濾光元件13濾波后的藻類熒光信號;在檢測水體11區域設置有顯微物鏡
15、成像元件16、二維成像光電探測器17，構成原位藻類顯微成像模塊，進行關鍵藻類圖像采集