一种水产动物低氧胁迫实验装置

1.本发明涉及实验装置，尤其涉及一种水产动物低氧胁迫实验装置。


背景技术：

2.溶解氧是水生动物生存的基础条件，但近年来受多种因素的影响，养殖水体低氧频发，目前，低氧已成为限制水产养殖生产的主要问题之一。河蟹是我国重要的水产养殖经济物种，近年来常受低氧胁迫其产量和品质有所降低。河蟹能够在短时间内对溶解氧的波动有较好的适应性，但长时间的低氧胁迫会对机体造成不可逆转的损伤甚至导致死亡。因此，有必要在实验室内进行河蟹低氧胁迫实验，明确低氧胁迫对其生理生化等方面的影响，探讨河蟹应对低氧胁迫的调控机制，为河蟹的健康养殖提供一定的理论依据。因此，需研发一种用于河蟹低氧胁迫的自动控制装置，能够在实验室内及时精准的自动调节养殖水箱内的溶解氧水平，保证各平行组间的溶解氧浓度均匀一致，并排除低氧胁迫期间水质变差等无关因素对河蟹生理生化的影响。
3.现有关于河蟹低氧胁迫的技术手段和养殖设施存在以下不足：1.现有的技术多为大型溶解氧调控设备，适用于大规模养殖基地或工厂化养殖，不适用于实验室小规模养殖。2.现有技术方案中，一套低氧胁迫实验装置只能控制一个养殖水箱的溶解氧，无法同时调控多个水箱。3.现有技术中氮气和氧气的供气系统缺乏自动控制系统，依靠人工调节，既增加了劳动量，也无法及时精确的调整水箱中的溶解氧水平，难以维持恒定的溶解氧水平。4.现有技术中采用油封层使养殖水箱形成封闭环境，但油封层会对养殖水体造成一定的影响，此外油封层无法重复利用，低氧胁迫实验结束后的清倒会对环境造成一定的污染。可见，对从事研究水产动物低氧胁迫的研究人员，在实验室级水平发明一种用于河蟹等水产动物低氧胁迫的自动控制装置显得尤为重要。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种自动化程度高、可同时调控多个水箱的水产动物低氧胁迫实验装置。
5.技术方案：本发明所述的水产动物低氧胁迫实验装置，包括养殖水箱、控制器、供氧组件、降氧组件、电源、溶解氧传感器，所述供氧组件、降氧组件的供气管道分别连接至养殖水箱内，所述养殖水箱内部中心设有隔板围成的中心隔间，中心隔间和养殖水箱的外桶体之间设有若干隔板，从而将所述养殖水箱分割为一个中心隔间和若干用于实验的实验隔间，所述溶解氧传感器放置于中心隔间内，所述养殖水箱上设置有密封的水箱箱盖，所述控制器分别电连接供氧组件、降氧组件、电源、溶解氧传感器，用于根据溶解氧传感器检测到的溶解氧，自动控制供氧组件、降氧组件进行供氧和降氧。
6.进一步的，所述养殖水箱上设有通气管路，所述通气管路包括一主管路和若干连接至主管道的支路分流管，所述主管路穿过外桶体壁面预设的过孔，与供氧组件、降氧组件的供气管道连接，所述支路分流管依次伸入到各实验隔间内。
7.进一步的，所述隔板高度低于养殖水箱外桶体高度，所述隔板上还设有若干孔槽。所述中心隔间内部填充有过滤棉
8.进一步的，所述控制器包括控制基板以及设置在控制基板上的两个开关单元电路和一电磁控制电路，所述电磁控制电路用于根据溶解氧传感器输出控制两个开关单元电路的开和关，两个开关单元电路一个连接至供氧组件的电源线，另一个连接至降氧组件的电源线，用于控制供氧组件/降氧组件的开关。
9.进一步的，所述开关单元电路包括调节座、调节钮、开关板、电极针、电源接口，所述调节钮设置在调节座内，所述开关板连接至调节钮，所述电源接口一端通过电阻器连接到开关板的动端电极针，所述电源接口另一端连接至所述开关板的不动端电极针。
10.进一步的，所述电磁控制电路具体为电磁铁，所述电磁铁两端分别对着两个开关板，所述电磁铁上缠绕有导线，该导线经电阻连接至溶解氧传感器的输出线。
11.进一步的，所述调节钮头部为带有均匀刻度的圆盘，中部为螺纹螺栓，设置在调节座的螺纹孔内，末端为弹簧，所述弹簧连接所述开关板。
12.进一步的，所述水箱箱盖通过橡胶垫与外桶体密封连接，所述水箱箱盖上设有把手。
13.进一步的，所述外桶体为有机玻璃制备的桶体。所述供氧组件为氧气泵，所述降氧组件为氮气瓶。
14.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
15.1.经济型方面：本发明将自动控氧装置小型化，同时使用的材料和零部件均易得，具有良好的经济性；
16.2.便捷性方面：本发明可以自动调节养殖水箱内的溶解氧浓度，无需人工设置，自动化程度高；
17.3.实用性：养殖水箱划分为多个实验隔间，可以同时进行六组试验，减轻了实验人员的劳动量，减少了试验所需时间和步骤；
18.4.科学性方面：本发明排除了油脂类物质、水质和河蟹聚集等会对试验产生重要影响的无关因素，减小误差。
附图说明
19.图1是本发明提供的水产动物低氧胁迫实验装置的结构示意图；
20.图2是养殖水箱的立体图；
21.图3是养殖水箱的竖向截面图；
22.图4是控制器结构示意图；
23.图5是控制器电路图；
24.图6是控制器控制原理图
25.图7是氧浓度换算关系示意图；
26.图中序号依次对应为：1-养殖水箱、2-控制器、3-供氧组件、4-降氧组件、5-电源、6-溶解氧传感器、7-外桶体、8-水箱箱盖、9-隔板、10-中心隔间、11-通气管路、12-过滤棉、13-控制基板、14-调节座、15-调节钮、16-开关板、17-电极针、18-电源接口、19-电阻器、20-电磁铁、21-电源导线。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.如图1所示，本实施例提供了一种水产动物低氧胁迫实验装置，包括养殖水箱1、控制器2、供氧组件3、降氧组件4、电源5、溶解氧传感器6。供氧组件3、降氧组件4的供气管道分别连接至养殖水箱1内，控制器2设置在养殖水箱1外壁面，控制器2分别电连接供氧组件3、降氧组件4、电源5、溶解氧传感器6，用于根据溶解氧传感器6检测到的溶解氧，自动控制供氧组件3、降氧组件4进行供氧和降氧。供氧组件3为氧气泵，降氧组件4为氮气瓶，安全可靠。
30.如图2所示，养殖水箱1的外桶体7用透光性和透明度良好的有机玻璃作为主材，外形为六边形，其内部空间利用隔板9分割成中心一个六边形中心隔间10和周向六个形状和大小相同的等边梯形实验隔间，中心隔间的尺寸较小，周向六个隔间尺寸较大；隔板9的高度低于水箱外桶体7的高度，隔板9上部空间用于排布线路、管路以及为水箱盖的密封预留空间；隔板9带有大小和密集度适中的孔槽，在防止河蟹等水产动物跨隔间活动的同时不影响水箱内水的流动。
31.如图3所示，外桶体7和水箱箱盖8相向放置，水箱箱盖8依靠自身重力压在外桶体7上组成一个六边形柱体；箱盖把手安装在水箱外侧、水箱箱盖8上面，两个箱盖把手根据螺栓通孔，利用螺栓螺母固定在水箱箱盖8上；橡胶垫夹在外桶体7和水箱箱盖8中间，其安装在水箱箱盖8内侧的凹槽内并利用固定剂(胶水)粘接在凹槽处，在水箱箱盖8受到自身重力挤压水箱箱体7时，橡胶垫起到密封闭气作用；过滤棉12塞入中心隔间10内，利用过滤棉12的弹性和可压缩性将其按压进水箱中间的隔间内至底部，过滤棉12可以保持较好的稳定性，同时其内部的空间则是用于放置上述溶解氧传感器6；通气管路11贴着养殖水箱1内部的壁面安装，通气管路11包括一主管路和若干连接至主管道的支路分流管，主管路穿过外桶体7壁面预设的过孔，与供氧组件3、降氧组件4的供气管道连接，支路分流管依次伸入到各实验隔间内。
32.如图4和图5所示，控制器2包括控制基板13以及设置在控制基板13上的两个开关单元电路和一电磁控制电路，电磁控制电路用于根据溶解氧传感器6输出控制两个开关单元电路的开和关，两个开关单元电路一个连接至供氧组件3的电源线，另一个连接至降氧组件4的电源线，用于控制供氧组件3/降氧组件4的开关。开关单元电路包括调节座14、调节钮15、开关板16、电极针17、电源接口18，调节钮15设置在调节座14内，开关板16连接至调节钮15，电源接口18一端通过电阻器19连接到开关板16的动端电极针17，电源接口18另一端连接至开关板16的不动端电极针17。电磁控制电路具体为电磁铁20，电磁铁20两端分别对着两个开关板16，电磁铁20上缠绕有导线21，该导线经电阻连接至溶解氧传感器6的输出线。两电源接口18分别为控氧组件的电源线接口和降氧组件4的电源线接口，两电源接口18粘
接固定在控制基板13上，两电阻器19通过螺栓螺母固定在控制基板13上；动端两个电极针17插入控制基板13上预设的通孔内背面利用螺母将其固定在基板上，动端两个电极针17均呈“l”形排布，不动端电极针17同时插入开关板16的安装孔内并在上方使用螺栓锁止使开关板16能以不动端电极针17为中心旋转，开关板16具有磁性，其放置在动端两个电极针17中间，其旋转角度受到动端两个电极针17的限制；电磁铁20通过预设通孔，使用螺栓螺母固定在控制基板13的中心上，在流通的电流不同时，电磁铁20会产生大小不同的磁力，该磁力与电路板相斥；控制基板13右列中间位安装有一个电阻器19，通过螺栓螺母固定在控制基板13上，用以保护电路。
33.调节钮15头部为带有均匀刻度的圆盘，刻度表示养殖水箱1内的溶解氧浓度，其具有一定的对应关系；中部为螺纹螺栓，设置在调节座14的螺纹孔内，末端焊接弹簧，弹簧连接开关板16。两调节座14在上下两侧通过预设螺栓通孔利用螺栓螺母固定连接，调节钮15利用自身所带的螺纹与调节座14的螺纹通孔相配合，从控制基板13外侧朝内拧入调节座14的螺纹孔内。
34.本发明的工作原理为：
35.如图6所示，溶解氧传感器6会随着溶解氧浓度不同产生对应的电流，氧浓度提高时产生的电流变大，且两者呈线性关系，具体系数由传感器决定。电流发生变化时，电磁铁20产生的磁力随之变化，影响对开关板16的斥力。调节钮15的位置决定了电磁铁20的磁力大于/小于开关板16所受的弹簧力，供气系统的控制电路通路/断路，从而控制供气系统的工作；
36.如图7所示，假设所需溶解氧浓度为a mg/l-b mg/l(a＜b)，水中溶氧浓度为a mg/l％/b mg/l％时，溶解氧传感器6产生的电流大小为ia/ib，此时电磁铁20产生的力为fa/fb，在fa/fb大小的形变力作用下，弹簧的变形量为xa/xb。将下方增氧电路的调节钮15旋进xa、上方降氧电路的调节钮15旋进xb，当溶解氧浓度小于a mg/l时，溶解氧传感器6产生的电流小于ia，电磁铁20产生的力小于fa。此时，电磁铁20对电路板的斥力小于下方调节钮15对电路板的压力，电路板受力旋转接触到左上电极针17，使供氧电路为通路，氧气泵开始工作。当溶解氧浓度达到a mg/l时，电磁板的斥力大于调节钮15对电路板的压力，电路板向下旋转，电路断开,停止供氧；同样的，溶解氧浓度大于b mg/l时，降氧电路导通，电路控制打开氮气罐的磁流阀，氮气罐向水中通入氮气降低溶氧浓度，当水中氧气浓度处于a mg/l-b mg/l时，增氧和降氧电路同时断开；上下两电路不会处于同时打开状态；通过改变调节钮15旋入的位置即可根据实验需求调节溶解氧浓度范围。
37.本发明的使用方法为：将供氧/降氧组件的电源线插入控制器2电源接口18；养殖水箱的溶解氧浓度控制在1.5
±
0.3mg/l，将上方的调节钮15(控制氮气电路开关的旋钮)旋到氧浓度为1.8mg/l对应的位置，将下方的调节钮15(控制氧气泵电路开关的旋钮)旋到氧气浓度为1.2mg/l对应的位置，盖上水箱箱盖8等待养殖装置对溶解氧浓度进行初始化；初始化完成后，打开水箱箱盖8，每个养殖实验隔间分别放入20只规格和活跃度一致的河蟹后，盖上水箱箱盖8；试验开始，及时观察河蟹的活跃状态，发现死亡河蟹时打开水箱箱盖)将其取出并记录，随后盖上水箱箱盖8；装置可自动调节溶解氧浓度，无需人工测量，可以保证试验全过程处于预设氧浓度范围中。
38.本技术使用氧浓度—电流—磁力的转化，通过简单机械结构实现了对溶解氧浓度
的控制电路，形成了用于河蟹低氧胁迫的自动控制装置。本发明的养殖水箱1为透明可视的六边形柱体结构，其内部利用带槽挡板分割出“1+6”式的隔间，具有结构简单、功能性强、成本低和方便试验观察等特点。本发明的养殖水箱1内部水体的流通性好，在增氧/降氧时，溶解氧浓度相对均匀且传感器放置在水箱正中，测量结果更加准确。利用电磁效应和弹簧形变原理，可精准和快速的调节溶解氧浓度。六个养殖隔间可保障六组试验同时进行，减少了试验所需时间和步骤，极大地提高了试验人员的效率。此外，本发明排除了氧浓度调节滞后、河蟹状态不易观察、水质污染、河蟹聚群等无关因素对试验的影响，极大地提高了试验的科学性和准确性。装置实现自动控氧装置的小型化并与先进结构的养殖水箱1结合，使用安全电流驱动，实现了河蟹低氧胁迫的自动控制，保障了试验和试验人员的安全。
39.本说明书中各个实施例之间相似的部分互相参见即可。尤其，对于服务构建装置和服务加载装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

技术特征：
1.一种水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：包括养殖水箱(1)、控制器(2)、供氧组件(3)、降氧组件(4)、电源(5)、溶解氧传感器(6)，所述供氧组件(3)、降氧组件(4)的供气管道分别连接至养殖水箱(1)内，所述养殖水箱(1)内部中心设有隔板(9)围成的中心隔间(10)，中心隔间(10)和养殖水箱(1)的外桶体(7)之间设有若干隔板(9)，从而将所述养殖水箱(1)分割为一个中心隔间(10)和若干用于实验的实验隔间，所述溶解氧传感器(6)放置于中心隔间(10)内，所述养殖水箱(1)上设置有密封的水箱箱盖(8)，所述控制器(2)分别电连接供氧组件(3)、降氧组件(4)、电源(5)、溶解氧传感器(6)，用于根据溶解氧传感器(6)检测到的溶解氧，自动控制供氧组件(3)、降氧组件(4)进行供氧和降氧。2.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述养殖水箱(1)上设有通气管路(11)，所述通气管路(11)包括一主管路和若干连接至主管道的支路分流管，所述主管路穿过外桶体(7)壁面预设的过孔，与供氧组件(3)、降氧组件(4)的供气管道连接，所述支路分流管依次伸入到各实验隔间内。3.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述隔板(9)高度低于养殖水箱(1)外桶体(7)高度，所述隔板(9)上还设有若干孔槽。4.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述控制器(2)包括控制基板(13)以及设置在控制基板(13)上的两个开关单元电路和一电磁控制电路，所述电磁控制电路用于根据溶解氧传感器(6)输出控制两个开关单元电路的开和关，两个开关单元电路一个连接至供氧组件(3)的电源线，另一个连接至降氧组件(4)的电源线，用于控制供氧组件(3)/降氧组件(4)的开关。5.根据权利要求4所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述开关单元电路包括调节座(14)、调节钮(15)、开关板(16)、电极针(17)、电源接口(18)，所述调节钮(15)设置在调节座(14)内，所述开关板(16)连接至调节钮(15)，所述电源接口(18)一端通过电阻器(19)连接到开关板(16)的动端电极针(17)，所述电源接口(18)另一端连接至所述开关板(16)的不动端电极针(17)。6.根据权利要求5所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述电磁控制电路具体为电磁铁(20)，所述电磁铁(20)两端分别对着两个开关板(16)，所述电磁铁(20)上缠绕有导线，该导线经电阻连接至溶解氧传感器(6)的输出线。7.根据权利要求5所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述调节钮(15)头部为带有均匀刻度的圆盘，中部为螺纹螺栓，设置在调节座(14)的螺纹孔内，末端为弹簧，所述弹簧连接所述开关板(16)。8.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述中心隔间(70)内部填充有过滤棉(12)。9.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述外桶体(7)为有机玻璃制备的桶体。10.根据权利要求1所述的水产动物低氧胁迫实验装置，其特征在于：所述供氧组件(3)为氧气泵，所述降氧组件(4)为氮气瓶。

技术总结
本发明公开了一种水产动物低氧胁迫实验装置，包括养殖水箱、控制器、供氧组件、降氧组件、电源、溶解氧传感器，供氧组件、降氧组件的供气管道分别连接至养殖水箱内，所述养殖水箱内部中心设有隔板围成的中心隔间，中心隔间和养殖水箱的外桶体之间设有若干隔板，从而将所述养殖水箱分割为一个中心隔间和若干用于实验的实验隔间，所述溶解氧传感器放置于中心隔间内，养殖水箱上设置有密封的水箱箱盖，控制器分别电连接供氧组件、降氧组件、电源、溶解氧传感器，用于根据溶解氧传感器检测到的溶解氧，自动控制供氧组件、降氧组件进行供氧和降氧。本发明自动化程度高。本发明自动化程度高。本发明自动化程度高。


技术研发人员：尹绍武 蒋苏 张凯 钱晓彬
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/8/14