智能孢子收集器及方法

技术领域

本发明涉及农业检测设备技术领域，具体的为一种智能孢子收集器及方法。

背景技术

我国是传统的农业大国，农作物的种植面积和总产量都位居世界第一，可见农业对于我国的重要性；在农业生产中，植物真菌病害是限制农业生产的一个重要因素，严重威胁到了国家农产品生产安全；为了及时应对植物真菌病害，需要对空气中的病原菌孢子进行取样检测，了解空气中病原菌孢子的存在时间和数量变化，以进行病害预警；要对空气中的病原菌孢子进行收集，需要使用孢子收集器，孢子收集器可以用来收集随空气流动而传播的病原菌孢子，能够检测病菌孢子的存量及扩散状态，及时了解病害的发生、发展趋势以及病菌孢子的分布区域，对农业病害预测与防治起到了关键的作用；孢子收集器捕捉空气中的孢子主要通过两种方式：被动撞击和主动吸入；被动撞击式装置为涂有黏性物质的载玻片或旋转棒等，而主动吸入式装置则包括各种孢子捕捉仪，是目前较为常用的装置。

目前常用的孢子收集器存在的主要缺点是收集时不加区分病原菌孢子和空气中的其他杂物，如灰尘和花粉粒等，使得收集到的孢子中混杂有大量杂质，不利于病原菌的观察和计数；目前市面中常见的产品，如英国Burkard捕捉仪(Burkard ManufacturingCompany Ltd．)等无法区分不同大小的孢子，使得其使用范围受限，难以广泛地推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以解决孢子收集器去除杂质问题，并且可个性化收集不同种类不同尺寸孢子的智能孢子收集器及方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

智能孢子收集器，包括收集器，其特征在于：收集器通过连接软管连接有观察器；收集器包括过滤器，过滤器的底部连接有收集仓，收集仓的底部连接有底座，底座内设置有负压风机；过滤器上设置有进风口，过滤器内部设置有大口径过滤机构；收集仓的底部设置有小口径过滤机构，收集仓与连接软管连接；底座上设置有出风口。

优选地，收集仓顶部设置有压缩装置，压缩装置包括竖直设置的步进电机，步进电机通过伸缩杆固定架固定设置在收集仓的横截面中心处；步进电机的输出轴连接有伸缩杆，伸缩杆的末端连接有压缩单向阀结构。

优选地，压缩单向阀结构包括水平设置的弹簧固定架，弹簧固定架的中心处固定连接有竖直设置的弹簧，弹簧的末端固定连接有挡片，弹簧的外径小于挡片的直径；在收集仓内水平地固定设置有端口板，端口板的中心位置设置有通孔，弹簧的外径小于通孔的内径，通孔的直径小于挡片的内径，弹簧穿过通孔设置。

优选地，收集仓底部小口径过滤机构上方设置有固定单向阀结构，固定单向阀结构包括与收集仓固定连接的弹簧固定架，弹簧固定架底面中心位置处固定连接有竖直设置的弹簧，弹簧的末端固定连接有挡片，弹簧的外径小于挡片的直径；在收集仓内水平地固定设置有端口板，端口板的中心位置设置有通孔，弹簧的外径小于通孔的内径，通孔的内径小于挡片的直径，弹簧穿过通孔设置。

优选地，观察器包括收集台，收集台上设置有载玻片，连接软管的出口端与载玻片配合，载玻片上与连接软管的出口端相对的一面上涂有凡士林；观察器内设置有相机固定架，相机固定架上固定设置有相机，载玻片设置在相机的拍摄区域内。

优选地，收集台包括转台，转台内设置有旋转电机；旋转电机顶部连接有载玻片放置台，载玻片放置台上沿中心轴均布地设置有八个载玻片凹槽，每个载玻片凹槽内均设置有载玻片。

一种使用上述智能孢子收集器进行孢子收集的方法，包括以下步骤：

S1、设置过滤器：根据需要收集的目标孢子，选取合适的大口径过滤网和小口径过滤网；将大口径过滤网安装在大口径过滤机构的过滤网支架上，将小口径过滤网安装在小口径过滤机构的过滤网支架上；

S2、设置载玻片：打开观察器，将一侧涂有凡士林的载玻片依次放置到载玻片放置台上的载玻片凹槽内；

S3、设置相机：将相机固定安装在相机固定架上，使拍摄范围覆盖载玻片；使用显微摄像头时，调节显微摄像头使视野清晰；

S4、连接收集器与观察器：将过滤器、收集仓和底座组装为一个完整的收集器，通过连接软管将收集器内收集仓内部空间与观察器内部空间连通；

S5、收集孢子：将装置整体设置到需要进行孢子采集的位置，打开装置进行孢子收集；

S6、读取结果：完成孢子收集后，打开观察器，取出相机读取拍摄到的载玻片上孢子图像信息；

S7、分析结果：根据相机拍摄到的孢子图像信息，分析检测区域内空气中目标真菌孢子的含量。

优选地，步骤S1中选取的大口径过滤网滤孔直径略大于目标孢子直径，以滤除直径大于目标孢子的杂质；步骤S1中选取的小口径过滤网滤孔直径略小于目标孢子的直径，以滤除直径小于目标孢子的杂质。

优选地，步骤S5中孢子收集的过程包括以下步骤：

（1）大口径过滤：负压风机工作向外抽风，使空气进入过滤器内，经过大口径过滤机构过滤；

（2）小口径过滤：空气通过小口径过滤机构进入底座内，然后通过出风口排出收集器外；

（3）压缩排出孢子：压缩装置启动，将收集仓内空间压缩，以促使孢子通过连接软管排出到观察器内。

优选地，步骤S6中相机拍摄载玻片上孢子图像信息的过程包括以下步骤：

（1）相机定时拍摄载玻片上的孢子图像信息；

（2）每隔一小时转动转台，以切换承接孢子的载玻片；

（3）重复上述步骤（1）和步骤（2）。

本发明的有益效果有：

本发明为一种用于农业生产中对种植区域内空气中病害孢子进行取样检测的智能孢子收集器，可以将空气中的孢子过滤收集，以便测得空气中的孢子密度，对农作物病害进行预防与监测；本发明包括收集器和观察器两部分组成，收集器用于收集以及过滤空气中的孢子，观察器内设置了相机，可以对收集到的孢子进行拍照以获得样本图像，以便在之后通过对拍摄到的样本图像进行分析、检验得到空气中孢子密度数据，用以对农作物发生真菌病害的风险进行预测。

本发明采用了多重过滤，可以在第一步将大于孢子直径的杂质过滤掉，再在第二步将直径小于孢子直径的杂质过滤掉，尽可能的减少杂质的含量，提高孢子的纯度，减少杂质对检测产生的误差，提高检测精度。

本发明将收集器分段式的结构，分为了过滤器、收集仓和底座，可以分别将其拆开，以便于对收集器内的过滤网进行更换，从而可以针对不同类型孢子的尺寸单独地设置不同尺寸的滤网，从而使得本发明可以更多的适用于不同种类的孢子检测，并且能够实现定向地收集某种特定种类的目标孢子的效果。

本发明在收集器内设置了压缩装置，配合在两个过滤网之间设置的两个单向阀结构，可以对收集仓内的空气进行压缩，以将过滤得到的含孢子空气通过连接软管输送到观察器内；同时由于设置了单向阀，所以不会产生空气逆流的情况，能够快速排出收集仓内的孢子。

本发明设置了观察器，可以将过滤收集来的孢子进一步地直接在载玻片上进行收集，以便于直接进行观察检验；在观察器内设置了相机，能够在第一时间对载玻片上的孢子进行拍照，保存样本图像数据，以待之后针对拍摄到的图像进行分析；观察器内的相机采用显微镜相机，能够直接拍摄载玻片内孢子样本的显微成像，供后续快速便捷分析样本使用；载玻片上与连接软管相对的一面涂有凡士林，可以将连接软管中喷出的孢子粘附在载玻片上以便于进行观察；载玻片可每24小时更换一次，更换下来的载玻片也可直接用于显微观察和分子检测。

本发明设置了能够自动轮换使用的载玻片，载玻片均分地设置在载玻片放置台上，载玻片放置台通过转台内的旋转电机驱动，可以进行旋转，以切换不同的载玻片，用以承接从连接软管输送来的孢子；在一个载玻片放置台上均分地放置八个载玻片，转台每一小时旋转45°，载玻片涂有一层凡士林的一侧与连接软管的出风口相对设置，可以粘附收集病菌孢子；每24小时更换一次载玻片，用于显微镜观察和拍照及分子检查。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的出风口一侧整体结构示意图；

图3为本发明的内部结构剖视图。

图中：过滤器1；进风口11；大口径过滤机构12；收集仓2；伸缩杆固定架21；步进电机22；弹簧固定架23；弹簧24；挡片25；端口板26；下弹簧固定架27；小口径过滤机构28；底座3；出风口31；负压风机32；连接软管4；观察器5；转台51；载玻片放置台52；相机固定架53；相机54；观察器盖55。

具体实施方式

以下为结合具体实施例对本发明做出的进一步解释说明，如图1所示，本发明为一种用于对空气中的真菌孢子进行收集，以测定孢子含量的智能孢子收集器，主要包括收集器和观察器5两部分，收集器用于收集空气中的孢子，收集到的孢子可以通过连接软管4直接进入观察器5内，进行收集取样观察。

收集器包括过滤器1，过滤器1的底部连接有收集仓2，收集仓2的底部连接有底座3；过滤器1、收集仓2和底座3均可以互相拆分或组合，以便于对其内部的过滤机构进行更换、清理等操作；收集器的内部结构如图3所示，在过滤器1与收集仓2的连接处，设置有大口径过滤机构12，其包括过滤网支架，在过滤网支架上设置有大口径过滤网，用于过滤掉空气中直径大于目标孢子直径的杂物，包括花粉、灰尘等；在过滤器1上设置了进风口11，通过进风口11空气可以进入收集器内部空腔，进行过滤分离孢子的工作。

在收集仓2的内部设置有一套压缩装置，包括分别设置在收集仓2顶部和底部的两个单向阀结构，设置在上方的单向阀结构为压缩单向阀结构，下方的单向阀结构为固定单向阀结构；在收集仓2的顶部，设置有伸缩杆固定架21，在伸缩杆固定架21的底部固定设置有伸缩杆结构；伸缩杆结构包括一个步进电机22，步进电机22竖直设置，其末端固定连接有弹簧固定架23；当步进电机22工作时，便可以带动弹簧固定架23进行上下移动；弹簧固定架23的底部设置有弹簧24，弹簧24竖直设置，其底部末端固定连接有一个挡片25；在低于弹簧固定架23的位置处，设置有一个端口板26，端口板26与弹簧固定架23固定连接，使得其可以随着弹簧固定架23一起进行上下移动。

端口板26的中心位置处设置有通孔，该通孔的内径大于弹簧的最大外径，同时小于挡片25的直径，使得该通孔可以供弹簧24穿过，而会被挡片25挡住；当空气向下流动时，可以推动挡片25使端口板26的通孔被打开，当空气向上回流时，在弹簧作用下挡片25被拉起，关闭端口板26的通孔，使得空气无法通过该通孔向上回流，实现单向阀的作用。

在收集仓2底部的固定单向阀其大体结构与顶部的压缩单向阀大体相同，与其不同的是，底部的固定单向阀，其下弹簧固定架27为固定设置在收集仓2内部的，并不受到其他部件的控制；下弹簧固定架27的底部中心位置也同样设置有弹簧24，其下方也同样设置有端口板26，弹簧24穿过端口板26的通孔设置，并且在弹簧24的底端连接有挡片25，可以实现单向阀的作用，使得空气只能从上向下进入底座3内，而不能从底座3内重新向上进入收集仓2内。

如图3所示，在底座3与收集仓2的连接处，设置有小口径过滤机构28；小口径过滤机构28同样包括一个过滤网支架，在过滤网支架上设置有小口径过滤网，主要用于将直径小于目标孢子的其他杂志过滤掉，只在收集仓2内留下目标孢子；在底座3内设置有负压风机32，负压风机32用以向外抽出收集器内的空气，降低收集器内的气压以促使空气从进风口11进入收集器内；如图2所示，在底座3上设置有出风口31，负压风机32向下抽出的空气可以通过出风口31排出到外界空间。

如图3所示，在收集仓2的侧壁上设置有连接软管4，连接软管4连通收集仓2内部空间与观察器5内部空间，使得收集仓2内的空气以及空气中的真菌孢子可以通过连接软管4进入观察器5内；连接软管4的入口端位置设置在两个单向阀结构之间，出口端设置在观察器5的顶部；在观察器5内设置了用以承载孢子的结构，包括载玻片放置台52；载玻片放置台52上设置有多个载玻片凹槽，可以将载玻片放置在载玻片凹槽内固定，用于承载从连接软管4中传来的含有孢子的空气，使孢子被收集在载玻片上；载玻片与连接软管4的出口端相对的一面上涂有凡士林，可以将孢子粘附收集在载玻片上，以便于进行拍摄观察。

载玻片放置台52的底部连接有转台51，转台51可以带动载玻片放置台52进行绕自身中心轴的转动；载玻片放置台52上的载玻片凹槽呈圆环状均布，使得当转台51带动载玻片放置台52进行转动时，便也同步地带动载玻片进行了转动轮替；连接软管4的出口端与载玻片的位置相配合，并且固定，使得当载玻片在载玻片放置台52的转动下转动时，连接软管4的出口端可以依次与各个载玻片一一对应地配合，分别将孢子收集在各个不同的载玻片上；在观察器5内顶部，固定设置有相机固定架53，并且在相机固定架53上固定设置了相机，相机的拍摄区域能够覆盖到载玻片，并且可以在相机上设置显微摄像头来直接拍摄得到载玻片上孢子的显微照片。

本实施例在实际使用中，首先将观察器5和收集器拆开后分别设置；将收集器的过滤器1、收集仓2和底座3分别拆下，根据所需要收集观察的孢子种类以及其具体尺寸大小，分别替换安装小口径过滤机构28与大口径过滤机构12上的过滤网；由于两个过滤机构分别设置在收集仓2的顶端和底端，因此可以在保持收集仓2内部两个单向阀结构之间的空间处于密闭的状态下，完成对过滤网的更换，从而避免外部的空气进入收集仓2内部空间，导致其受到污染，影响收集到的孢子结果。

完成过滤网的设置之后，将过滤器1、收集仓2和底座3重新组装为一个收集器整体；打开观察器盖55，将干净的载玻片分别放置到载玻片放置台52上的载玻片凹槽内；本实施例中，在载玻片放置台52上均匀地设置有八个载玻片凹槽，可以在载玻片凹槽内设置八个载玻片，对应的，每次转台旋转时转动45°，即可完成一次对载玻片的切换；将连接软管4穿过观察器盖55固定设置，使其出口在关闭观察器盖55的状态下，对准其中一块载玻片，能让含有孢子的空气直接吹在载玻片上，利用载玻片收集孢子以便于观察。

完成收集器和观察器5的设置之后，将连接软管4与收集器连接，使得连接软管4与收集仓2内部空间连通，即将收集仓2内部空间与观察器5内部空间连通，便可以将收集器与观察器5放置到使用环境中，打开负压风机32，开始进行孢子的收集。

收集孢子时，通过负压风机32将收集器内部的空气排出，降低了收集器内部的气压，外部空气便会通过进风口11进入收集器内部，并通过大口径过滤机构12将口径大于目标孢子的杂物过滤在外，仅留下目标孢子和直径小于目标孢子的杂物进入收集仓2内；进入收集仓2内之后，在气压的作用之下，向下推动压缩单向阀机构的挡片25，便可以打开压缩单向阀机构，穿过端口板26的通孔；由于连接软管4的入口处直径远小于端口板26的通孔直径，因此空气会先从固定单向阀机构处的端口板26通孔排出，在负压风机32的作用下，向下推开挡片25，穿过端口板26进行第二次过滤；第二次过滤使用的是小口径过滤机构28，其能够阻止目标孢子穿过，但是直径小于目标孢子的其他杂质可以穿过小口径过滤机构28进入底座3内，并且最终通过出风口31排出；没能通过小口径过滤机构28的孢子，便会被留在收集仓2内，以待排出。

当收集器运行一段时间，在收集仓2内积累了一定量的孢子之后，便可启动压缩装置；步进电机22带动整个压缩单向阀机构向下移动，由于上下两个单向阀机构的存在，空气无法从下往上反向移动，收集仓2内两个单向阀机构之间的空间便会被压缩，使其内部气压提升；由于内部压强增大，因此含有孢子的空气便会通过连接软管4排出到收集仓2外，进入观察器5内进行收集与观察；在进行压缩排出孢子的工序中时，可以使负压风机32反向工作，以提高底座3内部的气压，以配合弹簧24的作用力，关闭设置在下方的固定单向阀机构，避免两个单向阀之间的空气会从下方的固定单向阀机构泄漏，降低其内部压强，导致排出含孢子空气的效率降低。

本实施例中设置了可以自行切换载玻片的设计，以便于在收集孢子后进行拍摄观察与检测；在本实施例中，由于均匀地设置了八个载玻片，因此转台51每一次转动45°即可完成一次对载玻片的切换；本实施例中，转台51可以在其内部电机的控制下，每隔一小时进行一次转动切换载玻片，用于显微镜观察和拍照以及分子检查；设置在载玻片上方的相机54会配合转台51的转动同步工作，在转台51转动切换载玻片之前，进行拍摄以采集载玻片上的孢子图像数据；完成拍摄之后，转台51再进行转动以切换载玻片；拍摄得到的载玻片上孢子图像数据可以直接读取以用于观察计算空气中的孢子密度；载玻片每24小时进行一次更换，更换下来的载玻片也可以直接进行显微观察或分子检测。

以上所述，仅为结合具体实施例对本发明做出的进一步解释说明，所做的一切描述并不代表对本发明的保护范围做出了限制，任何本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内所能够轻易想到的变化或是替换方案，都应涵盖在本发明的保护范围内，因此，本发明的保护范围应该以所述权利要求的保护范围为准。