Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы

Изобретение относится к средствам контроля качества продуктов живой и неживой природы и может быть использовано для оценки безопасности пищевых и кормовых продуктов, природных и сточных вод, грунтов, почвы, разработки ПДК загрязняющих веществ, а также влияния хозяйственной деятельности человека на окружающую среду, в том числе продуктов добычи и переработки нефти. Устройство состоит из компьютера с программным комплексом и биодетектора. Биодетектор включает корпус 1 с размещенным внутри контроллером перемещения планшетки 2 с емкостями 3 для тест-объектов, источник освещения - светодиоды 4, оптическую систему с телекамерой 5 и объективом 6, укрепленными на штативе 7. Устройство оснащено светонепроницаемым кожухом 8 для закрытия сверху планшетки с емкостями для тест-объектов, внутренняя поверхность которой покрыта белой краской. Оптическая система с телекамерой 5 и объективом 6 укреплена посредством поворотного механизма 9, в виде шаровой головки, на штативе 7. Внутри корпуса 1 расположен шаговый двигатель 10 для обеспечения вращение планшетки 2 с емкостями 3. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения при одновременном снижении времени измерения и упрощении конструкции и ее габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам контроля качества продуктов живой и неживой природы и может быть использовано для оценки безопасности пищевых и кормовых продуктов, природных и сточных вод, грунтов, почвы, разработки ПДК загрязняющих веществ, а также влияния хозяйственной деятельности человека на окружающую среду, в том числе продуктов добычи и переработки нефти.

Известно устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы. Оно состоит из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки с емкостями (в виде усеченного конуса) для тест-объектов, источник освещения в виде светодиода, микроскоп с микрофотографическим устройством и телекамеру, которая посредством видеоплаты захвата изображения сообщена с соответствующим входом компьютера (патент РФ №2346031, 2009 г.).

Недостатком данного устройства является то, что в качестве оптической системы используются бинокулярный стереоскопический микроскоп (МБС) и микрофотографическое устройство (МФУ). В данной оптической системе световой сигнал вначале попадает в объектив микроскопа, а затем с помощью системы призм поворачивается на 90 градусов и поступает на телекамеру. При этом передаваемое изображение проходит достаточно большой путь и претерпевает значительное количество оптических преобразований, что искажает изображение. В результате светосила существенно снижается, что отражается на точности подсчета тест-объектов, скорости и точности измерения и в целом на чувствительности прибора. Емкости с тест-объектами не изолированы от внешней среды, и поэтому возникающие в процессе измерения световые помехи ухудшают качество изображения. Установка объектива микроскопа над емкостями осуществляется путем поворота оптической системы микроскопа и настройки над емкостью с тест-объектами, что является достаточно трудоемкой процедурой, не обеспечивающей нужную точность фиксации. Использование одного светодиода не обеспечивает необходимой равномерности и освещенности тест-объектов, что существенно снижает скорость их подсчета.

Технической задачей заявленного изобретения является создание такого устройства, которое обеспечивало бы объективное определение исследуемого объекта.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства, уменьшение его габаритов, упрощение его конструкции, повышение точности и экспрессности измерения.

Поставленная задача решается в устройстве для определения качества продуктов живой и неживой природы, состоящем из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающем корпус, внутри которого находится контроллер перемещения планшетки с емкостями для тест-объектов, каждый из которых выполнен в виде усеченного конуса, источник освещения - в виде светодиода, расположенный под измеряемой емкостью для тест-объектов, оптическую систему с телекамерой, укрепленную на штативе и имеющую видеоплату захвата изображения для сообщения с соответствующим входом компьютера, при этом устройство снабжено дополнительным светодиодом, установленным под планшеткой герконовым контактом для строгой фиксации емкости для тест-объектов под отверстием в планшетке, светонепроницаемым кожухом для закрытия сверху планшетки с емкостями для тест-объектов, внутренняя поверхность которого покрыта белой матовой краской, причем кожух имеет отверстие, диаметр которого соответствует диаметру емкости для тест-объекта, при этом светодиоды расположены оппозитно друг к другу, а телекамера с объективом выполнена с возможностью ее установки в максимальной близости от измеряемой емкости с тест-объектами непосредственно над ней.

Оптическая система с телекамерой укреплена посредством поворотного механизма, в виде шаровой головки, на штативе.

Устройство изображено на фиг.1 - вид сбоку, на фиг.2 - вид спереди.

Устройство состоит из компьютера с программным комплексом (не показан) и биодетектора, включающего: корпус 1, внутри которого находится контроллер перемещения планшетки 2 с емкостями 3 для тест-объектов; источник освещения - светодиоды 4; оптическую систему с телекамерой 5 и объективом 6, укрепленными на штативе 7. Кроме того, устройство дополнительно оснащено светонепроницаемым кожухом 8.

Оптическая система с телекамерой 5 и объективом 6 укреплена посредством поворотного механизма 9, в виде шаровой головки, на штативе 7. Внутри корпуса 1 расположен шаговый двигатель 10, обеспечивающий вращение планшетки 2 с емкостями 3.

Для упрощения конструкции предлагаемого устойства, повышения точности и экспрессности измерения были внесены изменения и дополнения в оптическую систему, механизм фиксации и регулировки планшетки с емкостями, а также в систему освещения.

В качестве оптической системы вместо бинокулярного микроскопа и микрофотографического устройства используется телекамера с объективом. Эта конструкция позволяет устанавливать телекамеру 5 непосредственно над измеряемой емкостью 3 с тест-объектами в максимальной близости от нее. В результате длина светового луча от лунки с инфузориям до телекамеры уменьшается с 320 мм до 56 мм, т.е. почти в 6 раз. За счет этого снижаются потери света и, соответственно, увеличивается яркость изображения, даваемого оптической системой. Кроме того, увеличение светового потока достигается также благодаря уменьшению отражения на границе поверхностей воздух-стекло в МБС и МФУ, а также вседствие сокращения количества поверхностей раздела в используемой оптической системе.

Планшетка 2 с емкостями 3 закрыта сверху черным светонепроницаемым металлическим кожухом 8 с отверстием над измеряемой емкостью. Кожух 8 препятствует попаданию внешнего света в момент подсчета тест-объектов и, таким образом, обеспечивает стабильность освещения емкости 3. Кроме того, внутренняя поверхность кожуха 8 покрыта белой матовой краской, и поэтому за счет отражения повышается общая освещенность емкости 3, а следовательно, точность и скорость подсчета.

Изменение положения телекамеры 5 достигается за счет ее поворота (на 90 градусов) с помощью специального механизма 9 жесткой шаровой фиксации (шаровая головка), который обеспечивает легкое смещение и прецизионную установку телекамеры 5 над емкостью 3 с тест-объектами.

В качестве источника освещения используются два светодиода 4, расположенные оппозитно по отношению друг к другу. Такая конструкция обеспечивает равномерное освещение емкости 3, в том числе ее боковой поверхности. На этой поверхности в силу ее высокой освещенности концентрируются тест-организмы за счет положительного фототаксиса. Поэтому все они будут хорошо подсчитываться с минимальной ошибкой.

Компьютер включает видеоплату захвата изображения, преобразующую аналоговый сигнал телекамеры в цифровой. Оцифрованный сигнал записывается с помощью специально разработанной программы в оперативную память компьютера и передается в виде изображения на монитор. Эта же программа управляет электронной схемой контроллера шагового двигателя.

Работа устройства начинается с включения тумблера сетевого фильтра. При этом включается телекамера и загораются два светодиода, обеспечивающие равномерное освещение лунки с тест-объектами.

Программный комплекс осуществляет автоматическую оценку степени токсичности исследуемого продукта методом сравнения количества подвижных тест-объектов (инфузорий) до и после воздействия исследуемых веществ. За полный цикл работы программа подсчитывает количество инфузорий в лунке дважды: до внесения раствора экстракта и после внесения. Затем вычисляется степень токсичности каждой пробы.

Управляющая программа системы STELON.EXE обеспечивает:

- удобную настройку аппаратуры системы;

- определение степени токсичности одного или нескольких образцов в заданном числе лунок;

- запись промежуточных результатов на диск и их чтение с диска;

- редактирование и печать результатов.

Следующий этап работы начинается с внесения с помощью дозатора в каждую емкость 3 планшетки 2 суспензии инфузорий в количестве 100 мкл. После выполнения этой операции планшетку 2 устанавливают на столике шагового двигателя 10, закрывают светонепроницаемым кожухом 8 с отверстием и с помощью шаровой головки 9 над этим отверстием устанавливают телекамеру 5 с объективом 6. Шаровая головка 9 обеспечивает изменение положения телекамеры 5 (поворот на 90 градусов) и ее прецизионную установку над емкостью 3. Строгую фиксацию емкости под отверстием обеспечивает герконовый контакт, расположенный под планшеткой 2.

Качество исследуемого продукта определяется по относительной разнице (в %) между первым и вторым подсчетом, и на основании полученных результатов оценивается степень его токсичности (безопасности) по соответствующей шкале применительно для каждого испытуемого продукта.

1. Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы, состоящее из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего корпус, внутри которого находится контроллер перемещения планшетки с емкостями для тест-объектов, каждый из которых выполнен в виде усеченного конуса, источник освещения - в виде светодиода, расположенный под измеряемой емкостью для тест-объектов, оптическую систему с телекамерой, укрепленную на штативе и имеющую видеоплату захвата изображения для сообщения с соответствующим входом компьютера, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным светодиодом, установленным под планшеткой герконовым контактом для строгой фиксации емкости для тест-объектов под отверстием в планшетке, светонепроницаемым кожухом для закрытия сверху планшетки с емкостями для тест-объектов, внутренняя поверхность которого покрыта белой матовой краской, причем кожух имеет отверстие, диаметр которого соответствует диаметру емкости для тест-объекта, при этом светодиоды расположены оппозитно друг к другу, а телекамера с объективом выполнена с возможностью ее установки в максимальной близости от измеряемой емкости с тест-объектами непосредственно над ней.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система с телекамерой укреплена посредством поворотного механизма в виде шаровой головки на штативе.