RU237514U1

RU237514U1 - Fluorometer

Info

Publication number: RU237514U1
Application number: RU2024140441U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Першин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПРОГРЕССИВНОЙ АКВАКУЛЬТУРЫ"
Filing date: 2024-12-30
Publication date: 2025-09-25

Abstract

Полезная модель предназначена для бесконтактного исследования потоков жидкости и может быть использована в области экологии, лимнологии и океанологии при измерении в водной среде спектров флуоресценции органических веществ, в том числе регистрации флуоресценции хлорофилла с целью анализа состояния природного фитопланктона. Флуориметр содержит корпус, блок приема-передачи данных, блок управления и измерительный блок. Также содержит герметичный корпус, содержащий систему крепления измерительной кюветы, при этом измерительный блок содержит импульсный оптический источник, направленный на измерительную кювету, при этом измерительный блок содержит фотоприемник, при этом импульсный оптический источник и фотоприемник направлены к друг другу под углом 90 градусов, при этом герметичный корпус содержит систему фиксации положения флуориметра. При этом герметичный корпус содержит ребро жесткости. При этом содержит уплотнитель. При этом фотоприемник содержит фильтр. При этом центр измерительной кюветы располагается в точке пересечения векторов направления оптического источника и фотоприемника. При этом герметичный корпус выполнен из нержавеющего материала. При этом флуориметр содержит водостойкий блок питания электричеством. При этом импульсный оптический источник содержит светосильный двухлинзовый объектив. При этом импульсный оптический источник содержит светодиод. При этом импульсный оптический источник содержит граничный фильтр. При этом импульсный оптический источник содержит линзу. 2 ил. The utility model is designed for contactless study of liquid flows and can be used in ecology, limnology, and oceanography for measuring the fluorescence spectra of organic substances in an aquatic environment, including recording chlorophyll fluorescence for the purpose of analyzing the state of natural phytoplankton. The fluorimeter comprises a housing, a data receiving and transmitting unit, a control unit, and a measuring unit. It also comprises a sealed housing containing a system for securing a measuring cell. The measuring unit contains a pulsed optical source directed toward the measuring cell. The measuring unit contains a photodetector. The pulsed optical source and photodetector are oriented at an angle of 90 degrees to each other. The sealed housing contains a system for fixing the fluorimeter's position. The sealed housing contains a stiffener. It also contains a seal. The photodetector contains a filter. The center of the measuring cell is located at the intersection of the direction vectors of the optical source and photodetector. The sealed housing is made of stainless steel. The fluorimeter contains a waterproof power supply. The pulsed optical source contains a high-aperture two-lens objective. The pulsed optical source contains a light-emitting diode (LED). The pulsed optical source contains a boundary filter. The pulsed optical source contains a lens. 2 fig.

Description

Полезная модель предназначена для бесконтактного исследования потоков жидкости и может быть использована в области экологии, лимнологии и океанологии при измерении в водной среде спектров флуоресценции органических веществ, в том числе регистрации флуоресценции хлорофилла с целью анализа состояния природного фитопланктона. Оценка эффективности функционирования фотосинтетического аппарата, а вместе с ней и параметры флуоресценции хлорофилла могут быть применены для мониторинга цианобактериального цветения воды, измерения характеристик уровня кислорода и углекислого газа в жидкостях, оценки эффективности систем декарбонизации, оценки эффективности культивирования поликультур микроводорослей. Анализ закономерностей изменения параметров флуоресценции хлорофилла, полученных на культурах водорослей, служат основой для обработки результатов мониторинга природных сообществ фитопланктона.This utility model is designed for contactless study of liquid flows and can be used in ecology, limnology, and oceanography to measure the fluorescence spectra of organic compounds in aquatic environments, including recording chlorophyll fluorescence to analyze the state of natural phytoplankton. Assessing the efficiency of the photosynthetic apparatus, along with chlorophyll fluorescence parameters, can be used to monitor cyanobacterial blooms, measure oxygen and carbon dioxide levels in liquids, evaluate the effectiveness of decarbonization systems, and evaluate the efficiency of microalgae polycultures. Analysis of patterns in chlorophyll fluorescence parameters obtained from algae cultures serves as the basis for processing the results of monitoring natural phytoplankton communities.

Фитопланктон (фитоценоз) - это сообщество планктонных организмов, которые могут осуществлять процесс фотосинтеза и являются первичным звеном трофической цепи водной экосистемы. Цианобактерии представляют угрозу для здоровья водных экосистем, поскольку они производят различные токсины. В литературе имеются данные по исследованиям природных сообществ фитопланктонных организмов, и теоретического анализа природы устойчивости сложных биологических систем. Детальное изучение механизмов процессов фотосинтеза в тилакоидных мембранах проводится на клетках водорослей и цианобактерий в том числе, и путём анализа результатов с применением методов модельных исследований. Мониторингу цианобактерий (и другого фитопланктона) на протяжении многих лет уделялось большое внимание научного сообщества. Если состояние водоёма стабильно, то можно полагать, что состояние фитоценоза характеризует водоём как объект исследования.Phytoplankton (phytocoenosis) is a community of planktonic organisms that can perform photosynthesis and are the primary link in the food chain of an aquatic ecosystem. Cyanobacteria pose a threat to the health of aquatic ecosystems because they produce various toxins. The literature contains data on studies of natural phytoplankton communities and theoretical analyses of the nature of the stability of complex biological systems. Detailed studies of the mechanisms of photosynthesis in thylakoid membranes are conducted on algal and cyanobacterial cells, including by analyzing the results using modeling methods. Monitoring cyanobacteria (and other phytoplankton) has received considerable attention from the scientific community for many years. If the condition of a water body is stable, then it can be assumed that the condition of the phytocoenosis characterizes the water body as an object of study.

Одной из важных проблем мониторинга фитоценозов является необходимость быстрого обнаружения и количественного измерения содержания цианобактерий. Для воды, где подозревается наличие цианобактериального цветения, необходимо получать максимально быстрый ответ с целью оперативного реагирования на деградацию водоема. Микроскопия, классический способ количественного определения, очень трудоемка и слишком сильно зависит от человеческого фактора. Другие методы (проточная цитометрия, счетчики клеток, ПЦР тест, спектрофотометрия) либо также недостаточно быстры, либо слишком дороги, либо все ещё находятся в стадии разработки.One of the key challenges in monitoring phytocenoses is the need to quickly detect and quantify cyanobacteria. For water suspected of harboring a cyanobacterial bloom, it's essential to obtain the fastest possible response to address degradation. Microscopy, the classic method of quantitative determination, is labor-intensive and highly dependent on human error. Other methods (flow cytometry, cell counters, PCR testing, spectrophotometry) are either insufficiently fast, too expensive, or still under development.

Флуорометры являются хорошим инструментом мониторинга, поскольку они позволяют непрерывно регистрировать данные о биомассе фитопланктона в полевых условиях. Флюорометры не только заменяют эквивалент сотни индивидуальных измерений, но также имеют более высокую точность обнаружения небольших количеств фитопланктона.Fluorometers are a valuable monitoring tool because they allow continuous recording of phytoplankton biomass data in the field. Fluorometers not only replace the equivalent of hundreds of individual measurements but also have a higher accuracy in detecting small amounts of phytoplankton.

Преимущества измерения индукции флуоресценции фотосистемы II включают в себя простоту, скорость и возможность собирать большие объемы данных непрерывно, что делает этот способ идеальным средством для сбора данных в режиме реального времени (on-line). Для получения наиболее точных данных измерения индукции флуоресценции фотосистемы II (in vivo) соотносятся с количественными данными, которые могут быть собраны с помощью взятия случайных проб воды для анализа на концентрациии различных пигментов.The advantages of measuring photosystem II fluorescence induction include simplicity, speed, and the ability to collect large volumes of data continuously, making this method ideal for real-time data collection. To obtain the most accurate data, in vivo photosystem II fluorescence induction measurements are correlated with quantitative data, which can be collected by collecting random water samples for analysis of the concentrations of various pigments.

Когда молекулы хлорофилла поглощают свет, часть поглощённой энергии повторно излучается в виде флуоресценции. Методы флуоресценции хлорофилла широко используются как в лабораторных, так и в полевых исследованиях. Обнаружение хлорофилла а позволяет получить данные об общей биомассе водорослей (все фотосинтезирующие организмы содержат пигмент хлорофилл а). Различный виды фитопланктона и цианобактерий обладают уникальными наборами вспомогательных пигментов, которые выполняют различные функции для организма. Эти вспомогательные пигменты часто уникальны для класса водорослей или цианобактерий и могут быть использованы для идентификации конкретной группы. Цианобактерии содержат вспомогательные пигменты из семейства фикобилипротеинов. Первичными фикобилиновыми пигментами являются фикоцианин и фикоэритрин, которые обладают сильными флуоресцентными признаками, не влияющими на флуоресценцию хлорофилла. Это позволяет обнаруживать цианобактерии in vivo без вмешательства со стороны других групп водорослей. Фикоцианин является преобладающим фикобилином в пресноводной среде, в то время как фикоэритрин является преобладающим пигментом в морской среде.When chlorophyll molecules absorb light, some of the absorbed energy is re-emitted as fluorescence. Chlorophyll fluorescence techniques are widely used in both laboratory and field studies. Detection of chlorophyll a provides data on the total biomass of algae (all photosynthetic organisms contain the pigment chlorophyll a). Different species of phytoplankton and cyanobacteria possess unique sets of accessory pigments that perform various functions for the organism. These accessory pigments are often unique to a class of algae or cyanobacteria and can be used to identify a specific group. Cyanobacteria contain accessory pigments from the phycobiliprotein family. The primary phycobilin pigments are phycocyanin and phycoerythrin, which have strong fluorescent signatures that do not interfere with chlorophyll fluorescence. This allows for the detection of cyanobacteria in vivo without interference from other algal groups. Phycocyanin is the predominant phycobilin in freshwater environments, while phycoerythrin is the predominant pigment in marine environments.

Захват квантов света и трансформация энергии электронного возбуждения в антенных системах хлорофилла сопровождается тепловыми (диссипативными) потерями энергии и излучением флуоресценции. Известно, что характерные сигналы флуоресценции обусловлены состоянием реакционных центров ФС2 и ФС1, а также - состоянием тилакоидных мембран. Использование математических моделей позволяет провести количественный анализ динамики процессов, ответственных за формирование детектируемых сигналов флуоресценции при разных режимах светового возбуждения.The capture of light quanta and the transformation of electronic excitation energy in chlorophyll antenna systems are accompanied by thermal (dissipative) energy loss and fluorescence emission. It is known that characteristic fluorescence signals are determined by the state of the PS2 and PS1 reaction centers, as well as the state of the thylakoid membranes. The use of mathematical models allows for a quantitative analysis of the dynamics of the processes responsible for the formation of detectable fluorescence signals under different light excitation conditions.

Непосредственно при измерениях индукции флуоресценци (ИФ), от прибора (флюорометра) свет определенной длины волны направляется на клетки образца фитопланктона. Пигменты этих клеток поглощают энергию света с определенной эффективностью и повторно излучают свет (флуоресцируют) с различными длинами волн. Передача энергии клеткой (в виде флуоресценции) определенной длины волны позволяет количественно определить различные группы фитопланктона (обычно цианобактерии, зеленые водоросли и диатомовые водоросли), присутствующие в пробе воды.During fluorescence induction (FI) measurements, a device (fluorometer) directs light of a specific wavelength onto the cells of a phytoplankton sample. The pigments in these cells absorb light energy with a specific efficiency and re-emit light (fluoresce) at various wavelengths. The transfer of energy by the cell (as fluorescence) at a specific wavelength allows for the quantitative determination of various phytoplankton groups (usually cyanobacteria, green algae, and diatoms) present in the water sample.

Освещение светом постоянной интенсивности индуцирует в системе тилакоидных мембран процессы, переходящие в стационарное состояние в течение десятков микросекунд - сотен секунд. В исследованиях фотосинтезирующих образцов проводятся измерения кинетики флуоресценции хлорофилла в пигмент белковых комплексах тилакоидных мембран. Известные в литературе данные, по OJIP стадиям нарастания флуоресценции в условиях высокой интенсивности света, послужили основой для формирования JIP теста. Амплитуды отдельных O-J-I-P стадий нарастания ИФ, определяют эффективность преобразования энергии в комплексах ФС2 на этапах трансформации энергии. С помощью JIP теста выявляются более подробные характеристики образцов фитоценозов по сравнению с методом измерения параметров - минимальной (F₀), максимальной (F_m) интенсивностей сигналов быстрой ИФ.Illumination with light of constant intensity induces processes in the thylakoid membrane system that reach a steady state within tens of microseconds to hundreds of seconds. Studies of photosynthetic samples involve measurements of the kinetics of chlorophyll fluorescence in the pigment-protein complexes of thylakoid membranes. Available literature data on the OJIP stages of fluorescence increase under high light intensity served as the basis for the development of the JIP test. The amplitudes of individual OJIP stages of fluorescence increase determine the efficiency of energy conversion in PSII complexes at these energy transformation stages. The JIP test reveals more detailed characteristics of phytocenosis samples compared to the method of measuring parameters—minimum (F ₀ ) and maximum (F _m ) fast fluorescence signal intensities.

Известен аналог в виде Лазерного флуориметра (патент на полезную модель №157814, опубликованный 10.12.2015 Бюл. №34).An analogue is known in the form of a Laser Fluorimeter (patent for utility model No. 157814, published on 12/10/2015 Bulletin No. 34).

Лазерный флуориметр для исследования подводной среды, содержащий компьютер, оптически связанные между собой источник лазерного излучения, поворотное зеркало, эспандер, светофильтры, оптический анализатор с подводящим световодом, состоящий из последовательно соединенных полихроматора, электронно-оптического преобразователя, оптической системы передачи изображения и цифровой видеокамеры, который соединен с компьютером посредством данной цифровой видеокамеры, при этом лазерный флуориметр выполнен с двумя приемными световыми каналами, а количество поворотных зеркал и светофильтров соответствует числу приемных световых каналов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит приемные собирающие объективы, число которых соответствует данному числу приемных световых каналов, а также содержит и направляющий световой импульс и принимающий данные индуцированные световые импульсы иллюминаторы, при этом источник лазерного излучения подключен к компьютеру, а вход его луча соединен со входом эспандера, выход которого через поворотное зеркало оптически связан с иллюминатором, направляющим световой импульс в водную среду, а каждый из принимающих индуцированные световые импульсы иллюминаторов, образующих каждый отдельный приемный световой канал лазерного флуориметра, оптически последовательно связан со светофильтром и приемным собирающим объективом, причем, между иллюминатором, принимающим световой импульс, индуцированный от дна водной средой, и светофильтром встроено другое поворотное зеркало, а вход каждого из упомянутых приемных собирающих объективов посредством световода соединен с подводящим световодом оптического анализатора.A laser fluorimeter for studying an underwater environment, comprising a computer, a laser radiation source, a rotating mirror, an expander, light filters, an optical analyzer with a supply light guide, optically interconnected, consisting of a series-connected polychromator, an electron-optical converter, an optical image transmission system and a digital video camera, which is connected to the computer via this digital video camera, wherein the laser fluorimeter is made with two receiving light channels, and the number of rotating mirrors and light filters corresponds to the number of receiving light channels, characterized in that it additionally contains receiving collecting objectives, the number of which corresponds to the given number of receiving light channels, and also contains a guiding light pulse and an illuminator receiving these induced light pulses, wherein the laser radiation source is connected to the computer, and the input of its beam is connected to the input of the expander, the output of which is optically connected through the rotating mirror to the illuminator directing the light pulse into the aquatic environment, and each of the receiving induced light pulses The illuminators that form each individual receiving light channel of the laser fluorimeter are optically sequentially connected to a light filter and a receiving collecting lens, wherein another rotating mirror is built in between the illuminator that receives the light pulse induced from the bottom by the aquatic environment and the light filter, and the input of each of the aforementioned receiving collecting lenses is connected via a light guide to the supply light guide of the optical analyzer.

Основным недостатком аналога является то, что аналог не предназначен для использования в режиме 24/7 онлайн водного объекта, находясь в стационарном режиме. Также постоянное нахождение аналога в агрессивной среде может значительно снизить срок эксплуатации аналога и значительно сужает его область применения.The main drawback of the analog is that it is not designed for 24/7 online use at a water body, as it is stationary. Also, constant exposure to an aggressive environment can significantly reduce its service life and significantly limit its scope of application.

Также наличие элементов, погружаемых в воду не позволяет проводить более точные исследования долгое время, так как налипание грязи на чувствительные элементы пагубно сказывается на точности измерений.Also, the presence of elements immersed in water does not allow for more precise research over a long period of time, since dirt adhering to sensitive elements has a detrimental effect on the accuracy of measurements.

Другим аналогом является техническое решение в виде Флуориметра (патент на полезную модель №218148, опубликованный 12.05.2023 Бюл. №14).)Another analogue is a technical solution in the form of a Fluorimeter (patent for utility model No. 218148, published on 12.05.2023 Bulletin No. 14).

Флуориметр, состоящий из корпуса, в котором располагается кювета, с двух сторон от которой диаметрально противоположно расположены светодиоды, источники тока, светофильтры, коллиматоры, а перпендикулярно линии светодиодов расположен фотодиод с усилителем постоянного тока и коротковолновым граничным светофильтром, а также в корпусе расположена плата сигнального процессора, содержащая микроконтроллер, к которому подключён универсальный последовательный приёмопередатчик, соединённый через микросхему защиты от статического электричества с внешним разъёмом, отличающийся тем, что диаметрально противоположно фотодиоду расположен фотоэлектронный умножитель с усилителем постоянного тока, коротковолновым граничным светофильтром и высоковольтным делителем напряжения, плата сигнального процессора содержит резистивный сумматор, соединённый с усилителями постоянного тока и аналого-цифровым преобразователем, который соединён с микроконтроллером, при этом кювета имеет объём не менее 20 мл и является стационарной, установленной в корпусе через уплотнительное кольцо, под кюветой расположена магнитная мешалка, подключённая через понижающий импульсный преобразователь напряжения к микроконтроллеру, каждый усилитель постоянного тока выполнен малошумящим с каскадом, светодиоды имеют тепловое сопротивление кристалл-подложка около 2 К/Вт и смонтированы на радиаторах, каждый источник тока управляется напряжением, полученным от формирователя образцовых импульсов напряжения, который со светодиодом и источником тока защищены электростатическим экраном, а высоковольтный делитель напряжения подключён в свою очередь к источнику постоянного высокого напряжения и микроконтроллеру.A fluorimeter consisting of a housing in which a cuvette is located, on both sides of which, diametrically opposite, are located light-emitting diodes, current sources, light filters, collimators, and a photodiode with a constant current amplifier and a short-wave boundary light filter is located perpendicular to the line of light-emitting diodes, and a signal processor board is located in the housing, containing a microcontroller, to which a universal serial transceiver is connected, connected through a microcircuit for protection against static electricity with an external connector, characterized in that a photomultiplier with a constant current amplifier, a short-wave boundary light filter and a high-voltage voltage divider is located diametrically opposite the photodiode, the signal processor board contains a resistive adder connected to constant current amplifiers and an analog-to-digital converter, which is connected to the microcontroller, while the cuvette has a volume of at least 20 ml and is stationary, installed in the housing through a sealing ring, A magnetic stirrer is located under the cuvette, connected via a step-down pulse voltage converter to a microcontroller, each DC amplifier is low-noise with a cascade, the LEDs have a crystal-to-substrate thermal resistance of about 2 K/W and are mounted on radiators, each current source is controlled by the voltage obtained from a voltage reference pulse generator, which, together with the LED and the current source, is protected by an electrostatic screen, and the high-voltage voltage divider is in turn connected to a DC high-voltage source and a microcontroller.

Основным недостатком данного аналога является отсутствие возможности исключения воздействие агрессивной среды на внутренний элементы, в том числе попадания воды.The main disadvantage of this analogue is the inability to exclude the impact of an aggressive environment on the internal elements, including water ingress.

Это значительно снизит эксплуатационные характеристики и снизит срок эксплуатации аналога.This will significantly reduce the performance characteristics and shorten the service life of the analogue.

Из уровня техники известен ближайший аналог, выполненный в виде портативного флуориметра (патент на полезную модель №201361, опубликованный 11.12.2020 Бюл. №35).The closest analogue known from the prior art is a portable fluorimeter (patent for utility model No. 201361, published on 12/11/2020, Bulletin No. 35).

Техническое решение реализовывается за счет того, что портативный флуориметр содержит: эргономичный пластиковый корпус, блок приема/передачи данных через USB-порт и контроллером зарядки/разрядки внутренней аккумуляторной батареи, внутреннюю аккумуляторную батарею, модуль беспроводного приема/передачи данных, блок управления флуориметром, органы управления, блок контроллера с преобразователем измерительного сигнала с ЖК-дисплеем, измерительный блок, крепление крышки измерительного отсека с механизмом плавного открытия/закрытия, крышка измерительного отсека, измерительный отсек с кюветой, механизм фиксации крышки измерительного отсека с кнопкой.The technical solution is implemented due to the fact that the portable fluorimeter contains: an ergonomic plastic case, a data reception/transmission unit via a USB port and a controller for charging/discharging an internal battery, an internal battery, a wireless data reception/transmission module, a fluorimeter control unit, controls, a controller unit with a measuring signal converter with an LCD display, a measuring unit, a fastening of the measuring compartment cover with a smooth opening/closing mechanism, a measuring compartment cover, a measuring compartment with a cuvette, a mechanism for fixing the measuring compartment cover with a button.

Технический результат заключается в повышении чувствительности при измерении малых концентраций флуоресценции хлорофилла-А в водной среде, как прижизненной формы, так и фиксированной в ацетоне.The technical result consists in increasing the sensitivity when measuring low concentrations of chlorophyll-A fluorescence in an aquatic environment, both in the living form and fixed in acetone.

Основными недостатками ближайшего аналога является отсутствие возможности применять его в режиме 24/7 онлайн при присоединении к измерительной кювете проточного типа, через которую непрерывно протекает жидкость. Также отсутствуют система фиксации положения флуориметра и системы крепления измерительной кюветы, предназначенные для стационарного режима работы в условиях непрерывного движения и исследования жидкости. Сменные измерительные кюветы обладают ограниченным количеством жидкости и позволяют производить измерения единоразово, что значительно осложняет работу на труднодоступных объектах.The main drawbacks of the closest analogue are the inability to use it 24/7 online when connected to a flow-through measuring cuvette through which liquid flows continuously. There is also no system for fixing the fluorimeter's position or for securing the measuring cuvette, which would be suitable for stationary operation under conditions of continuous fluid flow and analysis. Replaceable measuring cuvettes have a limited capacity and only allow one-time measurements, significantly complicating work on hard-to-reach objects.

Таким образом эксплуатационные характеристик значительно ниже в условиях применения в стационарном режиме.Thus, the performance characteristics are significantly lower under stationary operating conditions.

Задача заявленного технического решения заключается в устранении недостатков известных из уровня техники аналогов и ближайшего аналога (прототипа). Техническим результатом полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The objective of the claimed technical solution is to eliminate the shortcomings of prior art analogs and their closest analog (prototype). The technical result of the utility model is to improve the operational characteristics of the fluorimeter without compromising its efficiency in steady-state measurement mode.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Флуориметр, содержащий корпус, блок приема-передачи данных, блок управления, измерительный блок, отличающийся тем, что содержит герметичный корпус, содержащий систему крепления измерительной кюветы, при этом измерительный блок содержит импульсный оптический источник, направленный на измерительную кювету, при этом измерительный блок содержит фотоприемник, при этом импульсный оптический источник и фотоприемник направлены к друг другу под углом 90 градусов, при этом герметичный корпус содержит систему фиксации положения флуориметра.A fluorimeter comprising a housing, a data receiving and transmitting unit, a control unit, a measuring unit, characterized in that it comprises a sealed housing containing a system for fastening a measuring cuvette, wherein the measuring unit contains a pulsed optical source directed at the measuring cuvette, wherein the measuring unit contains a photodetector, wherein the pulsed optical source and the photodetector are directed to each other at an angle of 90 degrees, wherein the sealed housing contains a system for fixing the position of the fluorimeter.

При этом герметичный корпус содержит ребро жесткости.In this case, the sealed housing contains a stiffening rib.

При этом содержит уплотнитель.It also contains a sealant.

При этом фотоприемник содержит фильтр.In this case, the photodetector contains a filter.

При этом центр измерительной кюветы располагается в точке пересечения векторов направления оптического источника и фотоприемника.In this case, the center of the measuring cell is located at the intersection point of the direction vectors of the optical source and photodetector.

При этом герметичный корпус выполнен из нержавеющего материала.The sealed housing is made of stainless steel.

При этом флуориметр содержит водостойкий блок питания электричеством.The fluorimeter also contains a waterproof power supply.

При этом импульсный оптический источник содержит светосильный двухлинзовый объектив.In this case, the pulsed optical source contains a high-aperture two-lens objective.

При этом импульсный оптический источник содержит светодиод.In this case, the pulsed optical source contains a LED.

При этом импульсный оптический источник содержит граничный фильтр.In this case, the pulsed optical source contains a boundary filter.

При этом импульсный оптический источник содержит линзу.In this case, the pulsed optical source contains a lens.

Полезная модель характеризуется чертежами:The utility model is characterized by the following drawings:

На Фиг. 1 показан один из вариантов исполнения технического решения, в виде флуориметра с измерительной кюветой.Fig. 1 shows one of the embodiments of the technical solution, in the form of a fluorimeter with a measuring cuvette.

На Фиг. 2 показан один из вариантов исполнения технического решения, в виде флуориметра.Fig. 2 shows one of the embodiments of the technical solution, in the form of a fluorimeter.

Где:Where:

1 - Герметичный корпус1 - Sealed housing

2 - Измерительная кювета2 - Measuring cell

3 - Импульсный оптический источник3 - Pulsed optical source

4 - Фотоприемник4 - Photodetector

5 - Система фиксации положения флуориметра.5 - Fluorimeter position fixing system.

6 - Водостойкий блок питания электричеством.6 - Waterproof power supply.

7 - Блок приема-передачи данных.7 - Data transmission and reception unit.

Флуориметр представляет собой прибор, обеспечивающий измерения параметров флуоресценции видимого спектра: ее интенсивности и распределения спектра излучения по длинам волн после возбуждения определенным спектром света, предназначенный для регистрации флуоресценции хлорофилла с целью анализа состояния природного фитопланктона.A fluorimeter is a device that measures the parameters of visible spectrum fluorescence: its intensity and the distribution of the emission spectrum by wavelength after excitation by a specific light spectrum, designed to record chlorophyll fluorescence for the purpose of analyzing the state of natural phytoplankton.

Флуориметр содержит герметичный корпус (1). Герметичный корпус (1) выполнен из твердого материала, не пропускающего воду.The fluorimeter contains a sealed housing (1). The sealed housing (1) is made of a hard, water-resistant material.

При этом герметичный корпус (1) выполнен из нержавеющего материала.The sealed housing (1) is made of stainless steel.

Выполнение герметичного корпуса из материала, устойчивого к неблагоприятным условиям и нахождения флуориметра в условиях повышенной влажности позволяет значительно увеличить срок эксплуатации флуориметра, тем самым обеспечить повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The use of a sealed housing made of a material resistant to adverse conditions and the presence of the fluorimeter in high humidity conditions allows for a significant increase in the service life of the fluorimeter, thereby ensuring improved performance characteristics without loss of efficiency in the stationary measurement mode.

Именно расположение флуориметра в стационарном режиме и его работа 24/7 в режиме онлайн может являться критическим фактором для разрушения герметичного корпуса (1) и внутренних элементов флуориметра.It is the location of the fluorimeter in stationary mode and its 24/7 operation in online mode that can be a critical factor for the destruction of the sealed housing (1) and the internal elements of the fluorimeter.

Для этого герметичный корпус (1) обладает свойствами защищать внутренний элементы от попадания влаги, а также обеспечивает защиту от механических повреждения.For this purpose, the sealed housing (1) has the properties to protect the internal elements from moisture ingress, and also provides protection from mechanical damage.

При этом герметичный корпус (1) содержит уплотнитель.In this case, the sealed housing (1) contains a seal.

Уплотнитель предназначен для обеспечения устойчивости к проникновению воды или иных агрессивных компонентов.The seal is designed to provide resistance to penetration of water or other aggressive components.

Также уплотнитель обеспечивает возможность применения флуориметра в различных климатических условиях и режимах, что значительно увеличивает географию использования флуориметра и обеспечить повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The seal also allows the fluorimeter to be used in various climatic conditions and modes, which significantly increases the fluorimeter's geographic range of use and ensures improved performance characteristics without loss of efficiency in stationary measurement mode.

При этом герметичный корпус (1) содержит ребро жесткости. Ребро жесткости обеспечивает защиту внутренних элементов флуориметра при воздействии механических напряженностей на герметичный корпус (1).The sealed housing (1) contains a stiffening rib. The stiffening rib protects the fluorimeter's internal components when exposed to mechanical stress on the sealed housing (1).

Также ребро жесткости обеспечивает фиксацию расположения импульсного оптического источника (3) и фотоприемника (4), что значительно увеличивает точность получения данных, а в следствие обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The stiffening rib also ensures that the location of the pulsed optical source (3) and the photodetector (4) is fixed, which significantly increases the accuracy of data acquisition and, as a result, improves operational characteristics without loss of efficiency of the fluorimeter in the stationary measurement mode.

Точность измерения флуориметра не будет изменена даже в случаях применения в регионах в повышенной сейсмической активностью.The measurement accuracy of the fluorimeter will not change even when used in regions with increased seismic activity.

Также герметичный корпус (1) содержит систему фиксации положения флуориметра (5). Система фиксации положения флуориметра (5) предназначена для осуществления прочного разъёмного соединения герметичного корпуса (1) с элементом поверхности, на которой необходимо закрепить флуориметр. Такой тип крепления позволяет производить мероприятия по обслуживанию, калибровке, ремонту или замене флуориметра. Также Система фиксации положения флуориметра (5) обеспечивает надежное крепление к любой твердой поверхности в любом положении флуориметра в пространстве (вертикально, горизонтально и так далее).The sealed housing (1) also contains a fluorimeter position locking system (5). The fluorimeter position locking system (5) is designed to provide a secure, detachable connection between the sealed housing (1) and the surface element to which the fluorimeter is to be mounted. This type of mounting allows for maintenance, calibration, repair, or replacement of the fluorimeter. The fluorimeter position locking system (5) also ensures secure attachment to any solid surface in any spatial position (vertical, horizontal, etc.).

Наличие системы фиксации положения флуориметра (5) позволяет прочно закрепить флуориметр на поверхности, что значительно увеличивает качество получаемой информации, при этом снижает риск повреждения флуориметра, что обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The presence of a system for fixing the position of the fluorimeter (5) allows the fluorimeter to be securely attached to the surface, which significantly increases the quality of the information obtained, while reducing the risk of damage to the fluorimeter, which ensures improved performance characteristics without loss of efficiency of the fluorimeter in stationary measurement mode.

Для обеспечения сопряжения флуориметра с измерительной кюветой (2), предназначенной для транспортировки жидкости, герметичный корпус (1) содержит систему крепления измерительной кюветы.To ensure the coupling of the fluorimeter with the measuring cuvette (2), intended for transporting liquid, the sealed housing (1) contains a system for fastening the measuring cuvette.

Система крепления измерительной кюветы предназначена для обеспечения надежного разъёмного соединения измерительной кюветы (2) и герметичного корпуса (1).The measuring cell fastening system is designed to ensure a reliable detachable connection between the measuring cell (2) and the sealed housing (1).

Система крепления измерительной кюветы выполнена с возможностью точной установки измерительной кюветы (2) перпендикулярно плоскости герметичного корпуса (1), причем центр сечения измерительной кюветы (2) должен совпадать с сточкой пересечения лучей, направленных из импульсного оптического источника (3) и фотоприемника (4).The system for fastening the measuring cuvette is designed with the possibility of precisely installing the measuring cuvette (2) perpendicular to the plane of the sealed housing (1), and the center of the cross-section of the measuring cuvette (2) must coincide with the point of intersection of the rays directed from the pulsed optical source (3) and the photodetector (4).

При этом измерительная кювета может быть выполнена из прозрачного материала.In this case, the measuring cuvette can be made of a transparent material.

Система крепления измерительной кюветы обеспечивает повышение точности данных, полученных от флуориметра, значительно увеличивает срок эксплуатации флуориметра, за счет отсутствия движущихся элементов, ослабляющих конструкции. Герметичного корпуса, а в следствие обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The cuvette mounting system improves the accuracy of data obtained from the fluorimeter and significantly extends its service life due to the absence of moving parts that weaken the structure. The sealed housing ensures improved performance without compromising the fluorimeter's efficiency in stationary measurement mode.

Флуориметр содержит блок приема-передачи данных (7).The fluorimeter contains a data receiving and transmitting unit (7).

Блок приема-передачи данных (7) предназначен для получения данных от внешнего источника и передачи данных на внешний источник.The data receiving and transmitting unit (7) is designed to receive data from an external source and transmit data to an external source.

В случае стационарного режима работы флуориметра и обеспечения его режима работы 24/7 онлайн, блок приема-передачи данных (7) обеспечивает бесперебойный обмен данными, при этом исключая физическое воздействие с флуориметром, что значительно увеличивает качество производимых измерений.In the case of a stationary mode of operation of the fluorimeter and ensuring its 24/7 online operation, the data receiving and transmitting unit (7) ensures uninterrupted data exchange, while eliminating physical impact on the fluorimeter, which significantly increases the quality of the measurements performed.

Отсутствие необходимости постоянного вмешательства в работу флуориметра обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The absence of the need for constant intervention in the operation of the fluorimeter ensures an increase in operational characteristics without loss of efficiency of the fluorimeter in the stationary measurement mode.

Флуориметр содержит водостойкий блок питания электричеством (6).The fluorimeter contains a waterproof electrical power supply (6).

Водостойкий блок питания электричеством (6) предназначен для обеспечение флуориметра электроэнергией, необходимой для работы.The waterproof power supply unit (6) is designed to provide the fluorimeter with the electrical power necessary for operation.

Ввиду того, что флуориметра предназначен для работы в режиме 24/7 онлайн, а также в агрессивных средах, в том числе с повышенным содержанием влаги, подача электропитания оборудована защитой от влаги.Since the fluorimeter is designed for 24/7 online operation, as well as in aggressive environments, including those with high moisture content, the power supply is equipped with moisture protection.

Герметичный корпус (1) содержит отверстие для подключения к водостойкому блоку питания электричеством (6).The sealed housing (1) contains an opening for connection to a waterproof power supply unit (6).

Отверстие для подключения к водостойкому блоку питания электричеством (6) оборудовано уплотнителем.The hole for connection to the waterproof power supply unit (6) is equipped with a seal.

Возможность бесперебойно получать электроэнергию и защита от агрессивной среды значительно увеличивают срок эксплуатации флуориметра, а также обеспечивают повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The ability to continuously receive electrical power and protection from aggressive environments significantly increases the service life of the fluorimeter, and also ensures improved performance characteristics without loss of efficiency in stationary measurement mode.

Также флуориметр содержит блок управления.The fluorimeter also contains a control unit.

Блок управления предназначен для дистанционного управления флуориметром, позволяя проводить настройку получаемой информации, делая измерения более точными.The control unit is designed for remote control of the fluorimeter, allowing you to customize the information received, making measurements more accurate.

При этом флуориметр содержит измерительный блок.The fluorimeter contains a measuring unit.

Измерительный блок предназначен для осуществления измерений и получению входящего сигнала, измененного посредством прохождения через измерительную кювету (2).The measuring unit is designed to carry out measurements and receive an input signal modified by passing through a measuring cell (2).

При этом измерительный блок содержит импульсный оптический источник (3), направленный на измерительную кювету (2).In this case, the measuring unit contains a pulsed optical source (3) directed towards the measuring cell (2).

При этом измерительный блок содержит фотоприемник (4), направленный на измерительную кювету (2).In this case, the measuring unit contains a photodetector (4) directed towards the measuring cell (2).

При этом импульсный оптический источник (3) и фотоприемник (4) направлены к друг другу под углом 90 градусов.In this case, the pulsed optical source (3) and the photodetector (4) are directed to each other at an angle of 90 degrees.

При этом центр измерительной кюветы (2) располагается в точке пересечения векторов направления оптического источника (3) и фотоприемника (4).In this case, the center of the measuring cell (2) is located at the intersection point of the direction vectors of the optical source (3) and the photodetector (4).

Импульсный оптический источник (3) предназначен для излучения сигнала, который проходит через измерительную кювету (2).The pulsed optical source (3) is designed to emit a signal that passes through the measuring cell (2).

При этом импульсный оптический источник (3) содержит светодиод.In this case, the pulse optical source (3) contains a light-emitting diode.

Импульсный оптический источник (3) содержит линзу.The pulsed optical source (3) contains a lens.

Линза импульсный оптического источника (3) выполнена в виде светосильного двухлинзового объектива.The lens of the pulse optical source (3) is made in the form of a high-aperture two-lens objective.

Линза предназначена для сбора светового потока от светодиода и формирования светового возбуждающего пучка с необходимой плотностью потока квантов.The lens is designed to collect the light flux from the LED and form a light excitation beam with the required quantum flux density.

Перед измерительной кюветой (2) со стороны светодиода установлен граничный фильтр для подавления длинноволновых компонент в спектре излучения светодиода.In front of the measuring cell (2) on the LED side, a boundary filter is installed to suppress long-wave components in the LED emission spectrum.

Импульсный оптический источник (3) обеспечивает излучение сигнала, который предварительно настроен таким образом, чтобы его считывал фотоприемник (4), что обеспечивает осуществление высокоточного измерения показателей и позволяет производить детектирование малейшего изменения состава жидкости в измерительной кювете (2).The pulsed optical source (3) provides the emission of a signal that is pre-configured in such a way that it can be read by a photodetector (4), which ensures the implementation of highly accurate measurement of the parameters and allows the detection of the slightest change in the composition of the liquid in the measuring cuvette (2).

При этом фотоприемник (4) содержит фильтр.In this case, the photodetector (4) contains a filter.

Фильтр фотоприемника (4) выполнен в виде светофильтр, предназначенного для подавления рассеянного возбуждающего света и пропускания полезного сигнала флуоресценции хлорофилла.The photodetector filter (4) is designed as a light filter intended to suppress scattered excitation light and transmit the useful chlorophyll fluorescence signal.

Наличие ограничений нежелательного сигнала на выходе из импульсного оптического источника (3) и на входе в фотоприемник (4) позволяет значительно увеличить качество измерений, особенное, если флуориметр используется в режиме 24/7 онлайн.The presence of unwanted signal limitations at the output of the pulsed optical source (3) and at the input of the photodetector (4) allows for a significant increase in the quality of measurements, especially if the fluorimeter is used in 24/7 online mode.

При этом импульсный оптический источник (3) выполнен с возможностью защиты от попадания влаги и других агрессивных сред.In this case, the pulsed optical source (3) is designed with the ability to protect against moisture and other aggressive environments.

При этом фотоприемник (4) выполнен с возможностью защиты от попадания влаги и других агрессивных сред.In this case, the photodetector (4) is designed to be protected from moisture and other aggressive environments.

Пример выполнения технического решения в виде флуориметра.An example of the implementation of a technical solution in the form of a fluorimeter.

Заявленное техническое решение в качестве патента на полезную модель было выполнение ООО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПРОГРЕССИВНОЙ АКВАКУЛЬТУРЫ» в виде флуориметра.The technical solution claimed as a patent for a utility model was implemented by the Research Center for Progressive Aquaculture LLC in the form of a fluorimeter.

Флуориметр, содержащий герметичный корпус, выполненный из нержавеющей стали, содержащий уплотнитель.A fluorimeter containing a sealed housing made of stainless steel containing a seal.

При этом герметичный корпус содержал во внутренней части герметичного корпуса ребро жесткости.In this case, the sealed housing contained a stiffening rib in the inner part of the sealed housing.

Флуориметр содержал блок приема-передачи данных, блок управления, измерительный блок.The fluorimeter contained a data receiving and transmitting unit, a control unit, and a measuring unit.

Герметичный корпус содержал систему крепления измерительной кюветы, выполненную в виде затяжного хомута из нержавеющего материала с возможностью регулирования расположения измерительной кюветы в горизонтальной плоскости.The sealed housing contained a system for fastening the measuring cuvette, made in the form of a tightening clamp made of stainless material with the ability to adjust the position of the measuring cuvette in the horizontal plane.

При этом герметичный корпус был выполнен с возможностью крепления его к шкафу комплекса цифрового мониторинга, созданного ООО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПРОГРЕССИВНОЙ АКВАКУЛЬТУРЫ». Крепление осуществлялось за счет системы фиксации положения флуориметра.The sealed housing was designed to be attached to the cabinet of the digital monitoring system developed by the Research Center for Progressive Aquaculture, LLC. The mounting was accomplished using a fluorometer locking system.

Флуориметр был расположен в нижней части шкафа комплекса цифрового мониторинга в горизонтальном положении, при этом измерительная кювета располагалась вертикально., относительно флуориметра.The fluorimeter was located in the lower part of the digital monitoring complex cabinet in a horizontal position, while the measuring cuvette was located vertically relative to the fluorimeter.

При этом измерительный блок содержал импульсный оптический источник, направленный на измерительную кювету.In this case, the measuring unit contained a pulsed optical source directed at the measuring cell.

При этом измерительный блок содержал фотоприемник, направленный на измерительную кювету.In this case, the measuring unit contained a photodetector directed towards the measuring cell.

При этом импульсный оптический источник и фотоприемник были направлены к друг другу под углом 90 градусов.In this case, the pulsed optical source and photodetector were directed to each other at an angle of 90 degrees.

При этом центр измерительной кюветы располагался в точке пересечения векторов направления оптического источника и фотоприемника.In this case, the center of the measuring cell was located at the intersection point of the direction vectors of the optical source and photodetector.

При этом фотоприемник содержал светофильтр.The photodetector also contained a light filter.

При этом импульсный оптический источник содержал светосильный двухлинзовый объектив.In this case, the pulsed optical source contained a high-aperture two-lens objective.

При этом импульсный оптический источник содержал светодиод.In this case, the pulsed optical source contained a LED.

При этом импульсный оптический источник содержал граничный фильтр, предназначенный для подавления длинноволновых компонент в спектре излучения светодиода.In this case, the pulsed optical source contained a boundary filter designed to suppress long-wave components in the LED emission spectrum.

При этом импульсный оптический источник содержал линзу.In this case, the pulsed optical source contained a lens.

Места соединения импульсного оптического источника и фотоприемника с герметичными корпусом были дополнительно оборудованы уплотнителями для обеспечения наибольшей защиты от попадания влаги внутрь герметичного корпуса.The connection points of the pulsed optical source and photodetector with the sealed housing were additionally equipped with seals to ensure maximum protection against moisture ingress into the sealed housing.

Совокупность представленных признаков обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик без потери эффективности работы флуориметра в стационарном режиме измерений.The combination of the presented features ensures an increase in operational characteristics without loss of efficiency of the fluorimeter in the stationary measurement mode.

Claims

1. A fluorimeter comprising a housing, a data receiving and transmitting unit, a control unit, a measuring unit, characterized in that the housing is sealed and made of a stainless material, wherein said sealed housing contains a stiffening rib, a seal, a system for fastening a measuring cuvette and a system for fixing the position of the fluorimeter, the measuring unit contains a pulsed optical source directed at the measuring cuvette, and a photodetector, wherein the pulsed optical source and the photodetector are directed to each other at an angle of 90 degrees.

2. A fluorimeter according to paragraph 1, characterized in that the center of the measuring cuvette is located at the point of intersection of the direction vectors of the optical source and the photodetector.

3. A fluorimeter according to claim 1, characterized in that the photodetector contains a filter.

4. A fluorimeter according to paragraph 1, characterized in that the pulsed optical source contains a high-aperture two-lens objective.

5. A fluorimeter according to claim 1, characterized in that the pulsed optical source contains a light-emitting diode.

6. A fluorimeter according to claim 1, characterized in that the pulsed optical source contains a boundary filter.

7. A fluorimeter according to claim 1, characterized in that the pulsed optical source contains a lens.