專利名稱：禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，利用電渦流位移傳感器、放大器和多通道振動(dòng)分析儀等設(shè)計(jì)而成。本發(fā)明通過對(duì)孵化期活體 禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)的提取，在完全不影響禽蛋發(fā)育的情況下，完成了孵化期禽蛋胚胎發(fā)育 的全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)孵化器內(nèi)發(fā)育中的禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)減弱或出現(xiàn)異常情況，本發(fā)明 會(huì)將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入孵化器的控制系統(tǒng)，并對(duì)其工作參數(shù)作相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速隱患及故 障排除，使之恢復(fù)正常，避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)明對(duì)研究種蛋的發(fā)育過 程、增加家禽的孵化率、選種以及提高禽蛋在生物制藥生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，值得推 廣，屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明源于生物制藥生產(chǎn)中病毒胚胎培養(yǎng)技術(shù)的研究，圍繞如何實(shí)現(xiàn)對(duì)注毒后禽 蛋胚胎活體的辨識(shí)而展開的。由于禽蛋胚胎的先天因素和后天發(fā)育情況不同，注毒后禽蛋 胚胎有相當(dāng)一部分會(huì)經(jīng)不起毒素的侵?jǐn)_，在注毒后的培養(yǎng)中相繼死亡。如果不及時(shí)將死掉 的和病弱的胚胎分離出去，該類胚胎會(huì)污染其它正常發(fā)育的活體禽蛋胚胎，造成大量的胚 胎死亡。在收獲階段，如果死亡的胚胎沒有及時(shí)分離出去，將嚴(yán)重污染生物制劑中藥品的質(zhì) 量，后果不堪設(shè)想。為了實(shí)現(xiàn)孵化器中禽蛋胚胎的自動(dòng)檢測(cè)(抽樣檢測(cè))，將本發(fā)明與現(xiàn)有 的大型孵化器集成，在完全不影響禽蛋發(fā)育的情況下，完成對(duì)禽蛋胚胎發(fā)育全過程的監(jiān)測(cè) 控制。如果注毒后禽蛋胚胎在培養(yǎng)中信號(hào)出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)會(huì)立即檢查孵化器(或人工 檢查)，對(duì)其工作參數(shù)作相應(yīng)的調(diào)整，并啟動(dòng)其它工序及時(shí)將死亡和病弱的胚胎分離出去， 使之恢復(fù)正常，避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失。目前，國內(nèi)外對(duì)于禽蛋胚胎培養(yǎng)技術(shù)研究的比較多，檢測(cè)方法主要有 ACG (acoustocardiogram)、BCG (ballistocardiogram)、ECG (electrocardiogram)禾口 ICG (impedance-cardiogram)四種方法。其中ECG和ICG方法則是在蛋殼上打孔再插入電 極來測(cè)量禽蛋胚胎活體的特征信號(hào)，由于電極插入胚胎內(nèi)部比較深，這種方法會(huì)損壞胚胎 的生理結(jié)構(gòu)，測(cè)試完成后，被測(cè)禽蛋胚胎會(huì)停止發(fā)育，是一種侵入測(cè)量方法，無法滿足孵化 行業(yè)的生產(chǎn)需要。而ACG和BCG的方法是一種非侵入測(cè)量方法，其中ACG方法是通過測(cè)量 孵化期的活體禽蛋胚胎發(fā)出的聲音信號(hào)，將禽蛋放入密閉容器中直接進(jìn)行測(cè)量；而BCG方 法是測(cè)量孵化期的活體胚胎的胎動(dòng)信號(hào)，是將磁鐵粘帖在禽蛋殼上，通過固定的電磁線圈 將磁鐵的微小運(yùn)動(dòng)變成感應(yīng)電流來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。它們所提取的信號(hào)都特別微弱，對(duì)測(cè)試環(huán) 境有非常嚴(yán)格要求。目前在生產(chǎn)中大都采用光源照蛋方法，雖然簡便易行，但不能及時(shí)準(zhǔn)確 地對(duì)活體胚胎進(jìn)行識(shí)別，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，誤判率較高。本發(fā)明基于流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，提出了一種全新的半侵入法測(cè) 量孵化中禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)，并設(shè)計(jì)了一套能提取該信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本方法在完全不損 壞禽蛋發(fā)育的前提下，通過電渦流傳感器收集胚胎的胎動(dòng)信號(hào)，然后通過放大器將信號(hào)放 大，輸入到多通道振動(dòng)分析儀進(jìn)行分析，最后通過計(jì)算機(jī)顯示所得禽蛋胚胎胎動(dòng)曲線，并將測(cè)量分析值輸入給孵化器控制系統(tǒng)，讓孵化器的控制系統(tǒng)調(diào)整工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)測(cè)控制，也可人為干預(yù)實(shí)施手動(dòng)控制。與傳統(tǒng)方法相比，該方法信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠易行， 既可用于禽蛋孵化過程的在線監(jiān)測(cè)與控制，也可用于研究禽蛋的發(fā)育、育種、生物制藥等生 產(chǎn)過程。

發(fā)明內(nèi)容
活體禽蛋胚胎與死亡胚胎的差別主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面1)活體禽蛋胚胎的 心臟在有規(guī)律的跳動(dòng)；2)活體禽蛋胚胎肌肉存在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)；3)活體禽蛋胚胎在和外界進(jìn)行 一定的氣體交換。由于禽蛋胚胎在孵化過程中，活體的特征信號(hào)都比較微弱，而蛋殼的剛度 比較大，透過蛋殼能傳出來的信號(hào)就更弱了，加上環(huán)境的影響，很難測(cè)量。因此，采用何種方 法來準(zhǔn)確采集被測(cè)信號(hào)，是本發(fā)明研究的關(guān)鍵問題之一。半侵入法發(fā)明原理如圖1所示，根據(jù)流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，注射 器活塞的微小位移，會(huì)使透明針頭處的液位發(fā)生很大變化，在不考慮液體可壓縮性的情況 下，位移放大倍數(shù)是注射器活塞面積與針頭面積之比。在孵化器里對(duì)孵化過程中胚胎進(jìn)行在線檢測(cè)時(shí)，可以同時(shí)抽取多個(gè)樣品進(jìn)行檢 測(cè)，并用針頭在每個(gè)樣品氣室的頂部打上小孔(孔深不能破壞禽蛋內(nèi)膜)，具體見禽蛋胚胎 的結(jié)構(gòu)圖2(在生物制約中，如果是對(duì)注毒后的禽蛋胚胎進(jìn)一步孵化，這里可利用注毒時(shí)禽 蛋胚胎頂部留下的針孔)，并根據(jù)發(fā)明原理圖1在禽蛋氣室頂部的小孔處貼上很薄的鋁箔， 具體見圖3。由于禽蛋胎動(dòng)而引起內(nèi)膜的微小運(yùn)動(dòng)，當(dāng)不考慮氣室內(nèi)氣體的可壓縮性，其頂 部小孔處的鋁箔會(huì)產(chǎn)生幅值較大的振動(dòng)。理論上講，其振幅的放大倍數(shù)等于禽蛋內(nèi)膜的面 積與針孔的面積之比(實(shí)際氣體有一定的壓縮性，放大的幅值比理想的小點(diǎn))。再利用電 渦流傳感器將放大的鋁箔振動(dòng)信號(hào)測(cè)量出來，把對(duì)胚胎內(nèi)部振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)，間接地轉(zhuǎn)移 為對(duì)胚胎氣室頂部小孔處鋁箔位移的檢測(cè)。如果是死胚胎，就沒有振動(dòng)信號(hào)；如果是弱病胚 胎，則該信號(hào)就比較微弱。最后根據(jù)需要，將這些弱病、死胚胎剔除出來。隔振墊的設(shè)計(jì)制作為了減少環(huán)境振動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，這里所用的自制隔振 墊主要由兩個(gè)20mm海綿墊中間夾一層2mm厚粘彈性材料組成，結(jié)合面用粘結(jié)劑粘接而成， 其作用是阻斷環(huán)境振動(dòng)向禽蛋胚胎的傳遞，以便減小測(cè)試誤差，提高實(shí)驗(yàn)精度。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理見圖4，經(jīng)禽蛋氣 室頂部小孔放大的胎動(dòng)信號(hào)，通過使用電渦流位移傳感器采集并放大后，直接輸入多通道 振動(dòng)分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，由計(jì)算機(jī)直接顯示測(cè)試曲線，并將該結(jié)果作為反饋直接接 入孵化器控制系統(tǒng)，對(duì)出現(xiàn)的異常信號(hào)采用調(diào)整工作參數(shù)等方法，使禽蛋胚胎實(shí)現(xiàn)正常發(fā) 育。必要時(shí)也可采用人工干預(yù)，手動(dòng)對(duì)孵化器控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，避免不必要的損失。與孵化器的集成由于現(xiàn)有的孵化器容量比較大，有的一次可孵化幾十萬只禽蛋， 所以不可能同時(shí)對(duì)這些禽蛋進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。為了使測(cè)量的數(shù)據(jù)具有一定的代表性，可在孵 化器的不同部位均勻的設(shè)置多個(gè)這樣的傳感器，將振動(dòng)分析儀改成多通道分析系統(tǒng)，可同 時(shí)對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。如有異常情況，需對(duì)孵化器及時(shí)進(jìn)行檢查，排除影響禽蛋 胚胎發(fā)育的不利因素，避免引起重大經(jīng)濟(jì)損失。利用本發(fā)明，可以達(dá)到對(duì)禽蛋胚胎培養(yǎng)過程 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的，有效地提高禽蛋胚胎孵化率，促進(jìn)家禽行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的發(fā)展。


圖1流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程實(shí)驗(yàn)演示；圖2禽蛋胚胎結(jié)構(gòu)；圖3帶小孔的和粘帖了鋁箔的雞蛋；圖4禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理圖；圖5禽蛋信號(hào)提取裝置；圖6多通道振動(dòng)分析儀；圖7測(cè)試結(jié)果比較(a)體弱活體禽蛋胚胎的測(cè)試曲線；(b)健壯活體禽蛋胚胎的測(cè)試曲線；(c)死亡禽蛋胚胎的測(cè)試曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，利用位移傳感器間接采集禽蛋 胚胎的胎動(dòng)信號(hào)，達(dá)到對(duì)禽蛋胚胎培養(yǎng)的全程監(jiān)測(cè)。這里為了驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，僅采用 一套禽蛋信號(hào)提取裝置(多套實(shí)施方式是一樣的)，具體結(jié)構(gòu)見圖5所示。主要包括電渦 流傳感器(傳感器采用上海歐丹儀器生產(chǎn)的0D9000型電渦流傳感器，靈敏度2V/mm，探頭 直徑8mm)、傳感器支架(自制)、隔振墊(自制)、多通道振動(dòng)分析儀(見圖6所示)等。模擬實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備首先取禽蛋胚胎30個(gè)(這里使用的是孵化十天雞蛋，包括死胚 胎)，在其氣室頂部開一個(gè)直徑為2-3mm的小孔，并用鋁箔貼緊。鋁箔的作用表現(xiàn)在一方面 為了實(shí)現(xiàn)電渦流傳感器的準(zhǔn)確測(cè)量，另一方面利用流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程， 當(dāng)氣室的內(nèi)膜由于禽蛋胚胎胎動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，氣室內(nèi)的氣體流動(dòng)，就會(huì)在貼鋁箔的小孔 處產(chǎn)生較大的位移，易于傳感器直接檢測(cè)。此外，需在所測(cè)禽蛋胚胎底部加隔振墊，防止基 礎(chǔ)的微弱振動(dòng)信號(hào)影響檢測(cè)結(jié)果。具體見圖5的測(cè)試裝置。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)整將準(zhǔn)備好的雞胚胎放置到隔振墊上，調(diào)節(jié)雞胚胎和固定支架上 所用傳感器的探頭，使其對(duì)準(zhǔn)雞胚胎所貼鋁箔的位置，讓二者之間的距離保持在0. 5 Imm 之間，用示波器，微調(diào)傳感器與蛋殼表面的距離，使電渦流傳感器經(jīng)放大后的輸出處于多通 道振動(dòng)分析儀的量程中心。調(diào)整動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀量程，確保最大振幅不超出量程。等調(diào)整 后的測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定一段時(shí)間后，方可進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果本測(cè)試將所得結(jié)果分為兩組，一組為已死亡雞胚信號(hào)，另一組為正?；?雞胚信號(hào)。具體見測(cè)試結(jié)果圖7，其中7a體弱的活體禽蛋胚胎的測(cè)試曲線；7b健壯的活體 禽蛋胚胎的測(cè)試曲線；7c死亡禽蛋胚胎的測(cè)試曲線。從圖7a、7b可以看出，當(dāng)量程為3. 91mV時(shí)活體胚胎顯示測(cè)試為一條起伏明顯的曲線，圖7b胎動(dòng)比圖7a的快，而且胎動(dòng)信號(hào)幅值較大。在孵化條件相同情況下，說明胚胎7b 比胚胎7a更健壯。圖7c顯示，其量程為0. 977mV時(shí)，電渦流傳感器輸出為一條近似0伏的 直線，說明胚胎7c是一個(gè)死胚胎，應(yīng)及時(shí)從孵化器中剔除。圖7c與圖7a、7b相比，圖7a、7b 信號(hào)清晰、信噪比高。足以說明將這種測(cè)試系統(tǒng)和半侵入法用于監(jiān)控禽蛋胚胎發(fā)育是非常 有效、準(zhǔn)確的。與其它方法相比，此種測(cè)試方法采用非接觸式測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡單、可靠易行，并 對(duì)環(huán)境要求不高，易于實(shí)現(xiàn)與禽蛋孵化器集成，完成孵化過程的自動(dòng)化監(jiān)控。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論活體禽蛋胚胎孵化中體內(nèi)特征信息的提取對(duì)研究種蛋的發(fā)育過程、增加家禽的孵化率、選種以及提高禽蛋在生物制劑生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量非常重要。本發(fā)明設(shè)計(jì) 了一套測(cè)試禽蛋孵化中胚胎胎動(dòng)的檢測(cè)系統(tǒng)，并提出一種半侵入法測(cè)量禽蛋胚胎胎動(dòng)的新 方法，通過鋁箔能直接提取孵化期活體禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該測(cè)試系統(tǒng)具有 結(jié)構(gòu)簡單、信號(hào)提取準(zhǔn)確可靠，而且對(duì)外部環(huán)境要求較低等特點(diǎn)。非常適用于禽蛋發(fā)育過程 的自動(dòng)在線監(jiān)控。
權(quán)利要求
禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，由位移傳感器、放大器和多通道振動(dòng)分析儀等設(shè)計(jì)而成。該系統(tǒng)通過位移傳感器對(duì)孵化期活體胚胎胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提取，在完全不影響禽蛋發(fā)育的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)孵化期禽蛋胚胎發(fā)育全過程的監(jiān)測(cè)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，可根據(jù)生產(chǎn)要求將本發(fā)明的信號(hào)采集端均勻的置于孵化器特殊位置，實(shí)施本系統(tǒng)后可以隨時(shí)對(duì)禽蛋胚胎的胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)快速隱患及故障排除，避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明對(duì)研究種蛋的發(fā)育過程、增加家禽的孵化率、選種以及提高禽蛋在生物制藥生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量等涉及禽蛋胚胎培養(yǎng)的行業(yè)非常重要，有很大的發(fā)展前景。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是不同于以往 國內(nèi)或國外現(xiàn)行技術(shù)，采用半侵入法測(cè)量禽蛋胚胎孵化發(fā)育的胎動(dòng)信號(hào)，即在蛋殼氣室頂 部開一個(gè)小孔進(jìn)行檢測(cè)，然后用鋁箔貼上禽蛋氣室頂部的小孔(本實(shí)驗(yàn)使用鋁箔面積為 25X25mm2)。本發(fā)明可在完全不破壞禽蛋胚胎發(fā)育環(huán)境及胚胎結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)活體胚胎 胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是基于流體介質(zhì) 液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，并利用胚胎自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的放大，理論放大倍數(shù) 是胚胎氣室面積和開孔面積之比。本發(fā)明減少了中間環(huán)節(jié)對(duì)信號(hào)的污染，排除了電子產(chǎn)品 對(duì)禽蛋胚胎發(fā)育的電磁影響，且物理原理簡單易行，成本低，適于工廠大規(guī)模應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)采 用位移傳感器，將對(duì)禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)的直接檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)蛋殼開孔處鋁箔位移的檢測(cè)。 利用機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量信號(hào)的放大，且檢測(cè)方式簡單易行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)，需 采用隔振措施，避免孵化器等環(huán)境設(shè)備的振動(dòng)對(duì)禽蛋胎動(dòng)微弱信號(hào)的污染，而且隔振墊的 制作簡單易行，使該系統(tǒng)完全適用大型孵化器的在線監(jiān)測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是孵化器的控制 系統(tǒng)通過與本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)集成組成一個(gè)閉環(huán)監(jiān)控設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)禽蛋發(fā)育過程的在線 實(shí)時(shí)監(jiān)控。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，可在孵化器的不同特殊部位均勻地設(shè)置多個(gè)這樣的傳 感器，并使用多通道振動(dòng)分析儀可同時(shí)對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋胚胎孵化發(fā)育過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是實(shí)驗(yàn)提供的設(shè) 備已可以對(duì)本發(fā)明的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，其中的任何部件都是必須的，也可以采用不同的振 動(dòng)分析儀和不同的傳感器。只要各儀器參數(shù)相配，可組成工作效率較高的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
全文摘要
目前，禽蛋胚胎在孵化器中發(fā)育時(shí)，由于孵化器中缺乏對(duì)發(fā)育過程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只要環(huán)境因素突變，就會(huì)引起在發(fā)育中的胚胎成批死亡，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套獲取孵化期活體禽蛋胚胎胎動(dòng)信號(hào)的測(cè)試系統(tǒng)，提出了一種半侵入法測(cè)量禽蛋胚胎胎動(dòng)的新方法。該法基于流體介質(zhì)液壓傳遞的流量連續(xù)性方程，利用位移傳感器對(duì)孵化期活體胚胎胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提取(如圖1所示)，在完全不影響禽蛋發(fā)育的情況下，實(shí)現(xiàn)孵化期禽蛋胚胎發(fā)育全過程的監(jiān)測(cè)。如果孵化發(fā)育過程中活體胚胎心跳信號(hào)減弱或異常，孵化器的控制系統(tǒng)會(huì)立即檢查孵化器，并對(duì)其工作參數(shù)作相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速隱患及故障處理，使之恢復(fù)正常，避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)明對(duì)研究種蛋的發(fā)育過程、增加家禽的孵化率、選種以及提高禽蛋在生物制藥生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，有很大的發(fā)展前景。
文檔編號(hào)A01K45/00GK101822225SQ20091020866
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者常園園, 李烜, 梁森 申請(qǐng)人:梁森