本發(fā)明涉及一種河湖藻菌聚集體自動追蹤與富集采樣一體化裝置，屬于水生物樣品采集技術與水生態(tài)保護領域。

背景技術：

1、水體富營養(yǎng)化問題目前已成為全球性的挑戰(zhàn)；在眾多的河湖生態(tài)系統(tǒng)中，水中氮和磷的過度富集致使水華的頻率和強度增加，而水華的過度繁殖將會嚴重破壞河湖生態(tài)平衡；同時，藻際附生菌與藻類會共同產(chǎn)生某些有害毒素，進而危害河湖生態(tài)安全。

2、在藻菌聚集體中，藻類不僅會通過自身代謝產(chǎn)物直接影響河湖生態(tài)環(huán)境，也能通過影響附生菌的代謝活動間接影響河湖生態(tài)環(huán)境；已有研究主要集中于浮游植物和浮游細菌的群落特征及兩者間的互作關系（具體表現(xiàn)為藻際附生的異養(yǎng)細菌的組成和多樣性，藻菌間營養(yǎng)交換、信號轉導、基因轉移三類互作方式），而對藻菌聚集體（具體表現(xiàn)為藻菌聚集體的群落特征、構建機制與生態(tài)功能）方面研究較少；因此，開展對藻菌聚集體的研究有重要的科學價值。

3、在開展對藻菌聚集體的研究中，如何精準、高效采集藻菌聚集體成為難點；目前，大部分文獻中提供的采集藻菌聚集體的方法大多為使用篩絹制作的浮游生物網(wǎng)在水體表層呈“∞”型緩慢拖行撈取，操作難度較高，同時不能精準選取藻菌聚集體數(shù)量較多的取樣點，對采集到的藻菌聚集體數(shù)量及質(zhì)量不佳；如若選取的取樣點遠離岸邊，則進行藻菌聚集體的采樣活動需要通過船只進行，耗時耗力，存在一定的局限性。

4、另外，藻菌聚集體是藻類與菌類的一種共生形式，自然藻菌聚集體的高效收集有利于當今循環(huán)生物經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的需求，與傳統(tǒng)人工采集工藝相比，如果能提供一種具有更低的能耗、更高的藻菌聚集體富集采樣效率的裝置將具有更好的資源回收應用前景。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的是一種河湖藻菌聚集體自動追蹤與富集采樣一體化裝置，其目的旨在解決現(xiàn)有藻菌聚集體采集困難，在河流湖泊中提取不方便的問題。

2、本發(fā)明的技術解決方案：一種河湖藻菌聚集體自動追蹤與富集采樣一體化裝置，其結構包括采集裝置；所述采集裝置包括采集艙19、第一電動伸縮桿16、活塞板17、毛刷18；所述第一電動伸縮桿16、第一活塞板17、毛刷18均位于采集艙19內(nèi)部，采集艙19的一端有進水采集口，第一活塞板17將采集艙19的內(nèi)部空間分為左右兩部分，第一電動伸縮桿16位于活塞板17的一側，毛刷18位于第一活塞板17的另一側與進水采集口之間。

3、進一步地，所述的一種河湖藻菌聚集體自動追蹤與富集采樣一體化裝置，其結構還包括浮潛裝置，動力裝置；其中，采集裝置與浮潛裝置固定連接，動力裝置分別與采集裝置、浮潛裝置電性連接；所述采集艙19的進水采集口處設置有濾網(wǎng)28。

4、進一步地，所述毛刷18包括正轉碳網(wǎng)25、反轉碳網(wǎng)26、中心旋轉桿；所述中心旋轉桿包括第一旋轉桿29、第二旋轉桿30、同軸反轉機構27、中心固定桿23，中心固定桿23一端穿過第一活塞板17抵至采集艙19一側外殼并固定連接，中心固定桿23另一端抵至采集艙19另一側外殼并固定連接，中心固定桿23的長度方向與采集艙19的整體長度方向平行，第一活塞板17能沿中心固定桿23長度方向左右移動；所述第一旋轉桿29和第二旋轉桿30均為中空的管，第一旋轉桿29和第二旋轉桿30均套在中心固定桿23外圍，第一旋轉桿29和第二旋轉桿30的長度方向與中心固定桿23的長度方向平行，中心固定桿23穿過第一旋轉桿29和第二旋轉桿30，第一旋轉桿29和第二旋轉桿30能相對中心固定桿23轉動；所述第一旋轉桿29的一端與馬達22連接，第一旋轉桿29的另一端通過同軸反轉機構27與第二旋轉桿30的一端連接；第一旋轉桿29的四周側面上安裝若干正轉碳網(wǎng)25，第二旋轉桿30的四周側面上安裝若干反轉碳網(wǎng)26；正轉碳網(wǎng)25、反轉碳網(wǎng)26位于采集艙19的內(nèi)壁與中心旋轉桿之間。

5、進一步地，所述正轉碳網(wǎng)25、反轉碳網(wǎng)26中的每面碳網(wǎng)均采用若干層碳網(wǎng)結構，若干層碳網(wǎng)中的每層碳網(wǎng)平行放置、且相鄰兩層碳網(wǎng)的網(wǎng)孔交叉錯位；若干層碳網(wǎng)中的每層碳網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑均在60目到300目之間。

6、進一步地，所述同軸反轉機構27包括正轉錐形齒輪31、反轉錐形齒輪32、正反轉傳動裝置，正轉錐形齒輪31套在第一旋轉桿29的四周側壁上并與第一旋轉桿29的一端固定連接，反轉錐形齒輪32套在第二旋轉桿30的四周側壁上并與第二旋轉桿30的一端固定連接，正轉錐形齒輪31的齒輪面與反轉錐形齒輪32的齒輪面相對；所述正反轉傳動裝置包括第一單側鏈輪33-1、第二單側鏈輪33-2、第三單側鏈輪33-3、第四單側鏈輪33-4，第一單側鏈輪33-1、第二單側鏈輪33-2、第三單側鏈輪33-3、第四單側鏈輪33-4均包括一個錐型齒和一個皮帶輪；第一單側鏈輪33-1的錐型齒與正轉錐形齒輪31齒合，第一單側鏈輪33-1的錐型齒另一側與第一單側鏈輪33-1的皮帶輪一側側壁固定連接，第二單側鏈輪33-2的錐型齒與反轉錐形齒輪32齒合，第二單側鏈輪33-2的錐型齒另一側與第二單側鏈輪33-2的皮帶輪一側側壁固定連接，第一單側鏈輪33-1的皮帶輪與第二單側鏈輪33-2的皮帶輪之間通過第一傳動繩24-1傳動連接；第三單側鏈輪33-3的錐型齒與正轉錐形齒輪31齒合，第三單側鏈輪33-3的錐型齒另一側與第一單側鏈輪33-3的皮帶輪一側側壁固定連接，第四單側鏈輪33-4的錐型齒與反轉錐形齒輪32齒合，第四單側鏈輪33-4的錐型齒另一側與第四單側鏈輪33-4的皮帶輪一側側壁固定連接，第三單側鏈輪33-3的皮帶輪與第四單側鏈輪33-4的皮帶輪之間通過第二傳動繩24-2傳動連接；所述第一單側鏈輪33-1與第二單側鏈輪33-2在中心固定桿23的一側，第三單側鏈輪33-3與第四單側鏈輪33-4在中心固定桿23的另一側；第一單側鏈輪33-1、第二單側鏈輪33-2、第一傳動繩24-1組成第一正反轉傳動裝置，第三單側鏈輪33-3、第四單側鏈輪33-4、第二傳動繩24-2組成第二正反轉傳動裝置，第一正反轉傳動裝置與第二正反轉傳動裝置平行相對。

7、進一步地，所述第一旋轉桿29的四周側面上安裝若干正轉碳網(wǎng)25，第二旋轉桿30的側面上安裝若干反轉碳網(wǎng)26；若干正轉碳網(wǎng)25碳網(wǎng)繞第一旋轉桿29分布，若干反轉碳網(wǎng)26繞第二旋轉桿30分布。

8、進一步地，所述浮潛裝置包括壓載艙1、深度控制裝置；深度控制裝置位于壓載艙1的內(nèi)部；所述深度控制裝置包括浮潛艙7、吸排兩用水管8、第二活塞板20、第二電動伸縮桿21，第二電動伸縮桿21和第二活塞板20位于浮潛艙7內(nèi)部，浮潛艙7的一端通過吸排兩用水管8與外部連通。

9、進一步地，所述浮潛裝置還包括防水燈及攝像頭2、壓力傳感器3、激光距離傳感器4、葉綠素傳感器5、pid自動下潛控制器6、前進后退螺旋槳11、左右轉螺旋槳12；壓力傳感器3、激光距離傳感器4、葉綠素傳感器5安裝在浮潛艙7的外側，壓力傳感器3、激光距離傳感器4、葉綠素傳感器5安裝在浮潛艙7的頂部外側，pid自動下潛控制器6安裝在壓載艙1的腔體內(nèi)表面，壓力傳感器3、激光距離傳感器4、葉綠素傳感器5均與pid自動下潛控制器6相連；防水燈及攝像頭2、前進后退螺旋槳11、左右轉螺旋槳12均安裝在壓載艙1的外部；所述壓載艙1內(nèi)部的最下方放有大量鎢丸14。

10、進一步地，所述動力裝置包括第一電源15-1、第二電源15-2、復合電路板13、發(fā)動機9；所述第二電源15-2分別與壓力傳感器3、激光距離傳感器4、葉綠素傳感器5、pid自動下潛控制器6、發(fā)動機9、第二電動伸縮桿21電性連接；所述第一電源15-1與馬達22、第一電動伸縮桿16電性連接。

11、進一步地，所述前進后退螺旋槳11、左右轉螺旋槳12均為若干個，每個前進后退螺旋槳11以及每個左右轉螺旋槳12均通過一個單獨的發(fā)動機9帶動工作、并且每個前進后退螺旋槳11以及每個左右轉螺旋槳12與各自對應的發(fā)動機9之間均裝有銣磁鐵10。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、1）本發(fā)明同軸反轉機構通過錐形齒輪，傳動繩，單側鏈輪的巧妙結合實現(xiàn)了同軸反轉功能；同軸反轉機構實現(xiàn)了兩個或更多的機械部分在同一條軸線上以相反的方向旋轉，這種設計能夠產(chǎn)生更強的水流擾動，有助于將藻菌聚集體從水底或附著物上分離，并引導它們進入采集裝置，從而提高采集效率；通過反向旋轉產(chǎn)生的復雜水流模式，本發(fā)明能更有效地覆蓋采集區(qū)域，減少遺漏，使采集過程更加全面和高效；通過進一步優(yōu)化結構設計，能夠減少在采集過程中藻菌聚集體的損失和破壞，確保采集到的樣品具有更高的質(zhì)量和完整性；

14、2）通過一步優(yōu)化設計，本發(fā)明提供了一種簡單適用，造價低廉，運行管理方便，同時藻菌聚集體收集處理效率高的一體化系統(tǒng)；在藻菌聚集體濃度高于一定值時，系統(tǒng)能夠自動打開進水閥開始抽水、過濾、富集藻菌聚集體，實現(xiàn)了自動化操作，提高了操作效率；

15、3）通過一步優(yōu)化設計，深度控制裝置能夠有效控制整個裝置下潛深度及地點，便于行進至藻菌聚集體濃度更高的地方，完成高效的富集采樣工作；通過壓力傳感器和深度控制裝置實現(xiàn)自動下潛，克服了傳統(tǒng)人工采集工藝中存在的不便捷問題，與傳統(tǒng)的人工采集相比，具有更低的能耗，更好的資源回收前景；

16、4）通過一步優(yōu)化設計，毛刷中的雙層碳網(wǎng)結構采用雙交叉孔濾網(wǎng)結構，以正轉碳網(wǎng)及反轉碳網(wǎng)為毛刷主體，在第一活塞板左右運動的同時實現(xiàn)毛刷主體正反轉，進而充分利用碳網(wǎng)對藻菌聚集體的吸附作用，實現(xiàn)對藻菌聚集體的高效采集；富集采樣效率高，采樣量大，能夠提高采集效率；

17、5）通過一步優(yōu)化設計，裝置通過傳感技術，可以準確地追蹤藻菌聚集體的位置，并實現(xiàn)精準的采樣，這確保了采樣結果的準確性和可靠性；整個裝置能夠?qū)崟r追蹤藻菌聚集體的運動，因此可以實時監(jiān)測水體中的藻類和細菌的分布情況；這對于及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題、采取措施進行處理具有重要意義。