阅读说明：本技术 一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统 (Long-term exposure experimental system suitable for aquatic model organisms ) 是由 涂文清 黄晶 邓觅 吴永明 于 2019-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统,包括多个暴露缸,暴露缸的内部连接隔架,且隔架连接有漏板,暴露缸的上方设有进水管,进水管的出水口与暴露缸的缸壁形成利于产生水旋涡的夹角,进水管上安装有水位控制阀,暴露缸的内部固定安装有水泵,本发明的水生模式生物的长期暴露实验系统结构设计巧妙,由于隔架设计为漏斗形状,并且通过暴露缸中的进水管的出水口与缸体形成45度的出水夹角,让暴露缸的液体形成一定的漩涡,易于粪便等杂质从隔架的中部漏板处排出,从而减少人工清洗缸体的强度,并且自动化的设计能够大大减少工作人员的劳动强度,并且可实现增压泵自动运行和关闭,运行可靠稳定。(The invention discloses a long-term exposure experimental system suitable for aquatic model organisms, which comprises a plurality of exposure cylinders, wherein the inside of each exposure cylinder is connected with a separation frame, the separation frames are connected with a leakage plate, a water inlet pipe is arranged above each exposure cylinder, an included angle which is favorable for generating water vortex is formed between the water outlet of the water inlet pipe and the cylinder wall of each exposure cylinder, a water level control valve is arranged on the water inlet pipe, and a water pump is fixedly arranged inside each exposure cylinder. Moreover, the automatic operation and the closing of the booster pump can be realized, and the operation is reliable and stable.)

一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统

技术领域

本发明涉及水生生物的环境毒理学技术领域，具体为一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统。

背景技术

环境污染物是指干扰人体内分泌机制，影响人体正常调节作用的外源性化学物质。环境污染物种类繁多，包括无机污染物、PCDDs、PCBs、PCDFs、有机氯农药、有机磷农药、PAHs等。环境污染物对人体和生物体的影响及其作用机制是环境毒理学研究的主要内容，其中水生生物(如斑马鱼、青鳉)作为实验室模式生物在科研中广泛使用。空气、土壤、水体中的环境污染物的浓度通常都是极低的(ng/L-ug/L)，但由于水生生物具有浓缩、积累和放大作用，进入环境中的污染物，即使是微量，长期接触此类污染物也会使生物体尤其是处于高营养级的生物受到严重毒害，这对人类的健康构成了极大的威胁。因此在开展环境污染物的环境毒理学的研究中，通过其对鱼类长期低浓度暴露后所导致的生物效应的研究至关重要。此外，鱼类有与哺乳动物类似的生理系统，因此鱼类中发现的生物效应可以应用到其他脊椎动物，甚至可以用来预测环境污染物对人类的影响。

水体暴露是最接近鱼类的自然生存方式而成为环境污染物实验室暴露的主要暴露方式，通常的水生生物暴露方式分为静水暴露式和动水暴露式，静态暴露不需更换暴露液，实验时间短(不超过一周)，不能进行长期的暴露实验；而动水式暴露需要定期更换部分暴露液，可进行长期的暴露实验，但长期暴露需要每天喂鱼食1－2次以维持鱼类的正常生长，因此鱼食的残渣、鱼的粪便，水中的一些颗粒杂质等会导致暴露缸中的水质短时间(通常12-24小时)内就会恶化，传统的方法是通过大量的更换暴露液和增加清洗鱼缸的频次来维持水质，大大增加了劳动强度；并且传统的方法频繁的大量更换暴露液和清洗鱼缸会影响鱼的生长和繁殖，其暴露实验的结果会很大程度上受到质疑，为此我们提出一种流水式的长期暴露方式即一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统来解决上述问题，从而实现低成本的自动化长期暴露实验过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统，包括支架，所述支架上设有多排暴露缸，所述暴露缸的内部固定连接由四个梯形板拼接而成的漏斗状的隔架，且所述隔架的中间位置固定连接有漏板，所述隔架的下方且位于暴露缸的内部固定连接有斜板，所述暴露缸的上方设有进水管，所述进水管的出水口与暴露缸的缸壁形成利于产生水旋涡的夹角，所述进水管上安装有水位控制阀，所述暴露缸的内部固定安装有水泵，所述水泵的吸水管末端位于斜板与隔架之间，且所述水泵的出水管末端插接在下水管的内部；

所述支架上且位于每排暴露缸的上方固定连接有上料架，所述上料架上转动连接有转杆，且所述转杆通过电机驱动转动，每个暴露缸的正上方且位于上料架上均固定连接有支撑板，所述支撑板上活动卡接有料盒，所述料盒的下端转动连接有蜗杆，且所述转杆通过齿轮结构驱动蜗杆转动。

优选的，所述支架的右端设有储水桶，所述储水桶的上方固定安装有搅拌装置，所述储水桶的进水口通过导管与比例泵的出液口连接，所述储水桶的出水口连接有增压泵，且所述增压泵的出水口与每个进水管连通。

优选的，所述水位控制阀包括外壳，且所述外壳串连在进水管上，所述外壳的内部固定安装有舵机，所述舵机的输出端固定连接有衬套，所述衬套的内部开有通孔，所述通孔与外壳两端的进水管活动连通，所述外壳的下端滑动连接有浮漂，所述浮漂的内端固定连接有导电片，所述导电片与外壳内侧壁上的用于控制舵机正转与反转的第一触点与第二触点活动连接，每个水位控制阀上的一组第一触点和一组第二触点与PWM模块连接，且所述PWM模块与舵机的信号线电连接。。

优选的，所述衬套的外侧壁与外壳的内侧壁之间卡接有用以密封的密封圈。

优选的，所述进水管的出水口与暴露缸的缸壁形成的夹角为45度。

优选的，所述外壳内侧壁上还固定连接有一组第三触点，所述第三触点、第一触点同时与导电片连接与分离，所述多个水位控制阀上的一组第三触点通过导线依次串联后并串联在增压泵的增压开关的开关电路中，所述增压开关为电磁开关，且所述电磁开关通电时增压泵不运行，电磁开关断电时增压泵运行。

优选的，所述外壳的外侧壁上还设有双位开关，所述双位开关上的两个开关控制位分别串联在第二触点和第三触点的导线中。

优选的，所述双位开关按下后，一组第三触点被短接且一组第二触点的导线断路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的水生模式生物的长期暴露实验系统结构设计巧妙，通过水泵的定时通电进行定时抽水作用，并且暴露缸内部的液位下降后，水位控制阀将进水管导通开始补水，并且通过定时启动电机使转杆带着蜗杆进行转动，从而将料盒内部的饲料拨到暴露缸的内部，继而实现全自动换水和自动喂食，且可人为设置换水频率、换水量以及喂食频率；由于隔架设计为漏斗形状，并且通过暴露缸中的进水管的出水口与缸体形成45度的出水夹角，让暴露缸的液体形成一定的漩涡，易于粪便等杂质从隔架的中部漏板处排出，从而减少人工清洗缸体的劳动强度，并且实验时可自主选择暴露缸的使用数量，通过双位开关进行设定，方便快捷，不影响系统中其他暴露缸的使用以及加压泵的自动运行。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的进水管、储水桶与增压泵处的结构示意图；

图3为本发明的水泵、吸水管、出水管与下水管处的结构示意图；

图4为本发明的上料架、支撑板与料盒处的结构示意图；

图5为本发明的图4的A处放大图；

图6为本发明的料盒、蜗杆与支撑板处的***图；

图7为本发明的暴露缸、隔架与进水管处的结构示意图；

图8为本发明的暴露缸、隔架与进水管处的剖视图I；

图9为本发明的暴露缸、隔架与进水管处的剖视图II；

图10为本发明的进水管与水位控制阀处的剖视图I；

图11为本发明的进水管与水位控制阀处的剖视图II；

图12为本发明的进水管、水位控制阀处的结构示意图；

图13为本发明的第三触点、导电片与增压泵之间的电路图；

图14为本发明的第一触点、第二触点与舵机之间的电路图；

图15为本发明增压泵的增压开关的原理简图；

图16为本发明双位开关的原理简图。

图中：1、支架，2、暴露缸，3、隔架，4、漏板，5、斜板，6、进水管，7、水位控制阀，701、外壳，702、舵机，703、衬套，704、通孔，705、浮漂，706、导电片，707、第一触点，708、第二触点，8、水泵，9、密封圈，10、上料架，11、转杆，12、电机，13、支撑板，14、料盒，15、蜗杆，16、储水桶，17、搅拌装置，18、比例泵，19、增压泵，20、控制箱，21、第三触点，22、双位开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-16，本发明提供一种技术方案：一种适用于水生模式生物的长期暴露实验系统，包括支架1，所述支架1上设有多排暴露缸2，暴露缸2的材质为亚克力材质，所述暴露缸2的内部固定连接由四个梯形板拼接而成的漏斗状的隔架3，且所述隔架3的中间位置固定连接有漏板4，漏板4的材质也为亚克力材质，且漏板4起到将鱼挡在隔架3上方的作用，防止鱼跑掉的作用，漏板4的内部开有多个孔可使粪便等杂质通过，所述隔架3的下方且位于暴露缸2的内部固定连接有斜板5，所述暴露缸2的上方设有进水管6，所述进水管6的出水口与暴露缸2的缸壁形成利于产生水旋涡的夹角，进水管6的出水口注入液体时，进水管6的出水口流动的液体与暴露缸2的缸壁形成如图7所示的夹角，继而容易使暴露缸2内部液体产生旋涡，继而便于粪便等杂质从隔架3的中部漏板4处排出，从而减少人工清洗缸体的劳动强度，所述进水管6上安装有水位控制阀7，所述暴露缸2的内部固定安装有水泵8，通过增设水泵8用于将暴露缸2内部的液体抽出，可以控制暴露缸2内部的换水量(通过开启和关闭水泵8的时间间隔即可控制换水量)，继而便于控制实验中的液体更换的因素，以此使实验结果更加的精确，所述水泵8的吸水管末端位于斜板5与隔架3之间，如图8所示，当水泵8的吸水管进行吸水作业时，隔架3上方的液体会从漏板4处流到隔架3的下方，继而液体中会掺杂有粪便等杂质，因而由于水泵8的吸水管作业时的吸力液体会向右移动，并通过斜板5的坡度有利于粪便等杂质移动至水泵8的吸水管处，便于吸水管将粪便等杂质抽走，且所述水泵8的出水管末端插接在下水管的内部，水泵8的出水管将水泵8抽出的液体排到下水管中，通过下水管将液体排出；

所述支架1上且位于每排暴露缸2的上方固定连接有上料架10，所述上料架10上转动连接有转杆11，且所述转杆11通过电机12驱动转动，如图5所示，电机12固定安装在上料架10的内部，并且上料架10的输出轴通过同步带与转杆11进行连接，每个暴露缸2的正上方且位于上料架10上均固定连接有支撑板13，所述支撑板13上活动卡接有料盒14，所述料盒14的下端转动连接有蜗杆15，料盒14为斗状，将饲料倒入料盒14的内部，料盒14底部的饲料会滑落到蜗杆15上，蜗杆15转动时，蜗杆15卷着饲料向右侧滑动至料盒14的外部，继而将饲料投入暴露缸2的内部，当蜗杆15停止转动时，饲料积留在料盒14的内部，投料结束，且所述转杆11通过齿轮结构驱动蜗杆15转动，齿轮结构包括固定在蜗杆15一端的齿轮，并且齿轮结构还包括固定在转杆11侧壁上的齿轮，当料盒14安装在支撑板13上后，两个齿轮会相互啮合，继而当转杆11在转动时，转杆11会带着蜗杆15进行转动。

具体而言，所述支架1的右端设有储水桶16，储水桶16为存储混合液体的容器，所述储水桶16的上方固定安装有搅拌装置17，搅拌装置17为搅拌储水桶16内部溶液的装置，可使水与试剂混合的更加均匀，所述储水桶16的进水口通过导管与比例泵18的出液口连接，比例泵18通过清水管吸取外界的清水，并且同时比例泵18按照一定比例吸取试剂瓶内部的试剂，此时清水与试剂会在比例泵18的内部混合后通过导管注入到储水桶16的内部，用以提供暴露缸2内部所需更换的混合液，所述储水桶16的出水口连接有增压泵19，且所述增压泵19的出水口与每个进水管6连通，增压泵19上设有增压开关，用于控制增压泵19的启动与停止，当增压泵19启动时时，增压泵19可将储水桶16内部的液体注入到进水管6的内部，然后通过进水管6注入到暴露缸2的内部，所述进水管6的出水口与暴露缸2的缸壁形成的夹角为45度，通过与增加泵19的配合，所述进水管6的出水口注入液体时，进水管6的出水口流动的液体与暴露缸2的缸壁形成45度角，继而容易使暴露缸2内部液体产生旋涡，继而便于粪便等杂质从隔架3的中部漏板4处排出，从而减少人工清洗缸体的强度。

具体而言，所述水位控制阀7包括外壳701，且所述外壳701串连在进水管6上，所述外壳701的内部固定安装有舵机702，所述舵机702的输出端固定连接有衬套703，所述衬套703的内部开有通孔704，所述通孔704与外壳701两端的进水管6活动连通，舵机702的输出端可带着衬套703正反转动，正反转动幅度均为90度，此时可实现通孔704与进水管6连通与交错，所述外壳701的下端滑动连接有浮漂705，所述浮漂705的内端固定连接有导电片706，所述导电片706与外壳701内侧壁上的用于控制舵机702正转与反转的第一触点707与第二触点708活动连接，每个水位控制阀7上的一组第一触点707和一组第二触点708与PWM模块连接，且所述PWM模块与舵机702的信号线电连接，每个水位控制阀7的PWM模块均安装在控制箱20中。

具体而言，所述支架1上固定连接有控制箱20，控制箱20是控制该系统运行的装置，控制箱20上设置有总开关(舵机702的初始工作位是让通孔704与进水管6交错即不连通的)、控制自动换水的定时器、控制自动喂食的定时装置。控制自动换水的定时器能够控制水泵8开启和停止时间，可设定自动换水的时间段(管径尺寸一定，通过时间即可控制流量)，控制自动喂食的定时器能够控制电机12开启和停止可设定自动喂食的时间段即可通过时间间隔控制喂食量。

浮漂705质地轻、密度小，会漂浮在液体上，当暴露缸2内部的液位升高时，暴露缸2内部的液体到达浮漂705的高度并不断上升时，浮漂705会由于浮力向上滑动，继而使导电片706让一组中的两个第一触点707连接，从而传递信号给对应的PWM模块，然后PWM模块通过信号线发送此位置的脉冲信号给舵机702，此时舵机702带着衬套703正向转动90度后停止，此时衬套703将进水管6堵死后，进水管6关闭后停止向暴露缸2的内部注水，暴露缸2的水位保持稳定；

当水泵8进行抽水后，暴露缸2的水位下降，此时浮漂705会向下滑动，导电片706让一组中的两个第二触点708接通，从而传递信号给对应的PWM模块，然后PWM模块通过信号线发送此位置的脉冲信号给舵机702，此时舵机702带着衬套703反向转动90度实现复位，此时进水管6通过通孔704进行连通，达到边抽水边注水即换水的目的。

具体而言，所述衬套703的外侧壁与外壳701的内侧壁之间卡接有用以密封的密封圈9，如图10所示，密封圈9的数量为两个，用以密封衬套703与外壳701侧壁之间的缝隙，从而避免该处漏水。

为了实现任意一个进水管6通过水位控制阀7为打开状态时，增压泵19能够自动启动；所有的进水管6通过水位控制阀7堵死时，增压泵19自动停止工作在每个水位控制阀7上增加一组第三触点21的结构，具体而言，所述外壳701内侧壁上还固定连接有一组第三触点21(当导电片706处于对应位置的时候可将同组的第一触点707、第二触点708、第三触点21进行导通，导电片706上设置的是区域性的贴片导电结构，所以不会出现电路混乱)，所述第三触点21、第二触点708同时与导电片706连接与分离，当浮漂705随着液体水位下降向下滑动后，导电片706也会随着浮漂向下滑动使与一组中的两个第三触点21脱离，所述多个水位控制阀7上的一组第三触点21通过导线依次串联后并串联在增压泵19的增压开关的开关电路中，其电路图如13所示，可以看出多个水位控制阀7上的一组第三触点21间是通过串联电路连接的，只要有一组第三触点21没有连接则增压开关的电路就不闭合，也就是说当有一个水位控制阀7测量的水位没有达到预定的高度(即同一组的两个第一触点707没有接通，也就是衬套703没有将进水管6堵死)的时候，增压泵19都会继续工作，所述增压开关为电磁开关，且所述电磁开关通电时增压泵19不运行，电磁开关断电时增压泵19运行，增压开关其结构如图15所示，上方是市电火线的触片，电磁铁不通电的情况下会被下方的弹簧向上顶动从而使两个触片通过电磁铁形成通路从而使增压泵19运行，当电磁铁通电时会吸引下方的铁片，从而使上方的两个触片无法通电，让增压泵19停止运行。从而实现加入量的可控并且能够实现增压泵19的自动关停和启动，提高运作效率也避免增加泵19在管路封闭情况下持续工作发生憋泵造成损坏。

另外有时系统上的暴露缸2并非全部都要使用，有可能只使用部分的暴露缸2，为了防止浪费实验材料，每个水位控制阀7的外壳701的外侧壁上还设有双位开关22，所述双位开关22上的两个开关控制位分别串联在一组第二触点708和一组第三触点21的导线中，并且所述双位开关22按下后，一组第三触点21被短接且一组第二触点708的导线断路，所以无论不做实验的暴露缸2对应的导电片706是否接触第三触点21对应的此处电路都是接通的；

带有双位开关22的舵机702的控制电路图如图14所示，当双位开关22被按下后一组第二触点708的线路即被断开，无论导电片706是否能够与第二触点708接触，都不会给PWM模块发送位置信息，所以在实验之前将不需要用的暴露缸2对应的双位开关22按下，即可使此暴露缸2排除在外不会进水，也不会影响增压泵19的自动开启和关闭，双位开关22的原理简图如图16所示。

工作原理：使用时，先将不需要用的暴露缸2对应的双位开关22按下，然后通过控制箱20上的定时器设置好换水频率和时间间隔、投食的频率以及每次投食的间隔；

自动换水时，如设定早上10点钟水泵8通电、10点01分钟水泵8断电，即每天早上10点钟水泵8通电1分钟后进行断电，这样通过控制水泵8的通电时长控制每次的换水量，当暴露缸2内部的液体(位于隔架3的下方)被水泵8抽走后，位于隔架3上方的液体从漏板4处流到隔架3的下方，暴露缸2的液位高度出现下降状态，此时水位控制阀7将进水管6导通，并且同时增压开关不通电所以弹簧作用下使两个触片接触形成通路，则增压泵19启动后将储水桶16内部的液体注入到暴露缸2的内部，进水管6的出水口注入液体时，液体的流动与暴露缸2的缸壁形成45度角，继而使暴露缸2内部产生旋涡，继而便于粪便等杂质从隔架3的中部漏板4处排出，从而减少人工清洗缸体的强度，当水泵8停止运转，实验的暴露缸2中的液体不断上涨，则对应的多组第三触点21依次不断被接通(由于是多个暴露缸2通过一个增压泵19来进水，不同高度、位置都会造成进水流量不同，导致满水时间不尽相同)，当所有对应的一组第三触点21被导通后，增加开关通电，使增压泵19停止运转。

自动喂食时，如设定早上8点、中午12点与晚上5点喂食，继而设定电机12在上述时间段进行通电一段时间，例如早上8点、中午12点与晚上5点电机12通电5秒钟后断电，此时电机12带着转杆11进行转动，此时转杆11会通过齿轮结构带着蜗杆15进行转动，这样蜗杆15在转动时将料盒14内部的饲料从右侧拨出(如图6所示)，继而饲料会自动掉落到暴露缸2的内部，这样便可实现自动喂食作业，若每排的暴露缸2中有个别暴露缸2不需要喂食的，不喂食的暴露缸2上方的料盒14内不放置饲料即可，也可将该料盒14从支撑板13上取下，此时电机12转动时，便可针对需要喂食的暴露缸2进行喂食。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。