УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАНКТОНА В СРЕДЕ ОБИТАНИЯ

Полезная модель относится к гидробиологическим исследованиям в морских и пресных водоемах и предназначена для получения информации о размерах и характеристиках планктона в среде обитания.
Известны устройства, которые по своему назначению являются аналогами заявляемому, например, устройство, предназначенное для определения размеров и концентрации мелких рыб, а также планктона непосредственно в водной среде [1]. Указанное устройство включает: средство для генерации параллельного потока оптического излучения, средство для формирования оптическим путем реперного объема прямоугольного сечения, средство для принудительного направления взвешенных в воде частиц в реперный объем, средство для перемещения реперного объема, средство для приема и преобразования оптического излучения в электрические сигналы и средство для регистрации изменения амплитуды электрических импульсов.
Недостатком указанного аналога является его низкая эффективность при проведении гидробиологических исследований планктона, обусловленная невозможностью сканировать водное пространство, не нарушая естественного распределения планктона в среде обитания средством для принудительного направления взвешенных частиц в реперный объем, которое используется как средство увеличения объема выборки путем повышения концентрации частиц.
Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением является устройство, реализующее способ регистрации планктона  (принято за прототип) [2].
Устройство содержит лазерный излучатель, фотоприемное устройство, центральное процессорное устройство, постоянное запоминающее устройство, блок синхронизации, блок интерфейсов, блок питания, аккумуляторную батарею. Все эти структурные элементы расположены в герметичных корпусах и скомпонованы в погружное устройство. Лазерный излучатель и матричное фотоприемное устройство расположены друг против друга и оптически сопряжены через иллюминаторы. Между ними расположен рабочий объем.
Габариты устройства определяются линейным принципом компоновки устройства и размерами его рабочего объема. Для получения достаточно представительной выборки без применения средств повышения концентрации планктона необходимы большие габариты рабочего объемы и, как следствие, большие габариты устройства в направлении компоновки составных частей измерителя. Это является существенным недостатком при проведении натурных работ.
Целью полезной модели является сокращение габаритов устройства при значительном размере рабочего объема, обеспечивающего достаточно представительную выборку. Устройство для исследования планктона в среде обитания, как и прототип, состоит из герметичных корпусов с иллюминаторами, внутри которых размещены лазерный излучатель, фотоприемное устройство, которые оптически сопряжены между собой через иллюминаторы рабочим объемом исследуемой среды, и информационный блок, включающий в себя центральное процессорное устройство, постоянное запоминающее устройство, блок синхронизации, блок интерфейсов, блок питания и аккумуляторную батарею.
В отличие от прототипа лазерный излучатель и цифровая смарт камера расположены в герметичных корпусах таким образом, что их оптические оси параллельны, а на пути светового пучка, проходящего через исследуемый объем среды с планктоном, установлены три отражательные призмы, например, призмы БР-180, осуществляющие организацию многоходового рабочего объема, каждая из которых поворачивает световой пучок на 180 градусов, при этом две призмы соединены между собой и размещены напротив иллюминаторов герметичных корпусов, а третья призма размещена напротив двух первых призм и закреплена на герметичных корпусах между иллюминаторами.
Полезная модель иллюстрируется рисунком.
На фиг.1 изображена оптическая схема опытного образца устройства - цифровой голографической камеры для регистрации планктона. Здесь 1 – полупроводниковый лазерный излучатель, 2 – отрицательная линза расширителя пучка, 3 – объектив, 4 – иллюминатор, 5 – призмы БР-180 для создания рабочего объема, 6 – цифровая голографическая смарт камера. К смарт камере подключен информационный блок (на рисунке не показан).
Устройство работает следующим образом.
От излучателя 1 через линзы 2 и 3 выходит параллельный пучок лучей, ограниченный выходным зрачком диаметром 42 мм. Блок излучателя герметизирован иллюминатором 4. Смарт камера 6, аналогичные объектив 3 и иллюминатор 4 установлены в герметичный приемный блок. Передатчик и приемник связаны многоходовым рабочим объемом, образованным с помощью призм 5 таким образом, что две призмы соединены между собой и размещены напротив иллюминаторов 4, а третья закреплена напротив двух первых призм.
Смарт камера 6 регистрирует цифровую голограмму Габора исследуемого рабочего объема водной среды с расположенным в ней планктоном.
После регистрации цифровой голограммы рабочего объема происходит передача голограммы в информационный блок, где осуществляется ее обработка с целью извлечения информации о планктоне [3]. Если приемник и передатчик расположены в линейной схеме, как в прототипе, то для достижения рабочего объема 1 л необходимо выбрать расстояние между иллюминаторами равным 740 мм, при этом общие габариты (длина) устройства составят 1240 мм. Длина рабочего объема равна расстоянию между иллюминаторами, т.е. 740 мм. При применении призм БР-180, за счет изломанного  многоходового пути освещающего пучка, длина измерительной зоны составит 204 мм при сохранении пути пучка между иллюминаторами 740 мм,  что также обеспечивает величину рабочего объема 1 л. При этом габариты устройства, с учетом размеров призм составят 510 мм, что существенно, более чем в 2 раза, меньше, чем в случае линейной схемы прототипа.
Отметим, что применение призм БР-180 позволяет получить схему, устойчивую к случайным отклонениям хода лучей в рабочем объеме за счет свойств двугранного угла, образованного катетными гранями призм.
Список использованных источников:
1. Патент US 4637719, МПК G01N21/85, опубл. 20.01.1987.
2. Патент RU 2623984, МПК G01N15/14, G03Н1/00, опубл. 29.06.2017.
3. Дёмин В.В., Каменев Д.В. Методы обработки и извлечения информации из цифровых голограмм частиц и их практическое применение // Известия высших учебных заведений. Радиофизика.- 2014.- Т. 57, № 8-9.- С. 597-607.