ПОДВОДНЫЙ ВИДЕОРЕГИСТРАТОР ПЛАНКТОНА

Полезная модель относится к области морского приборостроения, а именно к конструкциям научных приборов, погружаемых в воду и предназначенных для проведения гидробиологических исследований планктона, и может быть использована при разработке, создании и модернизации научных приборов, применяемых в морских и пресноводных водоемах.
Известны устройства, которые по своему назначению являются аналогами заявляемому, например, устройство (см. описание к патенту США №4,637,719 на изобретение «Оптический измеритель морских организмов», кл. G01N 21/85, 1987 г.), предназначенное для определения размеров и концентрации мелких рыб, а также зоопланктона (планктона) непосредственно в водной среде. 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 реперном объеме, 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 микромасштабе.
Другим близким техническим решением, в котором отсутствует указанный выше недостаток, является устройство для определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц (см. описание к патенту РФ №2112955 на изобретение «Способ определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц и устройство для его осуществления», кл. G01N 15/14, 21/85, опуб. 10.06.1998 г.), предназначенное для определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц планктона. Указанное устройство содержит средство для генерации параллельного потока импульсного оптического излучения, средство для формирования оптическим путем реперного объема прямоугольного сечения, средство для перемещения реперного объема, средство для приема и преобразования оптического излучения в электрические сигналы, средство для регистрации изменения амплитуды электрических импульсов, средство для определения разности между сигналом в отсутствии импульсов и сигналом, полученным во время действия импульсов, и средство, формирующее временной интервал на время регистрации частицы планктона.
Недостатком указанного аналога является то, что он не в полной мере соответствует современным техническим требованиям:
- он имеет линейный фотоприемник, определяющий размер максимальной хорды на тени случайно ориентированной частицы, т.е. измерение частиц планктона выполняется только по одному направлению;
- не имеет возможности запоминания видеоинформации непосредственно в самом приборе при нахождении под водой;
- не имеет возможности работать без внешнего источника электропитания.
Одним из наиболее близких технических решений к заявляемому по своему назначению и общей компоновке, принятым за ближайший аналог (прототип) полезной модели, является судовой оптоэлектронный измеритель планктона (см. описание к патенту на полезную модель №: 131181 «Судовой оптоэлектронный измеритель планктона», кл. G01N, опуб. 10.08.2013 г.) предназначенный для видеорегистрации и последующего определения размерно-количественных характеристик взвешенных в воде частиц планктона.
Указанное устройство содержит средство для генерации параллельного потока импульсного оптического излучения, средство для формирования оптическим путем реперного объема прямоугольного сечения, средство для перемещения реперного объема, средство для приема и преобразования оптического излучения в электрические сигналы в качестве которого применена цифровая видеокамера, содержащая фотоприемную матрицу для измерения размеров тени планктона в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом в состав измерителя включен процессор, управляющий режимами работы измерителя. Дополнительно, устройство снабжено средством для запоминания видеосигналов с цифровой видеокамеры, преимущественно съемным USB-накопителем (SD-картой), с возможностью обеспечения последующего анализа и автоматической идентификации планктона «in situ» при подключении к персональному компьютеру со специализированным программным обеспечением.
Основные недостатки ближайшего аналога (прототипа) обусловлены особенностями примененной оптической схемы, представляющей из себя осветитель с параллельным пучком света, измерительный объем, через который протекает взвешенный в воде планктон, и видеокамеру, на фотоприемную матрицу которой осветителем проецируется тень случайно ориентированных частиц планктона, и выражаются в следующем:
1. Конфигурация тени от случайно ориентированной частицы планктона на фотоприемной матрице не всегда однозначно позволяет судить о реальной форме и размерах регистрируемой частицы.
2. Конфигурация тени может иметь дифракционные искажения, величина которых зависит от геометрических размеров частицы и ее местоположения на расстоянии от излучателя до фотоприемника, что не позволяет однозначно судить о пороге дискриминации тени на фотоприемнике, а в результате и о реальных размерах регистрируемой частицы.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание эргономичного устройства, мобильного и компактного в условиях морских экспедиций.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение идентификации планктона с высокой точностью измерений.
Это достигается тем, что конструкция предлагаемого подводного видеорегистратора планктона, заключена в герметичный корпус Г-образной формы, у края верхней горизонтальной части которого размещен иллюминатор направленный вниз и защищающий модуль видеорегистратора, последовательно включающий видеокамеру, управляемую видеопроцессором и передающую видеосигнал в цифровом виде на регистратор информации со сменной картой памяти типа SDHC, и в блок предварительной обработки преобразующий видеосигнал в напряжение постоянного тока, изменяющееся от нуля до пяти вольт в зависимости от обилия зарегистрированного планктона для передачи в реальном времени по подключаемой линии связи на удаленное устройство, например на борт судна, а в вертикальной части размещен блок аккумуляторов и у края нижней части - иллюминатор направленный вбок и защищающий модуль боковой подсветки, состоящий из полупроводникового лазера, коллиматора и цилиндрической линзы, формирующих плоско-параллельную световую плоскость веерообразной формы, перпендикулярно направлению видения видеокамеры.
Устройство изображено на фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - функциональная схема принципа работы устройства.
Подводный видеорегистратор планктона, содержит герметичный корпус 1 Г-образной формы, у края верхней горизонтальной части которого размещен иллюминатор 2 направленный вниз и защищающий модуль видеорегистратора 3, последовательно включающего видеокамеру 4, управляемую видеопроцессором 5 и передающую видеосигнал в цифровом виде на регистратор информации 6 со сменной картой памяти типа SDHC, и в блок предварительной обработки 7 преобразующий видеосигнал в напряжение постоянного тока, изменяющееся от нуля до пяти вольт в зависимости от обилия зарегистрированного планктона для передачи в реальном времени по подключаемой линии связи на удаленное устройство, (на фиг. не показ) например на борт судна, а в вертикальной части размещен блок аккумуляторов 8 и у края нижней части - иллюминатор 9 направленный вбок и защищающий.
Основное отличие предлагаемой модели от аналога заключается в применении вместо оптической схемы с измерением размеров тени частицы зарегистрированной в параллельном потоке света между излучателем и фотоприемником, в использовании принципиально иной оптической схемы с боковой подсветкой в виде световой плоскости, расположенной перпендикулярно направлению видения видеокамеры, в результате чего на матрице формируется собственно полутоновое изображение частицы, позволяющее кроме геометрических размеров, оценить также и его рельеф.
Благодаря такой боковой подсветке, в которой свет освещает образец, как будто тот находится на черном фоне, увеличивается контрастность изучаемых частиц планктона 15. В результате такая техника съемки позволяет достаточно точно определить размеры освещаемого реперного объема 16, а благодаря его фиксированной толщине легко установить требуемую глубину резкости и повысить точность определения размерных характеристик исследуемых объектов.
Включение в состав устройства модуля передачи данных 17 по беспроводному каналу 18, позволяет отказаться от вскрытия или перекоммутации разъемов в погружном устройстве нового зонда при каждом зондировании.
Работа подводного видеорегистратора планктона.
Подводный видеорегистратор планктона (далее ПВРП) крепят к ограждению океанологического СТД-зонда (на чертеже на показано) и используют во время океанологических исследований, выполняемых этим зондом в режиме вертикального зондирования или при буксировке. ВА режиме зондирования, судно находится в дрейфе. СТД-зонд вместе с ПВРП погружаются в воду со скоростью примерно 1 м/с. Прибор закреплен таким образом, что через реперный объем (16) световой плоскости (14) проходят водные массы, содержащие частицы планктона (15), перемещаемые в направлении перпендикулярном оси светового пучка и вдоль оси зрения видеокамеры (4).
При включении питания от блока аккумуляторов (8), модуль боковой подсветки (10), состоящий из полупроводникового лазера (11), коллиматора (12) и цилиндрической линзы (13), формирует плоско-параллельную световую плоскость (14) веерообразной формы, перпендикулярно направлению видения видеокамеры (4). При этом изображение частиц планктона (15), попадающих в реперный объем (16) регистрируются видеокамерой (4) управляемой видеопроцессором (5) и передающей видеосигнал в цифровом виде на регистратор информации (6) со сменной картой памяти типа SDHC, и в блок предварительной обработки (7) преобразующий видеосигнал в напряжение постоянного тока, изменяющееся от нуля до пяти вольт в зависимости от обилия зарегистрированного планктона для передачи в реальном времени через интерфейс СТД-зонда и напрямую через отдельную линию связи на борт судна. Модуль видеорегистратора, куда также могут входить устройства передачи данных (17) по беспроводному каналу WiFi (18), тоже питается от блока аккумуляторов (8).
Во время зондирования или буксировки (движения зонда совместно ПВРП в водной толще), функционирование прибора осуществляется в двух направлениях одновременно:
1. Напряжение постоянного тока, изменяющееся от нуля до пяти вольт в зависимости от обилия зарегистрированных частиц планктона за единицу времени передается в реальном времени по подключаемой линии связи на борт судна напрямую или через устройство связи СТД-зонда с интервалом, например, 1 секунда. Получаемая на борту судна информация представляется в виде графика изменения концентрации условной биомассы планктона в зависимости от глубины погружения (при буксировке - от времени) и позволяет в реальном режиме времени отбирать пробы батометров в заинтересовавших точках зондирования.
2. Цифровая видеоинформация каждого кадра с видеоизображением зарегистрированных частиц планктона записывается на карту памяти в течении всего времени зондирования или буксировок. По окончании работ (или в перерыве при заполнении карты памяти) и подъеме прибора на борт судна, информация с карты памяти переносится на бортовой компьютер одним из следующих способов:
- списывается через любой карт-ридер непосредственно с карты, извлеченной из прибора при его вскрытии;
- списывается посредством кабеля, подключаемого к специальным разъемам на корпусе ПВРП;
- списывается бесконтактным способом по беспроводному каналу WiFi (18).
Последний способ является наиболее перспективным, так как не требует вскрытия прибора (1 способ) или установки специальных герморазъемов (2 способ). В любом случае, после записи информации с карты, проводится ее очистка для повторного использования.
Полученная видеоинформация используется для идентификации и определения размеров зарегистрированных частиц в интересующих точках зондирования, а также для более подробного изучения стратификации планктона с учетом его качественного состава.