本發(fā)明涉及波浪環(huán)境下植物生理生化響應(yīng)機(jī)制研究技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置。
背景技術(shù):
海岸生態(tài)護(hù)岸是一種直接、有效保護(hù)海陸交界帶的方式,在保護(hù)岸線和維持海陸界面生態(tài)系統(tǒng)平衡中發(fā)揮著重要作用。采用植物進(jìn)行海岸生態(tài)護(hù)岸是目前海岸保護(hù)工程發(fā)展的趨勢(shì),相比于傳統(tǒng)的海堤和防洪堤壩等硬質(zhì)護(hù)岸方式,生態(tài)護(hù)岸能夠提供生境、維持生物多樣性,同時(shí)在應(yīng)對(duì)海平面上升、風(fēng)暴潮侵襲方面更具穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。關(guān)于植物在生態(tài)護(hù)岸中發(fā)揮消減波浪作用的研究已經(jīng)十分豐富,但目前波浪作用下植物生理生化響應(yīng)機(jī)制研究尚存在空白。
波浪淺化是指波浪由海洋向陸地傳播的過(guò)程中水深變淺,導(dǎo)致波長(zhǎng)減小、波高增加、波周期保持不變,波浪由深水波過(guò)渡為淺水波的過(guò)程。鹽沼植物生長(zhǎng)于波浪淺化后的淺水波區(qū)域。因?yàn)辂}沼植物長(zhǎng)期暴露于不同波浪條件下的生理生化響應(yīng)機(jī)制尚未闡明,所以我們通過(guò)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期波浪脅迫下鹽沼植物關(guān)鍵生理生化指標(biāo)從而對(duì)植物健康狀況進(jìn)行判斷,進(jìn)而為生態(tài)護(hù)岸植物物種選擇、移植時(shí)間確定等提供科學(xué)依據(jù)。
目前,傳統(tǒng)的波浪水槽以推板式的造浪方法為主,不能長(zhǎng)期造浪并進(jìn)行較長(zhǎng)周期的植物生理生化響應(yīng)機(jī)制研究。
因此,亟需設(shè)計(jì)一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,以便模擬用于生態(tài)護(hù)岸的植物的真實(shí)生長(zhǎng)環(huán)境,進(jìn)而對(duì)植物的生理生化響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行長(zhǎng)周期研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)不同波浪參數(shù)條件下,植物生理生化響應(yīng)機(jī)制在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的研究。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,包括水箱和內(nèi)置在所述水箱中的植物培養(yǎng)盒,以及依次鉸接且鉸接軸相互平行的曲柄、連桿和牽引桿,所述植物培養(yǎng)盒連接于所述牽引桿的非鉸接端,所述曲柄與動(dòng)力源連接,并通過(guò)所述連桿和所述牽引桿帶動(dòng)所述植物培養(yǎng)盒相對(duì)所述水箱內(nèi)的靜水在水平方向以呈正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),以模擬植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的狀態(tài)。
本發(fā)明的模擬裝置采用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理,通過(guò)曲柄-連桿-牽引桿形成的組件實(shí)現(xiàn)對(duì)植物培養(yǎng)盒的驅(qū)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)植物培養(yǎng)盒相對(duì)水箱內(nèi)的靜水在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),此時(shí),植物培養(yǎng)盒的速度呈正弦變化,能夠模擬淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而通過(guò)植物培養(yǎng)盒相對(duì)靜水的運(yùn)動(dòng)模擬植物生長(zhǎng)于淺水波環(huán)境下的狀態(tài)。相對(duì)于傳統(tǒng)的推板造浪,本發(fā)明將水質(zhì)點(diǎn)相對(duì)植物的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為植物相對(duì)水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而突破了傳統(tǒng)推板造浪方式不能長(zhǎng)時(shí)間提供理想波浪環(huán)境的技術(shù)瓶頸,能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行模擬,進(jìn)而為植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境下生理生化響應(yīng)機(jī)制的研究提供基礎(chǔ),最終為生態(tài)護(hù)岸植物物種的選擇和移植時(shí)間的確定等提供科學(xué)依據(jù)。并且,本發(fā)明還可以通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑等參數(shù)對(duì)植物相對(duì)水運(yùn)動(dòng)的周期和波高進(jìn)行調(diào)節(jié),以模擬植物生長(zhǎng)于波浪參數(shù)可控的波浪環(huán)境下,研究不同的波浪參數(shù)對(duì)植物生理生化響應(yīng)機(jī)制的影響。
可選地,所述曲柄的延伸方向設(shè)有兩個(gè)以上的鉸接位,所述連桿通過(guò)鉸接件可拆卸地鉸接于其中一個(gè)所述鉸接位。
可選地,所述鉸接位為鉸接孔,兩個(gè)以上的所述鉸接孔在所述曲柄的延伸方向依次連通形成貫通槽,所述鉸接件能夠在所述貫通槽內(nèi)移動(dòng),以改變所述連桿所鉸接的所述鉸接位。
可選地,所述貫通槽的延伸方向設(shè)有標(biāo)尺,用于指示各所述鉸接位至所述曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離。
可選地,還包括矯正器,具有與所述牽引桿配合的矯正孔,以使得所述牽引桿在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
可選地,所述植物培養(yǎng)盒處于運(yùn)動(dòng)方向兩端的部分為流線型,中間為用于承載培養(yǎng)介質(zhì)的方形盒體。
可選地,還包括連接于所述牽引桿的非鉸接端的組合架,所述組合架承載有兩個(gè)以上所述植物培養(yǎng)盒,各所述植物培養(yǎng)盒在水平面內(nèi)垂直于運(yùn)動(dòng)方向間隔分布。
可選地,各所述植物培養(yǎng)盒可升降地安裝于所述組合架。
可選地,所述組合架包括橫架和豎架,所述豎架的上端與所述橫架可升降連接,下端設(shè)有與各所述植物培養(yǎng)盒匹配的安裝位;所述橫架與所述牽引桿的非鉸接端連接,所述水箱的頂部?jī)啥司O(shè)有與運(yùn)動(dòng)方向同向延伸的導(dǎo)軌,所述橫架的兩端與各自同端的所述導(dǎo)軌滑動(dòng)或滾動(dòng)配合。
可選地,所述組合架還包括設(shè)于所述豎架下端的安裝架,所述安裝架在水平面內(nèi)垂直于運(yùn)動(dòng)方向延伸,并在其延伸方向設(shè)有兩個(gè)以上所述安裝位,各所述植物培養(yǎng)盒吊掛于與各自對(duì)應(yīng)的所述安裝位。
可選地,所述組合架還包括與所述安裝位一一對(duì)應(yīng)的吊架和與所述安裝架同向延伸的輔助架,各所述吊架的上端吊掛于與各自對(duì)應(yīng)的所述安裝位,下端用于掛裝所述植物培養(yǎng)盒;所述輔助架連接在相鄰所述植物培養(yǎng)盒的吊掛點(diǎn)之間。
可選地,還包括與所述動(dòng)力源信號(hào)連接的控制器,所述動(dòng)力源為步進(jìn)電機(jī),所述控制器用于控制所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期,以控制植物按照淺水波的波周期以正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
可選地,所述水箱的底部安裝有滑輪或滾輪;
和/或,所述水箱設(shè)有第一支架;
和/或,所述動(dòng)力源設(shè)有第二支架,以支撐所述動(dòng)力源至與所述曲柄相對(duì)應(yīng)的位置。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所提供模擬裝置的原理示意圖;
圖2為本發(fā)明所提供模擬裝置在一種實(shí)施方式中的正視圖;
圖3為圖2所示模擬裝置的俯視圖;
圖4為本發(fā)明所提供模擬裝置中矯正器一種設(shè)置方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本發(fā)明所提供模擬裝置中植物培養(yǎng)盒一種設(shè)置方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6為圖5所示植物培養(yǎng)盒的俯視圖;
圖7為本發(fā)明所提供模擬裝置中組合架一種設(shè)置方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1-7中:
水箱1、導(dǎo)軌11、滾輪12、第一支架13、植物培養(yǎng)盒2、流線型21、方形盒體22、曲柄3、貫通槽31、連桿4、牽引桿5、動(dòng)力源6、第二支架61、支撐平臺(tái)62、矯正器7、矯正孔71、組合架8、橫架81、豎架82、安裝架83、吊架84、輔助架85、調(diào)節(jié)閥86、控制器9。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)不同波浪參數(shù)條件下,植物生理生化響應(yīng)機(jī)制在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的研究。
以下結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體介紹,以便本領(lǐng)域技術(shù)人員準(zhǔn)確理解本發(fā)明的技術(shù)方案。
本文所述的方位以模擬裝置的使用狀態(tài)為參照,使用時(shí),垂直于地面的方向?yàn)樯舷路较?、垂向或豎向,指向地面的方向?yàn)橄?,遠(yuǎn)離地面的方向?yàn)樯希辉谂c垂向相垂直的平面為水平面,在水平面內(nèi),運(yùn)動(dòng)方向即為平行于植物培養(yǎng)盒2運(yùn)動(dòng)時(shí)所指向的方向,為便于描述,可以定義為前后方向,指向曲柄3的方向?yàn)榍?,背離曲柄3的方向?yàn)楹螅辉谒矫鎯?nèi),橫向可以為水平面內(nèi)任意一個(gè)與前后方向相交的方向。
由于鹽沼植物生長(zhǎng)于波浪淺化后的淺水波區(qū)域,故本文僅對(duì)淺水波環(huán)境進(jìn)行模擬,下面結(jié)合圖1對(duì)模擬裝置的原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
在深水波中,自水面至水底部水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均為圓形,但圓形軌跡的半徑會(huì)逐漸減小,直至水深為L(zhǎng)/2(L為波長(zhǎng))時(shí),圓形運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑趨近于零。在淺水波中,水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓,自水面至水底部橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡逐漸變扁,在水底部時(shí),水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡變?yōu)橐粭l直線(假設(shè)水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為無(wú)旋的)。
淺水波中水深h和波長(zhǎng)L之間存在如下關(guān)系:
h/L≤1/20 (式1)
淺水波中水質(zhì)點(diǎn)在水平方向的速度表達(dá)式為:
式中,u為水質(zhì)點(diǎn)在水平方向的速度;H為波高;g為重力加速度;k為波數(shù)(k=2π/L);T為波周期;x為水平方向的位置;t為時(shí)間。
理論和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明,淺水波水質(zhì)點(diǎn)在垂向的速度相比于水平方向的速度很小,可以忽略不計(jì),故此處忽略了淺水波中水質(zhì)點(diǎn)在垂向的流速,將水質(zhì)點(diǎn)在豎直方向的流速記為零。
如圖1所示,曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄OP在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,以R為半徑,O點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)(圖中的圓形虛線為P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡),進(jìn)而帶動(dòng)連桿PQ(長(zhǎng)度為l)運(yùn)動(dòng),使得Q點(diǎn)及與Q點(diǎn)剛性連接的物體在OQ這一水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
此時(shí)Q點(diǎn)及其下方所帶動(dòng)物體在水平方向的速度可表示為:
式中,u'為Q點(diǎn)及其下方所帶動(dòng)的物體在水平方向的速度;ω為角速度;θ為t時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度;T'為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。
當(dāng)PQ的長(zhǎng)度l遠(yuǎn)大于OP的長(zhǎng)度R時(shí),即:l>>R時(shí),Q點(diǎn)及其下方所帶動(dòng)的物體在水平方向的速度可近似表達(dá)為正弦函數(shù):
淺水波中水質(zhì)點(diǎn)在水平方向的流速表達(dá)式為余弦函數(shù)(式2),曲柄連桿帶動(dòng)的物體在水平方向的運(yùn)動(dòng)速度表達(dá)式為正弦函數(shù)(式5),二者存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,聯(lián)立式2及式5,對(duì)于給定的x位置,若使兩者波形一致可以推導(dǎo)出:
T'=T (式6)
即:曲柄-連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T'與淺水波的波周期T相等;對(duì)于固定水深h,曲柄連桿的曲柄長(zhǎng)度R與淺水波的波高H存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。
由上述分析可知,可以采用曲柄-連桿機(jī)構(gòu)模擬淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。
誠(chéng)如背景技術(shù)所述,推板造浪的方式不能長(zhǎng)時(shí)間造浪:一方面,由于波浪水槽一般長(zhǎng)10-20米,推動(dòng)整個(gè)水槽水流產(chǎn)生波浪機(jī)械系統(tǒng)負(fù)荷較大,難以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行;另一方面,封閉水槽內(nèi)長(zhǎng)期造浪會(huì)導(dǎo)致波浪不斷反射疊加,使得波形散亂,難以滿足實(shí)驗(yàn)需要的理想波浪條件。
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題,結(jié)合上述原理,本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,采用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理,通過(guò)曲柄-連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)植物運(yùn)動(dòng),使得植物模擬淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),對(duì)植物長(zhǎng)期暴露于淺水波的狀態(tài)進(jìn)行模擬,進(jìn)而為植物生理生化響應(yīng)機(jī)制的研究提供基礎(chǔ)。
如圖2和圖3所示,本發(fā)明提供了一種植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置,包括水箱1和置于水箱1中的植物培養(yǎng)盒2,水箱1內(nèi)可以根據(jù)需要注入海水,以浸沒(méi)處于水箱1中的植物培養(yǎng)盒2,使得植物培養(yǎng)盒2內(nèi)所培養(yǎng)的植物處于部分淹沒(méi)狀態(tài)。本發(fā)明還包括依次鉸接的曲柄3、連桿4和牽引桿5,其中,曲柄3與動(dòng)力源6連接,在動(dòng)力源6的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),連桿4的一端與曲柄3鉸接,另一端與牽引桿5鉸接,具體可以將曲柄3、連桿4和牽引桿5的端部作為鉸接端,并鉸接形成連桿組件,并且各鉸接處的鉸接軸相互平行,以使得曲柄3、連桿4和牽引桿5處于同一平面內(nèi)或者處于相互平行的面內(nèi),進(jìn)而保證曲柄-連桿-牽引桿的驅(qū)動(dòng)可靠性,使得動(dòng)力能夠在同一方向穩(wěn)定地傳遞至牽引桿5。當(dāng)動(dòng)力源6驅(qū)動(dòng)曲柄3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),曲柄3帶動(dòng)連桿4與其鉸接的一端繞其轉(zhuǎn)動(dòng)半徑做圓周運(yùn)動(dòng),由于連桿4與牽引桿5鉸接的一端在上下方向的運(yùn)動(dòng)被限制,則當(dāng)連桿4的一端做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),連桿4的另一端在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)與其鉸接的牽引桿5也在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);并且,根據(jù)上述原理可知,牽引桿5在水平方向的速度呈正弦變化。與此同時(shí),牽引桿5以其與連桿4的鉸接端相對(duì)的一端構(gòu)成非鉸接端,植物培養(yǎng)盒2即連接于牽引桿5的非鉸接端,且植物培養(yǎng)盒2與牽引桿5在水平方向剛性連接,牽引桿5即可帶動(dòng)與其剛性連接的植物培養(yǎng)盒2在水平方向以呈正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),水箱1內(nèi)的水處于靜止?fàn)顟B(tài),則植物培養(yǎng)盒2相對(duì)于水箱1內(nèi)的靜水做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)實(shí)際上模擬了淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),從而模擬植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的狀態(tài)。
本發(fā)明的模擬裝置,利用曲柄-連桿-牽引桿組成的連桿組件帶動(dòng)植物培養(yǎng)盒2在水平方向以呈正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),模擬淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而對(duì)植物暴露于淺水波的狀態(tài)進(jìn)行模擬;與現(xiàn)有技術(shù)中推板造浪相比,對(duì)植物培養(yǎng)盒2驅(qū)動(dòng)所需的能量較小,能夠持續(xù)進(jìn)行長(zhǎng)期模擬,并且與推板造浪相比,流線型的植物培養(yǎng)盒2的運(yùn)動(dòng)將水流阻力減到最低,不會(huì)對(duì)水箱1內(nèi)的靜水產(chǎn)生較大沖擊,水箱1內(nèi)的水能夠保持相對(duì)靜止,不會(huì)因反射造成的波形散亂等問(wèn)題影響模擬的真實(shí)性和可靠性,能夠模擬植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境,滿足實(shí)驗(yàn)需求??梢?jiàn),本發(fā)明突破了推板造浪方式不能長(zhǎng)時(shí)間提供理想波浪環(huán)境的技術(shù)瓶頸,為植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境下生理生化響應(yīng)機(jī)制的研究提供了基礎(chǔ)。
同時(shí),在曲柄3的延伸方向可以設(shè)有兩個(gè)以上的鉸接位,連桿4可以選擇性的鉸接于其中一個(gè)鉸接位,具體可以通過(guò)鉸接件可拆卸地鉸接于該鉸接位,從而選擇合適的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,以改變所模擬的淺水波的波高。此處所述的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑是指由曲柄3的轉(zhuǎn)動(dòng)中心至連桿4與曲柄3的鉸接點(diǎn)在曲柄3延伸方向上的距離,該轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相當(dāng)于上文中提到的OP的距離R,與所模擬的淺水波的波高H存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。
在一種具體實(shí)施方式中,上述的鉸接位可以為鉸接孔,兩個(gè)以上的鉸接孔在曲柄3的延伸方向依次連通,形成一個(gè)與曲柄3同向延伸的貫通槽31,可以該貫通槽31延伸方向上的任一點(diǎn)作為圓心、以與鉸接件相匹配的尺寸作為半徑形成一個(gè)鉸接孔,那么,鉸接件沿貫通槽31移動(dòng)時(shí),即可選定不同的鉸接孔,從而改變連桿4所鉸接的鉸接位,獲取不同的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。此時(shí),通過(guò)貫通槽31的設(shè)置,基本上可以使得連桿4以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的方式選取鉸接位,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),提高調(diào)節(jié)精度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)波高的精細(xì)模擬。
還可以在貫通槽31的延伸方向設(shè)置標(biāo)尺,用于指示各鉸接位至曲柄3的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離,即用于標(biāo)注R的大小,以便本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要選擇合適的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,并提高更換轉(zhuǎn)動(dòng)半徑時(shí)的便捷性,無(wú)需在每次更換轉(zhuǎn)動(dòng)半徑后進(jìn)行測(cè)量。
貫通槽31的結(jié)構(gòu)型式多樣,可以由曲柄3的轉(zhuǎn)動(dòng)中心延伸一定長(zhǎng)度,也可以大致在曲柄3的整個(gè)長(zhǎng)度方向上分布,以提高鉸接位調(diào)節(jié)的靈活性,擴(kuò)展調(diào)節(jié)范圍;或者,貫通槽31可以距離曲柄3轉(zhuǎn)動(dòng)中心一定距離的位置為起點(diǎn)向背離轉(zhuǎn)動(dòng)中心的方向延伸一定長(zhǎng)度,只要能夠形成行之有效的調(diào)節(jié)范圍,供給連桿4進(jìn)行鉸接即可。根據(jù)貫通槽31結(jié)構(gòu)型式的不同,標(biāo)尺也可以進(jìn)行區(qū)別設(shè)置,如標(biāo)尺可以在整個(gè)曲柄3的長(zhǎng)度方向上延伸,也可以僅在貫通槽31對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行標(biāo)注,具體標(biāo)注的形式不限于能夠直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的大小,也可以通過(guò)間接計(jì)算得到。
如圖4所示,本發(fā)明還可以包括矯正器7,該矯正器7設(shè)有與牽引桿5相配合的矯正孔71,牽引桿5貫穿該矯正孔71,并在矯正孔71的限制作用下保持水平方向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),以確保牽引桿5的運(yùn)動(dòng)處于水平方向。
矯正孔71可以與牽引桿5采用軸孔的配合方式,一方面能夠允許牽引桿5相對(duì)矯正孔71在水平方向運(yùn)動(dòng),另一方面又可以限制牽引桿5在水平方向以外的其他方向的運(yùn)動(dòng)。
矯正器7可以設(shè)置為方形塊狀結(jié)構(gòu),并在該方形塊狀結(jié)構(gòu)的中間形成一個(gè)在水平方向貫通的圓孔,該圓孔即為矯正孔71,牽引桿5能夠水平地貫穿該矯正孔71,使得矯正孔71對(duì)牽引桿5的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行限制,起到矯正限位的作用,避免牽引桿5在水平方向以外的其他方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
如圖5和圖6所示,本發(fā)明的植物培養(yǎng)盒2,處于運(yùn)動(dòng)方向兩端的部分可以為流線型21,中間部分可以設(shè)置為用于承載培養(yǎng)介質(zhì)的方形盒體22。
所謂流線型21是指,該曲面上任意點(diǎn)處的切線和該點(diǎn)的氣流或水流的流動(dòng)矢量方向一致,其特征在于卵狀的形體和平滑的外表。流線型結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠最大限度的減小物體所受到的外界阻力。具體到本發(fā)明中,由于植物培養(yǎng)盒2處于運(yùn)動(dòng)方向兩端的部分均為流線型21,且處于兩流線型結(jié)構(gòu)中間的部分為方形盒體22,故本發(fā)明中,流線型21的后端(對(duì)應(yīng)植物培養(yǎng)盒2的中間部分)并沒(méi)有采用尖端設(shè)置的結(jié)構(gòu)型式,而是通過(guò)一個(gè)方形盒體22連接。
在運(yùn)動(dòng)方向上,植物培養(yǎng)盒2以其兩端的流線型結(jié)構(gòu)減小水流對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力;在中間部分的方形盒體22內(nèi)裝載土壤等培養(yǎng)介質(zhì),然后在該方形盒體22的區(qū)域內(nèi)種植植物,便于確定植物的種植密度,具體可以在方形盒體22內(nèi)裝滿培養(yǎng)介質(zhì),并將方形盒體22的上端開(kāi)口,使得種植的植物暴露于方形盒體22的外部。同時(shí),還可以在培養(yǎng)介質(zhì)的表面覆蓋紗布等,以減小運(yùn)動(dòng)過(guò)程中水流對(duì)培養(yǎng)介質(zhì)的沖刷。植物培養(yǎng)盒2具體可以采用亞克力材料制成,并且,兩端的流線型21可以設(shè)置為空心的結(jié)構(gòu)型式,以減小植物培養(yǎng)盒2的重量。當(dāng)植物培養(yǎng)盒2的中間設(shè)置為方形盒體22時(shí),本領(lǐng)域技術(shù)人員可以該方形盒體22的各邊為參照采用行列式的排列方式種植植物,使得每個(gè)植物之間的間距固定或者按照一定的規(guī)律分布,相對(duì)于流線型21的結(jié)構(gòu),方形盒體22更容易確定植物的種植密度。
在上述基礎(chǔ)上,本發(fā)明還包括連接于牽引桿5的非鉸接端的組合架8,該組合架8承載有兩個(gè)以上的植物培養(yǎng)盒2,各植物培養(yǎng)盒2在水平面內(nèi)垂直于運(yùn)動(dòng)方向間隔分布。此時(shí),在運(yùn)動(dòng)方向上,各植物培養(yǎng)盒2的相對(duì)位置保持一致,能夠進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),以滿足實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)要求。為更好地滿足平行實(shí)驗(yàn)的需求,組合架8可以承載三個(gè)植物培養(yǎng)盒2,且三個(gè)植物培養(yǎng)盒2中相鄰兩者之間的間距保持相等。
如圖7所示,組合架8可以與植物培養(yǎng)盒2采用可升降的安裝方式,使得各植物培養(yǎng)盒2能夠升降,以改變?cè)谒?內(nèi)的浸沒(méi)高度;尤其當(dāng)植物長(zhǎng)期浸沒(méi)在水中,因呼吸不暢而影響植物的生長(zhǎng)時(shí),采用可升降的結(jié)構(gòu)型式,能夠定期或者根據(jù)需要將植物培養(yǎng)盒2升高至水面以上,為植物提供呼吸環(huán)境,然后再將植物下降至部分浸沒(méi)狀態(tài),繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置較為靈活,還可以根據(jù)需要調(diào)整植物的浸沒(méi)高度,在滿足實(shí)驗(yàn)需求的同時(shí)兼顧植物的生長(zhǎng)需求,使得實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜷L(zhǎng)期進(jìn)行。
為實(shí)現(xiàn)植物培養(yǎng)盒2的升降,本發(fā)明的組合架8可以包括橫架81和豎架82,豎架82上下延伸,且豎架82的上端與橫架81可升降連接,下端設(shè)有與各植物培養(yǎng)盒2匹配的安裝位,使得各植物培養(yǎng)盒2能夠安裝于豎架82的下端。當(dāng)需要升降植物培養(yǎng)盒2時(shí),只需改變豎架82與橫架81的安裝位置,向上或向下移動(dòng)豎架82即可,操作簡(jiǎn)單方便,且無(wú)需直接伸入水面以下直接對(duì)植物培養(yǎng)盒2進(jìn)行操作,更加易于實(shí)現(xiàn),能夠更好地滿足實(shí)驗(yàn)需求。
具體而言,豎架82與橫架81可以采用調(diào)節(jié)閥86等連接件實(shí)現(xiàn)可升降連接,具體可以設(shè)置相互匹配的連接孔或者卡接位等連接結(jié)構(gòu),然后通過(guò)調(diào)節(jié)閥86等連接件實(shí)現(xiàn)定位,并在需要進(jìn)行升降調(diào)節(jié)時(shí)解除定位,選擇合適的高度后再重新安裝固定?;蛘?,也可以在豎架82與橫架81上分別設(shè)置相互配合的齒輪齒條,并設(shè)置為能夠自鎖的結(jié)構(gòu)型式,使得齒條在上下方向延伸,然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)改變豎架82的上下位置,從而升降植物培養(yǎng)盒2。
同時(shí),如圖2和圖3所示,可以將橫架81與牽引桿5的非鉸接端連接,在水箱1的頂部?jī)啥司O(shè)有導(dǎo)軌11,導(dǎo)軌11與運(yùn)動(dòng)方向同向延伸,橫架81的兩端與各自同端的導(dǎo)軌11滑動(dòng)或者滾動(dòng)配合。當(dāng)牽引桿5在水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí),即可帶動(dòng)橫架81沿導(dǎo)軌11在水平方向上運(yùn)動(dòng),由于橫架81與豎架82在水平方向的相對(duì)位置固定,通過(guò)橫架81即可帶動(dòng)豎架82及其下端所連接的植物培養(yǎng)盒2在水平方向運(yùn)動(dòng)。
此時(shí),采用導(dǎo)軌11可以對(duì)橫架81進(jìn)行支撐和導(dǎo)向,一方面提高了植物培養(yǎng)盒2在水平方向的運(yùn)動(dòng)精度,另一方面還可以對(duì)各植物培養(yǎng)盒2進(jìn)行可靠的支撐,使得各植物培養(yǎng)盒2保持在同一高度,更好地滿足平行實(shí)驗(yàn)的需求。
橫架81可以在水平面內(nèi)垂直于運(yùn)動(dòng)方向延伸,即橫架81可以平行于各植物培養(yǎng)盒2的分布方向進(jìn)行設(shè)置,此時(shí),橫架81與豎架82在前后方向的運(yùn)動(dòng)同步性較高,能夠提高動(dòng)力傳遞的可靠性。同時(shí),橫架81不限于沿運(yùn)動(dòng)方向的垂向延伸,本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)需要調(diào)整橫架81的延伸方向,例如,使得橫架81在水平面內(nèi)偏離運(yùn)動(dòng)方向的垂向較小角度,只要不影響對(duì)植物培養(yǎng)盒2的驅(qū)動(dòng)即可。
再者,本發(fā)明的組合架8還包括設(shè)于豎架82下端的安裝架83,該安裝架83在水平面內(nèi)垂直于運(yùn)動(dòng)方向延伸,并且,在安裝架83的延伸方向設(shè)有兩個(gè)以上的安裝位,各植物培養(yǎng)盒2吊掛在各自對(duì)應(yīng)的安裝位?;蛘?,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要為各植物培養(yǎng)盒2設(shè)置一個(gè)集成的安裝位,以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一裝配。
采用安裝架83的結(jié)構(gòu)型式,將各植物培養(yǎng)盒2的安裝位集成于安裝架83,然后將各植物培養(yǎng)盒2統(tǒng)一吊掛于安裝位,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各植物培養(yǎng)盒2的統(tǒng)一調(diào)配,還可以提高各植物培養(yǎng)盒2的穩(wěn)定性,尤其能夠保持各植物培養(yǎng)盒2的相對(duì)位置,保證實(shí)驗(yàn)條件。
此外,組合架8還可以包括吊架84和輔助架85,吊架84與各安裝位一一對(duì)應(yīng),輔助架85與安裝架83同向延伸,各吊架84的上端吊掛于各自對(duì)應(yīng)的安裝位,下端用于掛裝植物培養(yǎng)盒2,此時(shí),吊架84可以上下延伸,具體可以設(shè)置兩個(gè)以上的豎桿,分別與植物培養(yǎng)盒2的兩側(cè)吊裝連接。輔助架85連接在相鄰的植物培養(yǎng)盒2的吊掛點(diǎn)之間,以起到輔助加強(qiáng)作用,具體可以與各吊架84與植物培養(yǎng)盒2的吊掛點(diǎn)相連接,可以采用螺紋連接、焊接等連接方式。
此外,如圖3所示,本發(fā)明還可以包括與動(dòng)力源6信號(hào)連接的控制器9,具體可以采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源6,通過(guò)控制器9控制該步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期,如上所述,該步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期與淺水波的波周期一致,因此,通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期,可以控制植物按照淺水波的波周期以正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明還可以設(shè)置輔助結(jié)構(gòu),以提高使用便捷性。例如,水箱1的底部可以安裝滑輪或者滾輪12,以輔助實(shí)現(xiàn)水箱1的移動(dòng),根據(jù)需要為水箱1選擇合適的安裝位置。水箱1還可以設(shè)有第一支架13,以便對(duì)水箱1進(jìn)行支撐,提高水箱1的穩(wěn)定性,第一支架13的上端可以與水箱1的頂部固定連接,第一支架13的下端可以相對(duì)水箱1向外傾斜,以提高支撐可靠性,并且,第一支架13的下端還可以設(shè)置吸盤(pán)等結(jié)構(gòu),以穩(wěn)定地固定于地面。動(dòng)力源6可以設(shè)有第二支架61,該第二支架61的頂部可以設(shè)置支撐平臺(tái)62,然后將動(dòng)力源6和曲柄3安裝在該支撐平臺(tái)62,以使得動(dòng)力源6處于與曲柄3相對(duì)應(yīng)的高度位置,進(jìn)而提高對(duì)曲柄3驅(qū)動(dòng)的可靠性。其中,第二支架61可以類(lèi)比第一支架13進(jìn)行設(shè)置。此處所述的第一、第二,僅用于區(qū)分表示兩個(gè)支架,不表示對(duì)設(shè)置順序的特殊限定。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
首先按照?qǐng)D2構(gòu)建好模擬裝置,將海水注入水箱1并設(shè)定好水深,此處所述的水深是指水箱1內(nèi)所注入的海水的水面所達(dá)到的高度,與注水量以及水箱1的規(guī)格有關(guān);然后,將細(xì)紗布包裹好的土壤作為培養(yǎng)介質(zhì)填滿植物培養(yǎng)盒2,用細(xì)紗布包裹土壤來(lái)減少水流沖刷造成的侵蝕;利用組合架8上的調(diào)節(jié)閥86設(shè)定植物培養(yǎng)盒2中的植物在水箱1內(nèi)被海水淹沒(méi)的深度;因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中模擬植物所處淺水波的波周期與曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)周期相等,因此,設(shè)置控制器9,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)周期轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)植物按照淺水波的波周期以正弦變化的速度做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而模擬植物生長(zhǎng)于不同波周期的淺水波中。
根據(jù)波高和曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,可以將波高參數(shù)轉(zhuǎn)化為曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,模擬植物生長(zhǎng)于不同波高環(huán)境中;啟動(dòng)控制器9和步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)關(guān),通過(guò)曲柄-連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)植物培養(yǎng)盒2中的植物在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),模擬淺水波中水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),運(yùn)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理,模擬植物長(zhǎng)期暴露于波浪參數(shù)(包括波周期、波高)可控的淺水波中,進(jìn)而監(jiān)測(cè)植物生理生化對(duì)波浪脅迫的響應(yīng)機(jī)制。
完成上述一組固定水深、波周期和波高的實(shí)驗(yàn)后,更改水箱1的水深,利用控制器9設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期,調(diào)節(jié)曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟,完成其他波浪參數(shù)條件下的實(shí)驗(yàn)。
以上對(duì)本發(fā)明所提供植物長(zhǎng)期暴露于淺水波環(huán)境的模擬裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述,以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾,這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。