一种啮齿类动物智能化糖水实验系统的制作方法

1.本发明涉及动物实验装置技术领域，特别是涉及一种啮齿类动物智能化糖水实验系统。


背景技术：

2.现在常用的糖水实验设备主要分为两种，一种是普通的动物饲养笼具加上特殊设计的饮水瓶，这种设计的好处是不需要将动物移动到新的笼具，减少了外界刺激对动物的影响，但需要人工检测整个行为过程，并在实验中途交换饮水瓶位置，费时费力，且在交换水瓶位置时易导致饮水瓶漏水，污染垫料，影响实验动物的饮水行为和饮水量的计算；另一种为经过特殊的设计的笼具，这种设计可以相对精确的记录动物饮水情况，但在实验前需让动物进行提前适应，并且笼体设计复杂，用途单一，实验结束后的清理、收纳都十分成问题。并且，评价糖水实验的参数主要是动物的糖水消耗量，传统的糖水实验在开始前及结束后都需要人工对糖水瓶进行称重，待电子称读数稳定后逐一记录；然而为确保重量的准确性，需对水瓶进行擦拭以确保糖水瓶体干燥；此外，动物的行为容易受到多方面因素的影响，在糖水实验中，人员的频繁进出、糖水的浓度、水温都能够影响动物对糖水的偏好程度，从而对实验结果产生一定的影响；现在的实验室所用的糖水大部分由人工配制，容易出现误差；且在配置糖水的过程中，易出现因操作不当而产生糖水溶液的倾洒或溶质的洒落，不能保证每瓶糖水的浓度及质量相同。配制糖水的过程不仅费时费力，还对精度有着极大的要求，而人工操作的弊端消耗了大量实验成本，降低了实验效率。而且由于较长的实验周期，在实验完成后，糖水瓶内及瓶塞处往往有大量残留的糖分黏着，手工刷洗难以清洁。
3.此外，以上设备均无法实现糖水的配置以及对各项实验指标进行检测，无法保证实验精确度，从而影响实验结果。并且已有实验设备只能实现以糖水溶液作为溶质的实验，用途较为单一。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种啮齿类动物智能化糖水实验系统，目的是解决现有技术中存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.一种啮齿类动物智能化糖水实验系统，包括糖水配置单元、实验单元及控制单元；
7.所述的糖水配置单元包括壳体、供料组件、搅拌组件及加热组件，所述的壳体侧壁上设有进水管，所述的进水管外侧端通过第一流量泵连接有净水管，所述的供料组件包括开设于壳体顶端的通孔、贯穿通孔且与通孔内壁相互脱离的装料管，所述的装料管的外壁表面固定设有沿水平设置的环形固定板，在通孔的上端口边缘与环形固定板相对且同轴设有环形压力传感器，所述的环形压力传感器上表面通过同轴设置的弹簧与环形固定板的下表面连接，所述的装料管上端敞口，下端设有出料口，所述的出料口内设有第一电磁阀，在上端敞口处插入有给料管，所述的给料管上端通过送料泵与送料管连接，所述的送料泵通
过支座与壳体顶端固定连接，所述的进水管的内侧端通过柔性连接管与装料管内部连通，所述的壳体侧壁的底部还设有出液管，所述的出液管设有第二电磁阀；
8.所述的实验单元包括动物箱，所述的动物箱的顶端开设有卡孔，所述的卡孔上方设有交互式糖水实验瓶，所述的交互式糖水实验瓶与卡孔相配合，在交互式糖水实验瓶的顶端分别设有净水输入管及糖水输入管，所述的净水输入管及糖水输入管上分别设有第二流量泵和第三流量泵，所述的净水输入管与净水管通过第一连接管连接，所述的糖水输入管通过第一三通接头及第二连接管、第三连接管分别与出液管及净水管连接，在第一三通接头与第二连接管、第三连接管的连接处分别设有第三电磁阀和第四电磁阀；所述的交互式糖水实验瓶内通过隔板分隔为第一瓶体和第二瓶体，所述的净水输入管及糖水输入管分别与第一瓶体和第二瓶体连通，第一瓶体和第二瓶体的底端分别设有第一吸管及第二吸管，所述的交互式糖水实验瓶内设有用于控制净水和糖水的输出路径的控制组件，并通过控制组件无需调换第一瓶体和第二瓶体的位置实现净水和糖水输出路径的转换；
9.所述的控制单元包括控制器和电脑，所述的控制器分别通过导线与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一流量泵、第二流量泵、第三流量泵及送料泵电性连接，并配置为对搅拌组件及加热组件进行控制；所述的电脑通过导线与控制器电性连接，在电脑内设有实验控制单元，所述的实验控制单元包括实验参数输入模块及实验结果计算分析模块；
10.所述的实验单元有1组或多组，所述的实验控制单元配置为对1组或多组实验单元进行控制。
11.优选的，所述的交互式糖水实验瓶包括瓶体，所述的第一瓶体和第二瓶体的内腔的形状尺寸相同，在第一瓶体和第二瓶体内分别设有第一液位传感器和第二液位传感器，所述的第一瓶体和第二瓶体的底端分别设有第一瓶嘴和第二瓶嘴，所述的控制组件包括连接于第一瓶嘴和第二瓶嘴位于瓶体内侧的端口处的第二三通接头和第三三通接头，所述的第二三通接头和第三三通接头的一个自由端与所在瓶体内的液体连通，另一个自由端通过第四连接管贯穿隔板、并与对侧的瓶体内部连通，所述的第四连接管、所述的第二三通接头和第三三通接头与所在瓶体内连接的自由端均设有第五电磁阀，所述的第一瓶嘴和第二瓶嘴的底端分别与第一吸管及第二吸管连接，在第一吸管及第二吸管外表面的底端还分别设有生物传感器，所述的第一液位传感器、第二液位传感器、生物传感器分别通过导线与控制器信号连接，所述的控制器分别通过导线与4个第五电磁阀电性连接。
12.优选的，所述的交互式糖水实验瓶的侧壁上固定连接有固定圈，所述的固定圈的侧壁外表面固定连接有横杆，所述的横杆的自由端连接有沿纵向设置的电动推杆，所述的电动推杆的伸缩端与横杆固定连接，固定端的顶部与支撑架连接，通过电动推杆的伸缩带动交互式糖水实验瓶进入或脱离卡孔。
13.优选的，所述的支撑架包括与地面连接的底板以及沿纵向固定设于底板上表面的支撑杆，所述的电动推杆的固定端还固定设有从动齿轮，所述的从动齿轮上方设有水平设置的安装板，所述的安装板的下表面外侧固定设有竖轴，所述的竖轴与从动齿轮转动连接，在安装板上表面的内侧还固定设有旋转电机，所述的旋转电机的输出轴通过轴承贯穿安装板的下表面，并在输出轴的端部固定连接有主动齿轮，在旋转电机的带动下，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述的安装板的内侧端与支撑杆的顶端固定连接，在远离动物箱的底板
上表面或地面上还设有废液回收箱，所述的旋转电机和电动推杆分别通过导线与控制器电性连接，所述的横杆的长度满足于：在控制器的控制下，旋转电机驱动主动齿轮旋转，并将交互式糖水实验瓶移动至废液回收箱的上方或者从废液回收箱的上方移动回动物箱上方的预定位置。
14.优选的，所述的加热组件包括设于壳体内底部的电热丝以及设于壳体内侧壁底部的温度传感器，所述的温度传感器通过导线与控制器信号连接，所述的控制器通过导线与电热丝电性连接。
15.优选的，所述的搅拌组件包括固定设于壳体侧壁外表面的搅拌电机，所述的搅拌电机通过密封轴承贯穿壳体的侧壁并向壳体内部延伸，在搅拌电机的输出轴端部连接有转轴，所述的转轴外表面固定设有多组搅拌叶，所述的转轴的端部与壳体内的侧壁表面转动连接，所述的搅拌电机通过导线与控制器电性连接。
16.优选的，所述的壳体还设有用以检测糖水浓度的浓度传感器，所述的浓度传感器通过导线与控制器信号连接。
17.优选的，所述的旋转电机为步进电机或伺服电机。
18.优选的，所述的第一吸管及第二吸管为弯管或直管。
19.优选的，所述的净水输入管及糖水输入管位于瓶体内的端口设有喷头。
20.本发明一种啮齿类动物智能化糖水实验系统的有益效果是：
21.1、本发明可满足1组或多组啮齿类实验动物的糖水实验的远程智能化、自动化控制，同时，本发明也并不仅局限于糖水实验，凡是以实验动物通过吸入溶液进行的实验均可通过本发明进行操作。
22.2、本发明不需要操作人员出现，即可调换糖水和净水的出水路径，实验动物不会出现路径依赖，也不会因为打扰影响到糖水实验数据的准确性。
23.3、本发明通过自动化控制实现了溶液浓度的精确控制，并实现了实验器具的自动化清洗，有效减轻了操作人员的劳动量，避免了各种因素对实验过程的影响，可有效提高实验数据的准确性。
附图说明
24.图1、本发明的整体结构示意图；
25.图2、本发明a处的局部结构示意图；
26.图3、本发明b处的局部结构示意图；
27.1、动物箱；2、电动推杆；3、横杆；4、从动齿轮；5、安装板；6、旋转电机；7、主动齿轮；8、第二连接管；9、支撑架；10、废液回收箱；11、交互式糖水实验瓶；11
‑
1、第一瓶体；11
‑
2、第二瓶体；11
‑
3、第一瓶嘴；11
‑
4、第一吸管；11
‑
5、第三三通接头；11
‑
6、第四连接管；11
‑
7、第一液位传感器；11
‑
8、第五电磁阀；11
‑
9、隔板；12、固定圈；13、净水输入管；14、第二流量泵；15、糖水输入管；16、第三流量泵；17、第一三通接头；18、生物传感器；19、支座；20、壳体；21、搅拌电机；22、搅拌叶；23、电热丝；24、浓度传感器；25、装料管；26、环形压力传感器；27、环形固定板；28、弹簧；29、给料管；30、送料泵；31、送料管；32、出液管；33、进水管；34、第一流量泵；35、净水管；36、糖水溶液；37、出料口；38、柔性连接管。
具体实施方式
28.以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
29.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.实施例1、
31.如图1
‑
3所示：
32.一种啮齿类动物智能化糖水实验系统，包括糖水配置单元、实验单元及控制单元；
33.所述的糖水配置单元包括壳体20、供料组件、搅拌组件及加热组件，所述的壳体侧壁上设有进水管33，所述的进水管33外侧端通过第一流量泵34连接有净水管35，所述的供料组件包括开设于壳体顶端的通孔、贯穿通孔且与通孔内壁相互脱离的装料管25，相互脱离目的是避免壳体对称重数据产生影响，所述的装料管25的外壁表面固定设有沿水平设置的环形固定板27，在通孔的上端口边缘与环形固定板27相对且同轴设有环形压力传感器26，所述的环形压力传感器26上表面通过同轴设置的弹簧28与环形固定板27的下表面连接，所述的装料管25上端敞口，下端设有出料口37，所述的出料口37内设有第一电磁阀(图中未标注)，在上端敞口处插入有给料管29，所述的给料管29上端通过送料泵30与送料管31连接，所述的送料泵通过支座19与壳体顶端固定连接，所述的进水管33的内侧端通过柔性连接管38与装料管25内部连通，所述的壳体侧壁的底部还设有出液管32，所述的出液管32设有第二电磁阀(图中未画出)；
34.所述的实验单元包括动物箱1，所述的动物箱1的顶端开设有卡孔，所述的卡孔上方设有交互式糖水实验瓶11，所述的交互式糖水实验瓶11与卡孔相配合，在交互式糖水实验瓶的顶端分别设有净水输入管13及糖水输入管15，所述的净水输入管13及糖水输入管15上分别设有第二流量泵14和第三流量泵16，所述的净水输入管13与净水管35通过第一连接管(图中未画出)连接，所述的糖水输入管15通过第一三通接头17及第二连接管8、第三连接管分别与出液管32及净水管35连接，在第一三通接头17与第二连接管、第三连接管的连接处分别设有第三电磁阀(图中未标注)和第四电磁阀(图中未标注)；所述的交互式糖水实验瓶11内通过隔板11
‑
9分隔为第一瓶体11
‑
1和第二瓶体11
‑
2，所述的净水输入管及糖水输入管分别与第一瓶体和第二瓶体连通，第一瓶体和第二瓶体的底端分别设有第一吸管及第二吸管，所述的交互式糖水实验瓶11内设有用于控制净水和糖水的输出路径的控制组件，并通过控制组件无需调换第一瓶体和第二瓶体的位置实现净水和糖水输出路径的转换；
35.所述的控制单元包括控制器和电脑，所述的控制器分别通过导线与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一流量泵、第二流量泵、第三流量泵及送料泵30电性连接，并配置为对搅拌组件及加热组件进行控制；所述的电脑通过导线与控制器电性连接，在电脑内设有实验控制单元，所述的实验控制单元包括实验参数输入模块及实验结果计算分析模块；
36.所述的实验单元有1组或多组，所述的实验控制单元配置为对1组或多组实验单元
进行控制。
37.本实施例公开了本发明的基础结构，通过如上设置可满足1组或多组啮齿类实验动物的糖水实验的自动化控制，同时，本发明也并不仅局限于糖水实验，凡是实验动物通过吸入溶液进行的实验均可通过本发明进行操作。
38.实施例2、
39.本实施例是在实施例1基础上的改进，具体为：
40.如图2所示，所述的交互式糖水实验瓶11包括瓶体，所述的第一瓶体11
‑
1和第二瓶体11
‑
2的内腔的形状尺寸相同，在第一瓶体11
‑
1和第二瓶体11
‑
2内分别设有第一液位传感器11
‑
7和第二液位传感器，所述的第一瓶体11
‑
1和第二瓶体11
‑
2的底端分别设有第一瓶嘴11
‑
3和第二瓶嘴(图中未标注)，所述的控制组件包括连接于第一瓶嘴和第二瓶嘴位于瓶体内侧的端口处的第二三通接头(图中未标注)和第三三通接头11
‑
5，所述的第二三通接头和第三三通接头11
‑
5的一个自由端与所在瓶体内的液体连通，另一个自由端通过第四连接管11
‑
6贯穿隔板11
‑
9、并与对侧的瓶体内部连通，所述的第四连接管、所述的第二三通接头和第三三通接头11
‑
5与所在瓶体内连接的自由端均设有第五电磁阀11
‑
8，所述的第一瓶嘴11
‑
3和第二瓶嘴的底端分别与第一吸管11
‑
4及第二吸管连接，在第一吸管及第二吸管外表面的底端还分别设有生物传感器18，所述的第一液位传感器11
‑
7、第二液位传感器、生物传感器18分别通过导线与控制器信号连接，所述的控制器分别通过导线与4个第五电磁阀11
‑
8电性连接；
41.所述的第一吸管及第二吸管为弯管或直管；具体选择以动物喝水舒适为度；
42.所述的净水输入管13及糖水输入管15位于瓶体内的端口设有喷头。
43.本实施例提供了无需调换第一瓶体和第二瓶体的位置实现净水和糖水输出路径转换的优选方案，如背景技术部分所述，当调换瓶体位置时，不但操作人员工作量大，容易失误，还容易漏液，而且会影响到动物的状态，从而导致糖水实验的数据失真，本发明通过如上设置，不需要操作人员出现，即可调换糖水和净水的出水路径，实验动物不会出现路径依赖，也不会因为打扰影响到糖水实验数据的准确性。
44.实施例3、
45.在以上实施例的基础上，本实施例进一步改进为：
46.如图1、2所示，所述的交互式糖水实验瓶11的侧壁上固定连接有固定圈12，所述的固定圈12的侧壁外表面固定连接有横杆3，所述的横杆3的自由端连接有沿纵向设置的电动推杆2，所述的电动推杆2的伸缩端与横杆3固定连接，固定端的顶部与支撑架9连接，通过电动推杆2的伸缩带动交互式糖水实验瓶11进入或脱离卡孔；
47.如图1所示，所述的支撑架9包括与地面连接的底板以及沿纵向固定设于底板上表面的支撑杆，所述的电动推杆的固定端还固定设有从动齿轮4，所述的从动齿轮4上方设有水平设置的安装板5，所述的安装板5的下表面外侧固定设有竖轴，所述的竖轴与从动齿轮4转动连接，在安装板上表面的内侧还固定设有旋转电机6，所述的旋转电机6的输出轴通过轴承贯穿安装板5的下表面，并在输出轴的端部固定连接有主动齿轮7，在旋转电机6的带动下，主动齿轮7与从动齿轮4啮合连接，所述的安装板5的内侧端与支撑杆的顶端固定连接，在远离动物箱1的底板上表面或地面上还设有废液回收箱10，所述的旋转电机6和电动推杆2分别通过导线与控制器电性连接，所述的横杆3的长度满足于：在控制器的控制下，旋转电
机驱动主动齿轮7旋转，并将交互式糖水实验瓶11移动至废液回收箱10的上方或者从废液回收箱10的上方移动回动物箱1上方的预定位置；
48.所述的旋转电机为步进电机或伺服电机。
49.本实施例提供了更优化的实验方案，为了进一步避免实验人员进入导致的影响，通过电动推杆控制交互式糖水实验瓶11进入卡孔定位开始实验或者脱离卡孔终止实验，同时，还可通过旋转电机控制交互式糖水实验瓶11移动至废液回收箱上方，通过通入净水对交互式糖水实验瓶11进行清洗，并排出废液。
50.实施例4、
51.在实施例3的基础上，本实施例进一步改进为：
52.如图1、3所示，所述的加热组件包括设于壳体内底部的电热丝23以及设于壳体内侧壁底部的温度传感器(图中未标注)，所述的温度传感器通过导线与控制器信号连接，所述的控制器通过导线与电热丝23电性连接；如此就可以获得所需温度的糖水；
53.如图3所示，所述的搅拌组件包括固定设于壳体侧壁外表面的搅拌电机21，所述的搅拌电机21通过密封轴承贯穿壳体的侧壁并向壳体内部延伸，在搅拌电机的输出轴端部连接有转轴，所述的转轴外表面固定设有多组搅拌叶22，所述的转轴的端部与壳体内的侧壁表面转动连接，所述的搅拌电机21通过导线与控制器电性连接；
54.如图1、3所示，所述的壳体还设有用以检测糖水浓度的浓度传感器24，所述的浓度传感器通过导线与控制器信号连接。
55.本发明的工作原理：
56.1、关于糖水的配置，确保糖水浓度的精准性，并实现自动化操作：在实验参数输入模块输入糖水浓度及溶液量，系统自动计算所需溶质的重量以及所需净水的容量，输入后按配置溶液的按钮，启动配置程序，送料泵将所需重量的溶质泵送至装料管内，环形压力传感器将溶质的重量信息传送给控制器，当到达计算得出的溶质重量时，送料泵停止送料；此时控制器启动第一流量泵通过柔性连接管向装料管内注入净水，与此同时，第一电磁阀打开，溶质被净水冲入壳体内，由于净水持续性的流入，故装料管内的溶质可被充分溶解并进入壳体，当泵送量达到计算好的净水容积时，第一流量泵停止泵送；此时，控制器启动搅拌组件和加热组件，在搅拌的同时对溶液进行加热，当温度传感器检测到温度符合要求时，停止加热，同时浓度传感器对溶液的浓度进行检测，当检测到浓度不合格时，可通过加入溶质或加入净水的方式对浓度进行微调，微调合格后，糖水溶液配置完成。
57.2、关于糖水实验，最大程度排除干扰因素，并简化实验操作，确保实验数据的准确性：本发明进行糖水实验时，净水的消耗量和糖水的消耗量可根据液位传感器的数值变化，通过实验结果计算分析模块的预设程序结合瓶体的尺寸计算出来，而且实验数据实时传送，实验结果的计算和分析也跟随着实时进行，实验人员可截取任意时间段的实验数据进行对比参考。同时，实验人员可实现远程实验控制，无需到动物箱所在的房间，即可完成全部的实验操作，因此，不会对动物造成人为干扰，使动物可完全沉浸在实验环境中；另外，在整个实验过程中，交互式糖水实验瓶卡在卡孔处，不会发生移动，确保了实验环境不会因瓶体移动而受到影响，当需要更换糖水和净水的输出路径时，仅需要通过控制器将第一瓶体的第二三通接头的自由端的第五电磁阀关闭，将第二三通接头连接的第四连接管的第五电磁阀打开，同理操作第二瓶体内的第三三通接头的相关电磁阀，即可实现糖水从另一个吸
管输出，而净水也从与之前不同的另一个吸管输出，这样就在不调换瓶体位置的情况下实现了糖水与净水输出路径的变换，因此，此过程不会影响到动物，可有效提高糖水实验的精度。以上过程全部在控制单元的智能控制下远程实现。
58.3、关于交互式糖水实验瓶的冲洗：实验结束时，电动推杆将交互式糖水实验瓶从卡口取出，然后通过旋转电机将其旋转到废液回收箱上方，通过在2个瓶体内接入净水，即可完成对交互式糖水实验瓶的清洗及废液回收工作。