一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的测量装置及方法，所述装置包括用于固定夹紧蓝鲨的夹具系统和用于测量蓝鲨胸鳍弹性模量的测量系统。所述方法包括如下步骤：1)水槽中的水通过水管导入到水箱内，直至水箱中的水位到达水箱的开口位置；2)通过夹具将待测量的蓝鲨固定到工作台上，然后移动夹具使得蓝鲨的头部通过靠口进入水箱内；3)启动液位传感器检测水箱内的水位，若检测传感器检测到的水位不足设定最小值，液位传感器控制水泵启动，通过水泵继续向水箱中注水；若液位传感器超过设定最大值，液位传感器控制水泵关闭；4)在蓝鲨胸鳍上选取若干测量点，测量相关数据；5)根据公式计算出蓝鲨胸鳍的弹性模量。

说明书

技术领域

本发明涉及柔性材料物理特性测量领域，具体地说，特别涉及到一种活体 蓝鲨胸鳍弹性模量的测量装置及方法。

背景技术

海洋中存在着洋流等多种能量形式，各种海洋鱼类经过千百万年进化具备 了适应这一环境的功能结构，以蓝鲨为代表的鲨鱼已经在地球上生存了上亿年， 其具有游动姿态稳定、效率高、巡游距离长的特点。当前，人类对于水下航行 装备的研究进入了新的阶段，自主式水下航行器(Autonomousunderwatervehicle, AUV)在水下探测等领域已获得众多应用，处于海洋强国间竞争的最前。目前 AUV不足点之一在于能耗效率不高，水动力性能还处于较低水平，对相关海洋 生物进行仿生将有助于这一问题的解决。就整个海洋生物群体来说，鲨鱼与AUV 处于相近的结构和尺寸范围内。蓝鲨的高效运动模式与其身体整体结构和功能 模块组成密不可分，从仿生学的角度当前还无法做到全面模拟。蓝鲨胸鳍在游 动过程中起到平衡和稳定的重要作用AUV中也有相应结构体。胸鳍能够高效的 完成工作，除了外形以外，其弹性的表面特性、水流中恰当的收缩及弯曲等是 关键，为了将蓝鲨胸鳍的物理特性应用于AUV的开发研究，测量出蓝鲨肌肉的 弹性模量就显得尤为重要。

目前测量鱼体肌肉弹性模量的方法都是将鱼体解剖，然后通过物理方法测 得弹性模量，但是活鱼肌肉的弹性和死鱼肌肉的弹性是有区别的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种活体蓝鲨胸鳍弹性模 量的测量装置及方法，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的测量装置，包括用于固定夹紧蓝鲨的夹具系 统和用于测量蓝鲨胸鳍弹性模量的测量系统；

所述夹具系统包括工作台，在所述工作台上设有滑槽，滑槽上安装有若干 可沿所述滑槽移动的夹具，在所述工作台的一侧设有水槽，所述水槽内安装有 水箱、水泵和水管，所述水泵与水管连通，水管的两端分别连通水槽和水箱， 用于将所述水槽中的水导入水箱中，在水箱上设有用于通过蓝鲨头部的开口；

所述测量系统包括第一平板、第二平板、顶针、弹簧和位移变化量显示器； 所述第一平板和第二平板通过弹簧弹性连接，在第二平板的顶面设有位移变化 量显示器，所述位移变化量显示器连接有顶针，所述顶针依次贯穿第一平板和 第二平板。

进一步的，所述水箱内安装有液位传感器，液位传感器的信号输出端与水 泵的控制端连接。

进一步的，所述夹具包括可移动基板、左限位夹板和右限位夹板，所述可 移动基板活动安装于滑槽内，且沿滑槽前后移动；在可移动基板上设有调整槽， 左限位夹板和右限位夹板的底部活动安装于调整槽内，且可沿调整槽左右移动。

一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的测量方法，包括如下步骤：

1)启动水泵，将所述水槽中的水通过水管导入到水箱内，直至水箱中的水 位到达水箱的开口位置；

2)通过夹具将待测量的蓝鲨固定到工作台上，然后移动夹具使得蓝鲨的头 部通过靠口进入水箱内；

3)启动液位传感器检测水箱内的水位，若检测传感器检测到的水位不足设 定最小值，液位传感器控制水泵启动，通过水泵继续向水箱中注水；若液位传 感器超过设定最大值，液位传感器控制水泵关闭；

4)在蓝鲨胸鳍上选取若干测量点，将第一平板贴住胸鳍表面，然后在第二 平板上放置的砝码质量X来代表施加的压力，并记录位移变化量显示器的值X；

5)根据公式E＝Mg/X计算出蓝鲨胸鳍的弹性模量E。

进一步的，所述步骤4)中的测量包括位于蓝鲨左胸鳍和右胸鳍的根部、中 部和顶部的测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

结构简单，设计巧妙，通过采用全新的结构设计，可以准确测量出活体蓝 鲨胸鳍的弹性模量。

附图说明

图1为本发明所述的测量装置的闲置状态示意图。

图2为本发明所述的测量装置的使用状态示意图。

图3为本发明所述的测量装置的结构示意图。

图4为本发明所述的测量系统的结构示意图。

图5为本发明所述的夹具的安装结构示意图。

图6为本发明所述的测量方法的流程示意图。

图中标号说明：工作台1、滑槽2、夹具3、水槽4、水泵5、水管6、开口 7、液位传感器8、可移动基板9、左限位夹板10、右限位夹板11、第一平板12、 第二平板13、顶针14、弹簧15、位移变化量显示器16、水箱17。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1、图2、图3和图5，本发明所述的一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的 测量装置，其主要包括用于固定夹紧蓝鲨的夹具3系统和用于测量蓝鲨胸鳍弹 性模量的测量系统。

所述夹具3系统包括工作台1，在所述工作台1上设有滑槽2，滑槽2上安 装有若干可沿所述滑槽2移动的夹具3，在所述工作台1的一侧设有水槽4，所 述水槽4内安装有水箱17、水泵5和水管6，所述水泵5与水管6连通，水管6 的两端分别连通水槽4和水箱17，用于将所述水槽4中的水导入水箱17中，在 水箱17上设有用于通过蓝鲨头部的开口7；水箱17内安装有液位传感器8，液 位传感器8的信号输出端与水泵5的控制端连接。

参加图4，所述测量系统包括第一平板12、第二平板13、顶针14、弹簧15 和位移变化量显示器16；所述第一平板和第二平板通过弹簧弹性连接，在第二 平板的顶面设有位移变化量显示器，所述位移变化量显示器连接有顶针，所述 顶针依次贯穿第一平板和第二平板。

参见图5，所述夹具3包括可移动基板9、左限位夹板10和右限位夹板11， 所述可移动基板9活动安装于滑槽2内，且沿滑槽2前后移动；在可移动基板9 上设有调整槽，左限位夹板10和右限位夹板11的底部活动安装于调整槽内， 且可沿调整槽左右移动。

参见图6，一种活体蓝鲨胸鳍弹性模量的测量方法，包括如下步骤：

1)把水槽里的水通过水泵注入到开口水槽中，当水位上升到开口位置时停 止注水。

2)将蓝鲨放置在工作台上且用三组夹具固定夹紧鱼尾和鱼体，通过向右移 动夹具使得鱼头伸进右侧开口的水槽中。

3.)启动液位传感器控制系统开关，液位传感器布置在水槽底部上方600mm 处，当传感器的深度不足700mm时，液位传感器系统控制水泵打开，通过水泵 继续向开口水槽中注水，当液位传感器的深度大于800mm时，液位传感器系统 会发送信号关闭水泵，水槽中的液位传感器就是通过控制水泵的开关从而控制 水槽液面高度，保证鲨鱼头一直处在水中。

4)为了测出蓝鲨胸鳍的弹性模量，可以通过搭载传感器的测试仪在胸鳍上 选择几个点进行测量，测试仪上的位移传感器用来测量第一平板与第二平板之 间的距离变化并在显示器上显示变化量。

5)测量胸鳍表面特定点的弹性模量时，将测试仪的测试顶针对准测试点， 并让平板1贴住胸鳍表面。测试实验开始前不用添加玛法，观察位移传感器的 数值是否为零，如果不是零位则需要较零，如果是零位则开始进行弹性模量的 测试。

6)首先在蓝鲨胸鳍与鱼体接触的根部进行测量，从小到大依次更换不同质 量的砝码来代表施加的压力，并记录位移变化量显示器的值。由于蓝鲨有两个 胸鳍，所以左右两个胸鳍的弹性模量都需要测量并进行对比，算出平均值；同 样的原理对胸鳍中部和胸鳍的顶部进行测量。

7)通过得到的数据可以得出蓝鲨胸鳍各个部位的弹性模量E＝Mg/X。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。