昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于實驗器具技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于采集昆蟲刺吸信號的電子記錄系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 農(nóng)作物上的刺吸式口器昆蟲(如飛虱、葉蟬、蚜蟲、粉虱等）大多是重要害蟲。目前 對于該類昆蟲對寄主植物的選擇和取食物行為方面的研究，已經(jīng)成為在植物抗蟲性、抗蟲 機制的研究及害蟲綜合治理策略中的重要內(nèi)容。但是，由于這類昆蟲對寄主植物的選擇很 大程度上是在植物組織內(nèi)部刺吸取食過程中進(jìn)行，這在研究過程中恰恰是技術(shù)上的一個難 點。
[0003] 為了觀察和研究刺吸式昆蟲在植物組織內(nèi)部刺探和取食的行為，我們自主研發(fā)了 一套刺吸信號電子記錄裝置。其基本原理就是將試驗昆蟲與植物分別與一生物放大器的昆 蟲電極和植物電極相聯(lián)接，當(dāng)昆蟲口針刺入植物組織時，整個回路接通。根據(jù)昆蟲在刺 探過程中不同的行為，在系統(tǒng)的輸出端則可以得到一系列不同的信號，稱之為刺吸電位 波形。刺探電位波形因昆蟲種類及口針在植物組織內(nèi)部的位置而異。刺吸信號電子記錄裝 置可以準(zhǔn)確記錄并直觀的反映刺吸電位波形與昆蟲刺探、取食行為之間的對應(yīng)關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計提供一種昆蟲刺吸信號電子 記錄系統(tǒng)。
[0005] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于包括信號電子記錄裝置、防信號 干擾實驗臺及計算機，所述信號電子記錄裝置包括設(shè)置有接地線的電子記錄儀主機箱和信 號檢測前置放大器，所述防信號干擾實驗臺為雙層實驗臺，雙層實驗臺的上層對稱設(shè)置實 驗架，實驗架的兩側(cè)連接實驗材料，所述信號檢測前置放大器設(shè)置在雙層試驗臺的下層，電 子記錄儀主機箱與計算機相連，電子記錄儀主機箱另一側(cè)設(shè)置有多通道線路插口，多通道 線路插口上插接設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別與實驗架及信號檢測前置放大器相連，信 號檢測前置放大器與實驗材料電路連接。
[0006] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述電子記錄儀主機箱內(nèi)設(shè)置有 獨立的直流電源電路和數(shù)據(jù)采集模塊，所述信號檢測前置放大器內(nèi)設(shè)置有依次電路連接的 前置放大器電路、動態(tài)壓縮與放大電路、有源低通濾波器和放大電路，直流電源電路通過主 機電源輸出導(dǎo)線與實驗材料相連，實驗材料與前置放大器電路相連，數(shù)據(jù)采集模塊與有源 低通濾波器和放大電路相連，所述前置放大器電路采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。獨立的 直流電源電路可以減少外接電源的頻率干擾，而數(shù)據(jù)采集模塊可將昆蟲刺吸產(chǎn)生的模擬電 信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，輸入計算機。前置放大器電路的設(shè)置，便于將昆蟲刺吸動作產(chǎn)生 的微弱電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。昆蟲刺吸寄主時產(chǎn)生的微弱信號有效的放大傳輸出來， 并保證微小信號細(xì)節(jié)的分辨率，而在出現(xiàn)強烈的大信號時信號檢測前置放大器不會飽和， 該設(shè)計在于完整的將信息記錄在一個固定電壓信號范圍內(nèi)，便于觀察和實驗分析。動態(tài)壓 縮與放大電路在第二級放大電路的負(fù)反饋電路中利用二極管的非線性，自動降低大信號的 放大量，產(chǎn)生動態(tài)壓縮的效果。有源低通濾波器和放大電路在第二級放大器之后，放大了的 信號輸入低通有源濾波器，以抑制高于信號頻率分量的干擾噪聲。
[0007] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述電子記錄儀主機箱上設(shè)置有 控制面板，所述控制面板上設(shè)置有電源插座、主機開關(guān)、電源顯示燈、實驗通道輸出電壓調(diào) 節(jié)器、實驗通道信號放大量調(diào)節(jié)器、單通道輸出電壓量顯示表、電壓顯示表通道切換器、電 腦USB數(shù)據(jù)連接插口、接地線連接頭。
[0008] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述多通道線路插口包括實驗通 道直流電源輸出插口和前置放大器信號輸入插口。實驗通道直流電源輸出插口和前置放大 器信號輸入插口均設(shè)置有八個，可以同時提供八個實驗通道的電源，并連接八個信號檢測 前置放大器，對八組實驗通道信號進(jìn)行采集，此外，還可以對每個通道的輸出電壓量和輸入 信號放大量進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)。
[0009] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述防信號干擾實驗臺的外邊覆 蓋有不銹鋼網(wǎng)紗，網(wǎng)紗外部連接一條網(wǎng)紗接地線，雙層實驗臺的上層設(shè)置有不銹鋼導(dǎo)線支 架。不銹鋼支架可連通上下層間的導(dǎo)線，即可節(jié)省空間，又將其它實驗材料與信號檢測前置 放大器隔離，減少對信號檢測前置放大器的干擾。
[0010] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述實驗架設(shè)置有兩個，實驗架 為不銹鋼多通道線路連接架，所述連接架同時連接有多個通道的昆蟲連接電極和放大器信 號輸入導(dǎo)線，放大器信號輸入導(dǎo)線的另一端與信號檢測前置放大器相連，所述實驗架上對 應(yīng)每個通道口的位置處均設(shè)置有3個不同高度的導(dǎo)線連接插座，以方便昆蟲在寄主不同位 置移動時，調(diào)節(jié)昆蟲連接電極連接昆蟲的高度范圍。
[0011] 所述的昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述昆蟲連接電極的一端通過電 極插頭插入多通道線路連接架上的導(dǎo)線連接插座，且與放大器信號輸入導(dǎo)線相連，昆蟲連 接電極的另一端導(dǎo)線上設(shè)置有漆包線，導(dǎo)線的另一端設(shè)置有極細(xì)金線，所述金線通過導(dǎo)電 粘膠與昆蟲連接，所述極細(xì)金線的直徑小于15 μ m。漆包線的設(shè)置，即可減少導(dǎo)線上的干擾， 也可防止生銹，通過設(shè)置的金線與昆蟲連接，既減少了電路對昆蟲的影響，金線的柔韌性也 讓昆蟲的活動更自由。
[0012] 本發(fā)明昆蟲刺吸信號電子記錄系由硬件電路和配套使用的防止信號干擾實驗臺 組成。硬件電路包括直流電源、前置放大器、放大和動態(tài)壓縮電路、低通濾波器和放大電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集電路。實驗臺主要包括全不銹鋼網(wǎng)紗覆蓋的雙層實驗臺、多通道的采 集線路連接實驗架和與昆蟲連接的昆蟲電極。
[0013] 昆蟲在寄主上刺吸產(chǎn)生的模擬電信號經(jīng)放大、壓縮和低通濾波處理后可轉(zhuǎn)換為串 行數(shù)字信號，傳輸入電腦，在電腦屏幕上顯示信號的實時波形。由于刺吸式口器昆蟲在寄主 植物上取食時其口針在植物組織中位置的變化，昆蟲刺吸電信號幅度的動態(tài)范圍很大，在 操作記錄裝置時，需要及時調(diào)節(jié)放大器的放大量，以保證小信號細(xì)節(jié)的分辨率，在大信號時 放大器不會飽和。本發(fā)明采用動態(tài)壓縮電路，使小信號有足夠的放大量，以保證其細(xì)節(jié)的分 辨率，信號增大時，放大量自動減小，在很大范圍內(nèi)放大器都不會飽和，這樣可以保證完整 的將刺探信息記錄的在一個固定信號范圍內(nèi)，便于觀察和實驗分析。
[0014] 在本發(fā)明的裝置中，設(shè)置了帶有電壓調(diào)節(jié)器的獨立直流電源、電壓、信號放大量調(diào) 節(jié)器。由于昆蟲的刺吸動作是反映在通過它的微弱電流的變化，而采用直流電源供電可以 獲得對此微弱電流信號高的分辨率。同時通過調(diào)節(jié)電壓和信號的放大量來有效改變輸入信 號的強弱，此外獨立的電源也排除了外來電源信號的干擾。
[0015] 本發(fā)明的裝置中，信號檢測前置放大器是采用了電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，使前 置放大電路具有高輸入阻抗和很大的干擾噪聲。信號在后級電路放大和動態(tài)壓縮電路之 后，經(jīng)過低通濾波器，濾除高于信號頻率分量的干擾噪聲。
[0016] 本發(fā)明裝置中，安裝了模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄的采集卡，將昆蟲刺吸產(chǎn)生的模擬電 信號經(jīng)放大、壓縮和低通濾波處理后轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，輸入電腦。
[0017] 本發(fā)明的配套實驗臺中，采用不銹鋼網(wǎng)紗覆蓋，并且在平臺上安裝接地線，不僅可 以屏蔽來自周邊環(huán)境和設(shè)備的電子信號干擾，同時也可以屏蔽來自供電系統(tǒng)的頻率干擾， 減少了干擾信號的來源，大大降低了實驗誤差。實驗平臺上的多通道線路連接架，滿足了同 時間多組實驗進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的需求，其還可以調(diào)節(jié)高低，方便了實驗中昆蟲在寄主上不同 高度活動時與采集系統(tǒng)的連接。本發(fā)明裝置中設(shè)計了專用的昆蟲連接電極，既減少了環(huán)境 對導(dǎo)線的干擾，也減少了電路連接對昆蟲的影響。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本設(shè)備的整體連接的示意圖； 圖2為實驗臺上試驗設(shè)備連接的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為電子記錄儀主機箱的操作界面示意圖； 圖4為信號檢測前置放大器的操作界面示意圖； 圖5為實驗臺上多通道線路連接架的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為昆蟲連接電極的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為電子記錄裝置的主要電路的原理示意圖框圖； 圖8為電子記錄裝置前端電路原理結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為前置放大器原理示意圖； 圖10為動態(tài)壓縮與放大電路原理示意圖； 圖11為有源低通濾波器和放大電路原理示意圖； 圖12為動態(tài)壓縮后的信號效果圖； 圖13為動態(tài)壓縮前的信號圖； 圖中：101-電子記錄儀主機箱，102-雙層實驗臺，103-信號檢測前置放大器，104-實驗 架，105-實驗材料，106-接地線，107-計算機，108-不銹鋼網(wǎng)紗，109-網(wǎng)紗接地線，201-放 大器信號輸出導(dǎo)線，202-放大器信號輸入導(dǎo)線，203-電源輸出導(dǎo)線，204-不銹鋼導(dǎo)線支架， 205-昆蟲，206-昆蟲連接電極，207-實驗寄主，301-電源插座，302-主機開關(guān)，303-電源顯 示燈，304-實驗通道輸出電壓調(diào)節(jié)器，305-實驗通道信號放大量調(diào)節(jié)器，306-單通道輸出 電壓量顯示表，307-電壓顯示表通道切換器，308-電腦USB數(shù)據(jù)連接插口，309-實驗通道 直流電源輸出插口，310-前置放大器信號輸入插口，311-接地線連接頭，401-放大器USB 數(shù)據(jù)插口，402-檢測信號指示燈，501-導(dǎo)線連接插座，601-電極插頭，602-昆蟲電極導(dǎo)線， 603-金線，701-直流電源電路，702-數(shù)據(jù)采集模塊、703-前置放大器電路，704-動態(tài)壓縮 與放大電路，705-有源低通濾波器和放大電路。
【具體實施方式】
[0019] 以下結(jié)合說明書附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0020] 如圖所示，本發(fā)明昆蟲刺吸信號電子記錄系統(tǒng)，主要包括信號電子記錄裝置的硬 件電路和配套使用的防止信號干擾實驗臺。具體包括信號電子記錄裝置、防信號干擾實驗 臺及計算機107,信號電子記錄裝置包括設(shè)置有接地線106的電子記錄儀主機箱101和信號 檢測前置放大器103,防信號干擾實驗臺為雙層實驗臺102,雙層實驗臺102上設(shè)置有實驗 架104,電子記錄儀主機箱101 -側(cè)通過其上設(shè)置的電腦USB數(shù)據(jù)連接插口 308與計算機