昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于實(shí)驗(yàn)器具技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于采集昆蟲刺吸信號(hào)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(duì)于該類昆蟲對(duì)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(jī)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(duì)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(guò)程中進(jìn)行，這在研究過(guò)程中恰恰是技術(shù)上的一個(gè)難 點(diǎn)。
[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(hào)電子記錄裝置。其基本原理就是將試驗(yàn)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(shí)，整個(gè)回路接通。根據(jù)昆蟲在刺 探過(guò)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(hào)，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(hào)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(duì)應(yīng)關(guān)系。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)提供一種昆蟲刺吸信號(hào) 電子記錄系統(tǒng)。
[0005] 所述的昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于包括信號(hào)電子記錄裝置、防信號(hào) 干擾實(shí)驗(yàn)臺(tái)及計(jì)算機(jī)，所述信號(hào)電子記錄裝置包括設(shè)置有接地線的電子記錄儀主機(jī)箱和信 號(hào)檢測(cè)前置放大器，所述防信號(hào)干擾實(shí)驗(yàn)臺(tái)為雙層實(shí)驗(yàn)臺(tái)，雙層實(shí)驗(yàn)臺(tái)的上層對(duì)稱設(shè)置實(shí) 驗(yàn)架，實(shí)驗(yàn)架的兩側(cè)連接實(shí)驗(yàn)材料，所述信號(hào)檢測(cè)前置放大器設(shè)置在雙層試驗(yàn)臺(tái)的下層，電 子記錄儀主機(jī)箱與計(jì)算機(jī)相連，電子記錄儀主機(jī)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(shí)驗(yàn)架及信號(hào)檢測(cè)前置放大器相連，信 號(hào)檢測(cè)前置放大器與實(shí)驗(yàn)材料電路連接。
[0006] 所述的昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述電子記錄儀主機(jī)箱內(nèi)設(shè)置有 獨(dú)立的直流電源電路和數(shù)據(jù)采集模塊，所述信號(hào)檢測(cè)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(dòng)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(guò)主 機(jī)電源輸出導(dǎo)線與實(shí)驗(yàn)材料相連，實(shí)驗(yàn)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(dú)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(hào)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)。前置放大器電路的設(shè)置，便于將昆蟲刺吸動(dòng)作產(chǎn)生 的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。昆蟲刺吸寄主時(shí)產(chǎn)生的微弱信號(hào)有效的放大傳輸出來(lái)， 并保證微小信號(hào)細(xì)節(jié)的分辨率，而在出現(xiàn)強(qiáng)烈的大信號(hào)時(shí)信號(hào)檢測(cè)前置放大器不會(huì)飽和， 該設(shè)計(jì)在于完整的將信息記錄在一個(gè)固定電壓信號(hào)范圍內(nèi)，便于觀察和實(shí)驗(yàn)分析。動(dòng)態(tài)壓 縮與放大電路在第二級(jí)放大電路的負(fù)反饋電路中利用二極管的非線性，自動(dòng)降低大信號(hào)的 放大量，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)壓縮的效果。有源低通濾波器和放大電路在第二級(jí)放大器之后，放大了的 信號(hào)輸入低通有源濾波器，以抑制高于信號(hào)頻率分量的干擾噪聲。
[0007] 所述的昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述電子記錄儀主機(jī)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(jī)開(kāi)關(guān)、電源顯示燈、實(shí)驗(yàn)通道輸出電壓調(diào) 節(jié)器、實(shí)驗(yàn)通道信號(hào)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(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述多通道線路插口包括實(shí)驗(yàn)通 道直流電源輸出插口和前置放大器信號(hào)輸入插口。實(shí)驗(yàn)通道直流電源輸出插口和前置放大 器信號(hào)輸入插口均設(shè)置有八個(gè)，可以同時(shí)提供八個(gè)實(shí)驗(yàn)通道的電源，并連接八個(gè)信號(hào)檢測(cè) 前置放大器，對(duì)八組實(shí)驗(yàn)通道信號(hào)進(jìn)行采集，此外，還可以對(duì)每個(gè)通道的輸出電壓量和輸入 信號(hào)放大量進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。
[0009] 所述的昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述防信號(hào)干擾實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)材料與信號(hào)檢測(cè)前置 放大器隔離，減少對(duì)信號(hào)檢測(cè)前置放大器的干擾。
[0010] 所述的昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)架設(shè)置有兩個(gè)，實(shí)驗(yàn)架 為不銹鋼多通道線路連接架，所述連接架同時(shí)連接有多個(gè)通道的昆蟲連接電極和放大器信 號(hào)輸入導(dǎo)線，放大器信號(hào)輸入導(dǎo)線的另一端與信號(hào)檢測(cè)前置放大器相連，所述實(shí)驗(yàn)架上對(duì) 應(yīng)每個(gè)通道口的位置處均設(shè)置有3個(gè)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(dòng)時(shí)，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(hào)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(guò)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(hào)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(guò)導(dǎo)電 粘膠與昆蟲連接，所述極細(xì)金線的直徑小于15iim。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(guò)設(shè)置的金線與昆蟲連接，既減少了電路對(duì)昆蟲的影響，金線的柔韌性也 讓昆蟲的活動(dòng)更自由。
[0012] 本實(shí)用新型昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系由硬件電路和配套使用的防止信號(hào)干擾實(shí) 驗(yàn)臺(tái)組成。硬件電路包括直流電源、前置放大器、放大和動(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括全不銹鋼網(wǎng)紗覆蓋的雙層實(shí)驗(yàn)臺(tái)、多通道 的采集線路連接實(shí)驗(yàn)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(hào)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(hào)，傳輸入電腦，在電腦屏幕上顯示信號(hào)的實(shí)時(shí)波形。由于刺吸式口器昆蟲在寄主 植物上取食時(shí)其口針在植物組織中位置的變化，昆蟲刺吸電信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍很大，在 操作記錄裝置時(shí)，需要及時(shí)調(diào)節(jié)放大器的放大量，以保證小信號(hào)細(xì)節(jié)的分辨率，在大信號(hào)時(shí) 放大器不會(huì)飽和。本實(shí)用新型采用動(dòng)態(tài)壓縮電路，使小信號(hào)有足夠的放大量，以保證其細(xì)節(jié) 的分辨率，信號(hào)增大時(shí)，放大量自動(dòng)減小，在很大范圍內(nèi)放大器都不會(huì)飽和，這樣可以保證 完整的將刺探信息記錄的在一個(gè)固定信號(hào)范圍內(nèi)，便于觀察和實(shí)驗(yàn)分析。
[0014] 在本實(shí)用新型的裝置中，設(shè)置了帶有電壓調(diào)節(jié)器的獨(dú)立直流電源、電壓、信號(hào)放大 量調(diào)節(jié)器。由于昆蟲的刺吸動(dòng)作是反映在通過(guò)它的微弱電流的變化，而采用直流電源供電 可以獲得對(duì)此微弱電流信號(hào)高的分辨率。同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)電壓和信號(hào)的放大量來(lái)有效改變輸 入信號(hào)的強(qiáng)弱，此外獨(dú)立的電源也排除了外來(lái)電源信號(hào)的干擾。
[0015] 本實(shí)用新型的裝置中，信號(hào)檢測(cè)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(hào)在后級(jí)電路放大和動(dòng)態(tài)壓縮電路 之后，經(jīng)過(guò)低通濾波器，濾除高于信號(hào)頻率分量的干擾噪聲。
[0016] 本實(shí)用新型裝置中，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(hào)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(hào)，輸入電腦。
[0017] 本實(shí)用新型的配套實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，采用不銹鋼網(wǎng)紗覆蓋，并且在平臺(tái)上安裝接地線，不 僅可以屏蔽來(lái)自周邊環(huán)境和設(shè)備的電子信號(hào)干擾，同時(shí)也可以屏蔽來(lái)自供電系統(tǒng)的頻率干 擾，減少了干擾信號(hào)的來(lái)源，大大降低了實(shí)驗(yàn)誤差。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的多通道線路連接架，滿足 了同時(shí)間多組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中昆蟲在寄主上 不同高度活動(dòng)時(shí)與采集系統(tǒng)的連接。本實(shí)用新型裝置中設(shè)計(jì)了專用的昆蟲連接電極，既減 少了環(huán)境對(duì)導(dǎo)線的干擾，也減少了電路連接對(duì)昆蟲的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本設(shè)備的整體連接的示意圖；
[0019] 圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)上試驗(yàn)設(shè)備連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為電子記錄儀主機(jī)箱的操作界面示意圖；
[0021] 圖4為信號(hào)檢測(cè)前置放大器的操作界面示意圖；
[0022] 圖5為實(shí)驗(yàn)臺(tái)上多通道線路連接架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖6為昆蟲連接電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖7為電子記錄裝置的主要電路的原理示意圖框圖；
[0025] 圖8為電子記錄裝置前端電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖9為前置放大器原理示意圖；
[0027] 圖10為動(dòng)態(tài)壓縮與放大電路原理示意圖；
[0028] 圖11為有源低通濾波器和放大電路原理示意圖；
[0029] 圖a為動(dòng)態(tài)壓縮后的信號(hào)效果圖；
[0030] 圖b為動(dòng)態(tài)壓縮前的信號(hào)圖；
[0031] 圖中：101-電子記錄儀主機(jī)箱，102-雙層實(shí)驗(yàn)臺(tái)，103-信號(hào)檢測(cè)前置放大器， 104-實(shí)驗(yàn)架，105-實(shí)驗(yàn)材料，106-接地線，107-計(jì)算機(jī)，108-不銹鋼網(wǎng)紗，109-網(wǎng)紗接地 線，201-放大器信號(hào)輸出導(dǎo)線，202-放大器信號(hào)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(shí)驗(yàn)寄主，301-電源插座，302-主機(jī)開(kāi) 關(guān)，303-電源顯示燈，304-實(shí)驗(yàn)通道輸出電壓調(diào)節(jié)器，305-實(shí)驗(yàn)通道信號(hào)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(shí)驗(yàn)通道直流電源輸出插口，310-前置放大器信號(hào)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(cè)信號(hào)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(dòng)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(shí)施方式】
[0032] 以下結(jié)合說(shuō)明書附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0033] 如圖所示，本實(shí)用新型昆蟲刺吸信號(hào)電子記錄系統(tǒng)，主要包括信號(hào)電子記錄裝置 的硬件電路和配套使用的防止信號(hào)干擾實(shí)驗(yàn)臺(tái)。具體包括信號(hào)電子記錄裝置、防信號(hào)干擾 實(shí)驗(yàn)臺(tái)及計(jì)算機(jī)107,信號(hào)電子記錄裝置包括設(shè)置有接地線106的電