昆虫刺吸信号电子记录系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于实验器具技术领域，具体为一种用于采集昆虫刺吸信号的电子记录系 统。
【背景技术】
[0002] 农作物上的刺吸式口器昆虫(如飞虱、叶蝉、蚜虫、粉虱等）大多是重要害虫。目前 对于该类昆虫对寄主植物的选择和取食物行为方面的研究，已经成为在植物抗虫性、抗虫 机制的研究及害虫综合治理策略中的重要内容。但是，由于这类昆虫对寄主植物的选择很 大程度上是在植物组织内部刺吸取食过程中进行，这在研究过程中恰恰是技术上的一个难 点。
[0003] 为了观察和研究刺吸式昆虫在植物组织内部刺探和取食的行为，我们自主研发了 一套刺吸信号电子记录装置。其基本原理就是将试验昆虫与植物分别与一生物放大器的昆 虫电极和植物电极相联接，当昆虫口针刺入植物组织时，整个回路接通。根据昆虫在刺 探过程中不同的行为，在系统的输出端则可以得到一系列不同的信号，称之为刺吸电位 波形。刺探电位波形因昆虫种类及口针在植物组织内部的位置而异。刺吸信号电子记录装 置可以准确记录并直观的反映刺吸电位波形与昆虫刺探、取食行为之间的对应关系。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种昆虫刺吸信号电子 记录系统。
[0005] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于包括信号电子记录装置、防信号 干扰实验台及计算机，所述信号电子记录装置包括设置有接地线的电子记录仪主机箱和信 号检测前置放大器，所述防信号干扰实验台为双层实验台，双层实验台的上层对称设置实 验架，实验架的两侧连接实验材料，所述信号检测前置放大器设置在双层试验台的下层，电 子记录仪主机箱与计算机相连，电子记录仪主机箱另一侧设置有多通道线路插口，多通道 线路插口上插接设置有导线，导线的另一端分别与实验架及信号检测前置放大器相连，信 号检测前置放大器与实验材料电路连接。
[0006] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述电子记录仪主机箱内设置有 独立的直流电源电路和数据采集模块，所述信号检测前置放大器内设置有依次电路连接的 前置放大器电路、动态压缩与放大电路、有源低通滤波器和放大电路，直流电源电路通过主 机电源输出导线与实验材料相连，实验材料与前置放大器电路相连，数据采集模块与有源 低通滤波器和放大电路相连，所述前置放大器电路采用电压并联负反馈放大电路。独立的 直流电源电路可以减少外接电源的频率干扰，而数据采集模块可将昆虫刺吸产生的模拟电 信号转换为串行数字信号，输入计算机。前置放大器电路的设置，便于将昆虫刺吸动作产生 的微弱电流信号转换成电压信号。昆虫刺吸寄主时产生的微弱信号有效的放大传输出来， 并保证微小信号细节的分辨率，而在出现强烈的大信号时信号检测前置放大器不会饱和， 该设计在于完整的将信息记录在一个固定电压信号范围内，便于观察和实验分析。动态压 缩与放大电路在第二级放大电路的负反馈电路中利用二极管的非线性，自动降低大信号的 放大量，产生动态压缩的效果。有源低通滤波器和放大电路在第二级放大器之后，放大了的 信号输入低通有源滤波器，以抑制高于信号频率分量的干扰噪声。
[0007] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述电子记录仪主机箱上设置有 控制面板，所述控制面板上设置有电源插座、主机开关、电源显示灯、实验通道输出电压调 节器、实验通道信号放大量调节器、单通道输出电压量显示表、电压显示表通道切换器、电 脑USB数据连接插口、接地线连接头。
[0008] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述多通道线路插口包括实验通 道直流电源输出插口和前置放大器信号输入插口。实验通道直流电源输出插口和前置放大 器信号输入插口均设置有八个，可以同时提供八个实验通道的电源，并连接八个信号检测 前置放大器，对八组实验通道信号进行采集，此外，还可以对每个通道的输出电压量和输入 信号放大量进行独立调节。
[0009] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述防信号干扰实验台的外边覆 盖有不锈钢网纱，网纱外部连接一条网纱接地线，双层实验台的上层设置有不锈钢导线支 架。不锈钢支架可连通上下层间的导线，即可节省空间，又将其它实验材料与信号检测前置 放大器隔离，减少对信号检测前置放大器的干扰。
[0010] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述实验架设置有两个，实验架 为不锈钢多通道线路连接架，所述连接架同时连接有多个通道的昆虫连接电极和放大器信 号输入导线，放大器信号输入导线的另一端与信号检测前置放大器相连，所述实验架上对 应每个通道口的位置处均设置有3个不同高度的导线连接插座，以方便昆虫在寄主不同位 置移动时，调节昆虫连接电极连接昆虫的高度范围。
[0011] 所述的昆虫刺吸信号电子记录系统，其特征在于所述昆虫连接电极的一端通过电 极插头插入多通道线路连接架上的导线连接插座，且与放大器信号输入导线相连，昆虫连 接电极的另一端导线上设置有漆包线，导线的另一端设置有极细金线，所述金线通过导电 粘胶与昆虫连接，所述极细金线的直径小于15 μ m。漆包线的设置，即可减少导线上的干扰， 也可防止生锈，通过设置的金线与昆虫连接，既减少了电路对昆虫的影响，金线的柔韧性也 让昆虫的活动更自由。
[0012] 本发明昆虫刺吸信号电子记录系由硬件电路和配套使用的防止信号干扰实验台 组成。硬件电路包括直流电源、前置放大器、放大和动态压缩电路、低通滤波器和放大电路、 模数转换和数据采集电路。实验台主要包括全不锈钢网纱覆盖的双层实验台、多通道的采 集线路连接实验架和与昆虫连接的昆虫电极。
[0013] 昆虫在寄主上刺吸产生的模拟电信号经放大、压缩和低通滤波处理后可转换为串 行数字信号，传输入电脑，在电脑屏幕上显示信号的实时波形。由于刺吸式口器昆虫在寄主 植物上取食时其口针在植物组织中位置的变化，昆虫刺吸电信号幅度的动态范围很大，在 操作记录装置时，需要及时调节放大器的放大量，以保证小信号细节的分辨率，在大信号时 放大器不会饱和。本发明采用动态压缩电路，使小信号有足够的放大量，以保证其细节的分 辨率，信号增大时，放大量自动减小，在很大范围内放大器都不会饱和，这样可以保证完整 的将刺探信息记录的在一个固定信号范围内，便于观察和实验分析。
[0014] 在本发明的装置中，设置了带有电压调节器的独立直流电源、电压、信号放大量调 节器。由于昆虫的刺吸动作是反映在通过它的微弱电流的变化，而采用直流电源供电可以 获得对此微弱电流信号高的分辨率。同时通过调节电压和信号的放大量来有效改变输入信 号的强弱，此外独立的电源也排除了外来电源信号的干扰。
[0015] 本发明的装置中，信号检测前置放大器是采用了电压并联负反馈放大电路，使前 置放大电路具有高输入阻抗和很大的干扰噪声。信号在后级电路放大和动态压缩电路之 后，经过低通滤波器，滤除高于信号频率分量的干扰噪声。
[0016] 本发明装置中，安装了模数转换和数据记录的采集卡，将昆虫刺吸产生的模拟电 信号经放大、压缩和低通滤波处理后转换为串行数字信号，输入电脑。
[0017] 本发明的配套实验台中，采用不锈钢网纱覆盖，并且在平台上安装接地线，不仅可 以屏蔽来自周边环境和设备的电子信号干扰，同时也可以屏蔽来自供电系统的频率干扰， 减少了干扰信号的来源，大大降低了实验误差。实验平台上的多通道线路连接架，满足了同 时间多组实验进行数据连接的需求，其还可以调节高低，方便了实验中昆虫在寄主上不同 高度活动时与采集系统的连接。本发明装置中设计了专用的昆虫连接电极，既减少了环境 对导线的干扰，也减少了电路连接对昆虫的影响。
【附图说明】
[0018] 图1为本设备的整体连接的示意图； 图2为实验台上试验设备连接的结构示意图； 图3为电子记录仪主机箱的操作界面示意图； 图4为信号检测前置放大器的操作界面示意图； 图5为实验台上多通道线路连接架的结构示意图； 图6为昆虫连接电极的结构示意图； 图7为电子记录装置的主要电路的原理示意图框图； 图8为电子记录装置前端电路原理结构示意图； 图9为前置放大器原理示意图； 图10为动态压缩与放大电路原理示意图； 图11为有源低通滤波器和放大电路原理示意图； 图12为动态压缩后的信号效果图； 图13为动态压缩前的信号图； 图中：101-电子记录仪主机箱，102-双层实验台，103-信号检测前置放大器，104-实验 架，105-实验材料，106-接地线，107-计算机，108-不锈钢网纱，109-网纱接地线，201-放 大器信号输出导线，202-放大器信号输入导线，203-电源输出导线，204-不锈钢导线支架， 205-昆虫，206-昆虫连接电极，207-实验寄主，301-电源插座，302-主机开关，303-电源显 示灯，304-实验通道输出电压调节器，305-实验通道信号放大量调节器，306-单通道输出 电压量显示表，307-电压显示表通道切换器，308-电脑USB数据连接插口，309-实验通道 直流电源输出插口，310-前置放大器信号输入插口，311-接地线连接头，401-放大器USB 数据插口，402-检测信号指示灯，501-导线连接插座，601-电极插头，602-昆虫电极导线， 603-金线，701-直流电源电路，702-数据采集模块、703-前置放大器电路，704-动态压缩 与放大电路，705-有源低通滤波器和放大电路。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合说明书附图来进一步说明本发明。
[0020] 如图所示，本发明昆虫刺吸信号电子记录系统，主要包括信号电子记录装置的硬 件电路和配套使用的防止信号干扰实验台。具体包括信号电子记录装置、防信号干扰实验 台及计算机107,信号电子记录装置包括设置有接地线106的电子记录仪主机箱101和信号 检测前置放大器103,防信号干扰实验台为双层实验台102,双层实验台102上设置有实验 架104,电子记录仪主机箱101 -侧通过其上设置的电脑USB数据连接插口 308与计算机