一種利用無束縛蜜蜂進行氣體檢測的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用無束縛蜜蜂進行氣體檢測的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在氣體檢測方面，多數(shù)情況下，均在實驗室通過化學方法或使用生化傳感器進行檢測。特殊情況下，可使用嚴格訓練的動物對某些特定氣體進行快速檢測，如使用緝毒犬進行毒品稽查，利用防爆犬進行爆炸物的稽查，甚至有利用對犬類的訓練來進行癌癥的初步篩選。但在多數(shù)情況下，這些動物的訓練代價非常昂貴，并不適用于普通場合。
[0003]蜜蜂是一種擁有強大嗅覺能力的昆蟲，其觸角上布滿各種感受器，對于特異性氣體非常敏感；同時蜜蜂具有非常強的學習和記憶能力，利用蜜蜂對于特異性氣體的關(guān)聯(lián)性學習，可以將食物的良性刺激與特異性目標氣體關(guān)聯(lián)起來，對于蜜蜂而言，特異性目標氣體即代表著食物的良性刺激。選取訓練完成的能完善地將目標氣體與食物良性刺激關(guān)聯(lián)起來的蜜蜂，放置于含目標氣體的空間室，使其無束縛并可自由移動，蜜蜂會在空間中尋找目標氣體濃度最高的位置，因為對蜜蜂而言，此位置即代表食物的所在位置。通過監(jiān)測目標氣體注入口的圖像動態(tài)，將對于目標氣體的檢測轉(zhuǎn)換為對于蜜蜂聚集行為的監(jiān)測，從而用于判斷是否檢測到了某種氣體。對于無關(guān)的氣體成分，蜜蜂不會發(fā)生如此的搜尋和聚集行為。經(jīng)過關(guān)聯(lián)性訓練的蜜蜂，能夠較為迅速準確地找到目標氣體的注入口，即進行了較為可靠的目標氣體檢測。
[0004]除了嗅覺能力，蜜蜂還有強大的視覺能力，除了學會將食物的良性刺激與特異性氣味關(guān)聯(lián)起來，亦能學會將厭惡性刺激(如電擊)與特定顏色關(guān)聯(lián)起來，即當蜜蜂活動于特定顏色區(qū)域時，同時給予其厭惡性刺激，蜜蜂會嘗試離開此區(qū)域，如此循環(huán)訓練多次，直至蜜蜂只見到特定顏色但并未厭惡刺激時，仍會選擇離開特定顏色區(qū)域，到其它顏色的安全區(qū)域活動。在之前的申請?zhí)枮?01310191469.3中國發(fā)明專利文獻中，公開了一種利用蜜蜂對于特異性氣體的吐喙伸舌反射來檢測氣體的方法和裝置，前述技術(shù)方案中的有待改進之處在于:
[0005](I)訓練蜜蜂一直處于被捆綁束縛的狀態(tài)，在氣體檢測裝置的使用中，其壽命一般在7?10天左右；
[0006](2)由于蜜蜂的喙部和舌部特別小，使用攝像頭監(jiān)控蜜蜂的伸喙和吐舌行為時，首先喙部要正對投影光源，其調(diào)整過程相對耗時，且在后續(xù)圖像處理過程中，由于與周圍環(huán)境相比，喙部目標圖像小，檢測復雜度增加。
[0007]而在公開號為US7607338B1的美國專利文獻中公開了一種利用蜜蜂對于食物性刺激的搜索和聚集性行為，來檢測氣體的方法和裝置，此技術(shù)方案的不足之處在于:
[0008](I)蜜蜂所處裝置內(nèi)部一直為全光環(huán)境，而全光環(huán)境并不利于蜜蜂保持平靜的狀態(tài)，亦不利于蜜蜂的長期存活。
[0009](2)沒有將聚集行為的發(fā)生區(qū)域與蜜蜂的活動區(qū)域進行區(qū)分，這樣導致即使在未有食物性刺激，即未注入檢測氣體前時，蜜蜂也有可能活動于聚集區(qū)域，從而對有檢測氣體注入時蜜蜂的聚集行為造成很大干擾。
[0010](3)而且，在氣體檢測完成之后，并沒有將蜜蜂從聚集區(qū)域驅(qū)離，這樣導致再次使用檢測裝置時要間隔很長的時間，直至蜜蜂自主地撤出聚集區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種利用無束縛蜜蜂進行氣體檢測的裝置，可以簡便、快速、準確地進行氣體檢測，其中檢測蜜蜂可以反復訓練和使用，節(jié)省訓練的時間成本。
[0012]—種利用無束縛蜜蜂進行氣體檢測的裝置，包括用于容納蜜蜂自由活動的黑暗的蜂室和黑暗的檢測室，所述檢測室內(nèi)設(shè)有:
[0013]聚集室，設(shè)有待測氣體入口、觀察窗以及與蜂室連通用于供蜜蜂通過的開口 ；
[0014]光源，具有可調(diào)的至少兩色光，用于照亮所述聚集室內(nèi)部，其中一種顏色是所述蜜蜂會與厭惡性刺激關(guān)聯(lián)起來的特定顏色；
[0015]圖像采集單元，對準所述聚集室的觀察窗用于采集聚集室中形態(tài)變化。
[0016]本發(fā)明使用時，不會對蜜蜂產(chǎn)生束縛，有效延長蜜蜂的壽命，且可重復使用；光源設(shè)有至少兩個顏色，從而使聚集室內(nèi)的顏色可調(diào)，且其中一個顏色是所述蜜蜂會與厭惡性刺激關(guān)聯(lián)起來的特定顏色，從而避免在氣體檢測結(jié)束后，蜜蜂仍滯留在聚集室內(nèi)，這時將光源的光色改為與厭惡性刺激關(guān)聯(lián)起來的特定顏色，由于厭惡性刺激，蜜蜂會逐漸撤出聚集室，為下一次氣體檢測做出準備，從而可以輕松、快速地將蜜蜂驅(qū)趕出聚集室；本裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
[0017]將經(jīng)過嗅覺和視覺訓練的優(yōu)選的蜜蜂放置在蜂室中，蜜蜂可在蜂室中自由活動，蜂室中保持黑暗的環(huán)境，因為黑暗環(huán)境有利于蜜蜂保持平靜。
[0018]檢測室在光源關(guān)閉時也是黑暗的環(huán)境，所述圖像采集單元可以是帶有USB連接線的攝像頭，用于拍攝聚集室內(nèi)的蜜蜂聚集形態(tài)，USB連接線的另一端接上位機，上位機上運行用于監(jiān)測蜜蜂聚集行為以及判斷聚集程度的軟件，檢測室外壁上還有控制光源的開關(guān)。
[0019]為了使待測氣體逐漸散布開來，形成濃度梯度，優(yōu)選的，所述檢測室的待測氣體入口和開口相對布置，所述檢測室的空間自待測氣體入口向開口方向逐漸變大。上述設(shè)置使待測氣體從待測氣體入口進入后，向開口方向擴散，形成濃度梯勢，漸漸待測氣體彌漫進蜂室，如此時待檢測氣體即是目標氣體，則蜜蜂則會沿濃度梯勢爬進聚集室。
[0020]為了使圖像采集單元采集到清晰的圖像，優(yōu)選的，所述聚集室設(shè)有與觀察窗相對布置的透光窗，所述光源設(shè)置在所述聚集室的外部，所述光源的出光面朝向透光窗。相對布置的透光窗和觀察窗，可以使聚集室內(nèi)的蜜蜂的投影清晰地呈現(xiàn)在觀察窗一側(cè)，使圖像采集單元采集到清晰的圖像。
[0021]為了方便調(diào)整光源的顏色，優(yōu)選的，所述光源還包括設(shè)置在出光面與透光窗之間的濾光片，所述濾光片包括至少兩個顏色不同的區(qū)域，每個區(qū)域都可以覆蓋整個透光窗。通過設(shè)置濾光片，從而可以直接采用常見的白光光源得到初始的發(fā)射光，可以降低裝置的制造成本。
[0022]為了防止光源產(chǎn)生大量熱量，從而導致蜜蜂因脫水而活動不靈敏甚至死亡，優(yōu)選的，所述光源采用LED冷光源。
[0023]為了方便制造，優(yōu)選的，所述聚集室為平放的四棱臺結(jié)構(gòu)，所述四棱臺的上底面為待測氣體入口，下底面為開口，一對側(cè)面分別為透光窗和觀察窗，另一對側(cè)面不透光。四棱臺結(jié)構(gòu)的聚集室可以通過四塊板拼接而成，制造方便，可以很容易的得到空間逐漸增大的聚集室。所述透光窗和觀察窗采用透明有機玻璃構(gòu)成。并且聚集室的開口與蜂室連接處設(shè)有一段不透光材質(zhì)構(gòu)成的連接件，從而避免過多漫反射的光線進入蜂室，減小光源的光線對蜂室內(nèi)蜜蜂的影響。
[0024]優(yōu)選的，所述透光窗和觀察窗水平設(shè)置且相互平行，所述光源位于聚集室下方，所述圖像采集單元位于聚集室的上方。由于光線自下而上將蜜蜂的形態(tài)投影在攝像頭上，這時攝像頭得到的圖像中有大量聚集的蜜蜂。使用一定的圖像處理技術(shù)自動統(tǒng)計出現(xiàn)聚集行為的蜜蜂的數(shù)量，從而為是否檢測到一種氣體做出概率上的判斷。
[0025]并且可以將光源設(shè)置成與聚集室結(jié)構(gòu)相似的四棱臺的燈光室，其外形與聚集室