本發(fā)明屬于昆蟲(chóng)磁感應(yīng)機(jī)制研究，尤其涉及探究遷飛昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)的磁感應(yīng)機(jī)制和磁定向機(jī)制研究，具體地說(shuō)是一種用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

1、昆蟲(chóng)的定向是指昆蟲(chóng)行走或飛行過(guò)程中借助定向信標(biāo)如地磁場(chǎng)、偏振光以及太陽(yáng)方位等，主動(dòng)調(diào)整行進(jìn)方向的行為和能力。很多昆蟲(chóng)如草地貪夜蛾、草地螟、東方粘蟲(chóng)等農(nóng)業(yè)重大害蟲(chóng)都有遷飛習(xí)性，大型昆蟲(chóng)在遷飛過(guò)程中多具有自主定向行為，其中相同的定向模式使得大量害蟲(chóng)在相對(duì)狹小的區(qū)域內(nèi)大量降落，進(jìn)而對(duì)田間農(nóng)作物造成大面積為害。因此研究昆蟲(chóng)的定向機(jī)制有助于判斷其遷飛軌跡和降落區(qū)，為遷飛性害蟲(chóng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。目前認(rèn)為昆蟲(chóng)的定向機(jī)制有以下幾種，太陽(yáng)羅盤(pán)定向、地磁定向、星空標(biāo)志定向、偏振光定向等（吳先福,?封洪強(qiáng),?薛芳森,?等.?昆蟲(chóng)遷飛過(guò)程中的定向行為?[j].? 植物保護(hù),2006(05):?1-5）。其中，由于地磁場(chǎng)穩(wěn)定且無(wú)處不在，同時(shí)是仿生學(xué)（磁感應(yīng)器件）研究的重要內(nèi)容，因此動(dòng)物的磁感應(yīng)機(jī)制及磁定向機(jī)制目前正在被廣泛研究。

2、海洋中，鮭魚(yú)和海龜能在數(shù)千公里外回到它們出生的溪流或海灘；北極燕鷗能做到在北極附近繁殖、在南極附近過(guò)冬；海鳥(niǎo)每年飛行超過(guò)10萬(wàn)公里，卻返回固定的小島繁殖；澳大利亞的布岡夜蛾在春季南飛前往南部的山洞內(nèi)避暑，秋季北飛返回出生地。這些動(dòng)物是怎么感受到地磁線(xiàn)索來(lái)幫助自己進(jìn)行定向?qū)Ш降哪?？目前，?duì)于動(dòng)物磁感應(yīng)研究有三種主流機(jī)制假說(shuō)：（1）基于自由基對(duì)的磁感應(yīng)機(jī)制（2）基于磁顆粒的磁感應(yīng)機(jī)制；（3）電磁感應(yīng)機(jī)制；（mouritsen?h.?long-distance?navigation?and?magnetoreception?inmigratory?animals?[j]. nature,?2018,?558(7708):?50-59）。目前用于昆蟲(chóng)模擬定向的裝置主要有兩種，一種基于攝像機(jī)、另一種基于編碼器技術(shù)，但均只用于單一的飛行定向行為檢測(cè)，而針對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制系統(tǒng)檢測(cè)裝置鮮有報(bào)道。鑒于射頻磁場(chǎng)在物理學(xué)上可干擾基于自由基對(duì)機(jī)制的磁感應(yīng)過(guò)程（leberecht,?b.?et?al.?upper?bound?for?broadbandradiofrequency?field?disruption?of?magnetic?compass?orientation?in?night-migratory?songbirds. proc?natl?acad?sci?u?s?a, ?120,?e2301153120），基于此原理，本專(zhuān)利旨在建議一套用于驗(yàn)證昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案解決的：

3、一種用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：該行為測(cè)試裝置包括飛行定向測(cè)試系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)和射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)；其中，

4、射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)用于調(diào)制產(chǎn)生設(shè)定的射頻磁場(chǎng)信號(hào)并作用于飛行定向測(cè)試系統(tǒng)中的待測(cè)昆蟲(chóng)；

5、飛行定向測(cè)試系統(tǒng)用于放置待測(cè)昆蟲(chóng)，感受到射頻磁場(chǎng)信號(hào)的待測(cè)昆蟲(chóng)能夠在飛行定向測(cè)試系統(tǒng)中作出飛行行為響應(yīng)并基于飛行行為響應(yīng)生成飛行行為數(shù)據(jù)；

6、信號(hào)采集處理系統(tǒng)用于采集飛行定向測(cè)試系統(tǒng)生成的待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理。

7、所述的飛行定向測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試箱、電磁屏蔽罩、微型軸承、碳纖維棒和昆蟲(chóng)吊環(huán)，電磁屏蔽罩布置在該測(cè)試箱的箱蓋上且電磁屏蔽罩的腔體底部嵌置有微型軸承，在電磁屏蔽罩的內(nèi)腔中布置有光學(xué)編碼器和聯(lián)鎖裝置，嵌置在微型軸承中的碳纖維棒的頂端向上連接在聯(lián)鎖裝置上、碳纖維棒向下伸入該測(cè)試箱的箱體內(nèi)且碳纖維棒的底部設(shè)置有昆蟲(chóng)吊環(huán)，昆蟲(chóng)吊環(huán)用于固定待測(cè)昆蟲(chóng)的背部。

8、所述的聯(lián)鎖裝置用于連接軸承和碳纖維棒。

9、所述的微型軸承型號(hào)為xudz，產(chǎn)地日本；滾動(dòng)體列數(shù)單列，滾動(dòng)軸承座材質(zhì)為軸承鋼，規(guī)格內(nèi)徑1mm、外徑3mm、高1mm。

10、所述的光學(xué)編碼器固定安裝在電磁屏蔽罩的內(nèi)腔中，且設(shè)置在電磁屏蔽罩內(nèi)腔中的聯(lián)鎖裝置能夠跟隨碳纖維棒轉(zhuǎn)動(dòng)，光學(xué)編碼器位于屏蔽罩內(nèi)腔上方，聯(lián)鎖裝置位于屏蔽罩內(nèi)腔下方。

11、所述聯(lián)鎖裝置上放置一碼盤(pán)，碳纖維棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，光學(xué)編碼器接收碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息傳遞給單片微控制器。

12、所述的昆蟲(chóng)吊環(huán)包括四氟管和u型銅絲，u型銅絲設(shè)置在四氟管的底部且四氟管的頂部連接碳纖維棒，u型銅絲的大小根據(jù)待測(cè)昆蟲(chóng)的體型確定。

13、所述的測(cè)試箱采用尼龍材質(zhì)材料3d打印制成。

14、所述的信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括單片微控制器和電腦，單片微控制器通過(guò)屏蔽信號(hào)線(xiàn)接收飛行定向測(cè)試系統(tǒng)中的光學(xué)編碼器傳遞的待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)，單片微控制器通過(guò)usb接口的數(shù)據(jù)線(xiàn)與電腦連接，電腦用于分析待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)。

15、所述單片微控制器用于傳輸和處理數(shù)據(jù)。

16、所述的電腦采用便攜式工作站。

17、所述的射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)包括電磁線(xiàn)圈、信號(hào)發(fā)生器，電磁線(xiàn)圈包裹在飛行定向測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試箱的箱體上且箱體內(nèi)的待測(cè)昆蟲(chóng)位于電磁線(xiàn)圈的中心位置；所述的電磁線(xiàn)圈通過(guò)屏蔽信號(hào)線(xiàn)與bnc轉(zhuǎn)接頭相連接，bnc轉(zhuǎn)接頭安裝在信號(hào)發(fā)生器的接口處。

18、所述信號(hào)發(fā)生器用于發(fā)生射頻范圍內(nèi)的電磁信號(hào)。

19、所述的電磁線(xiàn)圈包括尼龍材質(zhì)的線(xiàn)圈，在線(xiàn)圈上纏繞有漆包銅線(xiàn)構(gòu)成電磁線(xiàn)圈，漆包銅線(xiàn)的頭尾分別與屏蔽信號(hào)線(xiàn)相連接。

20、所述的射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)還包括法拉第籠，飛行定向測(cè)試系統(tǒng)和射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)的電磁線(xiàn)圈皆布置在法拉第籠內(nèi)。

21、所述法拉第籠的上方覆蓋有銅絲網(wǎng)且法拉第籠接地，以避免干擾并且透光。

22、待測(cè)昆蟲(chóng)飛行時(shí)，昆蟲(chóng)吊環(huán)帶動(dòng)碳纖維桿轉(zhuǎn)動(dòng)、微型軸承轉(zhuǎn)動(dòng)、聯(lián)鎖裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，碼盤(pán)也跟著聯(lián)鎖裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和信息向光學(xué)編碼器傳輸待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)，光學(xué)編碼器將待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)傳輸給單片微控制器并由單片微控制器輸出到電腦。

23、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

24、本發(fā)明提供的行為測(cè)試裝置能夠通過(guò)信號(hào)發(fā)生器控制電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生特定的射頻磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并采集實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證昆蟲(chóng)自由基對(duì)的磁定向機(jī)制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性高，信號(hào)產(chǎn)生器直接與線(xiàn)圈連接，具備自動(dòng)化和智能控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)所需實(shí)驗(yàn)環(huán)境直接調(diào)節(jié)所需條件，減少出錯(cuò)率提高工作效率，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器具備多種功能，能夠適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)條件，適宜推廣使用。

技術(shù)特征：

1.一種用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：該行為測(cè)試裝置包括飛行定向測(cè)試系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)和射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的飛行定向測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試箱、電磁屏蔽罩（4）、微型軸承（5）、碳纖維棒（6）和昆蟲(chóng)吊環(huán)，電磁屏蔽罩（4）布置在該測(cè)試箱的箱蓋（1）上且電磁屏蔽罩（4）的腔體底部嵌置有微型軸承（5），在電磁屏蔽罩（4）的內(nèi)腔中布置有光學(xué)編碼器（2）和聯(lián)鎖裝置（3），嵌置在微型軸承（5）中的碳纖維棒（6）的頂端向上連接在聯(lián)鎖裝置（3）上、碳纖維棒（6）向下伸入該測(cè)試箱的箱體（9）內(nèi)且碳纖維棒（6）的底部設(shè)置有昆蟲(chóng)吊環(huán)，昆蟲(chóng)吊環(huán)用于固定待測(cè)昆蟲(chóng)（14）的背部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的光學(xué)編碼器（2）固定安裝在電磁屏蔽罩（4）的內(nèi)腔中，且設(shè)置在電磁屏蔽罩（4）內(nèi)腔中的聯(lián)鎖裝置（3）能夠跟隨碳纖維棒（6）轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的昆蟲(chóng)吊環(huán)包括四氟管（15）和u型銅絲（16），u型銅絲（16）設(shè)置在四氟管（15）的底部且四氟管（15）的頂部連接碳纖維棒（6），u型銅絲（16）的大小根據(jù)待測(cè)昆蟲(chóng)（14）的體型確定。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的測(cè)試箱采用尼龍材質(zhì)材料3d打印制成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括單片微控制器（8）和電腦（7），單片微控制器（8）通過(guò)屏蔽信號(hào)線(xiàn)（17）接收飛行定向測(cè)試系統(tǒng)中的光學(xué)編碼器（2）傳遞的待測(cè)昆蟲(chóng)（14）的飛行行為數(shù)據(jù)，單片微控制器（8）通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與電腦（7）連接，電腦（7）用于分析待測(cè)昆蟲(chóng)（14）的飛行行為數(shù)據(jù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)包括電磁線(xiàn)圈（10）、信號(hào)發(fā)生器（11），電磁線(xiàn)圈（10）包裹在飛行定向測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試箱的箱體（9）上且箱體（9）內(nèi)的待測(cè)昆蟲(chóng)（14）位于電磁線(xiàn)圈（10）的中心位置；所述的電磁線(xiàn)圈（10）通過(guò)屏蔽信號(hào)線(xiàn)（17）與bnc轉(zhuǎn)接頭（13）相連接，bnc轉(zhuǎn)接頭（13）安裝在信號(hào)發(fā)生器（11）的接口處。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的電磁線(xiàn)圈（10）包括尼龍材質(zhì)的線(xiàn)圈，在線(xiàn)圈上纏繞有漆包銅線(xiàn)構(gòu)成電磁線(xiàn)圈（10），漆包銅線(xiàn)的頭尾分別與屏蔽信號(hào)線(xiàn)（17）相連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述的射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)還包括法拉第籠（12），飛行定向測(cè)試系統(tǒng)和射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)的電磁線(xiàn)圈（10）皆布置在法拉第籠（12）內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：所述法拉第籠（12）的上方覆蓋有銅絲網(wǎng)且法拉第籠接地。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)磁感應(yīng)機(jī)制的行為測(cè)試裝置，其特征在于：該行為測(cè)試裝置包括飛行定向測(cè)試系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)和射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)；其中，射頻磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)用于調(diào)制產(chǎn)生設(shè)定的射頻磁場(chǎng)信號(hào)并作用于位于飛行定向測(cè)試系統(tǒng)中的待測(cè)昆蟲(chóng)；飛行定向測(cè)試系統(tǒng)用于放置或懸吊待測(cè)昆蟲(chóng)且感受到設(shè)定射頻磁場(chǎng)信號(hào)的待測(cè)昆蟲(chóng)能夠作出飛行定向行為響應(yīng)；信號(hào)采集處理系統(tǒng)用于采集飛行定向測(cè)試系統(tǒng)生成的待測(cè)昆蟲(chóng)的行為學(xué)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理。本發(fā)明提供的行為測(cè)試裝置能夠通過(guò)信號(hào)發(fā)生器控制電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生特定的射頻磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并采集實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)昆蟲(chóng)的飛行行為數(shù)據(jù)來(lái)鑒定昆蟲(chóng)基于自由基對(duì)的磁感應(yīng)和磁定向機(jī)制。

技術(shù)研發(fā)人員：萬(wàn)貴鈞,任一渤,軒轅宗縉,隋金東,艾麗菲拉·阿不力米提,曾敘源,劉錫鵬,陳法軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9