[发明专利]一种利用蜜蜂检测气体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种利用蜜蜂检测气体的装置和方法。

背景技术

多数情况下，气体均在实验室中使用化学方法或生化传感器进行检测。特殊情况下通过利用严格训练的动物对某些特定气体（如从毒品或爆炸物中散发的气体）进行快速检测，如在毒品稽查中使用缉毒犬；而这些动物的训练代价昂贵，难以得到普遍利用。

蜜蜂是一种拥有强大嗅觉能力的动物，其触角上布满各种感受器，对于特异性气体异常敏感。而且蜜蜂具有较强的学习和记忆能力，利用蜜蜂对于特定气体的相关性学习，可以构建对于训练气体的巴普洛夫反射。利用巴普洛夫的条件反射原理训练蜜蜂对某种特异性气体产生伸喙和吐舌反射，即在给蜜蜂吹送训练气体之后马上用蔗糖液触碰蜜蜂的触角并给予蔗糖液奖励，蜜蜂会自然地发生伸喙吐舌行为，如此训练多次，直至只吹送训练气体不给予蔗糖液刺激时蜜蜂仍能发生伸喙与吐舌反射；从而将对于气体的检测转化为对蜜蜂的伸喙和吐舌行为的监测。经过训练的蜜蜂对训练气体反应迅速且准确，可被可靠地用于气体检测。

公开号为US7237504B2和US7841226B1的美国专利文献均公开了一种利用蜜蜂的伸喙和吐舌反射来检测气体的方法和装置，所述装置包括气体给进单元和气体检测单元，这两个技术方案的不足之处在于：

（1）装置内部为全光环境，而蜜蜂在全光环境中不利于保持平静，在不含有训练气体的环境中也可能发生伸喙吐舌行为，不仅对检测结果产生干扰，而且全光环境也不利于蜜蜂存活；

（2）摄像头所拍摄的是整个气体检测室或蜜蜂头部的图像，然后再用图像处理技术对图像中蜜蜂的伸喙吐舌动作进行提取，而与周围环境相比，蜜蜂喙部和舌部的体积和面积都很小，识别的难度较大，易出现漏检等错误，不仅操作复杂，对计算机和硬件资源需求也较高；

（3）并且，由于检测过程中蜜蜂的触角不停移动，在对图像进行提取时会对吐舌行为的监测带来干扰，上述专利文献对此未提出有效的解决办法；

（4）当待检测物质同时包含两种及两种以上的标志性气体时，上述专利文献未提出同时检测多种标志性气体以确定待检测物质的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种利用蜜蜂检测气体的装置，利用该装置能够进行简便、快速、准确的气体检测。

一种利用蜜蜂检测气体的装置，包括内置有多个蜜蜂固定座的暗室，用于向暗室中输送待测气体的给进导管，以及用于监测蜜蜂形态的图像采集单元，所述给进导管为多根且与各蜜蜂固定座一一对应；所述图像采集单元包括与各蜜蜂固定座一一对应的检测光源，以及处在所有蜜蜂固定座上方的图像采集器。

将经过巴普洛夫条件反射训练的蜜蜂固定在所述蜜蜂固定座内，整个气体检测过程在密闭不透光的暗室内进行，暗环境有利于使蜜蜂保持平静、易于存活。检测光源的光线由外部环境直接引入，装置内无需使用人造灯光设备；并且只要较为微弱的检测光源即可满足检测需求。

被束缚在蜜蜂固定座内的蜜蜂无法移动身体和头部，只有触角、喙部和舌部可以活动。与各蜜蜂固定座一一对应的多根给进导管和多个检测光源，既保证每只蜜蜂接触到的待测气体的浓度和份量相同，也有利于所述图像采集器准确监测每只蜜蜂是否发生伸喙吐舌行为。

由于经过巴普洛夫条件反射训练的蜜蜂的触角对训练气体最为敏感，作为优选，所述给进导管的出气口与蜜蜂触角正对。如此不仅可保证检测的精确度，还可节约待测气体。

为便于对蜜蜂伸喙吐舌行为进行准确检测，作为优选，所述检测光源的出光口位于蜜蜂喙部的正下方。一旦发生伸喙吐舌行为，检测光源就将蜜蜂的喙部和舌部投射在图像采集器上，采集到的蜜蜂形态图像也较为简单，简化了监测过程。

作为优选，所述检测光源为光导纤维。作为进一步优选，所述光导纤维的内径为2～3mm。光导纤维较为纤细，出光口形成背景点光源，将图像采集部位集中在蜜蜂的喙部和舌部，避免蜜蜂触角对伸喙吐舌行为的监测产生干扰。检测过程中应避免光导纤维的引光处光线过强或光线分布不均匀。

本发明的装置中，所述暗室通过隔离玻璃划分为检测暗室和处在该检测暗室上方的图像采集室，各蜜蜂固定座以及检测光源位于检测暗室内，图像采集器位于图像采集室内。

隔离玻璃既有利于图像采集器进行图像采集，又避免有害的待测气体对图像采集器造成损害。为便于对图像采集器进行维修更换，在所述图像采集室的顶部设有遮光罩。检测过程中将该遮光罩盖上，保证检测暗室内的暗环境。