CN105044111B - 一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，包括用于容纳蜜蜂自由活动的黑暗的蜂室和黑暗的检测室，所述检测室内设有：聚集室，设有待测气体入口、观察窗以及与蜂室连通用于供蜜蜂通过的开口；光源，具有可调的至少两色光，用于照亮所述聚集室内部，其中一种颜色是所述蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的特定颜色；图像采集单元，对准所述聚集室的观察窗用于采集聚集室中形态变化；本发明还公开了一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的方法；本发明大大增长了检测用蜜蜂的存活寿命，并可被反复训练和使用，可以直接检测聚集多只蜜蜂的整体形态，检测难度大大降低，可为迅速地进行下次实验做准备，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置和方法。
背景技术
在气体检测方面，多数情况下，均在实验室通过化学方法或使用生化传感器进行检测。特殊情况下，可使用严格训练的动物对某些特定气体进行快速检测，如使用缉毒犬进行毒品稽查，利用防爆犬进行爆炸物的稽查，甚至有利用对犬类的训练来进行癌症的初步筛选。但在多数情况下，这些动物的训练代价非常昂贵，并不适用于普通场合。
蜜蜂是一种拥有强大嗅觉能力的昆虫，其触角上布满各种感受器，对于特异性气体非常敏感；同时蜜蜂具有非常强的学习和记忆能力，利用蜜蜂对于特异性气体的关联性学习，可以将食物的良性刺激与特异性目标气体关联起来，对于蜜蜂而言，特异性目标气体即代表着食物的良性刺激。选取训练完成的能完善地将目标气体与食物良性刺激关联起来的蜜蜂，放置于含目标气体的空间室，使其无束缚并可自由移动，蜜蜂会在空间中寻找目标气体浓度最高的位置，因为对蜜蜂而言，此位置即代表食物的所在位置。通过监测目标气体注入口的图像动态，将对于目标气体的检测转换为对于蜜蜂聚集行为的监测，从而用于判断是否检测到了某种气体。对于无关的气体成分，蜜蜂不会发生如此的搜寻和聚集行为。经过关联性训练的蜜蜂，能够较为迅速准确地找到目标气体的注入口，即进行了较为可靠的目标气体检测。
除了嗅觉能力，蜜蜂还有强大的视觉能力，除了学会将食物的良性刺激与特异性气味关联起来，亦能学会将厌恶性刺激(如电击)与特定颜色关联起来，即当蜜蜂活动于特定颜色区域时，同时给予其厌恶性刺激，蜜蜂会尝试离开此区域，如此循环训练多次，直至蜜蜂只见到特定颜色但并未厌恶刺激时，仍会选择离开特定颜色区域，到其它颜色的安全区域活动。在之前的申请号为201310191469.3中国发明专利文献中，公开了一种利用蜜蜂对于特异性气体的吐喙伸舌反射来检测气体的方法和装置，前述技术方案中的有待改进之处在于：
(1)训练蜜蜂一直处于被捆绑束缚的状态，在气体检测装置的使用中，其寿命一般在7～10天左右；
(2)由于蜜蜂的喙部和舌部特别小，使用摄像头监控蜜蜂的伸喙和吐舌行为时，首先喙部要正对投影光源，其调整过程相对耗时，且在后续图像处理过程中，由于与周围环境相比，喙部目标图像小，检测复杂度增加。
而在公开号为US7607338B1的美国专利文献中公开了一种利用蜜蜂对于食物性刺激的搜索和聚集性行为，来检测气体的方法和装置，此技术方案的不足之处在于：
(1)蜜蜂所处装置内部一直为全光环境，而全光环境并不利于蜜蜂保持平静的状态，亦不利于蜜蜂的长期存活。
(2)没有将聚集行为的发生区域与蜜蜂的活动区域进行区分，这样导致即使在未有食物性刺激，即未注入检测气体前时，蜜蜂也有可能活动于聚集区域，从而对有检测气体注入时蜜蜂的聚集行为造成很大干扰。
(3)而且，在气体检测完成之后，并没有将蜜蜂从聚集区域驱离，这样导致再次使用检测装置时要间隔很长的时间，直至蜜蜂自主地撤出聚集区域。
发明内容
本发明提供了一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，可以简便、快速、准确地进行气体检测，其中检测蜜蜂可以反复训练和使用，节省训练的时间成本。
一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，包括用于容纳蜜蜂自由活动的黑暗的蜂室和黑暗的检测室，所述检测室内设有：
聚集室，设有待测气体入口、观察窗以及与蜂室连通用于供蜜蜂通过的开口；
光源，具有可调的至少两色光，用于照亮所述聚集室内部，其中一种颜色是所述蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的特定颜色；
图像采集单元，对准所述聚集室的观察窗用于采集聚集室中形态变化。
本发明使用时，不会对蜜蜂产生束缚，有效延长蜜蜂的寿命，且可重复使用；光源设有至少两个颜色，从而使聚集室内的颜色可调，且其中一个颜色是所述蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的特定颜色，从而避免在气体检测结束后，蜜蜂仍滞留在聚集室内，这时将光源的光色改为与厌恶性刺激关联起来的特定颜色，由于厌恶性刺激，蜜蜂会逐渐撤出聚集室，为下一次气体检测做出准备，从而可以轻松、快速地将蜜蜂驱赶出聚集室；本装置结构简单，使用方便。
将经过嗅觉和视觉训练的优选的蜜蜂放置在蜂室中，蜜蜂可在蜂室中自由活动，蜂室中保持黑暗的环境，因为黑暗环境有利于蜜蜂保持平静。
检测室在光源关闭时也是黑暗的环境，所述图像采集单元可以是带有USB连接线的摄像头，用于拍摄聚集室内的蜜蜂聚集形态，USB连接线的另一端接上位机，上位机上运行用于监测蜜蜂聚集行为以及判断聚集程度的软件，检测室外壁上还有控制光源的开关。
为了使待测气体逐渐散布开来，形成浓度梯度，优选的，所述检测室的待测气体入口和开口相对布置，所述检测室的空间自待测气体入口向开口方向逐渐变大。上述设置使待测气体从待测气体入口进入后，向开口方向扩散，形成浓度梯势，渐渐待测气体弥漫进蜂室，如此时待检测气体即是目标气体，则蜜蜂则会沿浓度梯势爬进聚集室。
为了使图像采集单元采集到清晰的图像，优选的，所述聚集室设有与观察窗相对布置的透光窗，所述光源设置在所述聚集室的外部，所述光源的出光面朝向透光窗。相对布置的透光窗和观察窗，可以使聚集室内的蜜蜂的投影清晰地呈现在观察窗一侧，使图像采集单元采集到清晰的图像。
为了方便调整光源的颜色，优选的，所述光源还包括设置在出光面与透光窗之间的滤光片，所述滤光片包括至少两个颜色不同的区域，每个区域都可以覆盖整个透光窗。通过设置滤光片，从而可以直接采用常见的白光光源得到初始的发射光，可以降低装置的制造成本。
为了防止光源产生大量热量，从而导致蜜蜂因脱水而活动不灵敏甚至死亡，优选的，所述光源采用LED冷光源。
为了方便制造，优选的，所述聚集室为平放的四棱台结构，所述四棱台的上底面为待测气体入口，下底面为开口，一对侧面分别为透光窗和观察窗，另一对侧面不透光。四棱台结构的聚集室可以通过四块板拼接而成，制造方便，可以很容易的得到空间逐渐增大的聚集室。所述透光窗和观察窗采用透明有机玻璃构成。并且聚集室的开口与蜂室连接处设有一段不透光材质构成的连接件，从而避免过多漫反射的光线进入蜂室，减小光源的光线对蜂室内蜜蜂的影响。
优选的，所述透光窗和观察窗水平设置且相互平行，所述光源位于聚集室下方，所述图像采集单元位于聚集室的上方。由于光线自下而上将蜜蜂的形态投影在摄像头上，这时摄像头得到的图像中有大量聚集的蜜蜂。使用一定的图像处理技术自动统计出现聚集行为的蜜蜂的数量，从而为是否检测到一种气体做出概率上的判断。
并且可以将光源设置成与聚集室结构相似的四棱台的灯光室，其外形与聚集室完全相同，顶部由透明有机玻璃构成，其余四周均由不透光材质构成，这样的设计使得灯光室的投射光除了方向朝向透光窗以外，并无其它的方向上的漏光，灯光室底部中安装亮度适宜的LED冷光源，并且灯光室有一定的高度，避免因为发热而吸引蜜蜂的聚集。
为了方便安装和调节过滤片，在聚集室和灯光室上下之间，有一条很窄的缝隙，用于水平放置滤光片，滤光片由两色拼接构成，面积相等，可平行移动，当灯光室发出的白色光经过滤光片之后，投射在聚集室的光也因此变成滤光片的颜色。对于经过特定颜色的厌恶性训练的蜜蜂而言，当不是厌恶性颜色出现时，蜜蜂可以自由地呆在聚集室，而厌恶性颜色则意味着需要撤离，在聚集室出现该特定颜色时，蜜蜂会条件反射离开或避开聚集室，从而达到驱离蜜蜂的作用。滤光片带有伸出检测室的把手，把手夹在检测室的滤光片切换窗之间，可在外部自由切换选择使用的滤光片的颜色。
为了方便待测气体排出，优选的，所述蜂室设有排气口，排气口上设有排气扇。所述排气口还设有碳过滤层，用于将检测后的待测气体，从蜂室中除去。
本发明还提供了一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的方法，可以有效延长训练蜜蜂的寿命，降低训练成本，同时还提高了测试效率。
一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的方法，使用上述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，包括以下步骤：
(1)训练蜜蜂使其将特异性目标气体与良性刺激关联起来，产生对于特异性目标气体的搜索能力；
(2)训练蜜蜂将特定颜色与厌恶性刺激关联起来；
(3)选取经过步骤(1)和(2)训练的蜜蜂放入所述的蜂室内；
(4)开启光源和图像采集单元；
(5)将光源的颜色调节至蜜蜂不会与厌恶性刺激关联起来的颜色；
(6)通过待测气体入口向聚集室注入待测气体，通过图像采集单元采集聚集室内的形态变化；
(7)经过预定时间后，根据图像采集单元获取的图像信息判断进入聚集室的蜜蜂数量，与步骤(3)中放入的蜜蜂数量进行对比，将对比结果与预设参数进行对比，如果对比结果大于预设参数则判定待测气体是目标气体；反之则待测气体不是目标气体；
(8)完成测试后，从待测气体入口注入普通空气，并将光源的颜色调节至蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的颜色用于将蜜蜂驱赶出聚集室。
注入普通空气的是为了驱散待测气体，只要是对蜜蜂是非良性刺激关联的气体即可。
步骤(1)中所述的良性刺激是指对蜜蜂具有天然吸引力的物质，优选的，所述良性刺激为食物，食物选用蜜蜂最喜爱的蔗糖液，步骤(1)的具体训练过程如下：
准备过程，将一定浓度的挥发性物质(以得到特异性的目标气体)，放置在培养皿中，培养皿上层包裹一层铝膜，让其自由挥发一定时间，一般为一分钟左右，可以根据挥发性物质的特性进行调整；然后将浸蘸了蔗糖液(质量浓度为30％～60％)的滤纸片放置在铝箔上，在其周围扎一圈小孔；
训练过程是，允许每只蜜蜂在滤纸片上吮吸蔗糖液，时间可以自由设定，一般在10秒左右，然后移除蜜蜂；每次间隔一定时间，一般为60秒左右再次进行训练，共训练3～5次，以使蜜蜂将蔗糖液与目标气体关联起来，训练完成后，即使没有蔗糖液，蜜蜂也会寻找并停留在目标气体浓度最高处，然后从中选取反应最为迅速和准确的蜜蜂进行步骤(2)的训练。
步骤(2)中，所述厌恶性刺激是指对蜜蜂会天然躲避的刺激，例如电击、火烧等，为了方便进行试验以及减小对蜜蜂的伤害，优选的，步骤(2)中，所述厌恶性刺激采用电击。
步骤(2)的具体训练过程如下：
准备过程：制作进行蜜蜂电击训练的装置，分别由底盘和透明顶盖组成，底盘隔成长条状的小槽，每个小槽的底部在上下分别铺上面积相等的两个颜色的纸条(例如黄色和蓝色)，整个底盘的上半区域覆盖蓝色纸条，下半区域覆盖黄色纸条，在每个颜色区域之上，分别横向穿过间隔均匀的代表正负导电极的铁丝，每个颜色区域的正极或负极铁丝在底盘外端分别集中在一起，不同颜色的正极铁丝，并不连接在一起，而是在底盘中间的两颜色区域分隔处断开，负极亦如此。如将黄色区域当作电击区域，即在黄色区域的左端连接电源正电极，右端连接电源负电极，通以6V，最大电流50mA的直流电源，直流电源的电量可以进行适当调节，以不伤害蜜蜂又具有刺激效果为最优，蓝色区域则为安全区域，铁丝并不通电。
训练过程：开始时，黄色和蓝色区域的铁丝都不通电；将经过步骤(1)训练中挑选出的蜜蜂，分别放入到训练底盘的槽中，每槽中放置一只，然后盖上透明顶盖，让蜜蜂在不通电情况下，自由在槽中爬行一定时间，一般为2分钟左右，然后将黄色区域的铁丝通电，一般通电30秒左右，而后断开电源，再允许蜜蜂自由在槽中爬行2分钟左右，再将黄色区域的铁丝通电30秒左右，然后如此循环往复训练5～8次，直到几乎全部蜜蜂在不通电的情况下，蜜蜂只在蓝色区域活动，而不进入黄色区域为止，从步骤(2)的训练中选择表现最好的蜜蜂作为检测用蜜蜂。表现好是指反应学习快、速度快的蜜蜂。
蜜蜂对很多特异性气体都非常敏感，对于不同气体的感知浓度各不相同且均比较低，最低可以到ppt数量级。一旦蜜蜂将目标气体与食物的良性刺激关联学习起来，只要待检测气体中存在高于感知浓度的目标气体，蜜蜂即会发生对于食物的搜寻性行为。
在需要对现场或者实验室环境中的待测气体是否含有目标气体进行检测时，目标气体的浓度一般均远高于被训练蜜蜂的感知浓度。如果待测气体中目标气体的浓度低于被训练蜜蜂的感知浓度，那该待测气体也不会对环境或人体产生危害，没有检测必要。
本发明和装置可具体应用于很多领域，如安全防爆中，对于爆炸物进行检测；毒品缉私中，对于涉脏物品进行检测；生物医学领域，对于疾病而产生的标志性气体进行快速的检测。
本发明的有益效果：
(1)本发明方法采用经过训练的无束缚蜜蜂的蜜蜂进行气体检测，并可自由移动，大大增长了检测用蜜蜂的存活寿命，基本上可达1～2个月左右，并可被反复训练和使用；
(2)本发明装置采用图像识别技术，可以直接检测聚集多只蜜蜂的整体形态，检测难度大大降低。
(3)本发明装置将蜜蜂活动区域分为蜂室和聚集室，只有在由目标气体注入时，蜜蜂才会出现在聚集室，区别现有技术，即区别于蜜蜂的平常活动和检测活动都在同一空间，并且蜂室一直保持黑暗的环境，有利用于蜜蜂保持平静；
(4)本发明方法将蜜蜂对于厌恶性学习与颜色关联起来，形成条件反射，从而利用该厌恶性条件反射驱赶位于聚集室的蜜蜂，可为迅速地进行下次实验做准备，并且有效地划分了蜜蜂在有无目标气体时的活动区域，提高检测效率。
附图说明
图1为本发明的立体结构分拆示意图。
图2为本发明另一个角度的立体结构分拆示意图。
图3为本发明的立体结构示意图。
图4为本发明另一个角度的立体结构示意图。
图5为本发明的结构示意图。
图6为图5在A-A方向的剖视图。
图7为图5的右视图。
图8为图7在B-B方向的剖视图。
图9为本发明蜜蜂在蜂室时的立体结构示意图。
图10为本发明蜜蜂在蜂室时另一个角度的立体结构示意图。
图11为本发明蜜蜂在蜂室时的结构示意图。
图12为图11在C-C方向的剖视图。
图13为本发明蜜蜂在聚集室时的结构示意图。
图14为图15在D-D方向的剖视图。
图15为本发明的蜜蜂在蜂室时装置的爆炸示意图。
图16为本发明的蜜蜂在蜂室时装置另一个角度的爆炸示意图。
图17为本发明的蜜蜂在聚集室时装置的爆炸示意图。
图18为本发明的蜜蜂在聚集室时装置另一个角度的爆炸示意图。
图19为训练蜜蜂的聚集行为的装置的结构示意图。
图20为图19的拆分的结构示意图。
图21为本发明训练驱散行为前蜜蜂行动的示意图。
图22为本发明训练驱散行为后蜜蜂行动的示意图。
图23为图21的立体结构示意图。
图24为图22的立体结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～18所示，本实施例的利用无束缚蜜蜂进行气体检测装置包括四个空间，分别是：蜂室1，检测室2，聚集室4以及灯光室7。
聚集室4的上下两面分别是透明的有机玻璃，上表面为观察窗、下表面为透光窗，平行布置，都为梯形；连接上下两面的两侧面不透光；两端设有开口，即连接着蜂室1的开口和待测气体入口。
灯光室7的形状与聚集室4完全相同，但上下两面之间的距离大于聚集室4，且只有顶面为透明的有机玻璃，其余几个面均不透光，灯光室7的底部安装有LED冷光源17，由外部开关控制光源的开闭。
聚集室4和灯光室7之间设有狭小缝隙，该狭小缝隙设有一两色滤光片，该滤光片由蓝色滤光片5和黄色滤光片6拼接组成，两色滤光片的中央，有一个把手，可以用来调节处于聚集室4和灯光室7之间的滤光片的颜色。当不进行气体检测时，应该使黄色滤光片6位于聚集室4和灯光室7之间。当进行气体检测时，应该使蓝色滤光片5位于聚集室4和灯光室7之间。本实施例中，将黄色光与电击的厌恶性刺激关联学习起来，测试表明，驱赶效果最好。
蜂室1包括用于过滤检测后气体的活性炭过滤层8，以及将过滤后废气排除装置之外的排气风扇10。
检测室2中包括用于监测蜜蜂聚集行为的图像采集单元，本实施例采用摄像头12，摄像头12垂直位于聚集室4的正上方。灯光室7发出的光，穿过聚集室4的上下表面，将聚集室4的内部情况投射到摄像头12上。
检测室2的外壁上分别有灯光室开关13，排气风扇开关14，用于安装把手的滤光片切换窗11以及用于安装待检测气体入口的进气口3；检测室2带有顶盖16。
当未开始气体检测或未检测到目标气体时，无束缚的蜜蜂8应该自由活动于蜂室1中；当蜜蜂检测到目标气体时，无束缚的蜜蜂8都聚集到了聚集室4中。
如图19和20所示，训练蜜蜂将特异性目标气体与食物的良性刺激关联学习起来，整个训练装置包括，玻璃培养皿20，带孔的蜜蜂锡纸盖21，蔗糖液试纸条18，以及含挥发性物质的试纸条19。每次训练时，只训练一只蜜蜂，图中所画，仅为示意作用。
如图21～24所示，训练蜜蜂将特定颜色与电击的厌恶性刺激关联学习起来。整个训练装置包括，电击训练装置底盘22、电击训练装置透明顶盖23、蓝色背景纸24、黄色背景纸25、铁丝阵列28、正电极连接处26、负电极连接处27，训练蜜蜂时，将顶盖23盖上。
本实施例利采用上述装置进行气体检测的方法包括以下步骤：
(1)捕捉蜜蜂：在蜂巢的出入口附近捕捉外出采蜜的工蜂，捕捉时间一般是在早晨或午后进行，这是容易捕捉到成熟度的工蜂。
(2)训练蜜蜂一：训练蜜蜂使其将挥发性的目标气体与食物的良性刺激关联学习起来，具体过程如下：
2-1、将捕捉到的蜜蜂放置于黑暗潮湿的室温环境中，不给喂食，使其饥饿24小时后取出训练；
2-2、室温25℃下，将20ul的薰衣草油滴在滤纸条19上(30×30mm)(得到薰衣草油挥发气体，即本实施例的目标气体)，放置在培养皿20(直径100mm，高25mm)中，培养皿上层包裹一层铝膜21，让其自由挥发一分钟；
2-3、将浸蘸了20ul 50％浓度蔗糖液的滤纸片18(10×10mm)放置在铝箔上，在其周围扎一圈小孔，薰衣草油的挥发气体将从小孔中飘散出来，并在以含蔗糖液的滤纸片为中心的周围形成一定浓度梯势；
2-4、训练过程是，每次只训练一只蜜蜂，训练空间中，将蜜蜂放置在蔗糖液的滤纸片附近，允许每只蜜蜂吮吸10秒钟的蔗糖液，然后移除，每次间隔60秒，共训练3～5次。
上述训练过程使蜜蜂将蔗糖液与目标气体关联学习起来，训练成功后，再次实验时即使没有蔗糖液，蜜蜂也会寻找并停留在目标气体(薰衣草油挥发气体)浓度最高处，从上述训练的蜜蜂中选取反应最为迅速和准确的蜜蜂进行下一项训练。
(3)训练蜜蜂二：训练蜜蜂将特定的颜色(本实施例中为黄色)与电击的厌恶性刺激关联学习起来，具体过程如下：
3-1、进行蜜蜂电击训练的装置底盘20共有6个小槽，每个小槽的上半部分铺有蓝色纸条24，代表安全区域，其上的铁丝并不导电；下半部分铺有黄色纸条25，代表电击区域，其上的铁丝将会导电；
3-2、挑选出的6只经过第一项训练并被挑选出来的蜜蜂，每个槽放置一只，盖上透明顶盖23；
3-3、在黄色区域25不通电的允许蜜蜂在槽中自由爬行2分钟，然后将黄色区域25的通电30秒，而后断开电源，在此期间，蜜蜂由于受到电击会寻求逃离黄色电击区域25；再允许蜜蜂自由在槽中爬行2分钟，再将黄色区域25通电30秒；如此循环往复训练5-8次，直到几乎全部蜜蜂在不通电的情况下，蜜蜂只在蓝色区域24活动，而不进入黄色区域25为止。
从第二项训练中选择表现最好的蜜蜂作为检测用蜜蜂。
(4)进行目标气体检测；
4-1、将30ul的薰衣草油滴在滤纸条(60×20mm)上，然后将其放入500ml挥发瓶中，使其在室温25℃下挥发2小时，获得薰衣草油挥发气体；用50ml针筒吸取薰衣草油挥发气体，作为待测气体；
4-2、从检测用蜜蜂中选出的6只蜜蜂放入检测装置的蜂室1，盖上蜂室顶盖14，使蜜蜂在黑暗的环境中自由活动10分钟；
4-3、运行本实施例的检测装置，打开灯光室7的LED冷光源17和排气风扇10，运行摄像头12的记录功能，上位机上运行图像处理软件对摄像头获取的图像进行处理和显示；
4-4、调整滤光片把手，选用黄色滤光6，运行30秒，观察聚集室4中的图像，在确认聚集室中没有聚集的蜜蜂后，再次调整滤光片的把手，使其选用蓝色滤光5；
4-6、非常缓慢地推动针筒(可使用注射器推进器)，从装置的待检测气体入口泵入检测气体到聚集室4，由于聚集室为空间逐渐增大的梯形结构，气体扩散的过程中会形成一定的挥发气体的浓度梯势，以聚集室4的待检测气体入口处浓度最高；当挥发气体缓慢扩散到蜂室之后，蜜蜂会逐渐地从聚集室4的开口爬入聚集室4，摄像头12对图像进行采集，上位机上的监控软件记录下图像变化，并自动地进行图像处理和统计，得出最终进入聚集室蜜蜂的数量，将其与蜜蜂的总数量6只进行比较，从而可以得到检测到目标气体的概率，并可以预先设定当爬入聚集室的蜜蜂数量占所有检测蜜蜂数量的三分之二以上时(该数值可以人为设定)，即可判定为检测到目标气体；本次实验结果经监测，最终6只蜜蜂全部爬入聚集室4，表明检测到了目标气体-薰衣草油挥发气体。
(5)检测结束后，在装置的待检测气体入口处快速通以净化的空气30秒，然后调整滤光片把手，选用黄色滤光片6，将蜜蜂驱除出聚集室4，从而为下一次检测做准备。
实施例2
本实施例除了选用的目标气体与实施例1不同以外，使用的装置和方法都与实施例1相同。
本实施例采用橙油挥发气体(制备方法与薰衣草油挥发气体相同)作为目标气体和检测气体，采用与实施二相同的装置和方法对待检测气体进行检测。
经检测，蜂室1内所有六只蜜蜂全部爬入聚集室4，表明检测到了待测气体中的橙油挥发气体。
对比例
将经过薰衣草油挥发气体或橙油挥发气体训练过的检测用蜜蜂放置在蜂室1内；向装置待检测气体入口处3内缓慢注入普通空气，采用与实施例二相同的方法对待测气体(普通空气)进行检测；
摄像头12对聚集室的蜜蜂聚集行为图像进行采集；图像监测和处理程序对采集的图像进行统计和判断。经监测，聚集室4内未发现有蜜蜂进入。
综上所述，采用本实施例的装置和方法进行气体检测，大大增长了检测用蜜蜂的存活寿命，基本上可达1～2个月左右，并可被反复训练和使用；采用图像识别技术，可以直接检测聚集多只蜜蜂的整体形态，检测难度大大降低；将蜜蜂对于厌恶性学习与颜色关联起来，形成条件反射，从而利用该厌恶性条件反射驱赶位于聚集室的蜜蜂，可为迅速地进行下次实验做准备，并且有效地划分了蜜蜂在有无目标气体时的活动区域，提高检测效率。
Claims (10)
1.一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，包括黑暗的检测室和图像采集单元，其特征在于，还包括用于容纳蜜蜂自由活动的黑暗的蜂室，所述检测室内设有：
聚集室，设有待测气体入口、观察窗以及与蜂室连通用于供蜜蜂通过的开口；
光源，具有可调的至少两色光，用于照亮所述聚集室内部，其中一种颜色是所述蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的特定颜色；
所述图像采集单元对准所述聚集室的观察窗用于采集聚集室中形态变化。
2.如权利要求1所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述检测室的待测气体入口和开口相对布置，所述检测室的空间自待测气体入口向开口方向逐渐变大。
3.如权利要求1所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述聚集室设有与观察窗相对布置的透光窗，所述光源设置在所述聚集室的外部，所述光源的出光面朝向透光窗。
4.如权利要求3所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述光源还包括设置在出光面与透光窗之间的滤光片，所述滤光片包括至少两个颜色不同的区域，每个区域都可以覆盖整个透光窗。
5.如权利要求1所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述光源采用LED冷光源。
6.如权利要求4所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述聚集室为平放的四棱台结构，所述四棱台的上底面为待测气体入口，下底面为开口，一对侧面分别为透光窗和观察窗，另一对侧面不透光。
7.如权利要求6所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述透光窗和观察窗水平设置且相互平行，所述光源位于聚集室下方，所述图像采集单元位于聚集室的上方。
8.如权利要求1所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，其特征在于，所述蜂室设有排气口，排气口上设有排气扇。
9.一种利用无束缚蜜蜂进行气体检测的方法，其特征在于，使用如权利要求1～8任一权利要求所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的装置，包括以下步骤：
(1)训练蜜蜂使其将特异性目标气体与良性刺激关联起来，产生对于特异性目标气体的搜索能力；
(2)训练蜜蜂将特定颜色与厌恶性刺激关联起来；
(3)选取经过步骤(1)和(2)训练的蜜蜂放入所述的蜂室内；
(4)开启光源和图像采集单元；
(5)将光源的颜色调节至蜜蜂不会与厌恶性刺激关联起来的颜色；
(6)通过待测气体入口向聚集室注入待测气体，通过图像采集单元采集聚集室内的形态变化；
(7)经过预定时间后，根据图像采集单元获取的图像信息判断进入聚集室的蜜蜂数量，与步骤(3)中放入的蜜蜂数量进行对比，将对比结果与预设参数进行对比，如果对比结果大于预设参数则判定待测气体是目标气体；反之则待测气体不是目标气体；
(8)完成测试后，从待测气体入口注入普通空气，并将光源的颜色调节至蜜蜂会与厌恶性刺激关联起来的颜色用于将蜜蜂驱赶出聚集室。
10.如权利要求9所述的利用无束缚蜜蜂进行气体检测的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述良性刺激为食物；步骤(2)中，所述厌恶性刺激采用电击。
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