基于伯努利效应的全自动昆虫诱捕器

江嘉林，陈苇娜

福建省泉州市培元中学

基于伯努利效应的全自动昆虫诱捕器

江嘉林，陈苇娜

福建省泉州市培元中学

在参与泉州森林公园的植树活动中意外听工作人员说现在防虫害不是喷农药，就是采用杀死昆虫的捕虫机，导致益虫的数量急剧减少，破坏了生态平衡。因此想制作一款能减少对生态平衡影响的昆虫诱捕器。

伯努利效应；全自动；信息素；昆虫诱捕器

一、创意来源

昆虫诱捕在科学调查研究、害虫监测防治等方面有着重要作用。蝇灯）、粘性诱捕器（如灭蝇板）、信息素诱捕、扇吸式诱捕等，这样的捕捉方式各有弊端，捕虫网费时费力，而且在某些人迹罕至的区域很难实现；黑光灯等对避光性昆虫不起作用；单一信息素诱捕只能针对特定昆虫；而扇吸式诱捕收集到的基本都是昆虫的尸体或者不完整的昆虫、且容易误伤益虫[1]；通过问卷调查显示，诱捕完整的活体昆虫，目前还是空白，但又迫切需要。

因此，设计一款自动节能的昆虫诱捕器，用于捕捉活体完整的昆虫，具有很好的应用前景。

二、关于实用性、创新性、科学性的分析

（一）实用性

1.问卷调查对实用性的证明

通过问卷调查的结果显示从事昆虫研究工作的工作人员目前一般是通过人工捕捉昆虫,目的是希望捕捉的昆虫完整并依旧为活体，迫切需要一款能满足他们需求的机器。

2.关于目前市场的分析

问卷结果也显示，工作人员目前不愿意采用机器来捕捉昆虫的原因为大部分捕捉器都破坏了昆虫的完整性及无法全自动操作，需人工辅助操作，并且捕捉到的昆虫都为昆虫尸体。而从事农业害虫监测防治的工作人员虽使用诱虫器诱捕昆虫，但使用范围小，且极易误伤益虫；而在治疗虫害时，往往使用农药，极易造成污染和农药残留，因此也需要能捕捉昆虫活体的机器来对捕捉到的昆虫进行分类分析处理。

（二）创新性

1.该机器在半公顷的农田放置一晚能诱捕上千只昆虫，电量能够维持连续工作1-2天，对比以往捕虫器效果更佳。

2.该机器诱捕的昆虫都是鲜活完整的个体，对于完整鲜活的害虫能留下做研究，做标本；对于完整鲜活的益虫能放生减少对生态平衡的影响。

3.该机器采用灯光及信息素双重手段引诱昆虫，利用光传感器作为机器的开关，使用压缩气体钢瓶产生伯努利效应吸入昆虫。

目前本项目已通过了教育部科技查新工作站的查新，同时该技术已向国家知识产权局申报实用新型专利。产品整身通过第三方质量检测，并于相应公司签订合作开发计划。

（三）科学性

1.伯努利效应

伯努利效应又称边界层表面流效应，在流体流速加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。

本项目采用压缩气体钢瓶压缩气体，产生高速气流，使得捕虫漏斗内的气压较低，在外界较高大气压的作用下将昆虫能够完整吸入捕虫袋中。

2.关于全自动

本项目采用ArduinoUNOR3为该昆虫捕捉器的主控，利用反射式和漫反射距离传感器检测昆虫是否靠近，充当机器的智能开关。每次捕捉完毕将自动检测启动气泵进行压缩气体的补充。采用压力阀门控制产生伯努利效应的气体压强。整台机器无需人工操作，全自动完成，大幅度减轻人工作业。

3.关于昆虫的诱捕功能

根据查阅的文献显示，黑光灯能有效地吸引昆虫，提高诱捕昆虫的概率,且捕虫的多样度和均匀度均高于普通碰撞诱捕网[2]。对某些趋光昆虫的越冬代，黑光灯诱捕更是唯一手段[3-4]；资料表明，信息素能对昆虫起到诱惑的作用，尤其是特定信息素的使用能够捕获更多的某种特定昆虫，常用的信息素为性信息素，能吸引特定性别的昆虫[5]。本项目采用二者结合的方式，在多次试验中双重诱惑能够高效地吸引到各类昆虫。

三、项目设计

（一）硬件设计

1.总体设计

基于伯努利效应的昆虫诱捕器采用ArduinoUNOR3连接红外线M18光电开关，锂电池组，继电器1，继电器2及压力阀门；继电器1连接气泵，继电器2连接气压阀门，具体连接如图1所示。

图1 总体设计图

2.关于信息素

特种信息素的投放能有效提高专捕某昆虫的概率。昆虫信息素也称性外激素，是同种昆虫间进行信息交流的化学物质，包括引诱（诱获）、刺激、促进或抑制取食、产卵、交配、集合、报警、防御等功能。因而有高度的专一性。每种信息素都有特定的立体化学结构，多数信息素是几种化合物按一定比例的混合物。根据信息素所传递的信息不同，分为性信息素、报警信息素、示踪信息素、聚集信息素等。而不同种昆虫之间或昆虫与其它生物之间也存在着传递信息的化学物质，如利己素、利它素、协同素等种间素[6-8]。如有种蜘蛛能分泌一种与性外激素相似的物质，诱使相应的昆虫自投罗网。也有一种是从植物体内提取的内源素（即诱获信息素，类似于植物体内分泌的害虫喜欢吸食的一种植物体液——诱获），害虫感应到这种气味而靠近吸食。

（二）程序流程的设计

基于伯努利效应的全自动昆虫诱捕器的工作流程为：系统开启→初始化→检测气瓶内压力是否充足→检测光传感是否被遮光→释放气体→补充气体→检测气瓶内压力是否充足。具体程序流程设计见图2所示。

图2 程序流程设计

四、项目使用说明

1.通入电源，使机器开始运行。

2.机器开始自动运行步骤，分为初始化阀门（步骤一），气泵工作（步骤二），红外线M18光电开关识别昆虫靠近（步骤三），紫外线灯与信息素协助诱惑昆虫（步骤四）。

3.捕捉昆虫步骤，分为压缩气体钢瓶充气（步骤一），压力变送器控制压强大小（步骤二），气压阀门出气（步骤三），捕虫漏斗口产生负压，吸入昆虫（步骤四）。

4.机器运行，完成捕捉。

五、总结与展望

基于伯努力利效应的全自动昆虫诱捕器采用多级增压装置产生高压气体实现伯努利效应能够高效捕捉昆虫，替代繁琐的人工捕捉，实现自动化，缓解相关工作者的工作力度，无风扇设计，提高了捕捉昆虫的完整性的几率，为昆虫研究工作带来便利。

该项目接下来将根据实际试验结果进行进一步的改进：

1.采用多重增压装置产生高压气体来替代压缩气瓶以减小作品体积；

2.铺设爬行昆虫特殊通道用以捕捉爬行昆虫；

3.实现防盗功能。

[1]蒋小龙，WendellE.Burkholder.几种诱捕器对储粮害虫诱捕效果研究[J].郑州粮食学院学报，1995，16（1）：89-96.

[2]张兵兰，张茵，廖婕，等.香港嘉道理农场次生林区碰撞诱捕网和黑光灯捕虫器采集所得鞘翅目甲虫多样性比较[J].生物多样性，2004，12（3）：301-311.

[3]盛承发，宣维健，苏建伟，等.性信息素水盆诱捕器和黑光灯诱捕棉铃虫成虫数量的比较[J].生态学杂志，2001，20（5）：5-7.

[4]屈西峰，等.中国棉花害虫预测预报标准、区划和方法[M].北京：中国科学技术出版社，1992.14-28.

[5]向玉勇，杨茂发.昆虫性信息素研究应用进展[J].湖北农业科学，2006，45（2）：250-256.

[6]孙志锋.昆虫性信息素研究进展[J].广东化工，2016，43（20）：114-115.

[7]杜家伟.昆虫信息素及其应用[M].北京：中国林业出版社，1988：3-8.

[8]孟宪佐.昆虫性信息素的应用[J].生物学通报，1997，32（3）：46-47.

江嘉林（2001-），男，汉族，福建泉州人，中学生，研究方向：科技创新。