(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105068137 A (43)申请公布日 2015.11.18
(21)申请号 201510452869.4(22)申请日 2015.07.29
(71)申请人中国检验检疫科学研究院
地址100176 北京市大兴区亦庄经济技术开
发区荣华南路11号
申请人北京华怡净化科技研究所有限公司(72)发明人张晓龙 方志强 李明贤 南新中
张云龙 王海玲 许佳 曹晓梅(74)专利代理机构北京中创阳光知识产权代理
有限责任公司 11003
代理人尹振启(51)Int.Cl.
G01V 8/10(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种鼠迹探测仪(57)摘要
本发明公开了一种鼠迹探测仪，该探测仪包括若干个探头和探测主机；其中，探头包括图像采集单元、传感单元、控制单元和电源单元；当老鼠经过探头的探测区域时，老鼠发出的红外线辐射触发传感单元，传感单元将产生电信号，并将电信号发送至控制单元，控制单元根据其接收到的电信号发出控制指令至图像采集单元，由图像采集单元对老鼠的运动轨迹进行采集，并将采集的图像信息发送至探测主机，由探测主机进行存储；电源用于为探头提供工作所需能量。本申请实现了准确有效地记录老鼠的运动轨迹，极大的缩短了检疫人员找寻老鼠的踪迹的时间。 C N 1 0 5 0 6 8 1 3 7 A CN 105068137 A
权 利 要 求 书
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1.一种鼠迹探测仪，其特征在于，所述探测仪包括若干个探头和探测主机；其中，所述探头包括图像采集单元、传感单元、控制单元和电源单元；当老鼠经过探头的探测区域时，老鼠发出的红外线辐射触发所述传感单元，传感单元将产生电信号，并将所述电信号发送至所述控制单元，控制单元根据其接收到的电信号发出控制指令至所述图像采集单元，由图像采集单元对老鼠的运动轨迹进行采集，并将采集的图像信息发送至所述探测主机，由探测主机进行存储；所述电源用于为探头提供工作所需能量。
2.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述传感单元包括传感器和信号放大与整形电路，所述传感器为热释电传感器，传感器发出的电信号经所述信号放大与整形电路放大整形后发送至所述控制单元。
3.根据权利要求2所述的探测仪，其特征在于，所述传感单元还包括信号分析甄别电路，传感器发出的电信号经所述信号放大与整形电路放大整形后发送至所述信号分析甄别电路，电信号经信号分析甄别电路分析甄别后发送至所述控制单元。
4.根据权利要求2所述的探测仪，其特征在于，所述传感单元还包括透镜组，所述透镜组设置在所述传感器的前方；老鼠经过所述传感器的敏感区域时，其发出的红外线辐射被所述透镜组聚焦后照射到所述传感器上。
5.根据权利要求2所述的探测仪，其特征在于，所述信号放大与整形电路由同相放大器、滤波电容和反相放大器组成，所述传感器发出的电信号首先经所述同相放大器进行放大，然后经所述滤波电容去除直流分量，最后经所述反相放大器进一步放大处理。
6.根据权利要求3所述的探测仪，其特征在于，所述信号分析甄别电路由双向检幅器、与门和状态定时锁存器组成，经所述信号放大与整形电路放大整形后的电信号首先输入所述双向检幅器，当电信号的强度超过双向检幅器的设定电压，双向检幅器将输出一个低电平脉冲，所述低电平脉冲经所述与门合成后成为一个多脉冲信号，并将所述多脉冲信号输入所述状态定时锁存器，状态定时锁存器对多脉冲信号的脉冲宽度及脉冲间的时间间隔进行判断，仅保留符合满足设定宽度的脉冲信号，最终输出稳定的低电平触发信号至所述控制单元。
7.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述电源单元设置有电源净化电路，所述电源净化电路与供电电源连接，用于去除供电电源中的纹波。
8.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述探头设置有授权接口，所述探测主机通过所述授权接口实现与探头的配置信息交换，并对每一个探头设置身份ID。
9.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述探测主机和若干个所述探头之间通过WiFi、蓝牙或ZigBee实现通信。
10.根据权利要求8所述的探测仪，其特征在于，所述探测主机和若干个所述探头之间通过数据线实现通信，且当所述探头通过数据线与所述探测主机连接时，探测主机将识别探头的身份ID，仅当成功识别时，探测主机和探头之间才进行通信。
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说 明 书一种鼠迹探测仪
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技术领域
[0001] [0002]
本发明涉及一种鼠迹探测仪。
背景技术
鼠类与人类生活关系十分密切，鼠源性疾病对人类可以造成严重危害，是全世界人类共同面临的严峻挑战之一。相关资料显示，鼠类携带的病原微生物中可使人类致病的多达57种，仅鼠疫这一种鼠传播的传染病在三次世界大流行中造成的死亡人数就超过了历次战争记载死亡人数的总和，同时造成重大的经济损失。然而，由于鼠体积小、行动灵敏，且一般仅在夜间活动，长期以来，检疫部门对出入境交通工具藏匿鼠类的监测一直都没有非常有效的办法。检疫人员往往凭借自己的经验找寻老鼠的踪迹，不但费时费力，而且还可能给检疫对象造成不必要的困扰。[0004] 目前，鼠迹探测还主要依赖传统的目测法、鼠笼法、鼠夹法、粘鼠板法、粉迹法等方法对出入境交通工具进行鼠类监测。这些方法要么需要检疫人员具有丰富的经验，能够准确地在被检查区域中查找和分辨出活鼠及鼠类活动的痕迹，要么需要检疫人员在相应区域内布设鼠笼、鼠夹和滑石粉等监测工具，通过捕获或观察老鼠脚印等方式进行检疫。在实际应用中，这些方法准确性和针对性较低，且需要较长的监测时间，其检测效率低、准确性差、检疫周期长，难以在出入境交通工具中广泛使用。[0005] 因此，如何解决上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
[0003] [0006]
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种鼠迹探测仪，该探测仪通过使用热释电传感器采集老鼠身体发出的红外辐射，经过信号分析甄别电路的分析甄别实现了准确地识别老鼠，并结合图像信息采集系统，及时的记录图像信息，从而极大地提高了检疫人员的工作效率，有效地解决了背景技术中存在的问题。[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种鼠迹探测仪，所述探测仪包括若干个探头和探测主机；其中，所述探头包括图像采集单元、传感单元、控制单元和电源单元；当老鼠经过探头的探测区域时，老鼠发出的红外线辐射触发所述传感单元，传感单元将产生电信号，并将所述电信号发送至所述控制单元，控制单元根据其接收到的电信号发出控制指令至所述图像采集单元，由图像采集单元对老鼠的运动轨迹进行采集，并将采集的图像信息发送至所述探测主机，由探测主机进行存储；所述电源用于为探头提供工作所需能量。
[0007]
进一步，所述传感单元包括传感器和信号放大与整形电路，所述传感器为热释电
传感器，传感器发出的电信号经所述信号放大与整形电路放大整形后发送至所述控制单元。
[0009]
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进一步，所述传感单元还包括信号分析甄别电路，传感器发出的电信号经所述信号放大与整形电路放大整形后发送至所述信号分析甄别电路，电信号经信号分析甄别电路分析甄别后发送至所述控制单元。[0011] 进一步，所述传感单元还包括透镜组，所述透镜组设置在所述传感器的前方；老鼠经过所述传感器的敏感区域时，其发出的红外线辐射被所述透镜组聚焦后照射到所述传感器上。
[0012] 进一步，所述信号放大与整形电路由同相放大器、滤波电容和反相放大器组成，所述传感器发出的电信号首先经所述同相放大器进行放大，然后经所述滤波电容去除直流分量，最后经所述反相放大器进一步放大处理。[0013] 进一步，所述信号分析甄别电路由双向检幅器、与门和状态定时锁存器组成，经所述信号放大与整形电路放大整形后的电信号首先输入所述双向检幅器，当电信号的强度超过双向检幅器的设定电压，双向检幅器将输出一个低电平脉冲，所述低电平脉冲经所述与门合成后成为一个多脉冲信号，并将所述多脉冲信号输入所述状态定时锁存器，状态定时锁存器对多脉冲信号的脉冲宽度及脉冲间的时间间隔进行判断，仅保留符合满足设定宽度的脉冲信号，最终输出稳定的低电平触发信号至所述控制单元。[0014] 进一步，所述电源单元设置有电源净化电路，所述电源净化电路与供电电源连接，用于去除供电电源中的纹波。[0015] 进一步，所述探头设置有授权接口，所述探测主机通过所述授权接口实现与探头的配置信息交换，并对每一个探头设置身份ID。[0016] 进一步，所述探测主机和若干个所述探头之间通过WiFi、蓝牙或ZigBee实现通信。
[0017] 进一步，所述探测主机和若干个所述探头之间通过数据线实现通信，且当所述探头通过数据线与所述探测主机连接时，探测主机将识别探头的身份ID，仅当成功识别时，探测主机和探头之间才进行通信。
[0018] 本发明具有以下积极的技术效果：
本发明通过设置若干个探头，实现了对需要检测鼠迹环境的全覆盖，不仅可以及时有效的发现鼠迹，且可以及时记录图像信息；通过无线或有线的方式，探头探测的图像信息发送至探测主机，工作人员可以随时查看，并采取相应措施；检测效率得到了显著的提高，且保证了检测的准确性、缩短了检疫周期。
[0019]
附图说明
[0020]
图1是本发明的探头的结构示意图；
图2是本发明的探头探测鼠迹的示意图；
图3是本发明的信号放大与整形电路的结构示意图；图4是本发明的信号分析甄别电路的结构示意图；图5是本发明的电源净化电路的结构示意图。
[0021]
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具体实施方式[0022] 下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中标示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。[0023] 为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。[0024] 如图1所示，本申请的探测仪包括若干个探头和探测主机；其中，探头包括图像采集单元、传感单元、控制单元和电源单元；当老鼠经过探头的探测区域时，老鼠发出的红外线辐射触发传感系统，传感系统将产生电信号，并将电信号发送至控制单元，控制单元根据其接收到的电信号发出控制指令至图像采集单元，由图像采集单元对老鼠的运动轨迹进行采集，并将采集的图像信息发送至探测主机，由探测主机进行存储；电源用于为探头提供工作所需能量。本申请的图像采集单元自身也可以设置有存储单元，其采集到图像信息后将自动存储至自身所带有的存储装置。
[0025] 本申请的传感单元包括传感器和信号放大与整形电路，其中热释电传感器是由两块完全一致的热释电陶瓷晶体(LiTaO3)组成，两块晶体的极化方向相反，串联在一起。当没有红外线热辐射照射在晶体上，或者红外线均匀的照射两块晶体，由于极性相反串联，所以串联体始终保持电中性，两端没有电压。[0026] 如图2所示，当小动物经过探测区域时，由于经过透镜聚焦，小动物发射的红外线被聚焦成极小的光斑，只能照射在其中一块晶体上，这时整个串联体两段由于极化电荷的作用出现了极微弱的电压。传感器内部还封装了一个输入阻抗极高的JFET场效应管，这点电荷的变化，足以引起流过JFET管DS管脚的电流发生可观测的变化。经过后面的放大器，就能检测到小动物从传感器前面经过的信号。 根据晶体极化方向的排布与小动物进入敏感区域的方向不同，输出信号极性可能会不同。（红外热释电探测器高灵敏度下改善误触发的措施）。
[0027] 如图3所示，信号放大与整形电路由同相放大器、滤波电容和反相放大器组成，传感器发出的电信号首先经同相放大器进行放大，然后经滤波电容去除直流分量，最后经反相放大器进一步放大处理；传感器内部虽然已经集成了JFET场效应管，但是它的输出也非常微弱，仅有几个毫伏。需要用后面的放大器将信号放大到V一级，才能对信号进行辨别和触发。考虑到传感器属于高阻抗电流器件，传感器输出电流经过外部负载电阻，变换为极微弱的电压信号，后面紧跟一个直接耦合的同相放大器。（运算放大器的同相输入端具有更高的输入阻抗，能够更好的获取微弱信号。）同相放大器进行放大后，经过交流耦合到后级，继续放大。交流耦合使得直流信号分量被丢弃，只有交流信号被传送到下一级。因为小动物经过探头，本身就是一个动态的过程，热释电的电荷极化也是动态过程，所以对于探测有用的信号本身就是交流信号。交流耦合能够将两级运放的静态工作点隔开，相互独立设置静
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态工作点，可以方便的对信号进行平移处理，同时也能防止运放失调电压的误差积累影响最终信号的甄别。反向放大器对信号进行进一步放大，信号的幅度能达到数百毫伏到数V范围，已经完全能够驱动比较器之类的后级电路了。[0028] 如图4所示，信号分析甄别电路由双向检幅器、与门和状态定时锁存器组成，经信号放大与整形电路放大整形后的电信号首先输入双向检幅器，当电信号的强度超过双向检幅器的设定电压，双向检幅器将输出一个低电平脉冲，所述低电平脉冲经所述与门合成后成为一个多脉冲信号，并将多脉冲信号输入所述状态定时锁存器，状态定时锁存器对多脉冲信号的脉冲宽度及脉冲间的时间间隔进行判断，仅保留符合满足设定宽度的脉冲信号，最终输出稳定的低电平触发信号至控制单元。其具体过程为：经过放大整形完成的信号输入到双向检幅器中；双向检幅器能够对达到设定电压的正半周以及负半周信号进行鉴别。一旦信号幅度超过了设定的电压，检幅器就输出一个低电平脉冲。
[0029] 这样设计主要是考虑具体环境中除了小动物外还存在空气对流，电磁干扰等其他扰动，也能导致热释电传感器输出信号。但是这些扰动信号相对于小动物移动产生的信号都比较小，所以双向检幅器可以设定合适的正负阈值，来过滤掉绝大多数扰动信号，保留有用信号的输出。双向检幅器输出的低电平脉冲被一个与门合成为一个多脉冲信号，送入状态定时锁存器。状态定时锁存器能够判断脉冲的宽度以及脉冲间的时间间隔，对于明显不符合小动物运动规律的过宽过窄过快过慢脉冲做丢弃处理，仅仅保留一定宽度的脉冲，并且最终输出稳定的低电平触发信号。低电平触发信号送入控制单元的MCU引脚，由控制单元进行捕获，判断，并且驱动摄像头（即图像采集单元）拍照。[0030] 如图5所示，电源单元设置有电源净化电路，电源净化电路与供电电源连接，用于去除供电电源中的纹波；因探测器部分的电路，对电源纹波要求非常高。十几个毫伏的电源纹波，就会对探测器及放大电路造成致命影响。因此保证电源的纹波抑制工作，是提高探测器搞灵敏度的重中之重的基础工作。
[0031] 电源净化电路的设置将外部开关电源提供的电源进一步的滤除干扰、杂波，以便能给探测器部分提供优质的稳定的直流电源。[0032] 优选地，探头设置有授权接口，探测主机通过授权接口实现与探头的配置信息交换，并对每一个探头设置身份ID。 探测主机和若干个探头之间通过WiFi、蓝牙或ZigBee实现通信。或者，探测主机和若干个探头之间通过数据线实现通信，且当探头通过数据线与探测主机连接时，探测主机将识别探头的身份ID，仅当成功识别时，探测主机和探头之间才进行通信。
[0033] 本申请的探测主机：采用成品工控平板电脑、专业抗震箱，再根据平板尺寸，内部零件结构，接口结构等因素，进行装配空间设计。使用高强度铝合金，通过加工中心进行切削加工，生产出面板结构件。将主机部分所有部件安装于面板结构件上，结构件再与抗震箱固定在一起。
[0034] 工控平板电脑采用了全钢机壳，在满足坚固要求的同时，提高了散热效果，确保主机运行稳定。平板电脑采用了5线工业触摸屏，而非现在流行的电容屏，能够满足冲击振动，油污污染的恶劣使用环境考验。内部使用了64G的纯固态电子硬盘，无任何机械部件，速度比机械硬盘高一个数量级，彻底避免了机械硬盘无法抗振动冲击的缺陷。通过软件开发工具开发的用户界面程序，向用户提供了探头注册授权功能，对探头发送过来的图像进
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行存储，检索，回放。
[0035] 主机电源适配器采用成品开关电源，根据系统最大功率要求，再留出30%功率余额进行选型。输入交流220V，输出12V4A直流，供工控主机使用。
[0036] 以太网交换机与WIFI通信接口能接受的工作电压低于工控主机，所以通过DCDC转换模块对12V直流进行降压转换，提供了5V与3.3V两路直流电压输出。电流容量根据具体设备需求进行分配，总体转换效率85%以上，减少了系统发热量，提高了电源使用效率。[0037] 主机程序通过此接口与探头交换配置信息，同时完成探头ID的分配工作，只有经过授权的探头才能往主机传输信息。
[0038] 交换机与WIFI通信接口采用标准设备，利用主机的100M以太网接口，作为网络文件系统服务器，并且通过WIFI通信接口，将探头和主机的联网全部变成无线连接。满足各种复杂现场条件下，探头与主机更加方便的进行部署与应用。[0039] 上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
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