CN101926290B - 孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，主要分为椭球测试舱、信号处理系统和系统辅助设备，系统辅助设备设置于椭球测试舱内部以及外部；椭球测试舱的内腔为椭球形，椭球测试舱左半部分设计成能够打开的舱门，舱门位置设在椭球测试舱的垂直对称轴线上并用橡胶密封；椭球测试舱的内壁和外表面均经过镜面处理，且椭球测试舱的外表面设置有吸声材料层；椭球测试舱的内腔中的两个焦点上分别设置飞禽胚胎支架和声传感器支架；声传感器支架上固定设置有高敏度声传感器，高敏度声传感器经引线穿过椭球测试舱的舱体上开的小孔引出接信号处理系统，且所述小孔周围密封。该系统在不损伤鸡胚的情况下能识别出其微弱的心跳。
Description
技术领域
孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的识别系统是在机械结构基础上设计的一种新颖、实用可靠的微弱声音信号检测设备。本发明通过将声学理论与椭圆的性质相结合，研究出能检测在孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的独特系统，并将该系统用于10天活体鸡胚胎的模式识别中。该发明属于微弱声音信号检测识别领域。
背景技术
目前对孵化中活体飞禽胚胎发育状况的测试方法有：声音心电图(ACG)、心脉动记录图(BCG)、电信号记录图(ECG)和阻抗心电图(ICG)。这四种方法各有优缺点：其中电信号记录图(ECG)和阻抗心电图(ICG)的测试要在孵化期的活体蛋壳上打几个小孔，3根电极分别插入不同的小孔，并保持一定深度，通过测量活体胚胎上3根电极的电信号来识别孵化期的鸡胚胎的发育情况，这两种方法获得信号能量相对较大，测量相对容易，但要破坏鸡蛋壳，活鸡胚胎检测后要停止发育；而声音心电图(ACG)和心脉动记录图(BCG)是通过测量振动和声信号来判断孵化期的鸡胚胎的生长发育情况，不用破坏鸡蛋壳，不会对活体鸡胚胎发育造成不良影响，但是其信号太微弱，背景噪声比测量的振动和声信号还要强烈的多(信噪比太小)，很难测得理想结果。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，该系统在不损伤鸡胚的情况下能识别出其微弱的心跳，还能用声强或声压随时间变化曲线将测量结果显示出来。
本发明的目的通过以下技术方案实现的：
一种孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，主要分为椭球测试舱、信号处理系统和系统辅助设备，所述系统辅助设备设置于椭球测试舱内部以及外部；所述椭球测试舱的内腔为椭球形，椭球测试舱左半部分设计成能够打开的舱门，舱门位置设在椭球测试舱的垂直对称轴线上并用橡胶密封，保证该舱的密封性能；所述椭球测试舱的内壁和外表面均经过镜面处理，防止漫反射的发生，且椭球测试舱的外表面设置有吸声材料层；所述椭球测试舱的内腔中的两个焦点上分别设置飞禽胚胎支架和声传感器支架；声传感器支架上固定设置有高敏度声传感器，所述高敏度声传感器经引线穿过椭球测试舱的舱体上开的小孔引出接信号处理系统，且所述小孔周围密封。
所述椭球测试舱由不锈钢制成，其舱体外部为长方体结构。
所述系统辅助设备包括内部和外部支架，所述内部支架包括飞禽胚胎支架和声传感器支架，飞禽胚胎支架和声传感器支架均用螺钉固定舱壁上；飞禽胚胎支架上安放飞禽胚胎的圆锥面上开有多个小孔；声传感器支架上通过夹紧螺钉将高敏度声传感器固定；所述外部支架一端固定在椭球测试舱上，另一端要直接牢固地联结在地基上。
发明原理：本检测舱利用椭球的光学特性，即通过旋转椭球内一个焦点发出的光线，经内表面反射，都会聚焦到另一个焦点上。经典的声线理论认为声在空间中以声线的方式向四周传播能量，接收点的声能量是由所有到达该点声线能量的叠加结果，每一条声线都有一定的到达时间和相位。利用这些理论将测试舱设计成标准的旋转椭球面，放在椭圆一个焦点上的微弱点声源是10天活体鸡胚胎的胎动激发蛋壳二次振动产生的声辐射，将该声场看成通过该焦点的声源向四周均匀发出大量声线的方式来传播能量的，经过椭球内表面的同次反射，同步传入到另一个装有高精度声传感器的焦点上，假定每根声线开始时都携带相同的能量，如果椭球体的材料和制作工艺选择得当(做到内表面声能量几乎无透射和几乎无吸收，相当于小混响室)，在旋转椭球体接收端，传感器所接受的能量是最大的，而且同次反射后相位一致(传播的距离一样)，椭球舱声音传播示意图如图1示。为了防止外部噪声对被测试对象的影响，除了材料和制作工艺选择得当外，对检测舱的外表面要进行吸声处理，做到外部干扰声能量几乎无透射，即要么被反射，要么被吸收处理，总之将环境噪声对测试声信号的影响降低到最小，检测舱的结构图具体见图2。此外，做好了上面的装置后，通过利用高敏度声传感器和声学分析软硬件，组成一个系统实现对微弱声音信号的测量。然后利用模糊数学理论或神经网络理论对生物制剂中10天活体鸡胚胎的模式进行识别，判断其胚胎是否是活体。孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统流程图具体见图3，最后对活体胚胎进行进一步接种，把死胚胎分离出来，以防停止发育的胚胎污染其它活体胚胎的进一步发育，停止发育和活体鸡胚胎的测试结果具体见图4和图5。
本发明原理是将声学理论与椭圆的性质相结合，设计出活体飞禽胚胎微弱声信号的检测舱，把活体鸡胚胎(微弱声音信号源)放在旋转椭球体的一个焦点上，声在椭球内传播，经过内表面的反射，必须通过椭球检测舱的另一个焦点的特性来实现的。如果椭球的内、外表面分别作特殊处理，让它的内表面对声的透射和吸收能量降低到最小，则高敏度声传感器所在的另一个焦点具有的声能量是最强的，而且从不同方向经同次反射传到该焦点的声波具有相同的相位。为了减少外界噪声的干扰，在椭球测试舱的外表面做吸声和抗声透射处理，排除外界声场对椭球内部声场的影响，从而达到排除外界干扰的目的，将微弱声源的声信号准确地提取出来，获得理想的检测识别效果。然后再利用声学分析软硬件，实现了对微弱声音信号的测量识别。试验用于孵化了10天的活体鸡胚胎心跳信号的测试，结果表明：本发明在不损伤鸡胚的情况下能识别出其微弱的心跳，还能用声强或声压随时间变化曲线将测量结果显示出来。
附图说明
图1旋转椭球检测舱原理；
图2(a)是椭球检测舱的外形示意图；
图2(b)是图2(a)的E-E向剖视图；
图2(c)是图2(a)的B-B向剖视图；
图2(d)是图2(a)的A-A向剖视图；
图3孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统流程图；
图410天停止发育鸡胚胎的测试结果；
图510天活体鸡胚胎的测试结果。
其中，1.点光源或点声源，2.光接收器或声传感器，3.椭球测试舱内腔，4.飞禽胚胎。5.吸声材料层，6.橡胶，7.小孔，8.高敏度声传感器，9.舱门，10.飞禽胚胎支架，11.声传感器支架，12.夹紧螺钉。
具体实施方式
本发明主要分为椭球测试舱、信号处理系统、系统辅助设备。本测试系统从机械方面创新设计出椭球结构的测试舱，从提高信噪比的角度提高测量质量，经过高灵敏度传感器、信号的处理系统、模式识别软件最后送至显示设备。
椭球测试舱光或声音传播示意图如图1示，设置于椭球内一个焦点上的电光源或点声源发出的光线或声音，经内表面反射，都会聚焦到另一个焦点上，在该点上设置光接收器或声传感器即可接收到光纤或声音。
1.椭球测试舱：
本旋转椭球测试舱内腔3要严格符合标准椭球的几何特性，将被测活体飞禽胚胎4置于旋转椭球的一个焦点处，其发出的声音信号经反射聚集在另一焦点，在舱内该焦点的信号能量几乎是最强的，便于传感器接收。考虑到声音在舱内的传播特性，椭球舱的内壁要求经过镜面处理，防止漫反射的发生，减少信号的损耗。为了防止测量时的噪声干扰，椭球测试舱体由不锈钢制成，除外部表面做镜面处理外，还要贴一层50mm厚吸声材料层5。椭球测试舱左半部分设计成可以打开的舱门9，其位置设在椭球测试舱的垂直对称轴线上并用橡胶6密封，保证该舱的密封性能，并能不断更换被测试对象。这样处理的目的就是为了将外部声场与内部声场隔绝起来，减少外部声场对测试的微弱生物声信号的影响。此外，考虑加工难度和成本，可以将舱体外部设计成长方体结构，其结构如图2所示。
2.信号处理系统
本发明采用高精度的传感器，将其固定在椭球测试舱内腔3另一个焦点上，引线从舱体开的小孔7引出接信号处理的计算机系统，并将该孔周围密封，防止内、外声场相互干扰。通过分析处理软硬件对信号进行处理，然后利用模糊数学理论或神经网络理论判断孵化中飞禽胚胎是否停止发育，具体流程如图3所示。最后对活体胚胎进行进一步接种或孵化，把死胚胎分离出来，防止不发育的胚胎污染其它活体胚胎的进一步发育。
3.系统辅助设备
本发明的辅助设备主要是内部和外部支架，内部支架包括飞禽胚胎支架10和声传感器支架11，要求它们坚固稳定，与舱壁紧贴，并用螺钉固定。飞禽胚胎4放置位置(特别是飞禽胚胎心脏位置)必须与旋转椭球测试舱的一个焦点位置相重合，飞禽胚胎4的大头要朝上，小头放在支架的圆锥面上，使飞禽胚胎4自动定位。安放飞禽胚胎4的圆锥面上要开许多小孔，尽量少改变飞禽胚胎4是点声源的这一特性。安放高敏度声传感器8的位置尽量要与椭球测试舱内腔3的另一焦点位置相重合，同时要用夹紧螺钉12将高敏度声传感器8固定，防止其轻微振动产生信号干扰。外部支架一端要固定在椭球测试舱上，另一端要直接牢固地联结在地基上，同时要做适当的隔振处理，防止地基的干扰信号对整个测试系统的影响，其具体结构要根据该测试系统的安放工作环境和人机工程要求来设计。
Claims (3)
1.一种孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，其特征是：主要分为椭球测试舱、信号处理系统和系统辅助设备，所述系统辅助设备设置于椭球测试舱内部以及外部；所述椭球测试舱的内腔为椭球形，椭球测试舱左半部分设计成能够打开的舱门，舱门位置设在椭球测试舱的垂直对称轴线上并用橡胶密封，保证该舱的密封性能；所述椭球测试舱的内壁和外表面均经过镜面处理，防止漫反射的发生，且椭球测试舱的外表面设置有吸声材料层；所述椭球测试舱的内腔中的两个焦点上分别设置飞禽胚胎支架和声传感器支架；声传感器支架上固定设置有高敏度声传感器，所述高敏度声传感器经引线穿过椭球测试舱的舱体上开的小孔引出接信号处理系统，且所述小孔周围密封。
2.根据权利要求1所述的孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，其特征是：所述椭球测试舱由不锈钢制成，其舱体外部为长方体结构。
3.根据权利要求1所述的孵化中活体飞禽胚胎微弱声信号的检测识别系统，其特征是：所述系统辅助设备包括内部和外部支架，所述内部支架包括飞禽胚胎支架和声传感器支架，飞禽胚胎支架和声传感器支架均用螺钉固定舱壁上；飞禽胚胎支架上安放飞禽胚胎的圆锥面上开有多个小孔；声传感器支架上通过夹紧螺钉将高敏度声传感器固定；所述外部支架一端固定在椭球测试舱上，另一端要直接牢固地联结在地基上。
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