CN104991285A - 一种鼠迹探测仪用探头 - Google Patents

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张晓龙
李明贤
方志强
南新中
张华荣
邓华
云小云
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BEIJING HUAYI PURIFYING SCIENTIFEC RESEARCH INSTITUTE
Chinese Academy of Inspection and Quarantine CAIQ
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BEIJING HUAYI PURIFYING SCIENTIFEC RESEARCH INSTITUTE
Chinese Academy of Inspection and Quarantine CAIQ
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Abstract

本发明公开了一种鼠迹探测仪用探头,该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;电源用于为探头提供工作所需能量;传感单元设置有透镜组,透镜组设置在传感单元中传感器的前方;老鼠经过所述传感单元的敏感区域时,其发出的红外线辐射被透镜组聚焦后照射到传感器上。本申请的探头实现了准确及时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。

Description

一种鼠迹探测仪用探头
技术领域
本发明涉及一种鼠迹探测仪用探头。
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。
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。
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。
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用探头,该探头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。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种鼠迹探测仪用探头,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;所述电源用于为探头提供工作所需能量;所述传感单元设置有透镜组,所述透镜组设置在传感单元中传感器的前方;老鼠经过所述传感单元的敏感区域时,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。
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。
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。
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。
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。
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。
进一步,所述探头设置有授权接口,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。
本发明具有以下积极的技术效果:
本发明的探头可以及时有效的发现鼠迹,且可以及时记录图像信息;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。
附图说明
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。
具体实施方式
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。
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。
如图1所示,本申请的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;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。传感单元设置有透镜组,透镜组设置在传感单元中传感器的前方;老鼠经过传感单元的敏感区域时,其发出的红外线辐射被透镜组聚焦后照射到传感器上。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。本申请的探测主机可采用常用的工业计算机或者笔记本电脑等等。
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。

Claims (7)

1.一种鼠迹探测仪用探头,其特征在于,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;所述电源用于为探头提供工作所需能量;所述传感单元设置有透镜组,所述透镜组设置在传感单元中传感器的前方;老鼠经过所述传感单元的敏感区域时,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。
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。
5.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。
6.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。
7.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,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。
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