CN108140397A - 用于动物分娩操作的报警系统 - Google Patents

Abstract

一种用于检测来自一个或多个幼崽的振动信号的振动检测器。处理器与振动检测器通信并被配置用于根据振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件，并且用于根据可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件。报警装置与处理器通信，以用于提供响应于很可能的动作事件的输出。在实施例中，振动信号的至少一个特征可以包括振动信号的频率或幅值。

Description

用于动物分娩操作的报警系统

此申请要求于2015年9月29日提交的美国临时专利申请号62/234,449和于2016年6月14日提交的美国临时专利申请号62/350,021的优先权，其每个的内容在此通过引入而被并入本文。

技术领域

本公开涉及用于动物分娩操作的报警系统，并且更具体地，本公开涉及一种具有振动检测器和模式识别以识别何时幼崽(例如，哺乳猪崽)处于正被其母畜挤压的危险中的系统。

背景技术

在动物分娩中，总是存在当母畜躺下时或者当母畜躺着的同时她从一个位置改变到另一位置时该母畜挤压新出生幼崽的问题；例如，在分娩圈中由于受母猪挤压而导致的未断奶猪崽的死亡率占到分娩出的所有猪崽损失的7％到10％。这种损失转化成对猪肉生产者而言的减少的潜在利润。

已经试图利用检测来自尖叫幼崽的噪声、随后通过对母畜电击导致其转换位置、有希望离开频临危险的幼崽的电气或电子感测和报警装置来解决此问题。此类装置先前依赖于所存储的尖叫幼崽的声音信号，以与来自频临危险的、尖叫的幼崽的声音进行比较。然而，幼崽很少发出相同的声音，尤其当它们长大(甚至自出生后的每天)或跨越品种时。例如，一天大的猪崽发声与两天大、三天大或四天大的猪崽发声非常不同。不同品种的猪崽发声也不同。此外，当此类装置在封闭的分娩建筑物(包括大量结构、混凝土地板以及铝和钢壁板和框架)中存在数十头母猪和数百头猪崽的情况下被实施时，分娩建筑物的声学呈现出待克服的重大问题。

发明内容

所公开的是一种用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的报警系统和方法。该系统包括用于检测来自一个或多个幼崽的振动信号的振动检测器。处理器与振动检测器通信，并且被配置用于根据振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件，以及用于根据可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件。报警装置与处理器通信，用于提供响应于很可能的动作事件的输出。在实施例中，振动信号的至少一个特征可以包括振动信号的频率或幅值。

模数转换器(“ADC”)可以被提供用于将来自振动检测器的振动信号数字化，以产生数字化的振动信号。还可以提供时域至频域(“TFD”)转换器，用于将数字化的振动信号转换为数字化的振动信号的频域表示。

在该系统和方法中，可以根据数字化的振动信号的频域表示来确定可能的动作事件。当多个频率带的峰幅值是多个频率带的相对幅值的倍数时，并且当峰能量是多个频率带的相对幅值的倍数时，以及当平均振幅比平均振幅大百分之一时，可以发生可能的动作事件。在一个实施方式中，多个频率带的峰幅值是多个频率带的相对幅值的四倍，峰能量是多个频率带的相对幅值的三倍，并且平均振幅比平均振幅大至少百分之五十。

根据可能的动作事件的集合，该系统可以检验表明很可能的动作事件的可能的动作事件的模式。该模式可以是每秒幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件的预定平均数的形式。在一个实施方式中，对于不少于五秒且不多于十五秒的时间段而言，每秒幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件的预定平均数为至少六分之五并且少于或等于二又二分之一。

附图说明

图1是具有用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的报警系统的分娩畜圈的示意图。

图2是在图1中一般示出的用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的报警系统的框图。

图3是示出了图2的处理器的硬件部件的功能框图。

图4是可被用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的处理的流程图。

图5A是可能的动作事件的经平滑的幅值波形。

图5B是‘尖叫’-‘非尖叫’信号的很可能的动作事件。

图6A是根据本公开实施方式的对于波导的侧壁使用固定角的该波导的前透视图。

图6B是对于波导的侧壁使用变化角的该波导的前透视图。

具体实施方式

所公开的是一种用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成伤害的系统和方法。贯穿本公开的(一个或多个)幼崽是指从其母畜哺乳的诸如猪崽、小牛、羊羔等的幼小动物。该系统旨在降低由于“受躺压(lay-on)”(即，当幼崽位于母畜下面并且在该母畜躺下时被困住)而引起的幼崽死亡的发生率。这通过在该系统或方法检测到表明幼崽正处于危险中的很可能的动作事件(诸如尖叫、震颤、惊厥等)时利用刺激来刺激母畜站起来而实现，其中，所述刺激诸如像电击或振动的物理刺激或者听觉的或视觉的刺激。与所附公开内容一起示出的实施例涉及检测表明猪崽正被其母畜躺压的猪崽尖叫，随之理解是，本文所描述的系统和方法可应用于从出生直到断奶的时间段内(对应于猪养殖中的分娩时期)的其他类型的哺乳动物。

已发现处于被躺压险境中的猪崽以特定模式以特定频率、幅值和持续时间尖叫。本文所描述的系统和方法根据可能的动作事件(例如，具有表明该猪崽正被其母畜躺压的至少一个特征的尖叫，其中，该特征是尖叫的频率、幅值和持续时间)的模式来检测很可能的动作事件(例如，表明猪崽正被其母畜躺压的猪崽尖叫)。该模式是幼崽尖叫事件与幼崽非尖叫事件之间的预定循环数，其中，幼崽尖叫事件是指猪崽从正被躺压险境中发出的声音，并且幼崽非尖叫事件是指来自不表明猪崽正被躺压的尖叫事件的猪崽的呼吸或其他噪声或尖叫。

关于特定品种的驯养猪崽，已经发现指示很可能的动作事件的尖叫事件和非尖叫事件的预定循环数在八秒内至少为七并且小于或等于二十。尖叫事件和非尖叫事件之间的这种预定模式可以适用于猪崽和其他幼崽中的所有的品种、一些品种或者无其他品种；然而，如果有必要的话，本领域技术人员将认识到并且能够适配尖叫事件和非尖叫事件的预定循环数，以与其他品种的猪崽或其他类型的幼崽相符合。基于尖叫事件和非尖叫事件的预定循环数的这种模式，该系统和方法可以与报警装置相配合而做出反应，以向母畜提供响应于很可能的动作事件的输出。

图1示出了具有用于防止动物分娩场所中的母畜106对幼崽104造成损伤的报警系统100的分娩畜圈102的示意图。

图2示出了图1的报警系统100的框图。报警系统100包括振动检测器110，其检测来自分娩畜圈102中的一个或多个幼崽104的振动信号。振动检测器110可以是麦克风、激光器、加速度计、应变仪或其他类型的振动传感器，其响应于幼崽104在尖叫时所产生的声压或振动。在示出的实施例中，振动检测器110可以是便携式壳体113(图1中示出)中靠近幼崽104定位的一个或两个麦克风。

在由振动检测器110检测到的振动信号被模数转换器(“ADC”)114转换成数字信号之前，模拟预处理器112对该振动信号进行预处理。模拟预处理器112可以包括任何数目的模拟装置，诸如一系列低通或带通滤波器，其被调谐用于基本上对应于尖叫猪崽的频率范围(对于驯养猪崽为1500至4500赫兹)(以及在其间的任何值)的通带，以及放大器，诸如增强其余电路的噪声系数性能的低噪声放大器(LNA)，以进一步帮助限定振动信号并滤除可以外差到目标信号上的环境声音信号。此外，如果信号非常微弱，其他常规信号处理设备(诸如锁定放大器)可以被用于将信号从背景噪声中拉出。可替选地，模拟预处理器112可以被省略，并且振动信号可以通过包括数字滤波和放大的数字信号处理技术而被充分地增强。在处理器118(下面讨论的)和模拟预处理器112之间的闭环系统可以提供反馈以动态修改模拟预处理器112的滤波特性，以改善尖叫检测。

振动信号的数字表示被时域到频域(TFD)转换器116处理以导出振动信号的频率成分。TFD转换器116预编程有用于执行诸如FFT(快速傅里叶变换)或FHT(快速哈特利变换)的傅里叶频谱分析或任何其他傅立叶级数分解技术的指令。振动信号的频率成分被转置到在对应于猪崽声音范围的1500至4500赫兹(Hz)的整个感兴趣范围上扩展大约四十个频率带。带的数目取决于采样频率。其他幼崽104可以具有不同的声音范围。

处理器118被提供用于对来自ADC 114的数字化振动信号的频域表示形式的振动信号的频谱表示进行处理。数字化振动信号的频域表示在被TFD 116以44,100采样速率和每组256个采样点的FFT变换函数分解时产生128个频率仓(frequency bin)(其中，仓是定义频率分辨率的频谱样本)。将在感兴趣的仓中找到有关幼崽尖叫事件或幼崽非尖叫事件的任何有用信息。用44.1K Sa/s的采样速率和256个采样点，第一四十个仓(近似地)包括感兴趣的仓。这些感兴趣的仓包括被用于分析的变换集合。

时钟120向处理器118提供用于数字化振动信号的频域表示的定时信息。该定时信息包括时间戳，其对于每个变换集合来说可以最接近于万分之一秒。

处理器118被配置用于根据振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件。振动信号的特征可以是振动信号的频率、幅值和持续时间、或者这些特征中的两个或更多个的任何组合。在一个实施方式中，根据数字化振动信号的频域表示，可以由处理器118根据来自数字化振动信号的频域表示的多个频率带的相对幅值计算出可能的动作事件。在这点上，当(i)多个频率带的峰幅值是来自数字化振动信号的频域表示的多个频率带的相对幅值的倍数，(ii)数字化振动信号的频域表示的峰能量是来自数字化振动信号的频域表示的多个频率带的相对幅值的倍数，以及(iii)数字化振动信号的频域表示的平均振幅比该数字化振动信号的多个先前频域表示的平均振幅大百分之一时，可以发生可能的动作事件。在一个实施方式中，多个频率带的峰幅值是该多个频率带的相对幅值的四倍，峰能量是多个频率带的相对幅值的三倍，并且平均振幅比平均振幅大至少百分之五十。

包括感兴趣仓的变换集合还可以包括时域信息，该时域信息包括在变换成数字化振动信号的频域表示之前该振动信号的平均声压电平和峰声压电平。

而且，变换集合中所包括的是其他频域数据，其包含该变换集合中的所有频率带的平均幅值、预定义目标频率带(例如，1500至4500Hz频率范围)中的每一个的实际幅值、所有频率带的平均幅值(“平均幅值”)、目标频率带(例如，1500-4500Hz)的平均幅值(“平均目标幅值”)、以及目标频率带中的任一个的峰幅值(“峰幅值”)，其中，包含峰幅值的频率带的“带数”是“峰带”。以峰带为中心的三个频率带的幅值的平均值包含关于相对于峰带的平均能量的信息。

数据平滑函数可以被用于减少大量的随机测量误差并且消除该数据，以将毛刺和其他杂散伪影以及噪声从该信号中去除。将每个可能的动作事件按照时间先后顺序进行分组以创建参数时间片。参数时间片可以是足以减少测量误差、毛刺、杂散伪影和噪声的任何长度的时间。在一个实施方式中，参数时间片小于或等于0.1秒，其取决于处理器的速度。从每个参数时间片中，可以根据每个变换集合中的上面讨论的参数的平均值来确定可能的动作事件的总和。提供了缓冲器，以存储来自连续参数时间片的可能的动作事件的总和，以创建可能的动作事件的时域表示，其被用于确定很可能的动作事件。在一个实施方式中，缓冲器连续地存储来自过去八秒(而优选不少于五秒或多于十五秒)的数据，并且处理器118根据缓冲器内所包含的可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件。

处理器118可以从缓冲器往回向模拟预处理器提供数据，以针对在缓冲器的内容中发现的噪声或其他信号毛刺进行调整。参数时间片的序列可以经受二次TFD过程，如果在0.4至1.2Hz范围内的任何地方存在峰频率，并且如果该峰频率的幅值是该二次TFD过程中的所有频率带的平均幅值的至少三倍，则其随后确定很可能的动作事件正在发生。

在另一实施方式中，可以在时域中查看缓冲器的内容以识别很可能的动作事件。参照图5A和图5B，在图5A中示出了信号电平502、尖叫开始阈值电平504和尖叫结束阈值电平506，并且在图5B中示出了‘尖叫’-‘非尖叫’信号508。根据下面的模式发生很可能的动作事件：(i)在一段时间内的信号电平502增加至大于可编程且预定的动作事件(例如，‘躺压尖叫’)尖叫开始阈值电平504；在这个时段期间，存在定时器(‘尖叫定时器’)，其开始对‘尖叫’的时间片进行计数；(ii)信号电平减小至小于可编程且预定的动作事件(例如，‘躺压-呼吸’)尖叫结束阈值电平506(其总是小于尖叫开始504的阈值，以允许迟滞)，存在定时器(‘非尖叫定时器’)，其开始对‘非尖叫’的时间片进行计数；以及(iii)对于包括从当前时间到过去不少于五秒或多于十五秒的时间跨度(或在之间的任何范围)的缓冲器中的时间片的序列，在缓冲器中的所有时间片都已经被处理之后，‘尖叫’-‘非尖叫’信号508中的‘尖叫’-‘非尖叫’循环的总数由处理器118核查，以确定循环数是否为每秒至少0.4个尖叫而不多于1.2个尖叫(或在之间的任何范围)。

处理器118可以执行对很可能的动作事件的误差校验，使得很可能的动作事件的概率更加确定。在很可能的动作事件时(例如，当存在7与20(含)之间的‘尖叫’-‘非尖叫’循环时)，可以校验两个或更多个因数：(i)平均‘尖叫’与‘非尖叫’比率是否至少为一(即，非尖叫具有短于尖叫的持续时间)；和(ii)‘尖叫’-‘非尖叫’循环的峰长度是否不多于此序列中平均‘尖叫’-‘非尖叫’循环的长度的1.5倍。如果对这两个因数的回答是肯定，那么该很可能的动作事件是实际动作事件的概率增加，即，该很可能的动作事件对应于尖叫幼崽实际被躺压。

报警系统100还包括与处理器118通信的报警装置130，以用于提供响应于很可能的动作事件的输出。报警装置130利用刺激(诸如电击或振动或者听觉的或视觉的刺激)来刺激母畜站起来。在一个实施方式中，报警装置130包括具有与母畜的皮肤接触的至少一个电极的“刺棒”(“prod”)，以递送电击。报警装置130可以被配置为递送多级输出，其中，第一级输出是对母畜的初始刺激，其中，第二级输出是更强的刺激。初始刺激和更强的刺激可以是振动或电击的任意组合。

报警装置130可以包括用于通过连接123与处理器118通信的双向收发器，以用于向处理器118传递表明报警装置运行正常的“我很好(I’m Okay)”信号。“我很好”信号还可以向处理器118提供确认，即，动作事件已被接收并且响应于动作事件的输出已被提供给母畜。“我很好”信号还可以包括低电池电量状态警报。

报警装置130在被放置在充电平台上时可以在八小时或更少时间内以无线方式充电。此外，报警装置130可以在被放置在充电平台上时通过发送特定配对识别命令来与处理器118配对，在这之后报警装置130通过快速闪烁状态LED指示器来确认对处理器118的无线响应和对操作员的视觉确认。

在一个实施方式中，报警装置130被容纳在围绕母畜的中间部位佩戴的带状物单元中。带状物单元可以包含生物计量传感器；例如，带状物单元可以包含心跳信号，以利用以50ms脉冲串(burst)每一至五秒闪烁一次的指示灯来提供具有报警装置130的带状物单元准备好接收信号并且节约功率的视觉指示。带状物单元还可以包含温度传感器以监视母畜的皮肤温度、多轴陀螺仪以监视母畜的相对姿态(这可以被用于确定母畜是否正站立或正躺下)、加速度计以监视运动和运动中的任何变化(这可以被用于确定母畜有多活跃并且估算母畜的位置和方位姿态)以及用于识别的RFID。此生物计量传感器数据可以被发送至处理器118用于稍后的分析或由操作员下载。可以以各种不同方式将报警装置130附接至母畜。报警装置130可以配置有经手术植入的或用医用级粘合剂、缝线、订书钉而被附接至皮肤的作为脚踝装置而佩戴的耳朵标签(ear tag)。就报警装置130提供听觉或视觉刺激程度而言，其不需要为了有效性而与母畜接触，报警装置130可以被定位接近母畜，以提供刺激而不刺激其他动物。

在另一实施方式中，可以提供主控制器122。主控制器122可以执行处理器118的处理功能中的所有、一些或没有一个。在一个实施方式中，主控制器122可以与分娩建筑物中的多个报警系统100通信。处理器118可以通过有线连接或无线连接124与主控制器122进行通信。对于无线连接124来说，Wi-Fi或允许相对高带宽(根据每个处理器118的64至512Kbps)的任何其他无线协议。在一个实施方式中，代替2.4GHz频率带可以使用5GHz频率带，以将与该区域中的其他无线装置的干扰最小化。

主控制器122可以存储数据，该数据接收自处理器118、振动检测器110或可以在幼崽或其母畜上使用的任何其他生物计量检测器。在这一点上，对于分娩操作员来说，或者通过主控制器122上的应用软件或者通过为操作员远程使用平板电脑、智能手机或其他移动设备而创建的移动应用，可以将主控制器122用作数据库和数据管理服务器。

当其他报警系统100的处理器118在大约相同时间挂起了很可能的动作事件时，主控制器122还可以允许或覆盖由处理器118确定的很可能的动作事件，以提高每个报警系统100的精确性。在一个实施方式中，主控制器122可以与其他报警系统100的处理器118通信，以接收即未挂起的很可能的动作事件的通知。如果多于一个报警系统100的处理器118指示彼此100ms内的很可能的动作事件，则主控制器122可以查询来自每个报警系统100的声压电平和时间戳，并且使除了源自具有最早时间戳的报警系统100的很可能的动作事件以外的所有很可能的动作事件无效。而且，如果多个报警系统100传递在最早时间戳的2ms内的时间戳，那么除了递送最高声压电平的报警系统100以外，主控制器122可以使来自具有此时间戳的报警系统100中每个的所有很可能的动作事件无效。

在另一实施方式中，主控制器122可以通过连接125与报警系统100的每个振动检测器110无线通信。主控制器122可以接收来自每个振动检测器的数据，并且执行报警系统100中所描述的所有各种其他功能。

在一个实施方式中，可以在便携式壳体113(图1中示出)中提供报警系统100。在其中振动检测器110是麦克风的实施例中，便携式壳体113可以包括将声波引导至麦克风以提高报警系统100的精确性的波导600(图6A、图6B中示出)。为了进一步提高报警系统100的精确性，两个麦克风可以被使用并且将其定位在便携式壳体113的波导600中。利用两个麦克风，处理器118可以确定到达两个麦克风中的每个处的振动信号之间的到达时间差，以确定幼崽中的至少一个相对于两个麦克风的相对位置。

具有波导600(如图6A中所示)或者具有波导650(如图6B中所示)的便携式壳体113可以具有被定位在波导600的前表面604中的相应接收孔602中的两个振动检测器110。在每个实施方式中，前表面604位于形成听觉波导的凹陷区域606的底部，该凹陷区域606可以呈圆顶形状、喇叭形状或者在阻挡来自波导600的侧面和上面的杂散声音的同时接受来自波导600的前面和下面的听觉振动信号的任何其他形状。

波导600或波导650的凹陷区域606可以在顶部由顶盖608限制，以阻挡来自上述波导600的噪声或其他杂散声音。在波导600中，凹陷区域606可以由两个壁610、612限制。壁610在波导600的右侧上，并且相对于前表面604以稍大于零度至九十度的角(以及在之间的任何角)远离而成角。壁612在波导600的左侧上，并且相对于前表面604以稍大于零度至九十度的角(以及在之间的任何角)远离而成角。壁610和壁612的角应该小到足以接受来自直接位于波导600的前面的目标幼崽104的声音，并且直至波导600的左侧和右侧大约两英尺为止。凹陷区域606的底部可以敞开，以接受来自直接位于波导600的前面和下面的区域中的目标幼崽104的最大听觉振动信号。凹陷区域606可以是一至四英寸深(以及在之间的任何值)，但2.5英寸的深度和各自以基本上接近45度成角的壁610和壁612尤其有利。

在波导650中，凹陷区域606可以是一至四英寸深(或在其间的任何值)，而优选1英寸的深度。凹陷区域606还可以具有从凹陷区域606的最深部分至两壁中的任一个的角，其在最深部分处从180(或0)度开始变化，并且在壁610、612中的任一个处减小至90度的最小角，其中在135度的每个壁610、612处优选最小角。

在另一实施方式中，便携式壳体113还可以包含温度传感器和可以被用于插入电阻式加热装置(例如，加热灯)的AC电源插座。温度传感器可以包括用于温度的快速且精确检测的带有数字输出的P-N结装置。温度传感器可以被物理地定位在便携式壳体113的底部或者侧面上，以测量幼崽位于其中的分娩畜圈的地板区域的环境温度。加热灯可以由过零型固态继电器(SSR/ZC)控制以仅当电流为零时改变功率电平，以便将电磁干扰最小化并且还延长加热装置的寿命。在此实施方式中，处理器118可以用至少三个并且多达100个功率电平或者更多从‘全关’的0-20％到‘全开’的90-100％来对进到AC电源插座和加热装置中的功率进行调整。通过从‘全关’转到‘全开’需要至少30秒以及从‘全开’转到‘全关’需要至少30秒来逐渐地实现功率变化。在一个示例中，目标温度可以最初被设置到88华氏度。处理器118可以包含用于操作员现场通过使用连接至处理器118的两个防水开关(上、下)来改变目标温度的选项(这还可以在主控制器122的用户界面上完成)。可以在便携式壳体112上提供2位数显装置，以显示环境温度或期望的目标温度。分娩畜圈的环境温度还可以被存储在非易失性辅助存储器中或者被传递至主控制器122以用于分析。主控制器122上的用户界面还可以向操作员显示在任何给定时间分娩中每个分娩畜圈的相对温度是多少，以便更好地报告与控制房间温度。在不需要加热的时候还可以提供舒适照明。可以通过由处理器118(或主控制器122)控制的一个或多个LED来提供舒适照明。这种舒适照明可以瞄准其中幼崽正常休息的区域以将幼崽从母畜身边吸引开，以避免被躺压的危险，即使在不需要开启加热灯时。

图3示出了用于执行对导出、计算和执行上述被描述为在处理器118和主控制器122上执行的以上功能所必需的处理功能的示例性计算平台。在一个实施方式中，处理器300包括一种系统，该系统包括中央处理单元(CPU)312、系统存储器304、网络接口306和一个或多个软件应用以及启用或实施本文所描述的方法和功能的驱动程序。硬件系统包括具有I/O端口310的标准I/O总线308和与其相耦合的大容量存储器313(其也可以是非易失性闪速存储器)。桥接器316将CPU 312耦合至I/O总线308。硬件系统还可以包括视频存储器和被耦合至该视频存储器的显示装置315。这些元件旨在表示广泛类别的计算机硬件系统，包括但不限于基于由加利福利亚州圣克拉拉的因特尔公司制造的奔腾处理器以及任何其他合适的处理器的通用计算机系统。

计算机硬件系统的元件执行本领域已知的其常规的功能。具体地，网络接口306被用于提供CPU 312与以太网络(或任何其他网络或外部装置，包括主控制器122或其他处理器118)之间的通信。大容量存储器313可以被提供并被用于为执行实施待执行的测试的上述功能的数据和编程指令提供永久性存储，而系统存储器304(例如，DRAM)被用于为由CPU312执行的数据和编程指令提供暂时性存储。I/O端口310是被用于提供附加外围装置(诸如ADC 108和振动检测器110)之间的通信的一个或多个串行和/或并行通信端口。

处理器300可以包括多种系统架构，并且可以布置CPU 300的各种部件。例如，高速缓冲存储器314可以与CPU 312一起在片上。可替选地，高速缓冲存储器314和CPU 312可以作为“处理器模块”被封装在一起，而CPU 312被称为“处理器内核”。此外，所要求保护的实施例中的某些实施方式可以不要求也不包括所有的上述部件。而且，可以包括附加部件，诸如附加的处理器、存储装置或存储器。

图4示出了可以在用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的系统和方法中使用的总体处理的流程图。在402中，处理可以开始。在404中，至少一个振动检测器110检测源自幼崽104的振动信号。在406中，处理器118导出振动信号的至少一个特征。在408中，处理器118根据振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件。在410中，处理器118根据可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件。在412中，报警装置提供响应于动作事件的输出。在这之后，该方法可以重复或者在414处结束。

可能的动作事件可以是来自幼崽的尖叫，其表明该幼崽正被母畜躺压，并且很可能的动作事件可以是表明幼崽正被母畜躺压的尖叫和非尖叫的模式。

该方法还可以包括将振动信号转换为数字化振动信号的频域表示，并且由此导出平均声压电平、峰声压电平、多个频率带、该多个频率带的平均幅值以及该多个频率带的峰幅值。

该方法还可以包括利用处理器118根据数字化振动信号的频域表示计算出多个频率带的相对幅值，并且其中，动作事件可以包括为来自数字化振动信号的频域表示的多个频率带的相对幅值的至少四倍的多个频率带的峰幅值、为来自数字化振动信号的频域表示的多个频率带的相对幅值的至少三倍的数字化振动信号的频域表示的峰能量，并且数字化振动信号的频域表示的平均振幅比数字化振动信号的多个先前频域表示的平均振幅大至少百分之五十。可能的动作事件的模式可以是包括幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件的预定循环数，并且其中，预定循环数还可以包括尖叫事件与非尖叫事件的平均比率(其至少为一)，并且预定循环数中的一个的峰长度小于该预定循环数中的幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件中的每个的平均长度的1.5倍。

贯穿本公开已经参照了若干部件，犹如每个部件是独特的部件。各种系统、转换器、处理器和控制器可以被并入到一个或多个其他系统、转换器、处理器和控制器中，从而减少部件的数目；例如，模拟预处理器112、ADC 114、TFD转换器116可以存在于处理器118中。如下面进一步讨论的，还可以考虑其他实施方式和配置。

关于振动检测器110，还可以考虑下面的实施方式。在一个实施方式中，振动检测器110是麦克风，其被安装在包含报警系统100的便携式壳体113的外壁的内侧上。该麦克风瞄准母畜和该母猪哺乳的幼崽的方向，以用于通过外壁中的孔来接收音频声音。在另一实施方式中，两个麦克风作为“xy麦克风组件”以彼此成90度安装在一起，并且位于在用于报警系统100的壳体的外壁的表面的前面延伸的物理安装挂架上，并且处于外壁的中点处。麦克风瞄准母畜和幼崽的方向。相比于任何其他方向，这种实施方式具有增大对直接来自麦克风前面的音频声音的灵敏度的效果。可替选地，两个麦克风可以以“交替xy”配置安装到用于报警系统100的壳体的外壁的内表面上，以用于通过直接位于每个麦克风的前面的壁中的孔来接收音频信号，而该壁呈“圆顶”或“喇叭”的形状。两个麦克风中的每一个被安装在对于外壁中点的左侧和右侧或两个麦克风中的每一个的最远点处，使得每个麦克风与外壁的纵平面成45度角安装，从而使每个麦克风的平面与其他麦克风的平面成90度角。

为了增大信噪比，尤其是在其中麦克风瞄准的目标方向上，其上安装了麦克风的任何壁的背面将具有引线板或其他振动或共振消音材料，以降低整个音频频谱中壁的“活跃性(liveness)”，以及诸如但不限于织物或泡沫材料的其他隔音材料，以衰减相对于麦克风瞄准方向的来自侧面或后面方向的任何声音。

在另一实施方式中，全向性麦克风被直接附接在带状物单元上，该带状物单元被安装在母畜上。由于该全向性麦克风实际上被连接至母猪，所以这个位置将提供最接近受躺压的猪崽的位置并且最远离其他畜圈中的猪崽的位置，以降低误报(false positive)的发生率。可替选地，可以在最接近母畜脊柱的带状物的顶部处的一点处将定向性麦克风安装到由母畜佩戴的带状物的内侧。这个位置通过声音的骨传导原理提供了受躺压幼崽的尖叫的直接传播，特别在当幼崽被母畜完全覆盖时该幼崽的尖叫被母畜的身体掩盖的情况下。在另一可替选方案中，声音喇叭可以被固定至定向性麦克风，所得到的组件以类似于听诊器的方式工作(除了其产生电信号之外)并被称作听诊器。此听诊器以与母畜的皮肤进行最佳直接接触的位置而被附接至由母畜佩戴的带状物单元的内侧表面。因为受躺压的幼崽也与母畜直接接触，所以来自受躺压幼崽的尖叫将强得多的信号承载至该听诊器。以这种方式，来自未与母畜直接接触的任何其他动物的信号微弱得多，这实际上消除了误报的发生。

贯穿本公开，还可以参考“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”，这意味着在本发明的至少一个实施例中包括了特定描述的特征、结构或特性。因此，这类短语的使用可以指不仅仅是一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

尽管已经参照本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解的是，在不脱离由所附权利要求及其等价物体现的本发明的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1.一种用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的报警系统，所述系统包括：

振动检测器，其用于检测来自一个或多个幼崽的振动信号；

处理器，其与所述振动检测器通信，并且被配置用于根据所述振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件，和用于根据可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件；以及

报警装置，其与所述处理器通信，用于提供响应于所述很可能的动作事件的输出。

2.根据权利要求1所述的报警系统，其中，所述振动信号的至少一个特征包括选自所述振动信号的频率和幅值中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的报警系统，并且还包括模数转换器(“ADC”)和时域至频域(“TFD”)转换器，所述模数转换器用于将来自所述振动检测器的振动信号数字化并产生数字化的振动信号，所述时域至频域转换器用于将所述数字化的振动信号转换为所述数字化的振动信号的频域表示。

4.根据权利要求3所述的报警系统，并且还包括时钟，其用于为所述数字化的振动信号的频域表示提供定时信息。

5.根据权利要求4所述的报警系统，其中，所述数字化的振动信号的频域表示包括平均声压电平、峰声压电平、所述定时信息、多个频率带、所述多个频率带的平均幅值以及所述多个频率带的峰幅值。

6.根据权利要求5所述的报警系统，其中，所述数字化的振动信号的频域表示包括平均目标幅值，所述平均目标幅值包括频率的预定义目标带的平均幅值。

7.根据权利要求6所述的报警系统，其中，所述频率的预定义目标带在1500HZ与4500HZ之间。

8.根据权利要求5所述的报警系统，其中，所述处理器根据所述数字化的振动信号的频域表示来计算所述多个频率带的相对幅值，并且其中，所述动作事件包括为来自所述数字化的振动信号的频域表示的所述多个频率带的相对幅值的倍数的所述多个频率带的峰幅值、为来自所述数字化的振动信号的频域表示的所述多个频率带的相对幅值的倍数的所述数字化的振动信号的频域表示的峰能量，并且所述数字化的振动信号的频域表示的平均振幅比所述数字化的振动信号的多个先前频域表示的平均振幅大一百分比。

9.根据权利要求1所述的报警系统，其中，所述可能的动作事件的模式是每秒的预定平均循环数，其中，每个循环包括幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件。

10.根据权利要求9所述的报警系统，其中，对于不少于五秒且不多于十五秒的时间段来说，所述每秒的预定平均循环数为至少六分之五并且少于或等于二又二分之一。

11.根据权利要求10所述的报警系统，其中，所述预定循环数还包括至少为一的所述尖叫事件与所述非尖叫事件的平均比率，并且所述预定循环数中的一个的峰长度小于所述预定循环数中的所述幼崽尖叫事件和所述幼崽非尖叫事件中的每个的平均长度的1.5倍。

12.根据权利要求1所述的报警系统，其中，所述报警装置为由所述母畜佩戴的带状物，其中，所述输出为多级输出，其中，第一级输出是对所述母畜的初始刺激，其中，第二级输出是更强的刺激，其中，所述刺激为振动或电击。

13.根据权利要求12所述的报警系统，其中，所述报警装置包括用于与所述处理器通信的双向收发器，以用于向所述处理器传递表明所述报警装置运行正常的“我很好”信号。

14.根据权利要求13所述的报警系统，其中，所述我很好信号向所述处理器提供确认，即，所述动作事件已被接收并且响应于所述动作事件的输出已被提供给所述母畜，并且其中，所述我很好信号包括低电池电量状态警报。

15.根据权利要求1所述的报警系统，并且还包括用于所述振动检测器和所述处理器的便携式壳体，其中，所述便携式壳体包括波导，并且其中，所述振动检测器包括定位在所述波导中的两个麦克风，并且所述波导包括会聚在所述波导前面的前表面上的凹陷区域以及左壁和右壁，而所述左壁和所述右壁中的每一个相对于所述前表面和基本接近2.5英寸的所述凹陷区域的深度基本成接近四十五度的角。

16.根据权利要求15所述的报警系统，其中，所述处理器还确定到达所述两个麦克风中的每一个处的所述振动信号之间的到达时间差，以确定所述幼崽中的至少一个相对于所述两个麦克风的相对位置。

17.根据权利要求1所述的报警系统，其中，所述振动检测器与所述母畜直接接触，以通过所述母畜来检测来自所述幼崽的振动信号。

18.根据权利要求17所述的报警系统，其中，所述振动检测器为听诊器。

19.一种用于防止动物分娩场所中的母畜对幼崽造成损伤的方法，所述方法包括：

利用振动检测器来检测来自一个或多个幼崽的振动信号；

利用处理器导出所述振动信号的至少一个特征；

利用所述处理器根据所述振动信号的至少一个特征来确定可能的动作事件；

利用所述处理器根据可能的动作事件的模式来确定很可能的动作事件；以及

利用报警装置来提供响应于所述动作事件的输出。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述振动信号的至少一个特征包括选自所述振动信号的频率和幅值中的至少一个，并且所述方法还包括：

将所述振动信号转换为数字化的振动信号的频域表示，并且由此导出平均声压电平、峰声压电平、多个频率带、所述多个频率带的平均幅值以及所述多个频率带的峰幅值；

并且利用所述处理器来计算来自所述数字化的振动信号的频域表示的所述多个频率带的相对幅值，并且其中，所述动作事件包括为来自所述数字化的振动信号的频域表示的所述多个频率带的相对幅值的倍数的所述多个频率带的峰幅值、为来自所述数字化的振动信号的频域表示的所述多个频率带的平均幅值的倍数的所述数字化的振动信号的频域表示的峰能量，并且所述数字化的振动信号的频域表示的平均幅值比所述数字化的振动信号的多个所有频域表示的平均幅值大一百分比；

其中，所述可能的动作事件为表明所述幼崽正被所述母畜躺压的来自幼崽的尖叫，并且其中，所述很可能的动作事件为表明所述幼崽正被所述母畜躺压的尖叫和非尖叫的模式；以及

其中，所述可能的动作事件的模式是幼崽尖叫事件和幼崽非尖叫事件之间的预定循环数，并且其中，所述预定循环数还包括至少为一的所述尖叫事件和所述非尖叫事件的平均比率，并且所述预定循环数中的一个的峰长度小于所述预定循环数中的所述幼崽尖叫事件和所述幼崽非尖叫事件中的每个的平均长度的1.5倍。