CN110300888A - 用于检测纤维素材料中的昆虫的声传感器装置 - Google Patents

用于检测纤维素材料中的昆虫的声传感器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及能够监控有机材料的建筑(20)内的振动的检测器装置。该检测器装置(10)包括声传感器和具有处理器(14)的处理单元(13)。声传感器在被安装到建筑(20)时监控建筑内的振动并提供基于监控的所述振动的信号。处理器(14)基于该信号确定强度阈值，以及当该信号具有强度高于该强度阈值的分量时，如果该信号分量具有特定频率内容、包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形、具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案，则该处理器确定在建筑内检测到昆虫侵染。否则，处理器保持使声传感器监控振动。

Description

用于检测纤维素材料中的昆虫的声传感器装置
技术领域
本发明涉及一种检测器装置，尤其涉及一种能够监控有机材料的建筑内的振动的检测器装置。
背景技术
诸如白蚁(特别是其幼虫)的昆虫以纤维素材料为食，并且通常在进食时在纤维素材料中创建觅食管。在纤维素建筑中，觅食管显然是不希望的，因为觅食管显著削弱了建筑材料。整个建筑可能出于该原因而倒塌并危害人的生命。
存在防止包含纤维素的建筑材料被昆虫消耗的措施。可以将毒药和/或杀虫剂施加于包含纤维素的建筑材料。然而，出于健康原因和出于环境原因，对这类措施存有争议。
因此，尝试检测昆虫、特别是木质材料中的昆虫的存在是关心的问题。
昆虫侵染通常基于侵染的间接迹象(诸如由白蚁产生的觅食管、水分斑迹和残骸)的目视观察来检测。由于依赖间接迹象的目视观察而存在缺点。
间接迹象难以量化，且相对于昆虫侵染的开始有延迟。目视观察通常也需要人力资源来观察间接迹象。
D1(US 4,895,025 A)描述了一种破坏性昆虫诱发振动检测器(destructiveinsect induced vibration detector)，其中，将通过喂食昆虫诱发的振动与已知破坏性昆虫的其它记录之间进行比较来确定可能的昆虫种类及其位置。
D2(WO 94/07114 A1)描述了一种用于检测破坏木材的昆虫侵染的系统，其中使用了声发射传感器。该系统包括指示部件，该指示部件用于在由破坏木材的昆虫侵染的声发射引起通过声发射传感器提供的电信号时指示用户。
US 2007/0096928 A1描述了白蚁声检测，通过该白蚁声检测，在安装声传感器之前使用热成像相机扫描某结构以定位白蚁侵染的区域。
本发明的发明人已认识到需要一种改进的技术来规避或至少减少与现有技术检测方法相关联的问题。
发明内容
本文中的示例性实施方式的目的是解决上文所概括的至少一些问题并检测有机材料的建筑的昆虫侵染。该目的和其它目的通过根据所附的独立权利要求的能够监控有机材料中的振动的检测器装置以及通过根据从属权利要求的示例性实施方式来实现。
根据一个方面，示例性实施方式提供了一种能够监控有机材料的建筑内的振动的检测器装置。所述检测器装置包括声传感器和处理单元。所述处理单元包括处理器，且用于连接到所述声传感器。所述声传感器用于安装到所述建筑以及在将所述声传感器安装到所述建筑时监控所述建筑内的所述振动并提供基于监控的所述振动的信号。所述处理单元用于从所述声传感器接收所述信号，并基于接收的所述信号确定强度阈值。所述处理单元用于：当接收的所述信号包括具有高于所述强度阈值的强度的分量时，以及当所述信号分量具有在特定频率区间内的频率、所述信号分量包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形、且所述信号的分量具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，确定在所述建筑中检测到昆虫侵染。否则，所述处理单元用于保持使所述声传感器监控所述振动。
一个优势是，该检测器装置能够在有机材料的建筑中造成严重破坏之前的早期阶段检测到昆虫侵染。
该检测器装置的另一优势是，在检测器装置内处理来自拾取的振动的信号，以及内在地(即在检测器装置内)确定检测到昆虫侵染，而无需将潜在的大量数据发送或分发到在检测器装置之外的设备或单元。与出于处理目的而发送较大量的数据相比，这节省了电力，这也是该检测器用于监控有机材料的建筑中的振动的原因。
又一优势是，本检测器装置可以很容易地安装和安置，出于该原因，外行人可进行安装和安置。振动的监控优选地为持续的活动，因此可以通过用于连续地监控建筑内的振动的声传感器来实现。
这与针对每个测量工作段都需要安装、安置、测量和拆卸的大多数现有技术形成对比，因此每个这类测量工作段可以被视为选择性的或孤立的测量。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述实施方式。
图1示意性地示出了能够监控建筑内的振动的检测器装置。
图2示意性地示出了其声传感器与建筑机械接触的检测器装置。
图3示意性地示出了两个检测器装置与其机械接触的建筑的一个示例。
具体实施方式
诸如白蚁之类的昆虫可以对包含纤维素的材料造成相当大的损坏。这是由于这些昆虫、特别是其幼虫可以以包含纤维素的材料为食。从进食中在该材料中创建觅食管。
至少在侵染的早期阶段难以通过材料的目视检查来检测昆虫侵染，这是因为目视检查必须依赖于昆虫侵染的间接迹象。该迹象可以包括由昆虫产生的觅食管、水分斑迹和残骸。
可以定期地执行检查，诸如每年一次。执行定期的检查是明智的，但是例如每周一次的检查会变得很尴尬。年度检查等可能被认为太少，并且具有检测到已发展的昆虫侵染的风险。
本发明提出了一种能够监控有机材料(诸如包含纤维素的材料)的建筑的检测器装置。
监控建筑内的振动是有利的，这是因为当昆虫侵染开始发展时可以检测到该昆虫侵染。因此，在昆虫侵染对建筑造成严重破坏之前，可以在早期阶段检测到该昆虫侵染。在早期阶段检测到昆虫侵染避免了严重破坏，因此降低了用于修复所发生的破坏的成本。
当在早期阶段检测到昆虫侵染而建筑物基本上还未受到破坏时，对该建筑进行处理以摆脱昆虫就可以足够而无需执行昂贵的建筑修复。用于对建筑进行处理以摆脱昆虫的方法不在本发明的范围内且将不进一步讨论。
因此本文中提出对有机材料的建筑进行监控。当建筑正在建造时开始监控是有利的，并且该监控可以在该建筑的整个寿命期间持续。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的能够监控建筑内的振动的检测器装置10。
检测器装置10包括声传感器11和处理单元13，其中，该处理单元13用于连接到声传感器11。
该声传感器可以为声学麦克风或压电传感器。压电传感器可以包括压电薄膜传感器或压电元件传感器。声学麦克风可以为接触式麦克风。
声传感器11用于安装到建筑20。
声传感器11用于监控建筑内的振动，以及在被安装到建筑20时提供基于监控的所述振动信号。
优选地，声传感器11用于连续地监控建筑内的振动。因此，监控建筑内的振动优选地为持续的活动。
处理单元13包括处理器14。
处理单元13用于接收来自声传感器11的信号。处理器14用于基于接收的信号确定强度阈值。当接收的信号包括具有高于强度阈值的强度的分量时，处理器14还用于当该信号分量具有在特定频率区间内的频率、该信号分量包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形、且该信号分量具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，确定在建筑内检测到昆虫侵染。
否则，处理器14用于保持使声传感器监控振动。
换句话说，当接收的信号具有高于强度阈值的强度的分量时，处理器配置成当该信号分量具有在特定频率区间内的频率、该信号分量包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形、且该信号分量具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，确定在建筑内检测到昆虫侵染。
当接收的信号具有高于强度阈值的强度的分量时，但是当该信号分量不具有在特定频率区间内的频率、和/或该信号分量不包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形、和/或该信号分量不具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，处理器用于使用声传感器继续监控振动。
构造建筑所用的有机材料可以包含纤维素、可以为木材或基于木材的材料。
信号分量的强度图案可以在时间上是重复的。
昆虫或其幼虫在进食时会产生噪声。这种噪声可能是由于在幼虫进食期间(例如在收集纤维和/或咀嚼收集的纤维期间)木纤维被幼虫破坏。
检测器装置的声传感器可以用于稳固地附接到建筑上。声传感器还可以用于安装成与建筑机械接触。
声传感器安装成与建筑的机械接触可以包括直接接触。在此设想了声传感器与建筑之间的直接接触。
声传感器安装成与建筑的机械接触可以包括侵入式接触。侵入式接触可以包括建筑与从声传感器穿透到建筑中的钉子、螺栓、或其它部件之间的接触。
将昆虫指示器安装到建筑(当由木材构成时)上可以通过将声传感器放置成垂直于木材的纤维来执行。在这种位置上，通常将声传感器在木材的纤维方向上导向。众所周知，振动通常沿着纤维方向以比横穿纤维方向更高的速度传播。出于该原因，可以有利的是将声传感器安装于在纤维方向上伸长的一块木头的端面处。
声传感器11可以为声学麦克风或压电传感器。
声学麦克风可以为接触式麦克风，且压电传感器可以为压电薄膜传感器或压电元件传感器。这些声传感器对振动敏感，因此适合于拾取振动，原因在于，这些声传感器在监控振动时可以产生电信号。监控振动因此产生可以为持续的且因此可能需要持续处理的电信号。下文将呈现关于被检测信号的处理的更多内容。
检测器装置10的处理单元13也可以包括指示器16，该指示器用于在被处理器激活时指示在建筑中检测到昆虫侵染。该指示器可以为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)。
如包括在检测器装置10中的声传感器11和处理单元13用于彼此连接。
如上所述，声传感器用于安装到建筑。然而，处理单元可以存在于声传感器附近，且在处理单元与声传感器之间具有有线连接。
需要指出的是，针对每个检测器装置，可以将不止一个声传感器连接到同一个处理单元。使用多个声传感器可以进一步帮助检测昆虫侵染，这是因为可以根据建筑材料的局部特性优化每个声传感器。
检测器装置10还可以包括报警单元17，当确定在建筑中已检测到昆虫侵染时，该报警单元17用于在被处理器激活时发射音频信号或视觉信号。因此处理器还用于激活该报警单元。
出于将由处理器14确定的激活消息发送到报警单元17的目的，检测器装置10可以包括连接到处理器14的收发器15。当处理器确定检测到昆虫侵染时，处理器14因此可以经由收发器15激活报警单元17。当由处理器确定在建筑中检测到昆虫侵染时，处理器可以被视为激活收发器以将激活消息发送到报警单元17。收发器15可以在激活时将该激活消息发送到报警单元17，该报警单元17在接收到所述消息之后得以激活。
处理器可以可替选地激活检测器装置10外部的报警单元18。在该情况下，处理器在确定检测到昆虫侵染时激活所述报警单元18。该外部报警单元18可以包括在移动手机、智能手表等中。
收发器15可以为无线电收发器或无线收发器。可以将激活消息作为无线电信号、蓝牙TM信号、或任何其它类型的无线信号来发送。
而且，可以将收发器15划分为接收器和发送器。
因此外部报警单元18用于相对于检测器装置远程地存在。这与如上所述的包括在检测器装置中的报警单元17形成对比。然而，这不意味着报警单元17与处理单元13或声传感器11需要彼此靠近。而是它们可以彼此分离10m-50m，而仍属于同一检测器装置。
类似于上文，当确定已在建筑中检测到昆虫侵染时，报警单元18可以在被处理器激活时发射音频信号或视觉信号。
本检测器装置被视为适合于检测白蚁侵染，原因在于，白蚁幼虫以有机材料(尤其包含纤维素的材料)为食。
图2为包括声传感器11和处理单元13的检测器装置的一个示例的示意图。在该图中，示意性地示出了声传感器11与基于木材的材料的建筑20机械接触。在建筑20内，示意性地指示了正在发生的昆虫侵染21。由于昆虫或其幼虫在进食时产生噪声或振动，因此也将该昆虫侵染21示出为在建筑内产生振动。
由幼虫在进食时产生的这些振动可以被声传感器11拾取。昆虫指示器转达基于正在被监控的振动的信号。
处理单元13通常包括处理器14，该处理器14用于处理如从声传感器11接收的所述信号。
处理单元可以包括前置放大器和模拟带通滤波器。前置放大器用于放大接收的信号。当放大接收的信号时，该信号因此可以经历模拟带通滤波器以减少干扰信号的影响。干扰信号可能是由于人类活动和/或在建筑外部产生、但是传播到建筑内的振动或噪声。
带通滤波器通常用于使低频或高频衰减，而使中频基本上无衰减地通过。
然后处理器14可以通过使用模数转换器(Analogue to Digital Converter，ADC)功能将放大的且可能滤波的信号从模拟域转换到数字域。
处理器14优选地用于基于如此获得的、如源自于声传感器的数字信号来确定强度阈值。处理器还用于确定该强度阈值，而无需来自操作者或安装技术员或工程师的任何输入。这意味着处理器配置成根据当前正在拾取的信号来调整强度阈值，并且可以认为强度阈值的所述调整在该方面的是自动的。这是有利的，因为处理器将能够基于可以引起建筑内的振动的局部噪声和振动来确定强度阈值。
该强度阈值优选地以强度级别进行定义，从而具有低于所述强度阈值的强度级别的信号被忽略且不被考虑，且因此不需要任何进一步分析或处理。
相反，考虑具有等于或高于强度阈值的强度的信号并且由处理器对其进行进一步分析和处理。
根据检测器装置的一个实施方式，处理器14可用于在两种不同操作模式下操作，一种是待机模式，另一种是激活或上电操作模式。当处理器在待机模式下操作时，处理器用于确定如接收的来自声信号且已通过前置放大器之后的信号是否具有强度高于强度阈值的分量。
在监控的信号不包括任何具有高于强度阈值的强度级别的分量的时间区间内，处理器在待机模式下操作。当监控的信号仅具有强度信号低于强度阈值的一个或多个分量时，因此使处理器操作在待机模式下就足够了。
与处于激活或上电模式下的功耗相比，处理器的功耗在待机模式下更低。在这方面，检测器装置可以节省能量，这对于能够监控有机材料的建筑内的振动并且适用于长期监控所述振动的检测器装置是有利的。
当处理器确定信号包括具有高于强度阈值的强度级别的一个或多个分量时，对这些信号分量进行进一步分析和处理。在这种情况下，处理器通常在激活或上电模式下操作。
另外，当已识别出具有高于或等于强度阈值的强度级别的一个或多个分量时，处理器用于确定该分量(一个或多个)是否包括具有在特定频率区间内的频率的至少一个信号分量。因此确定该分量(一个或多个)是否包括在检测到昆虫侵染时特别感兴趣的频率范围内的频率。设想某些昆虫以具有特定的一个或多个频率的振动的方式进食。该一个或多个频率可以形成频率内容，且频率内容可以从一种昆虫类型到另一种昆虫类型而变化。
处理器还可以用于分析所述一个或多个信号分量的包络或波。处理器因此可以用于确定所述一个或多个信号分量的包络或波形，以及确定这些包络和波形中的一者或两者是否是典型的昆虫侵染的那种/那些包络或波形。
当处理器确定一个或多个信号分量的包络或波形是典型的昆虫侵染的那种/那些包络或波形时，处理器还可以用于分析该信号分量(一个或多个)随时间变化的强度图案。随时间变化的强度可以为具有多个强度峰值的强度图案。这些峰值的出现在本质上可以为重复的。
处理器优选地用于确定该强度图案是否对于昆虫侵染为典型的。
独立识别的昆虫侵染的强度图案可以被记录且被存储在处理单元中，当确定是否在建筑中检测到昆虫侵染时，处理器可使用这些强度图案。
最后，处理器因此可以用于分析该随时间变化的强度图案，以及当一个或多个信号分量具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，处理器确定在建筑中检测到昆虫侵染。
指示昆虫侵染的强度图案可以包括具有重复性强度峰值的一个或多个带或区间。
而且，当所述(一个或多个)信号分量不与昆虫侵染的那些信号分量对应时，处理器可以用于指示检测器继续监控振动。
根据能够监控建筑中的振动的检测器装置，该检测器装置适合于实时监控且在确定已检测到昆虫侵染时实时激活指示器或报警单元。振动的监控是持续的过程且可以甚至在处理器已经确定已检测到昆虫侵染之后继续。
进一步参照图2，当处理器已确定检测到昆虫侵染时，该处理器可以将激活消息发送到报警单元18，该激活消息被设计为激活报警单元18发射音频信号或视觉信号，以提供关于在建筑中检测到昆虫侵染的通知。
图3示意性地示出了具有附接的两个检测器装置的建筑的一个示例，这两个检测器装置安装为与该建筑机械接触。本图不应被理解为示出或甚至指示用于安装检测器装置的特别合适的位置。而是，所述检测器装置的声传感器可以被安装在多个位置上，在这些位置上，每个声传感器优选地被安装为与将监控其中的振动的建筑机械接触。
一个优势是，本检测器装置可以很容易地安装和安置，出于该原因，外行人可进行安装和安置。这与需要重复的安装、安置、测量和拆卸的大多数现有技术形成对比，其中，每个测量工作段可以被视为选择性的或孤立的测量。
另一个优势是，该检测器装置能够在有机材料的建筑中造成严重破坏之前的早期阶段检测到昆虫侵染。
根据本发明的实施方式的检测器装置的另一优势是，在检测器装置内处理来自拾取的振动的信号，以及内在地(即在检测器装置内)确定检测到昆虫侵染，而无需将潜在的大量数据发送或分发到在检测器装置之外的设备或单元。与出于处理目的而发送较大量的数据相比，这节省了电力，这也是该检测器用于监控有机材料的建筑中的振动的原因。
本发明不限于上述优选的实施方式，可以使用各种替选、修改和等效的实施方式。因此，上述实施方式不应视为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种能够监控有机材料的建筑(20)内的振动的检测器装置(10)，其中，所述检测器装置(10)包括：
-声传感器；以及
-处理单元(13)，所述处理单元包括处理器(14)，其中，所述处理单元用于连接到所述声传感器(11)；
其中，所述声传感器(11)用于安装到所述建筑(20)以及在将所述声传感器(11)安装到所述建筑(20)时连续地监控所述建筑内的所述振动并提供基于监控的所述振动的信号；以及
其中，所述处理单元(13)用于从所述声传感器接收所述信号，
其中，所述处理器(14)用于基于接收的所述信号确定强度阈值，且当接收的所述信号包括具有高于所述强度阈值的强度的分量时，以及
-当
-所述信号的所述分量具有在特定频率区间内的频率，
-所述信号的所述分量包括基本上为昆虫侵染振动的波形的波形，且
-所述信号的所述分量具有随时间变化的指示昆虫侵染的强度图案时，所述处理器还用于确定在所述建筑中检测到昆虫侵染；
-否则
-所述处理器用于保持使所述声传感器监控所述振动。
2.根据权利要求1所述的检测器装置(10)，其中，指示昆虫侵染的所述强度图案在时间上是重复的。
3.根据权利要求1或2所述的检测器装置(10)，其中，所述声传感器(11)用于稳固地附接到所述建筑(20)和/或安装成与所述建筑(20)机械接触。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述声传感器(11)用于安装成与所述建筑(20)机械接触。
5.根据权利要求4所述的检测器装置(10)，其中，与所述建筑的所述机械接触包括与所述建筑的直接接触或侵入式接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述处理单元包括指示器，且其中所述处理器用于当确定在所述建筑中检测到昆虫侵染时激活所述指示器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述处理器还用于当确定在所述建筑中检测到昆虫侵染时激活报警单元(17；18)。
8.根据权利要求7所述的检测器装置(10)，其中，所述处理单元(13)包括连接到所述处理器的收发器(15)，所述处理单元用于经由所述收发器(15)激活所述报警单元(17；18)。
9.根据权利要求7或8所述的检测器装置(10)，其中，所述报警单元(17；18)用于在激活时发射音频信号。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述报警单元(17；18)用于在激活时产生视觉信号。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述报警单元(17；18)包括第一报警单元(17)，所述第一报警单元用于存在于所述检测器装置内。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述报警单元(17；18)包括第二报警单元(18)，所述第二报警单元用于相对于所述检测器装置远程地存在。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的检测器装置(10)，其中，所述收发器(15)为无线电收发器或无线收发器。
14.根据任一项前述权利要求所述的检测器装置(10)，其中，所述声传感器(11)为声学麦克风或压电传感器。
15.根据权利要求14所述的检测器装置(10)，其中，所述压电传感器为压电薄膜传感器或压电元件传感器。
16.根据权利要求14所述的检测器装置(10)，其中，所述声学麦克风为接触式麦克风。
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