ES2275410B1 - PROCEDURE FOR DETECTION OF TERMS THROUGH ELECTRONIC AND COMPUTATION TECHNIQUES USING MULTIDIMENSIONAL SPECTERS. - Google Patents

PROCEDURE FOR DETECTION OF TERMS THROUGH ELECTRONIC AND COMPUTATION TECHNIQUES USING MULTIDIMENSIONAL SPECTERS. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales. Consiste en analizar la respuesta en frecuencia de órdenes tres y cuatro, o transformadas de Fourier de los cumulantes, con el fin de detectar amplitudes predominantes en la zona no redundante del biespectro y el triespectro. Elimina ruido acoplado a las señales de interés que posean distribuciones de probabilidad simétricas, pre-procesando previamente la serie temporal original, con el fin de eliminar componentes de baja frecuencia, que no se observan en las emisiones acústicas y vibracionales de los insectos. Se puede implementar haciendo uso de una amplia gama de sensores vibracionales y ordenadores portátiles, en los que puede emplearse su tarjeta de sonido interfaz de adquisición de datos. El uso del procedimiento se reivindica en el ámbito de la detección precoz de plagas, siendo además posible caracterizar la especie animal según sus espectros de órdenes tres ycuatro.Termite detection procedure using electronic and computational techniques using multidimensional spectra. It consists in analyzing the frequency response of orders three and four, or Fourier transforms of the cumulants, in order to detect predominant amplitudes in the non-redundant zone of the bispectro and the triespectro. Eliminates noise coupled to signals of interest that have symmetrical probability distributions, pre-processing the original time series, in order to eliminate low frequency components, which are not observed in the acoustic and vibrational emissions of insects. It can be implemented using a wide range of vibrational sensors and laptops, in which its sound card data acquisition interface can be used. The use of the procedure is claimed in the field of early pest detection, and it is also possible to characterize the animal species according to its three and four order spectra.

Description

Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales.Termite detection procedure by electronic and computational techniques using spectra multidimensional

Sector industrialIndustrial sector

Industria de Instrumentación Electrónica, Programación, Procesamiento de la Señal y de Detección de Insectos (Control de Plagas).Electronic Instrumentation Industry, Programming, Signal Processing and Insect Detection (Pest Control).

Conceptos generales previosPrevious General Concepts Emisión acústica y vibracionalAcoustic and vibrational emission

La emisión acústica, difinida por la norma E-610-82 de la American Society of Testing and Materials (ASTM), es la clase de fenómeno por causa de los cuales se genera energía elástica transitoria originada en el interior de una estructura. El test de emisión acústica tiene por fin la detección de "defectos activos" mediante métodos pasivos. Los defectos activos se definen como aquellos que provocan la emisión acústica cuando el material es sometido a pruebas. La detección de emisión acústica se produce por sensores piezoeléctricos. La figura 1 resume la definición anterior y la disposición genérica del equipo de medida en el medio en que se propagan las vibraciones.The acoustic emission, defined by the standard E-610-82 of the American Society of Testing and Materials (ASTM), is the kind of phenomenon because of which generates transient elastic energy originated in the Interior of a structure. The acoustic emission test has for end the detection of "active defects" by methods liabilities Active defects are defined as those that cause acoustic emission when the material is tested. The acoustic emission detection is produced by sensors piezoelectric Figure 1 summarizes the previous definition and the generic arrangement of the measuring equipment in the environment in which The vibrations spread.

Estándares en emisiones acústicas publicados por la ASTMAcoustic emission standards published by the ASTM

La ASTM ha publicado los siguientes estándares aplicables a la emisión acústica y su monitorización:The ASTM has published the following standards applicable to acoustic emission and its monitoring:

\bullet?
E650-97 Standard Guide for Mounting Piezoelectric Acoustic Emission Sensors.E650-97 Standard Guide for Mounting Piezoelectric Acoustic Emission Sensors

\bullet?
E569-97 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring of Structures During Controlled Stimulation.E569-97 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring of Structures During Controlled Stimulation.

\bullet?
E749-96 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring During Continuous Welding.E749-96 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring During Continuous Welding

\bullet?
E750-98 Standard Practice for Characterizing Acoustic Emission Instrumentation.E750-98 Standard Practice for Characterizing Acoustic Emission Instrumentation

\bullet?
E751-96 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring During Resistance Spot-Welding.E751-96 Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring During Resistance Spot Welding

\bullet?
E976-99 Standard Guide for Determining the Reproducibility of Acoustic mission Sensor Response.E976-99 Standard Guide for Determining the Reproducibility of Acoustic mission Response sensor

\bullet?
E1065-99 Standard Guide for Evaluating Characteristics of Ultrasonic Search Units.E1065-99 Standard Guide for Evaluating Characteristics of Ultrasonic Search Units

Estas normas se consideran en la descripción de la invención objeto de la presente memoria.These rules are considered in the description of the invention object of the present specification.

Tipos de emisiones, formas de las señales. La técnica de la cuenta de eventos acústicosTypes of emissions, forms of signals. The technique of acoustic event account

Existen 4 tipos básicos de emisiones acústicas, que suelen clasificarse según patrones temporales. La figura 2 muestra un ejemplo de emisión acústica continua. Este tipo de emisión se mide en términos del valor eficaz de la señal monitorizada (Root Mean Square, RMS) de la señal monitorizada.There are 4 basic types of acoustic emissions, which are usually classified according to temporal patterns. Figure 2 shows an example of continuous acoustic emission. This type of emission is measured in terms of the effective value of the signal monitored (root mean square, RMS) of the monitored signal.

La figura 3 muestra una emisión de tipo ráfaga (burst). Esta emisión queda caracterizada estableciendo un umbral de tensión, y contando los eventos que lo traspasan. Cada vez que se traspasa el umbral, se produce un pulso, que constituye una cuenta para los circuitos electrónicos de medida. El dispositivo de procesamiento contabiliza el total de impulsos para un intervalo de tiempo dado. Además, cada pulso que genera el comparador electrónico entra a un circuito de retardo, que es el detector de golpes. Este detector se mantiene activo mientras detecta los pulsos provenientes del comparador. Una vez transcurrido el tiempo de espera (timeout), si no detecta más pulsos, entonces el detector se apaga (se inhibe) y todos los pulsos detectados quedan registrados como un "evento".Figure 3 shows a burst type emission (burst) This emission is characterized by setting a threshold of tension, and counting the events that cross it. Everytime that the threshold is crossed, a pulse is produced, which constitutes a Account for electronic measurement circuits. The device of processing counts the total impulses for a range of given time. In addition, each pulse generated by the comparator electronic enters a delay circuit, which is the detector of hits. This detector remains active while detecting the pulses  from the comparator. After the time of wait (timeout), if it does not detect more pulses, then the detector will turns off (inhibited) and all detected pulses are recorded as an "event."

La figura 4 muestra el concepto de umbral y el registro de eventos acústicos, o vibraciones del medio que se registran.Figure 4 shows the concept of threshold and record of acoustic events, or vibrations of the environment register.

La figura 5 muestra un proceso de ruido continuo pero "picudo" o "apuntado". Este tipo de procesos puede encontrarse en fluidos con turbulencias y también es propio de la alimentación y excavación (actividad) de termitas. Esta actividad es la que se desea mayoritariamente detectar.Figure 5 shows a continuous noise process but "weevil" or "pointed." This type of process can found in fluids with turbulence and is also characteristic of the Termite feeding and digging (activity). This activity is the one that is mostly wanted to detect.

La figura 6 muestra una emisión de tipo ráfaga con ruido de fondo continuo. Este tipo de series temporales son frecuentes en cavitación de gases, descargas parciales en transformadores de potencia con ruido de fondo, señales de pérdidas en tanques de almacenamiento, y en nuestro caso, en emisiones de alarmas de termitas. La figura 8 muestra un ejemplo de ráfagas de alarmas con su espectro característico.Figure 6 shows a burst type emission with continuous background noise. These types of time series are frequent in gas cavitation, partial discharges in power transformers with background noise, loss signals in storage tanks, and in our case, in emissions from termite alarms Figure 8 shows an example of bursts of alarms with their characteristic spectrum.

Las termitas. Breve introducción entomológicaTermites Brief entomological introduction

Las termitas son animales sociales que cavan intrincadas redes de galerías organizadas con el fin de alimentar a la "reina", ponedora de huevos, que garanticen la próxima generación y, en consecuencia, la supervivencia de la especie. Las "obreras" alimentan a la reina y cavan galerías, los "soldados" protegen a la colonia de agresiones externas, y las "aladas" se encargan de colonizar nuevos lugares de alimentación y cria. Una colonia puede extenderse en un radio de 1 km.Termites are social animals that dig intricate networks of organized galleries in order to feed the "queen", egg laying, to guarantee the next generation and, consequently, the survival of the species. The "workers" feed the queen and dig galleries, the "soldiers" protect the colony from external aggressions, and the "winged" are responsible for colonizing new places of feeding and breeding. A colony can extend within a radius of 1 km.

Estos invertebrados se alimentan principalmente de celulosa; por lo suelen invadir lugares donde existe madera y sus derivados. Durante la alimentación, las "obreras" producen señales vibracionales aleatorias (figura 9). Si las termitas "soldado" detectan un intruso en la colonia, emiten trenes de impulsos. Cada tren de impulsos o "ráfaga" contiene tres o cuatro impulsos equiespaciados. También están equiespaciadas en el tiempo las ráfagas. El tiempo de separación depende de la especie de termita. El análisis de estas vibraciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia permite decidir si existe o no invasión (plaga). Además, cada especie posee un espectro de emisión con una o varias frecuencias portadoras características. Este espectro puede extenderse al ultrasonido, por lo que se han diseñado sensores que realzan esta zona del espectro, con el fm de detectarlas.These invertebrates feed primarily cellulose; usually invade places where there is wood and Their derivatives. During the feeding, the "workers" produce random vibrational signals (figure 9). If the termites "soldier" detect an intruder in the colony, emit trains from impulses Each pulse train or "burst" contains three or four equalized impulses. They are also equally spaced in the Bursts time. The separation time depends on the kind of termite. The analysis of these vibrations in the time domain and of the frequency it allows to decide whether or not there is invasion (plague). In addition, each species has an emission spectrum with one or several characteristic carrier frequencies. This spectrum can extend to ultrasound, so sensors have been designed that they enhance this area of the spectrum, in order to detect them.

La eliminación de estas plagas se ha fundamentado hasta recientemente en el empleo de "temiticidas". Estos productos contaminan en gran medida el medio ambiente, por lo que se han desarrollado otros productos (aplicados en "cebos"), que impiden a las "obreras" alimentar a la termita "reina".The elimination of these pests has been based until recently on the use of "Temiticides." These products heavily pollute the environment, so other products have been developed (applied in "baits"), which prevent "workers" feed the termite "queen."

Estado del arte la técnicas electrónicas y computacionales de detecciónState of the art electronic and computational techniques of detection Procesamiento de la señalSignal processing

En la actualidad los procedimientos electrónicos y de procesamiento de la señal empleados en la detección de insectos, y en particular de termitas, se basan en el empleo de equipos de alto coste (sensores acústicos y vibracionales). Las técnicas de procesamiento de la señal emplean estadísticos de orden 2, como el análisis espectral (transformada de Fourier de la función de autocorrelación), y la cuenta de eventos acústicos (como quedó descrita en el apartado anterior).At present, the electronic and signal processing procedures used in the detection of insects, and in particular termites, are based on the use of high-cost equipment (acoustic and vibrational sensors). Signal processing techniques employ order 2 statistics, such as spectral analysis ( Fourier transform of the autocorrelation function), and the acoustic event count (as described in the previous section).

La técnica del análisis espectral (el dominio de la frecuencia) se fundamenta en los procedimientos de diagnóstico tradicionales. En el dominio de la frecuencia, se compara la respuesta impulsional del sensor acústico o acelerómetro (proporcionada o no por el fabricante), con el espectro de la señal de interés bajo estudio, producida por el insecto, que en sí misma constituye una respuesta impulsional del sistema formado por el sensor y el medio a la actividad de las termitas. Es decir, debe considerarse que la respuesta que se analiza finalmente, en el elemento de presentación del equipo electrónico de medida, es la respuesta del sistema formado por el medio y el sensor a un impulso. Este impulso puede transmitirse mediante contacto directo o a través del aire, produciéndose señales vibracionales y acústicas. La respuesta en frecuencia obtenida posee una zona de ultrafrecuencia que debe considerarse.The spectral analysis technique (the domain of frequency) is based on diagnostic procedures Traditional In the frequency domain, the impulse response of the acoustic sensor or accelerometer (provided or not provided by the manufacturer), with the signal spectrum of interest under study, produced by the insect, which in itself it constitutes an impulse response of the system formed by the sensor and medium to termite activity. That is, it must be considered that the answer that is finally analyzed, in the presentation element of the electronic measuring equipment, is the system response formed by the medium and the sensor to a impulse. This impulse can be transmitted by direct contact or through the air, producing vibrational signals and acoustic The frequency response obtained has a zone of ultrafrequency to be considered.

El equipo del Dr. R. Mankin (http://cmave.usda.ufl.edu/\simrmankin/index.html, Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Servicio de Investigación en Agricultura) constituye un referente en la digitalización de sonidos producidos por diferentes especies de invertebrados, y en el análisis espectral de los sonidos. Estas experiencias se han realizado en laboratorios y en condiciones controladas.Dr. R. Mankin's team ( http://cmave.usda.ufl.edu/\simrmankin/index.html , United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service) is a benchmark in the digitization of sounds produced by different species of invertebrates, and in the spectral analysis of the sounds. These experiences have been carried out in laboratories and under controlled conditions.

Los métodos de detección también se basan en el empleo de contadores electrónicos que contabilizan el número de impulsos o perturbaciones producidas por los insectos en el medio en que se desarrollan. En concreto, el equipo AED2000L y su sonda SP-1L (de AEC, Acoustic Emission Consulting Inc.) operan según se ha descrito en apartado de "la cuenta de eventos acústicos". El sistema es fruto de una colaboración entre AEC y "Servicio de Investigación en Agricultura" de los Estados Unidos. Este equipo se ha concebido con el fin de detectar las siguientes plagas:The detection methods are also based on the use of electronic counters that count the number of impulses or disturbances produced by insects in the middle in which they develop. Specifically, the AED2000L device and its probe SP-1L (from AEC, Acoustic Emission Consulting Inc.) they operate as described in the section "the event account acoustics. "The system is the result of a collaboration between AEC and "Agricultural Research Service" of the States United. This equipment has been conceived in order to detect the following pests:

\bullet?
Termitas (en madera, árboles y subsuelo),Termites (in wood, trees and subsoil),

\bullet?
escarabajos y larvas devoradoras de raíces,beetles and devouring larvae of roots,

\bullet?
hormigas y abejas "carpinteras",ants and bees "carpenters",

\bullet?
escarabajos "cornudos" de los cítricos"horned" beetles of The citrus

\bullet?
escarabajos asiáticos,Asian beetles,

\bullet?
gorgojos de las palmeras, ypalm weevils, Y

\bullet?
test en almacenes de grano.warehouse test grain.

El equipo está basado en la técnica de detección pasiva de emisiones acústicas, lo que significa que se comporta como un simple micrófono, que registra eventos acústicos, y posteriormente se contabilizan por medio de circuitos electrónicos.The equipment is based on the detection technique passive acoustic emission, which means that it behaves like a simple microphone, which records acoustic events, and subsequently they are counted through circuits electronic

Patentes de equipos y sensores relacionadas con la invenciónEquipment and sensor patents related to invention

Existen varios equipos y sensores diseñados ad hoc para la detección de plagas, además del descrito con anterioridad. En este apartado se describen las patentes relacionadas.There are several equipment and sensors designed ad hoc for pest detection, in addition to the one described above. This section describes related patents.

Se han desarrollado equipos basados en el empleo de las microondas. En el sistema ideado por J.D. Robert et al (US6313643; PCT G01N 22/00, 33/46; equivalente WO9709611), un emisor genera un haz que incide sobre la superficie u objeto afectado. Parte del haz se refleja y es detectado y procesado por matrices de redes neuronales, cuya misión es decidir a partir del haz reflejado si existe plaga.Equipment based on the use of microwaves has been developed. In the system devised by JD Robert et al (US6313643; PCT G01N 22/00, 33/46; equivalent WO9709611), an emitter generates a beam that strikes the affected surface or object. Part of the beam is reflected and is detected and processed by arrays of neural networks, whose mission is to decide from the reflected beam if there is a pest.

El sensor descrito en JP7115887, e ideado por O. Hirotaka, permite medir las vibraciones producidas por la actividad de las termitas gracias a la salida eléctrica de un microinterruputor o relé, que se activa como resultado del movimiento de los insectos al interaccionar con el extremo del sensor (clavado) en el medio. El extremo contiene un cebo alimenticio.The sensor described in JP7115887, and devised by O. Hirotaka, allows to measure the vibrations produced by the activity of termites thanks to the electrical output of a microswitch or relay, which is activated as a result of the movement of insects when interacting with the end of sensor (nailed) in the middle. The end contains a bait food

La invención de referencia JP9168359 (US5877422), ideada por O. Hirotaka, incorpora un "array" de sensores de tipo relé que, al activarse por los insectos, produce señales eléctricas que se registran en una unidad externa al medio donde se conectan los sensores.Reference invention JP9168359 (US5877422), devised by O. Hirotaka, incorporates an "array" of relay type sensors that, when activated by insects, produce electrical signals that are recorded in a unit external to the medium where the sensors are connected.

La invención más parecida a la nuestra de ha registrado en la patente número WO2004088454 (Inventor A. H. Andeson et. al; solicitante HARRIS CORP). Se basa en la recepción de una señal y el cálculo de sus autocumulantes de orden 4. Estos estadísticos de orden 4 se comparan con los almacenados en una base de datos, que permiten al sistema clasificar, caracterizar e identificar (huella dactilar) la señal. Esta invención está muy enfocada al ámbito militar en Electrónica de Comunicaciones. El sistema pretende informar al usuario sobre la localización y tipo de las emisiones enemigas. Puede así el usuario determinar el tipo de movimiento de tropas y la cuantía, así como la distancia a que se encuentran. Se basa en el reconocimiento automático de patrones de señales de comunicaciones en un formato de modulación digital.The invention more similar to ours has been registered in patent number WO2004088454 (Inventor AH Andeson et. Al ; applicant HARRIS CORP). It is based on the reception of a signal and the calculation of its self-accumulators of order 4. These statistics of order 4 are compared with those stored in a database, which allow the system to classify, characterize and identify (fingerprint) the signal. This invention is very focused on the military field in Communications Electronics. The system aims to inform the user about the location and type of enemy emissions. The user can thus determine the type of troop movement and the amount, as well as the distance they are. It is based on the automatic recognition of communication signal patterns in a digital modulation format.

Inconvenientes apreciados en las anteriores invencionesDisadvantages appreciated in the previous inventions

Los métodos descritos presentan dos inconvenientes sobre los que se fundamenta la presente invención. En primer lugar, se basan en el empleo de componentes electrónicos (configuraciones hardware) relativamente costosos, como son los sensores acústicos y los emisores y receptores de radiación. Por otra parte, cualquier vibración no producida por los insectos se registraría igualmente en las invenciones que emplearan relés.The methods described present two drawbacks on which the present invention is based. First, they are based on the use of electronic components (hardware configurations) relatively expensive, such as Acoustic sensors and radiation emitters and receivers. By On the other hand, any vibration not produced by insects is would also record in the inventions that use relays.

El elevado coste de hardware no garantiza la detección en condiciones de elevada SNR (relación señal ruido). Los factores biofisicos, como el elevado coeficiente de atenuación de la madera, y los ambientales, también inciden en la degradación de la eficiencia de los algoritmos. Además, el ruido de fondo se superpone a la señal de interés, contaminando los registros de señales y provocando errores decisivos en lo referente a su interpretación.The high hardware cost does not guarantee the detection under conditions of high SNR (signal to noise ratio). The biophysical factors, such as the high attenuation coefficient of the wood, and the environmental ones, also affect the degradation of The efficiency of the algorithms. In addition, background noise is overlaps the signal of interest, contaminating the records of signals and causing decisive errors regarding their interpretation.

En segundo lugar, el procesamiento de la señal realizado es de segundo orden, o basado en redes neuronales. En cualquier caso, no se ha considerado la eliminación de ruido por aplicación de la independencia estadística. Esta cuestión resulta decisiva en un problema de localización de la fuente emisora.Second, signal processing performed is second order, or based on neural networks. In In any case, the elimination of noise by application of statistical independence. This question results decisive in a problem of location of the emitting source.

Los cumulantes, o estadísticos de orden superior, HOS (Higher Order Statisitics) han demostrado su éxito en la separación ciega de señales en distintos campos de la Ciencia y la Tecnología, como en Biomedicina, Radar, Comunicaciones, etc. El éxito del empleo de estadísticos de orden superior reside en que conservan la información relativa a las fases de las señales tratadas y a que eliminan (en gran medida) procesos de ruido con distribuciones de probabilidad simétricas. Además, esta herramienta de procesamiento avanzado de la serial, proporciona información relativa a las no linealidades de los sistemas.Cumulants, or statisticians of order superior, HOS (Higher Order Statisitics) have demonstrated their success in the blind separation of signals in different fields of Science and Technology, as in Biomedicine, Radar, Communications, etc. He Successful employment of higher order statisticians is that retain the information related to the phases of the signals treated and to which (largely) eliminate noise processes with symmetric probability distributions. In addition, this tool Advanced serial processing, provides information relative to the nonlinearities of the systems.

Tomando partido de esta circunstancia, se presenta el procedimiento de detección de actividad de termitas (considerando su doble faceta, alimentación-movimiento y alarma) en ambientes de confluencia de múltiples fuentes de ruido.Taking advantage of this circumstance, it presents the procedure for detecting termite activity (considering its double facet, power-movement and alarm) in environments confluence of multiple noise sources.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

El procedimiento de detección se lleva a cabo mediante el análisis combinado de los espectros de orden tres y cuatro (transformadas de Fourier de los cumulantes de orden tres y cuatro denominadas biespectro y triespectro, respectivamente). La parte más importante del procedimiento realiza la transformada rápida de Fourier de los cumulantes de orden 3 y 4; obteniéndose respectivamente un plano y un "cubo" en el dominio de la frecuencia, en lugar de una única dimensión frecuencial wmo la obtenida en el espectro clásico de una señal.The detection procedure is carried out by the combined analysis of the spectra of order three and four ( Fourier transforms of the cumulants of order three and four called biespectro and triespectro, respectively). The most important part of the procedure performs the fast Fourier transform of the cumulants of order 3 and 4; respectively obtaining a plane and a "cube" in the frequency domain, instead of a single frequency dimension wmo that obtained in the classical spectrum of a signal.

Las matrices y cubos de números complejos reúnen mucha información redundante. Se emplearan las propiedades de los cumulantes para la selección de direcciones prioritarias en la estructura organizativa de los datos. En concreto, se emplea las representaciones diagonales en el dominio de la frecuencia.Matrices and complex number cubes gather Lots of redundant information. The properties of the cumulants for the selection of priority addresses in the organizational structure of the data. Specifically, the diagonal representations in the frequency domain.

Se establecen los siguientes pasos en el procedimiento.The following steps are established in the process.

1.one.
Caracterización espectral de la respuesta en frecuencia del sensor a conectar, con el fm de establecer los picos de resonancia del diagrama de ganancias o amplificaciones en función de la frecuencia. Se somete al sensor a impulsos vibracionales no saturantes y se obtiene su espectro en frecuencia. Ejemplos en figuras 8 y 9.Spectral characterization of the frequency response of the sensor to be connected, with the fm of set the resonance peaks of the profit diagram or amplifications depending on the frequency. The sensor is subjected to non-saturating vibrational impulses and its spectrum is obtained in frequency. Examples in figures 8 and 9.

2.2.
Filtrado paso-baja de las señales con el fin de eliminar componentes de baja frecuencia (frecuencias inferiores a 2000 Hz), que introducen información poco útil ya que no es propia de las especies de insectos. Ejemplo en figura 10.Low pass filtering of the signals in order to eliminate low frequency components (frequencies below 2000 Hz), which introduce little information useful since it is not typical of insect species. Example in figure 10.

3.3.
Obtención de la transformada bidimensional del cumulante de orden tres mediante un estimador estadístico no sesgado, y previo ventaneo con ventanas "Hanning" o "Blackmann". Se elegirá como máximo salto intermuestral (lag) la décima parte del total de muestras del registro analizado, redondeada a la baja. No es necesario el solapamiento entre registros (conjuntos de muestras de la misma señal); es decir, se calcula la transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Trasform, FFT) de la señal filtrada en su totalidad y ventaneada (multiplicada por una función "ventana", que la suavice en los extremos sin alterar sus componentes en frecuencia, evitando así que se introduzcan componentes de altas frecuencias debidas a saltos en los extremos del registro de señal adquirido; se evita así el fenómeno de "fuga o pérdida espectral"). Ejemplos en figuras 11 y 12.Obtaining of the two-dimensional transform of the cumulant of order three by means of a non-biased statistical estimator, and prior window with "Hanning" or "Blackmann" windows. The maximum inter-sample jump (lag) will be chosen as the tenth of the total samples of the analyzed record, rounded down. There is no need for overlap between records (sets of samples of the same signal); that is to say, the fast Fourier transform (Fast Fourier Trasform, FFT) of the filtered signal is calculated in its entirety and sold (multiplied by a "window" function, which smooths it at the ends without altering its frequency components, thus avoiding that high frequency components due to jumps are introduced at the ends of the acquired signal register, thus avoiding the phenomenon of "leakage or spectral loss"). Examples in figures 11 and 12.

4.Four.
Selección de las direcciones relevantes del plano en un diagrama de contornos, que permita confirmar la elección de la diagonal principal cruzada de la matriz de números complejos. Esta dirección permite reducir la complejidad computacional del algoritmo de análisis. Ejemplos en las figuras 13 y 14 (corresponden a los cumulantes de orden 4, siendo análogas para orden 3).Selection of relevant addresses of the plane in a contour diagram, which allows to confirm the choice of the main cross diagonal of the number matrix complex. This address reduces complexity Computational algorithm analysis. Examples in figures 13 and 14 (correspond to the cumulants of order 4, being analogous to  order 3).

5.5.
Repetición del procedimiento con el cumulante de orden cuatro, obteniéndose el "triespectro" en el dominio de la frecuencia. Este análisis frecuencial "cúbico" permite corroborar los resultados de triespectro. Ejemplos en las figuras 13, 14 y 15.Repeat the procedure with the cumulant of order four, obtaining the "triespectro" in the frequency domain. This "cubic" frequency analysis allows corroborating the results of triespectro. Examples in Figures 13, 14 and 15.

6.6.
El criterio de detección se fundamenta en la aparición o no de un pico espectral en la zona no redundante del biespectro y del triespectro. Este pico espectral coincide con una de las frecuencias de resonancia del acelerómetro o sensor vibracional empleado. Si el equipo sólo registra ruido aleatorio, la forma de los diagramas espectrales no es apuntada, y permanece plana. Ejemplo en figura 12.He detection criterion is based on the appearance or not of a peak spectral in the non-redundant zone of the bispectro and the triespectro. This spectral peak coincides with one of the frequencies of accelerometer resonance or vibration sensor used. If he team only records random noise, the shape of the diagrams Spectral is not pointed, and remains flat. Example in figure 12.

El procedimiento puede implementarse en un equipo genérico que responde al diagrama de bloques de la figura 7. El bloque de acondicionamiento de señal será propio del equipo de adquisición de señales que se emplee. Un "display" permite analizar visualmente la cuantía de las amplitudes de los estadísticos de orden superior en el dominio de la frecuencia.The procedure can be implemented in a generic equipment that responds to the block diagram of figure 7. The signal conditioning block will be characteristic of the equipment Signal acquisition used. A "display" allows visually analyze the amount of amplitudes of the Higher order statistics in the frequency domain.

El procedimiento se puede implementar haciendo uso de una amplia gama de sensores vibracionales y ordenadores portátiles, en los que puede emplearse su tarjeta de sonido como interfaz de adquisición de datos.The procedure can be implemented by doing use of a wide range of vibration sensors and computers laptops, in which your sound card can be used as data acquisition interface.

El uso del procedimiento descrito, en combinación de técnicas hormonales de erradicación de plagas, permite que la siguiente generación no alimente a la termita "reina", que muere por inanición.The use of the procedure described, in combination of hormonal techniques for pest eradication, allow the next generation not to feed the termite "queen", who dies of starvation.

Descripción de las figurasDescription of the figures

Fig. 1. Producción y detección de emisiones acústicas.Fig. 1. Production and emission detection acoustic

Fig. 2. Emisión acústica continua.Fig. 2. Continuous acoustic emission.

Fig. 3. Emisión acústica tipo ráfaga.Fig. 3. Burst type acoustic emission.

Fig. 4. Concepto de evento acústico y umbral.Fig. 4. Acoustic event concept and threshold.

Fig. 5. Evento acústico continuo y "picudo".Fig. 5. Continuous acoustic event and "weevil."

Fig. 6. Emisión tipo ráfaga con ruido.Fig. 6. Burst emission with noise.

Fig. 7. Diagrama de bloques genérico del quipo de detección. CAD.- Conversor Analógico-Digital.Fig. 7. Generic block diagram of the team detection. CAD.- Converter Analog-Digital

Fig. 8. a. Emisión de alarma de termitas Reticulitermes lucifugus.Fig. 8. a. Termite Alarm Issuance Reticulitermes lucifugus.

Fig. 8. b. Espectro de la emisión acústica. Tomadas con el acelerómetro sísmico KB12V.Fig. 8. b. Spectrum of acoustic emission. Taken with the seismic accelerometer KB12V.

Fig. 9. Señales de emisión acústica de diversa calidad. Q-D y Q-E no son audibles y se pueden identificar con el acelerómetro específico para la detección de insectos SP1-L. el fondo (background) puede inducir a error si se emplea oro sensor.Fig. 9. Acoustic emission signals of various quality. Q-D and Q-E are not audible and  can be identified with the specific accelerometer for the SP1-L insect detection. the background may mislead if gold sensor is used.

Fig. 10. Procedimiento de filtrado de emisiones acústicas asociadas a la alimentación. Se prescinde de las unidades por simplicidad. Ordenadas medidas en estados de cuantización.Fig. 10. Emission filtering procedure acoustics associated with food. The units are dispensed with For simplicity. Ordered measures in quantization states.

Fig. 11. Comparación del espectro de segundo orden con el espectro de tercer orden para la emisión filtrada de la figura 10. Se observa un realce del espectro característico.Fig. 11. Comparison of the second spectrum order with the third order spectrum for the filtered emission of Figure 10. A characteristic spectrum enhancement is observed.

Fig. 12. Espectros diagonales de tercer orden para señales de distinta calidad, de acuerdo con su contaminación de ruido y audición. Las calidades Q-D y Q-E no son audibles (en el dominio del tiempo las señales de alimentación de las termitas están totalmente cubiertas de ruido). El ruido de fondo (Background) presenta un espectro de tercer orden plano mientras que las emisiones enmascaradas exhiben un pico en la frecuencia de resonancia del sensor (6 kHz).Fig. 12. Third order diagonal spectra for signals of different quality, according to their contamination of noise and hearing. Q-D qualities and Q-E are not audible (in the time domain the Termite power signals are fully covered of noise). Background noise has a spectrum of third flat order while the masked emissions exhibit a peak in the resonance frequency of the sensor (6 kHz).

Fig. 13. Triespectro "rebanada" de emisión de alimentación de termitas, empleado para obtener los diagramas 2D de la figura 15. Se observan los picos en las frecuencias de resonancia del sensor.Fig. 13. Triespectro "slice" emission of termite feeding, used to obtain 2D diagrams of Figure 15. The peaks in the frequencies of sensor resonance.

Fig. 14. Vista superior a modo de diagrama de contornos del triespectro de la figura 13. Unidades horizontales y verticales en kHz.Fig. 14. Top view by way of diagram of contours of the triespectro of Figure 13. Horizontal units and Vertical in kHz.

Fig. 15. Representaciones diagonales de diversos triespectros. Q-A, Q-B y Q-D corresponden a distintos tipos de calidad en emisiones acústicas empleando el acelerómetro SP1-L; se observa el pico característico e la presencia de termitas. El fondo (background) es una medida del sonido de fondo (caso más desfavorable encontrado) cuando no hay actividad de termitas, con el sensor SP1-L, se observa un pico pero no en la resonancia del sensor. La gráfica KB12V presenta una caracterización diagonal del triespectro pero ahora empleando un acelerómetro sísmico, con otra frecuencia de resonancia; este sensor no es específico de la detección de insectos.Fig. 15. Diagonal representations of various triespectros. Q-A, Q-B and Q-D correspond to different types of quality in acoustic emissions using the accelerometer SP1-L; the characteristic peak is observed in the presence of termites. The background is a measure of the background sound (most unfavorable case found) when there is no termite activity, with the SP1-L sensor, it observe a peak but not in the sensor resonance. Graphic KB12V presents a diagonal characterization of the triespectro but now using a seismic accelerometer, with another frequency of resonance; This sensor is not specific to the detection of insects

Claims (7)

1. Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales caracterizado porque se basa en el cálculo de los cumulantes de orden tres y cuatro, y de sus respectivos espectros en frecuencia (biespectro y triespectro), a partir de las señales originales en el dominio del tiempo (series temporales).1. Termite detection procedure using electronic and computational techniques using multidimensional spectra characterized in that it is based on the calculation of the cumulants of order three and four, and their respective frequency spectra (bispectro and triespectro), from the original signals in the time domain (time series). 2. Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:2. Termite detection method by electronic and computational techniques using multidimensional spectra, according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps:
--
Caracterización espectral de la respuesta en frecuencia del sensor a conectar, con el fm de establecer los picos de resonancia del diagrama de ganancias o amplificaciones en función de la frecuencia.Spectral characterization of the frequency response of the sensor to be connected, with the fm of set the resonance peaks of the profit diagram or amplifications depending on the frequency.
--
Filtrado paso-baja de las señales, con el fm de eliminar componentes de baja frecuencia, que introducen información poco útil, ya que no es propia de las especies de insectos.Low pass filtering of the signals, in order to eliminate low frequency components, that introduce little useful information, since it is not typical of insect species
--
Obtención del módulo de la transformada bidimensional del cumulante de orden tres (biespectro), mediante un estimador estadístico no sesgado, y previo suavizado con ventanas de "Hanning" o "Blackmann".Obtaining the transform module two-dimensional of the cumulant of order three (biespectro), by means of a statistical estimator not biased, and prior smoothing with windows from "Hanning" or "Blackmann".
--
Extracción de los elementos diagonales de la matriz de datos del plano biespectral de módulos, que corresponden a la misma frecuencia en ambas dimensiones (bisectriz del primer cuadrante frecuencial). Representación de los elementos en un diagrama de contornos con el fin de confirmar la elección.Extraction of the diagonal elements of the data matrix of the bispectral plane of modules, which correspond to the same frequency in both dimensions (bisector of the first frequency quadrant). Representation of the elements in a contour diagram in order to confirm the choice.
--
Repetición del procedimiento con el cumulante de orden cuatro: obtención del módulo del "triespectro" en el dominio de la frecuencia, y selección de la diagonal principal.Repeat the procedure with the order four cumulant: obtaining the module "triespectro" in the frequency domain, and selection of The main diagonal.
3. Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque es independiente del tipo de acelerómetro o sensor vibracional empleado.3. Termite detection procedure by electronic and computational techniques using multidimensional spectra, according to claims 1 and 2, characterized in that it is independent of the type of accelerometer or vibration sensor used. 4. Procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, según reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque puede comprender el uso de una tarjeta de sonido de un ordenador portátil, como interfaz de adquisición de datos.4. Termite detection method by electronic and computational techniques using multidimensional spectra, according to claims 1, 2 and 3, characterized in that it can comprise the use of a sound card of a laptop computer, as data acquisition interface. 5. Uso del procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, descrito en reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, para la caracterización del tipo de termita, o de la especie de insecto detectado, a partir de sus espectros de orden superior.5. Use of the detection procedure of termites using electronic and computational techniques using multidimensional spectra, described in claims 1, 2, 3 and 4, for the characterization of the type of termite, or of the species of detected insect, from its order spectra higher. 6. Uso del procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, descrito en reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, como test no destructivo y preventivo en la detección de insectos que produzcan señales vibracionales.6. Use of the detection procedure of termites using electronic and computational techniques using multidimensional spectra, described in claims 1, 2, 3 and 4, as a non-destructive and preventive test in the detection of insects that produce vibrational signals. 7. Uso del procedimiento de detección de termitas mediante técnicas electrónicas y computacionales usando espectros multidimensionales, en combinación de técnicas hormonales para la erradicación de plagas.7. Use of the detection procedure of termites using electronic and computational techniques using multidimensional spectra, in combination of hormonal techniques for the eradication of pests.
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