ES2367382A1 - Unit and method for cataloguing archaeological ceramics according to the origin thereof - Google Patents
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Abstract
Description
Unidad y método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia.Unit and method of cataloging ceramics Archaeological according to their origin.
La presente invención se adscribe al campo de la arqueología y, dentro del mismo, a la catalogación de cerámicas arqueológicas mediante técnicas de ultrasonidos.The present invention is part of the field of archeology and, within it, the cataloging of ceramics archeological by ultrasound techniques.
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El análisis y la conservación de objetos arqueológicos comprenden, habitualmente, el empleo de herramientas de catalogación que permiten obtener datos relevantes sobre dichos objetos, tales como el tiempo transcurrido desde su fabricación o la cultura más probable a la que pertenecen, entre otros. Dichas herramientas de catalogación incluyen un gran número de técnicas de investigación bibliográfica y documental, así como el empleo de sistemas de análisis de las propiedades físico-químicas de las piezas que son objeto de estudio.The analysis and conservation of objects archaeological usually include the use of tools cataloging that allow to obtain relevant data on these objects, such as the time elapsed since its manufacture or the most likely culture to which they belong, among others. These cataloging tools include a large number of techniques bibliographic and documentary research, as well as the use of property analysis systems physical-chemical parts that are subject to study.
Dentro de los sistemas de análisis de las propiedades físico químicas de los objetos arqueológicos disponibles en la actualidad, resultan especialmente importantes aquellos métodos de catalogación que no resultan destructivos para las muestras estudiadas, los cuales permiten extraer información de las piezas sin alterar ni dañar sus propiedades o sus materiales de fabricación. En el ámbito correspondiente a la catalogación de cerámicas arqueológicas, la microestructura física específica de las cerámicas complica frecuentemente los procedimientos de análisis, haciendo que los métodos no destructivos convencionales no puedan ser, muchas veces, utilizados con éxito.Within the systems of analysis of Physical chemical properties of available archaeological objects At present, those are especially important cataloging methods that are not destructive to studied samples, which allow to extract information from the pieces without altering or damaging their properties or their materials manufacturing. In the field corresponding to the cataloging of archaeological ceramics, the specific physical microstructure of the ceramics frequently complicates the analysis procedures, making conventional non-destructive methods can't be, many times, used successfully.
Una de las técnicas existentes en el estado de la técnica, dentro de los citados sistemas de análisis no destructivos aplicados a la cerámica, es el empleo de señales acústicas o acústico-térmicas a través de las piezas bajo estudio, con el objetivo de obtener información sobre su estructura. Ejemplos de este tipo de técnicas son las solicitudes de patente WO 2006042520, EP 0150843 y US 2009000382.One of the existing techniques in the state of the technique, within the aforementioned analysis systems not destructive applied to ceramics, is the use of signals acoustic or acoustic-thermal through the pieces under study, with the aim of obtaining information about your structure. Examples of these types of techniques are requests for WO 2006042520, EP 0150843 and US 2009000382.
De las citadas técnicas acústicas, aquéllas basadas en ultrasonidos son capaces de proporcionar herramientas de gran precisión, al tiempo que permiten obtener información sobre un gran número de parámetros característicos de las muestras bajo estudio, minimizando el error en las estimaciones realizadas sobre ellas, mediante el uso de herramientas de computación y procesamiento de datos, implementadas en ordenadores. Un ejemplo de este tipo de técnicas es la publicación "Ultrasonic signal processing for archaeological ceramic restoration" (A. Salazar et al., 31^{st} IEEE Internacional Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2006, Toulouse (France), 14-19 May, 2006). En dicha publicación se describe un método para el procesado de señales de ultrasonidos a través de muestras de cerámicas arqueológicas, con el objetivo de encontrar parámetros relacionados con las propiedades físicas de dichas muestras, que permitan, asimismo, determinar su época (periodo arqueológico) de procedencia. Para ello, mediante el análisis de los parámetros físicos obtenidos, se compone una firma ultrasónica que se usa, posteriormente, para establecer cuál es la época de origen más probable de las muestras estudiadas, mediante la comparación de dicha firma con una base de datos de firmas correspondientes a piezas de origen conocido.Of the aforementioned acoustic techniques, those based on ultrasound are capable of providing high precision tools, while allowing to obtain information on a large number of characteristic parameters of the samples under study, minimizing the error in the estimates made on them, by means of use of computer tools and data processing, implemented in computers. An example of such techniques is the publication "Ultrasonic signal processing for archaeological ceramic restoration" (A. Salazar et al., 31 ^ IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2006, Toulouse (France) , May 14-19, 2006 ). This publication describes a method for the processing of ultrasound signals through samples of archaeological ceramics, with the aim of finding parameters related to the physical properties of said samples, which also allow determining their time (archaeological period) of origin. To do this, by analyzing the physical parameters obtained, an ultrasonic signature is composed that is subsequently used to establish the most probable time of origin of the samples studied, by comparing said signature with a database of Signatures corresponding to pieces of known origin.
Si bien la técnica anteriormente descrita posee algunos elementos comunes con la presente invención, resultando exitosa en la determinación del periodo arqueológico correspondiente de las cerámicas, no permite, a causa de su diseño, la determinación del lugar de procedencia (región y/u horno de fabricación) de las mismas, siendo esta información de gran importancia dentro de cualquier proceso de catalogación arqueológica. Adicionalmente, la adquisición de datos descrita en la citada referencia se realiza de un modo manual, comportando este modo de uso cierto grado de imprecisión en los datos obtenidos, además de resultar más laborioso. También, el método de clasificación empleado en la citada referencia está basado en una técnica de clasificación particular que podría inducir sesgos derivados del funcionamiento de dicha técnica.Although the technique described above has some common elements with the present invention, resulting successful in determining the corresponding archaeological period of ceramics, does not allow, because of its design, the determination from the place of origin (region and / or manufacturing furnace) of the themselves, this information being of great importance within any archaeological cataloging process. Additionally, the data acquisition described in the aforementioned reference is made of a manual mode, this mode of use involving a certain degree of inaccuracy in the data obtained, besides being more laborious. Also, the classification method used in the aforementioned reference is based on a particular classification technique which could induce biases derived from the operation of said technique.
La presente invención está destinada a superar los problemas anteriormente descritos, mediante una unidad y un método no destructivos de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, capaces de proporcionar una información precisa y normalizada sobre las muestras estudiadas, resultando adicionalmente de fácil manejo para el usuario sin incurrir en un alto coste de implementación, pudiendo adaptarse, además, a numerosos tipos de actividades arqueológicas, tales como el establecimiento del lugar de procedencia, la cronología o la restauración, y resultando, así, de utilidad para museos, arqueólogos y restauradores en múltiples tareas.The present invention is intended to overcome the problems described above, using a unit and a non-destructive method of cataloging archaeological ceramics according to their origin, able to provide information precise and normalized on the samples studied, resulting additionally easy to use for the user without incurring a high cost of implementation, and can also be adapted to numerous types of archaeological activities, such as the establishment of place of origin, chronology or restoration, and thus being useful for museums, archaeologists and restorers in multiple tasks.
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Un objeto de la presente invención es una unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas por medio del análisis de señales ultrasónicas transmitidas a través de los materiales cerámicos bajo estudio, así como la estimación del lugar de fabricación más probable de los citados materiales. Mediante la invención, es posible discernir entre fragmentos arqueológicos de la misma época, distinguiendo si dichos fragmentos han sido fabricados en la misma región o en el mismo horno.An object of the present invention is a unit cataloging archaeological ceramics through the analysis of ultrasonic signals transmitted through the materials ceramics under study, as well as the estimation of the place of most likely manufacture of the aforementioned materials. By means of the invention, it is possible to discern between archaeological fragments of the same time, distinguishing whether said fragments have been manufactured in the same region or in the same oven.
En una realización preferente de la invención, la unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia comprende, al menos, los siguientes elementos:In a preferred embodiment of the invention, the cataloging unit of archaeological ceramics according to its provenance includes at least the following elements:
- un transductor de ultrasonidos emisor y un transductor de ultrasonidos receptor, ambos conectados a una tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos;- an emitter ultrasound transducer and a Ultrasound transducer receiver, both connected to a card ultrasonic transmitter / receiver;
- dos carcasas donde se alojan los transductores de ultrasonidos emisor y receptor, comprendiendo cada carcasa un sistema de amortiguamiento y control de presión;- two housings where the transducers are housed of transmitter and receiver ultrasound, each housing comprising a damping system and pressure control;
- un medio de acople capaz de acoplar las impedancias de los transductores con la muestra de material cerámico bajo estudio;- a coupling means capable of coupling the transducer impedances with the sample of ceramic material under study;
- un sistema de aproximación capaz de desplazar el conjunto formado por las carcasas, hasta ajustarlos al espesor de la muestra de material cerámico bajo estudio;- an approach system capable of moving the set formed by the housings, until adjusted to the thickness of the sample of ceramic material under study;
- un sistema de medición longitudinal asociado al sistema de aproximación y a las carcasas, capaz de medir el espesor de la muestra de cerámica bajo estudio;- an associated longitudinal measurement system to the approach system and to the housings, capable of measuring the thickness of the ceramic sample under study;
- un preamplificador conectado entre el transductor de ultrasonidos receptor y la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos, destinado a amplificar la señal captada;- a preamp connected between the ultrasonic transducer receiver and transmitter / receiver card ultrasonic, intended to amplify the captured signal;
- un medio de digitalización de la señal captada por el transductor de ultrasonidos receptor;- a means of digitizing the captured signal by the receiver ultrasound transducer;
- un procesador capaz de procesar las señales digitalizadas, por medio de la extracción y el almacenamiento de una firma ultrasónica de la señal medida, que se emplea para asignar el lugar de procedencia de la muestra de cerámica bajo estudio.- a processor capable of processing the signals digitized, by extracting and storing a ultrasonic signature of the measured signal, which is used to assign the place of origin of the ceramic sample under study.
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Con el diseño anterior se consigue una unidad de catalogación que proporciona un uso no destructivo de las muestras cerámicas bajo estudio, y que no produce ninguna alteración en el material de fabricación de dichas muestras. La unidad, asimismo, permite trabajar con muestras no preparadas y no resulta intensiva en el tiempo, resultando muy rápida en la obtención de resultados.With the previous design a unit of cataloging that provides non-destructive use of samples ceramics under study, and that does not produce any alteration in the manufacturing material of said samples. The unit also allows working with unprepared samples and is not intensive in time, resulting very fast in obtaining results.
En una realización preferente de la invención, el sistema de amortiguamiento y control de presión de la unidad de catalogación es, preferentemente, un muelle mecánico que confiere tres grados de libertad a los transductores de ultrasonidos, para orientarse según la morfología de la pieza inspeccionada.In a preferred embodiment of the invention, the damping and pressure control system of the unit cataloging is preferably a mechanical spring that confers three degrees of freedom to ultrasound transducers, for oriented according to the morphology of the inspected piece.
En una realización preferente de la invención, el medio de acople de la unidad de catalogación es, preferentemente, una goma sintética aplicada en seco a cada transductor que, junto con el sistema de amortiguamiento y control de presión, permite la máxima transferencia de energía ultrasónica y protege el cristal piezoeléctrico de los transductores.In a preferred embodiment of the invention, The coupling means of the cataloging unit is preferably a synthetic rubber applied dry to each transducer that, together With the damping and pressure control system, it allows maximum ultrasonic energy transfer and protects the glass piezoelectric transducers.
En una realización preferente de la invención, el sistema de aproximación de la unidad de catalogación es, preferentemente, un guiado mecánico basado en guías concéntricas que permite la aproximación alineada de los transductores.In a preferred embodiment of the invention, The approximation system of the cataloging unit is, preferably, a mechanical guide based on concentric guides that allows aligned alignment of transducers.
En una realización preferente de la invención, el sistema de medición longitudinal de la unidad de catalogación es, preferentemente, un codificador digital de distancia lineal.In a preferred embodiment of the invention, The longitudinal measurement system of the cataloging unit is, preferably, a digital linear distance encoder.
En una realización preferente de la invención, el medio de digitalización de la unidad de catalogación es, preferentemente, un osciloscopio.In a preferred embodiment of the invention, The means of digitizing the cataloging unit is, preferably, an oscilloscope.
En una realización preferente de la invención, el medio de digitalización de la unidad de catalogación es, preferentemente, una tarjeta de digitalización integrada en un ordenador.In a preferred embodiment of the invention, The means of digitizing the cataloging unit is, preferably, a scanning card integrated in a computer.
En una realización preferente de la invención, el procesador de las señales digitalizadas de la unidad de catalogación está compuesto por, al menos:In a preferred embodiment of the invention, the processor of the digitized signals of the unit cataloging is composed of at least:
- un ordenador conectado al medio de digitalización;- a computer connected to the medium of digitization;
- un conjunto de programas de software capaces de procesar la señal ultrasónica adquirida;- a set of capable software programs to process the acquired ultrasonic signal;
- una base de datos capaz de almacenar las medidas realizadas.- a database capable of storing measures taken.
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En una realización preferente de la invención, las señales ultrasónicas empleadas por la unidad de catalogación poseen una frecuencia de trabajo en un rango comprendido, preferentemente, entre 1-5 MHz.In a preferred embodiment of the invention, the ultrasonic signals used by the cataloging unit they have a working frequency in a range included, preferably, between 1-5 MHz.
En una realización preferente de la invención, la energía de las señales ultrasónicas empleadas por la unidad de catalogación está comprendida, preferentemente, entre 20-80 dB.In a preferred embodiment of the invention, the energy of the ultrasonic signals used by the unit of cataloging is preferably between 20-80 dB
Es, asimismo, otro objeto de la invención un método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su lugar de procedencia, que comprende el uso de una unidad de catalogación, donde se realizan las siguientes etapas:It is also another object of the invention a method of cataloging archaeological ceramics according to their place of provenance, which includes the use of a cataloging unit, where the following stages are carried out:
- se incluye la muestra de cerámica bajo estudio en un grupo de "muestras etiquetadas" o "muestras no etiquetadas", en función de que el origen de dicha muestra sea, respectivamente, conocido o desconocido;- the ceramic sample under study is included in a group of "labeled samples" or "samples not labeled ", depending on whether the origin of said sample is, respectively, known or unknown;
- se aplican los transductores de ultrasonidos a la muestra de cerámica bajo estudio, situando dicha muestra entre las carcasas, dejándola descansar sobre la carcasa inferior de la unidad de catalogación;- ultrasonic transducers are applied to the ceramic sample under study, placing said sample between the housings, letting it rest on the lower housing of the cataloging unit;
- se activa el mecanismo de aproximación para que la carcasa superior se desplace hasta que la muestra bajo estudio queda fija entre ambas carcasas;- the approach mechanism is activated to the upper case moves until the sample is low study is fixed between both housings;
- se emiten pulsos de ultrasonidos sobre la muestra de cerámica etiquetada o no etiquetada;- ultrasound pulses are emitted on the ceramic sample labeled or unlabeled;
- se transmite el espesor medido por el sistema de medición longitudinal al procesador;- the thickness measured by the system is transmitted from longitudinal measurement to the processor;
- se reciben las señales de los pulsos emitidos por el transductor de ultrasonidos receptor, acondicionando dichas señales mediante el preamplificador y digitalizándolas mediante el medio de digitalización;- the signals of the emitted pulses are received by the receiver ultrasound transducer, conditioning said signals through the preamplifier and digitizing them through the scanning medium;
- se procesan las señales digitales mediante algoritmos de extracción de parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos para el cálculo de la firma ultrasónica. La firma ultrasónica es almacenada y catalogada estimándose, en caso de pertenecer al grupo de "muestras no etiquetadas", el lugar de fabricación más probable de la muestra bajo estudio.- digital signals are processed by algorithms for extracting temporal, frequency and statistics for the calculation of the ultrasonic signature. Signature Ultrasonic is stored and cataloged estimated, in case of belong to the group of "unlabeled samples", the place of most likely manufacture of the sample under study.
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En una realización preferente de la presente invención, los parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos de la señal que determinan el cálculo de la firma ultrasónica de la muestra de cerámica bajo estudio, en el método de catalogación, comprenden, preferentemente, al menos uno de los siguientes parámetros:In a preferred embodiment of the present invention, temporal, frequency and statistical parameters of the signal that determine the calculation of the ultrasonic signature of the ceramic sample under study, in the cataloging method, preferably comprise at least one of the following parameters:
- la frecuencia central, calculada a partir de un modelo autorregresivo de segundo orden;- the center frequency, calculated from a second-order autoregressive model;
- el promedio de momentos de tercer orden evaluados en torno al origen;- the average of third order moments evaluated around origin;
- el ancho de banda del pulso ultrasónico medido en fraccionales a diferentes profundidades;- the measured ultrasonic pulse bandwidth in fractional at different depths;
- la potencia de la señal en intervalos de tiempo;- the signal strength at intervals of weather;
- el tiempo de variación de la frecuencia de la señal, con respecto a la frecuencia del transductor;- the time of variation of the frequency of the signal, with respect to the frequency of the transducer;
- la velocidad de propagación de la señal.- the speed of propagation of the signal.
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Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción de la invención que sigue, así como de la realización ilustrativa de las figuras que la acompañan.Other features and advantages of this invention will follow from the description of the invention that follows, as well as the illustrative embodiment of the figures that the accompany.
La Figura 1 muestra una representación esquemática simplificada de la unidad de catalogación según la invención, en la que se aprecia la secuencia de las fases de adquisición de la señal ultrasónica, el almacenamiento de la firma ultrasónica y la determinación del horno de procedencia de fragmentos cerámicos arqueológicos.Figure 1 shows a representation simplified schematic of the cataloging unit according to the invention, in which the sequence of the phases of Ultrasonic signal acquisition, signature storage ultrasonic and determination of the kiln of origin of archaeological ceramic fragments.
La Figura 2 muestra una representación esquemática de una realización de la invención, en la que los transductores emisor y receptor se adaptan a las superficies de la muestra de cerámica estudiada, a través de los medios de acople.Figure 2 shows a representation schematic of an embodiment of the invention, in which the Transmitter emitter and receiver adapt to the surfaces of the ceramic sample studied, through the coupling means.
Tal y como se representa en la Figura 1, la unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas según la presente invención comprende los siguientes elementos:As depicted in Figure 1, the cataloging unit of archaeological ceramics according to the present The invention comprises the following elements:
- Un transductor de ultrasonidos emisor (1) y un transductor de ultrasonidos receptor (2), ambos conectados a una tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3).- An emitter ultrasound transducer (1) and a Ultrasound transducer receiver (2), both connected to a ultrasonic transmitter / receiver card (3).
- Dos carcasas (4, 5) donde se alojan los transductores de ultrasonidos emisor (1) y receptor (2). Cada carcasa posee un sistema de amortiguamiento y control de presión (6) que hace que la presión ejercida en los transductores en cada medida esté normalizada. El sistema de amortiguamiento y control de presión (6) es, preferentemente, un muelle mecánico, que le confiere tres grados de libertad a los transductores emisor (1) y receptor (2) para orientarse según la morfología de la pieza inspeccionada.- Two housings (4, 5) where the ultrasonic transducers emitter (1) and receiver (2). Every housing has a damping and pressure control system (6) which causes the pressure exerted on the transducers in each measurement is normalized The damping and pressure control system (6) is preferably a mechanical spring, which confers three degrees of freedom to the transmitter (1) and receiver (2) transducers to orient according to the morphology of the inspected piece.
- Un medio de acople (7) que permite acoplar las impedancias de los transductores (1, 2) con la muestra de material cerámico bajo estudio (ver Figura 2). Dicho medio de acople (7) es, preferentemente una goma sintética aplicada en seco a cada transductor (1, 2) que, junto con el sistema de amortiguamiento y control de presión (6), permite la máxima transferencia de energía ultrasónica y protege el cristal piezoeléctrico de los transductores (1, 2).- A coupling means (7) that allows coupling the transducer impedances (1, 2) with the material sample ceramic under study (see Figure 2). Said coupling means (7) is, preferably a synthetic rubber applied dry to each transducer (1, 2) which, together with the damping system and pressure control (6), allows maximum energy transfer Ultrasonic and protects the piezoelectric crystal from transducers (1, 2).
- Un sistema de aproximación (8) que permite desplazar el conjunto formado por las carcasas (4, 5), hasta ajustarlos al espesor de la muestra de material cerámico bajo estudio. Dicho sistema de aproximación (8) es, preferentemente, un guiado mecánico, basado en guías concéntricas, que permite la aproximación alineada de los transductores.- An approach system (8) that allows move the assembly formed by the housings (4, 5), until adjust them to the thickness of the sample of low ceramic material study. Said approach system (8) is preferably a mechanical guidance, based on concentric guides, which allows aligned approach of transducers.
- Un sistema de medición longitudinal (9) asociado al sistema de aproximación (8) y a las carcasas (4, 5), destinado a medir el espesor de la muestra de cerámica bajo estudio. El sistema de medición longitudinal (9) es, preferentemente, un codificador digital de distancia lineal.- A longitudinal measurement system (9) associated with the approach system (8) and housings (4, 5), intended to measure the thickness of the ceramic sample under study. The longitudinal measurement system (9) is preferably a digital linear distance encoder.
- Un preamplificador (10) conectado entre el transductor de ultrasonidos receptor (2) y la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3), destinado a amplificar la señal captada.- A preamp (10) connected between the Ultrasonic transducer receiver (2) and card ultrasound transmitter / receiver (3), intended to amplify the signal picked up.
- Un medio de digitalización (11) de la señal captada por el transductor de ultrasonidos receptor (2).- A means of digitizing (11) the signal captured by the receiver ultrasound transducer (2).
- Un procesador (12) destinado a procesar las señales digitalizadas, por medio de la extracción y el almacenamiento de una firma ultrasónica de la señal medida que será usada para asignar el lugar de procedencia de la muestra de cerámica bajo estudio.- A processor (12) intended to process the digitized signals, by means of extraction and storage of an ultrasonic signature of the measured signal that will be used to assign the place of origin of the ceramic sample under study.
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Según su funcionalidad, la unidad de análisis de cerámicas arqueológicas según la presente invención se puede dividir en tres sub-unidades conectadas y cooperantes:Depending on its functionality, the unit of analysis of archaeological ceramics according to the present invention can be divided in three connected and cooperating sub-units:
a) Sub-unidad de medida: Compuesta por los dos transductores de ultrasonidos (1, 2), las dos carcasas (4, 5), el sistema de amortiguamiento y control de presión (6), el medio de acople (7), el mecanismo de aproximación (8) para mover dichas carcasas (3, 4) y el instrumento de medición longitudinal (9).a) Sub-unit of measurement: Composed of the two ultrasound transducers (1, 2), both housings (4, 5), the damping system and pressure control (6), the coupling means (7), the approach mechanism (8) for move said housings (3, 4) and the measuring instrument longitudinal (9).
Los transductores de ultrasonidos (1, 2) se encuentran, respectivamente, alojados dentro de las carcasas (4, 5). Dichas carcasas (4, 5) están dotadas de un mecanismo que permite ejercer una presión estándar sobre los transductores (1, 2) durante todo el proceso de medida. El sistema de aproximación (8) permite mover las carcasas (3, 4) hasta que los transductores (1, 2) entran en contacto con la muestra de cerámica bajo estudio. El sistema de medición longitudinal (9) se utiliza para medir el espesor de la muestra.The ultrasound transducers (1, 2) are they find, respectively, housed inside the housings (4, 5). Said housings (4, 5) are provided with a mechanism that allows exert a standard pressure on the transducers (1, 2) during The entire measurement process. The approach system (8) allows move the housings (3, 4) until the transducers (1, 2) enter in contact with the ceramic sample under study. System Longitudinal measurement (9) is used to measure the thickness of the sample.
Los transductores de ultrasonidos (1, 2) poseen, preferentemente, un diámetro comprendido entre 5-15 mm, que permite adaptarse a fragmentos cerámicos de dimensiones reducidas, siendo el espesor habitual de dichos fragmentos de entre 3-15 mm y presentando superficies de entre 300-1200 mm, con formas irregulares. Las muestras de cerámica bajo estudio son medidas a través de su sección transversal (espesor), cuyas paredes pueden presentar curvaturas o irregularidades. Por este motivo, el medio de acople (7) es flexible para garantizar la adaptación de los transductores (1, 2) a las características físicas de las muestras bajo estudio, obteniendo una buena relación señal a ruido en la señal transmitida. El medio de acople (7) permite que los transductores (1, 2) puedan aplicarse para la medición en múltiples puntos de una pieza de cerámica bajo estudio, facilitando la caracterización global de dicha pieza. Los transductores de ultrasonidos (1, 2) se seleccionan con una frecuencia deseada, acorde con la resolución de la unidad de catalogación, y con un diámetro y una sección del cristal piezoeléctrico de dichos transductores (1, 2) apropiados para las dimensiones y forma de las muestras de cerámica bajo estudio.Ultrasound transducers (1, 2) have, preferably, a diameter between 5-15 mm, which allows to adapt to ceramic fragments of dimensions reduced, the usual thickness of said fragments being between 3-15 mm and presenting surfaces between 300-1200 mm, with irregular shapes. The samples of ceramics under study are measured through their cross section (thickness), whose walls may have curvatures or irregularities For this reason, the coupling means (7) is flexible to ensure the adaptation of the transducers (1, 2) to the physical characteristics of the samples under study, obtaining a Good signal to noise ratio in the transmitted signal. The middle of coupling (7) allows transducers (1, 2) to be applied for multi-point measurement of a low ceramic piece study, facilitating the global characterization of said piece. The Ultrasound transducers (1, 2) are selected with a desired frequency, according to the resolution of the unit cataloging, and with a diameter and a section of the crystal piezoelectric of said transducers (1, 2) appropriate for the dimensions and shape of the ceramic samples under study.
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b) Sub-unidad de ultrasonidos: Compuesta por el dispositivo emisor/receptor de ultrasonidos (3), el preamplificador de señal (10) y el medio de digitalización (11).b) Ultrasound sub-unit: Composed of the ultrasonic transmitter / receiver device (3), the signal preamplifier (10) and the scanning means (11).
La tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3) genera y capta una señal de frecuencia sensible a la microestructura del material bajo estudio. Normalmente, para el análisis de cerámicas arqueológicas, se emplea, preferentemente, una frecuencia de trabajo en un rango comprendido entre 1-5 MHz. Los pulsos ultrasónicos emitidos atraviesan la muestra de cerámica bajo estudio y producen una señal que es medida por el transductor receptor (2) y amplificada por medio del preamplificador (10), transmitiéndola a un osciloscopio o a la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3), para su tratamiento posterior por medio del procesador (12). La energía del pulso ultrasónico ha de ser la necesaria para atravesar la pieza, y estará comprendida, preferentemente, entre 20-80 dB.The ultrasonic transmitter / receiver card (3) generates and captures a frequency signal sensitive to the microstructure of the material under study. Normally, for the analysis of archaeological ceramics, preferably a frequency is used working in a range between 1-5 MHz. The emitted ultrasonic pulses pass through the ceramic sample under study and produce a signal that is measured by the transducer receiver (2) and amplified by means of the preamp (10), transmitting it to an oscilloscope or to the sending / receiving card ultrasound (3), for further treatment by means of processor (12). The energy of the ultrasonic pulse must be the necessary to go through the piece, and it will be understood, preferably, between 20-80 dB.
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c) Sub-unidad de procesamiento: Compuesta por el procesador (12) de adquisición y procesado digital de señales ultrasónicas.c) Sub-processing unit: Composed of digital acquisition and processing processor (12) of ultrasonic signals.
El procesador (12) destinado a procesar las señales digitalizadas, comprende un ordenador conectado al medio de digitalización (11), un conjunto de programas de software que llevan a cabo el procesado de las señales ultrasónicas adquiridas y una base de datos de referencia que se genera y actualiza con las medidas realizadas. El procesado de las señales se efectúa mediante algoritmos de caracterización estadística que extraen parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos de la señal, conformando una firma ultrasónica de la muestra de cerámica bajo estudio. Las firmas de las muestras evaluadas son almacenadas en una base de datos de referencia junto con su yacimiento y lugar de fabricación (conocido o estimado). Adicionalmente, pueden ser almacenados también otros datos de las piezas que permitan ajustar la configuración del equipo de medida, tales como las constantes elásticas, densidad, uso de la pieza (vajilla, cocina, ...), etc.The processor (12) intended to process the digitized signals, comprises a computer connected to the medium of digitization (11), a set of software programs that carry carried out the processing of the acquired ultrasonic signals and a reference database that is generated and updated with the measures taken. Signal processing is done by Statistical characterization algorithms that extract parameters temporal, frequency and statistical signal, forming An ultrasonic signature of the ceramic sample under study. The Signatures of the evaluated samples are stored in a database of reference data together with its site and place of manufacture (known or estimated). Additionally, they can be stored also other data of the pieces that allow to adjust the measurement equipment configuration, such as constants elastic, density, use of the piece (dishes, kitchen, ...), etc.
La presente invención comprende, adicionalmente, un método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, que se lleva a cabo con la unidad de catalogación descrita en párrafos anteriores. Dicho método comprende las siguientes etapas:The present invention further comprises a method of cataloging archaeological ceramics according to their provenance, which is carried out with the cataloging unit described in previous paragraphs. Said method comprises the following stages:
- En función de que el origen de la muestra bajo estudio sea conocida o desconocida, se incluye dicha muestra en un grupo de "muestras etiquetadas" (13) o "muestras no etiquetadas" (14), respectivamente.- Depending on the origin of the sample under study whether known or unknown, this sample is included in a group of "labeled samples" (13) or "samples not labeled "(14), respectively.
- Se aplican los transductores de ultrasonidos (1, 2) a la muestra bajo estudio, situando la muestra entre las carcasas (4, 5), dejándola descansar sobre la carcasa inferior (5) de la unidad de catalogación.- Ultrasound transducers are applied (1, 2) to the sample under study, placing the sample among the housings (4, 5), letting it rest on the lower housing (5) of the cataloging unit.
- Se activa el mecanismo de aproximación (8) para que la carcasa superior (4) se desplace hasta que la muestra bajo estudio queda fija entre ambas carcasas (4, 5).- The approach mechanism is activated (8) so that the upper housing (4) moves until the sample Under study it is fixed between both housings (4, 5).
- Se emiten pulsos de ultrasonidos sobre la muestra de cerámica etiquetada (13) o no etiquetada (14).- Ultrasound pulses are emitted on the ceramic sample labeled (13) or unlabeled (14).
- Se transmite el espesor medido por el sistema de medición longitudinal (9) al procesador (12).- The thickness measured by the system is transmitted of longitudinal measurement (9) to the processor (12).
- Se reciben las señales de los pulsos emitidos por el transductor de ultrasonidos receptor (2), acondicionando dichas señales mediante el preamplificador (10) y digitalizándolas mediante el medio de digitalización (11).- The signals of the emitted pulses are received by the receiver ultrasound transducer (2), conditioning said signals by means of the preamplifier (10) and digitizing them by means of digitization (11).
- Se procesan las señales digitales mediante algoritmos de extracción de parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos para el cálculo de la firma ultrasónica. La firma ultrasónica es almacenada (15) y catalogada (16) estimándose, en caso de pertenecer al grupo de "muestras no etiquetadas", el lugar de fabricación más probable de la muestra bajo estudio.- Digital signals are processed by algorithms for extracting temporal, frequency and statistics for the calculation of the ultrasonic signature. Signature Ultrasonic is stored (15) and cataloged (16) estimated, in case of belonging to the group of "unlabeled samples", the most likely manufacturing location of the sample under study.
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El método de catalogación de cerámicas arqueológicas comprende, asimismo, dos fases de aplicación: una fase de entrenamiento y una fase de catalogación. La fase de entrenamiento se aplica para constituir una base de datos de referencia y un modelo a partir de los parámetros extraídos de las señales ultrasónicas medidas en muestras de procedencia conocida. El modelo obtenido a partir de los parámetros extraídos permite definir unas regiones de clasificación dentro del espacio de dichos parámetros que se emplean durante la fase de catalogación para asignar la procedencia de las muestras pertenecientes al grupo de "muestras no etiquetadas". Las procedencias estimadas se asignan mediante probabilidades de acierto.The method of cataloging ceramics Archaeological also includes two phases of application: one phase of training and a phase of cataloging. The phase of training is applied to constitute a database of reference and a model based on the parameters extracted from the Ultrasonic signals measured in samples of known provenance. He model obtained from the extracted parameters allows to define classification regions within the space of said parameters used during the cataloging phase to assign the origin of the samples belonging to the group of "unlabeled samples". The estimated provenances are assigned by probabilities of success.
La presente invención se basa en el principio de que todas las cerámicas arqueológicas poseen una firma ultrasónica, la cual, siendo apropiadamente identificada, puede emplearse para determinar el lugar donde las muestras bajo estudio han sido manufacturadas. Dicha firma ultrasónica puede variar entre diferentes fuentes potenciales de procedencia, y esta variación puede relacionarse con las ocurrencias geográficas de las materias primas empleadas en la fabricación de la cerámica. Así, las diferencias que presenta la firma ultrasónica se pueden producir como consecuencia de las diferencias existentes entre las características físicas de los materiales de fabricación, tales como la porosidad o la elasticidad de la cerámica. Los parámetros extraídos de la señal ultrasónica son sensibles a estas diferencias y constituyen una caracterización del material de fabricación de las muestras. A partir de la estimación de la procedencia de las cerámicas arqueológicas y contando con un apropiado modelo socio-económico de los pueblos originarios de las muestras bajo estudio, es posible profundizar en la obtención de datos tales como posibles patrones comerciales de dichos pueblos, la existencia de compañerismo en ellos o la existencia de contactos interregionales, entre otros.The present invention is based on the principle of that all archaeological ceramics have an ultrasonic signature, which, being properly identified, can be used to determine the place where the samples under study have been manufactured. Said ultrasonic signature may vary between different potential sources of provenance, and this variation can relate to the geographical occurrences of the subjects bonuses used in the manufacture of ceramics. So, the differences presented by the ultrasonic signature may occur as a result of the differences between physical characteristics of manufacturing materials, such as the porosity or elasticity of the ceramic. Parameters extracted from the ultrasonic signal are sensitive to these differences and constitute a characterization of the manufacturing material of the samples. From the estimation of the origin of the archaeological ceramics and with an appropriate model socio-economic of the original peoples of the samples under study, it is possible to deepen in obtaining data such as possible business patterns of these peoples, the existence of companionship in them or the existence of contacts interregional, among others.
Los parámetros extraídos de las señales ultrasónicas, a partir de los cuales se elabora la firma ultrasónica de las muestras estudiadas, son los siguientes: frecuencia central, promedio de momentos de tercer orden evaluados en torno al origen, ancho de banda del pulso ultrasónico medido en fraccionales a diferentes profundidades, evaluación de la potencia en intervalos de tiempo, tiempo de variación de la frecuencia de la señal con respecto a la frecuencia del transductor, y velocidad de propagación. Una descripción de estos parámetros se encuentra en la Tabla 1 que acompaña al presente documento. El primer paso del procesado de los parámetros se realiza mediante análisis de componentes principales, seleccionando dichos componentes para obtener una varianza explicada mayor del 90%. Los componentes seleccionados son procesados por un procedimiento de clasificación que comprende una combinación de uno o más clasificadores, consistiendo dichos clasificadores en algoritmos que realizan una selección óptima de una clase k (entre K posibles categorías previamente definidas, k = 1 ... K), para un vector de parámetros de entrada cuya clase es desconocida (en el caso de la presente invención, la procedencia de la muestra de cerámica analizada). La clasificación óptima de un vector de parámetros (o componentes) X de clase desconocida se hace seleccionando la clase C_{k} que tiene la máxima probabilidad de la clase condicionada a los datos, p(C_{k}/x). A esta probabilidad se la denomina probabilidad a posteriori de la clase. La combinación de las decisiones individuales de N clasificadores se realiza escogiendo el máximo de la suma de la probabilidad a posteriori para cada clase obtenida por cada clasificador i, (i = 1 ... N). El procedimiento anterior de combinación de decisiones se aplica, en la presente invención, para combinar las decisiones de uno o más de los siguientes 5 clasificadores (i = 1 ... N, N = 5) cuyos algoritmos son bien conocidos dentro de las técnicas de análisis estadístico: LDA ("Linear Discriminant Analysis"), kNN ("k-Nearest Neighbors"), Mixca ("Mixture of Component Analyzers"), SVC ("Support Vector Classifier"), y FCM ("Fuzzy C-Means"). La decisión final sobre la clase de cerámica analizada se toma mediante una integración de las decisiones individuales de cada clasificador utilizado.The parameters extracted from the ultrasonic signals, from which the ultrasonic signature of the studied samples is made, are the following: central frequency, average of third order moments evaluated around the origin, bandwidth of the ultrasonic pulse measured in fractional at different depths, evaluation of the power in time intervals, time of variation of the frequency of the signal with respect to the frequency of the transducer, and speed of propagation. A description of these parameters is found in Table 1 that accompanies this document. The first step of the processing of the parameters is carried out by means of principal component analysis, selecting said components to obtain an explained variance greater than 90%. The selected components are processed by a classification procedure comprising a combination of one or more classifiers, said classifiers consisting of algorithms that perform an optimal selection of a class k (between K possible previously defined categories, k = 1 ... K ) , for a vector of input parameters whose class is unknown (in the case of the present invention, the provenance of the analyzed ceramic sample). The optimal classification of a vector of parameters (or components) X of unknown class is done by selecting the class C k which has the maximum probability of the class conditional on the data, p ( C k / x ). This probability is called the posterior probability of the class. The combination of the individual decisions of N classifiers is made by choosing the maximum of the sum of the posterior probability for each class obtained by each classifier i , ( i = 1 ... N ). The above procedure of combination of decisions is applied, in the present invention, to combine the decisions of one or more of the following 5 classifiers ( i = 1 ... N , N = 5) whose algorithms are well known within the techniques of statistical analysis: LDA ("Linear Discriminant Analysis"), kNN ("k-Nearest Neighbors"), Mixca ("Mixture of Component Analyzers"), SVC ("Support Vector Classifier"), and FCM ("Fuzzy C-Means "). The final decision on the class of ceramics analyzed is made by integrating the individual decisions of each classifier used.
Una vez descrita la presente invención, cabe resaltar que las realizaciones preferentes de la misma no han de ser consideradas como limitativas frente variaciones de su diseño o de los elementos empleados para su fabricación, siempre que dichas variaciones no alteren la esencia de la invención, así como el objeto de la misma.Once the present invention has been described, it is possible highlight that the preferred embodiments thereof should not be considered as limiting against variations of its design or the elements used for its manufacture, provided that variations do not alter the essence of the invention, as well as the object of it.
Claims (12)
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(1, 2).4. Cataloging unit according to any of claims 1-3, wherein the approach system (8) is a mechanical guide, based on concentric guides, which allows the aligned approach of the transducers
(1, 2).
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
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| A. Salazar, A. Parra, L. Vergara, R. Miralles. Evaluación No Destructiva por Ultrasonidos para la Catalogación de Cerámicas Arquológicas. Revista de la Asociación Española de Ensayos No Destructivos, 33:22-31, 2006. * |
| A. Salazar, R. Miralles, A. Parra, L. Vergara, J. Gosalbez. Ultrasonic Signal Processing for Archaeological Ceramic Restoration. Pages 1-4, Toulouse, Francia, 2006. * |
| http://web.archive.org/web/20090520203321/http://www.matec.com/mindt/products/ultrasonic_instruments/pr-5000/ * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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Legal Events
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| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: ANGELA PARRA CREGO Effective date: 20130111 |
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