ES2380268B1

ES2380268B1 - ACOUSTIC SYSTEM OF DETECTION AND ELIMINATION OF WOOD DESTRUCTING INSECTS

Info

Publication number: ES2380268B1
Application number: ES200901666A
Authority: ES
Inventors: Lara Del Val Puente; Alberto Izquierdo Fuente; Maria Isabel Jimenez Gomez; Mariano Raboso Mateos
Original assignee: Universidad de Valladolid
Current assignee: Universidad de Valladolid
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: ES2380268A1

Abstract

El sistema objeto de la presente invención permite (i) detectar por procedimientos acústicos en la banda de audio (500Hz-20kHz) la existencia de insectos destructores de la madera en estructuras de madera, (ii) estimar su posición espacial bidimensional y (iii) eliminarlos de la zona infectada. El sistema está basado en la utilización de haces electrónicos en la banda acústica de 500Hz a 20kHz, tanto en transmisión como en recepción, estando constituido por una cámara anecoica (12), una plataforma giratoria (13) para la colocación del objeto (11), un conjunto de transductores de recepción constituido por un array de micrófonos (9), un conjunto de transductores de transmisión constituido por un array de altavoces (10), un sistema de amplificación (8), un sistema de preamplificación (7), un módulo de digitalización A/D (5), un módulo de digitalización D/A (6), un equipo de procesado de señal en tiempo real con un DSP (4), un equipo informático de computación (2) y un software con los algoritmos de procesado necesarios para el funcionamiento del sistema (3).The system object of the present invention allows (i) to detect by acoustic procedures in the audio band (500Hz-20kHz) the existence of wood-destroying insects in wooden structures, (ii) estimate their two-dimensional spatial position and (iii) Remove them from the infected area. The system is based on the use of electronic beams in the acoustic band of 500Hz to 20kHz, both in transmission and reception, being constituted by an anechoic chamber (12), a rotating platform (13) for the placement of the object (11) , a set of reception transducers consisting of an array of microphones (9), a set of transmission transducers consisting of an array of speakers (10), an amplification system (8), a preamp system (7), a A / D scanning module (5), a D / A scanning module (6), a real-time signal processing equipment with a DSP (4), a computer computing equipment (2) and software with the processing algorithms necessary for the operation of the system (3).

Description

Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera. Acoustic system for detection and elimination of wood destroying insects.

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se enmarca en el campo de la detección y eliminación de insectos que destruyen la madera, y más concretamente en los métodos, sistemas y dispositivos para detectar y eliminar dichos insectos, mediante la utilización de ondas acústicas en la banda de 500 Hz a 20 kHz, previniendo los daños que puedan ocasionar. The present invention is framed in the field of the detection and elimination of insects that destroy wood, and more specifically in the methods, systems and devices for detecting and eliminating said insects, by means of the use of acoustic waves in the 500 Hz band at 20 kHz, preventing the damage they may cause.

Estado de la técnica State of the art

Los insectos que destruyen la madera, como puede ser el caso de las termitas, la carcoma, y ciertas especies de hormigas, escarabajos y abeja, son animales sociales que viven en colonias, cuyo número puede sobrepasar el millón de individuos. En el caso concreto de las termitas, éstas 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. Una colonia puede extenderse en un radio de 1 km. Estos invertebrados se alimentan principalmente de celulosa, por lo que suelen invadir lugares donde existe madera y sus derivados. Insects that destroy wood, such as termites, woodworm, and certain species of ants, beetles and bees, are social animals that live in colonies, the number of which may exceed one million individuals. In the specific case of termites, they dig intricate networks of organized galleries in order to feed the "queen", egg-laying, that guarantees the next generation and, consequently, the survival of the species. A colony can extend within a radius of 1 km. These invertebrates feed primarily on cellulose, so they usually invade places where there is wood and its derivatives.

Rara vez se puede observar de forma visual una plaga de este tipo de insectos y si está dañando la madera. Normalmente, para inspeccionar la madera de forma visual, un inspector se ﬁja en signos secundarios ocasionados por una plaga, tales como manchas de humedad. Un método comúnmente empleado en su detección es golpear la superﬁcie de la madera mientras se busca escuchar un sonido característico de la existencia de galerías huecas. Cuando se detecta un área sospechosa, el inspector clava un objeto aﬁlado para romper la superﬁcie de la madera y localizar galerías e insectos. Este método tiene desventajas signiﬁcativas, comenzando por los daños ocasionados en la madera. Este tipo de métodos de detección no son viables para localizar este tipo de insectos en obras de arte esculpidas en madera, tales como retablos, esculturas, etc. La demanda comercial de métodos no subjetivos y no destructivos para la detección de estos insectos ha originado el desarrollo de numerosas alternativas a estos métodos, pero ninguna de ellas ha satisfecho totalmente dicha demanda. Rarely can a pest of this type of insects be observed visually and if it is damaging the wood. Normally, to inspect the wood visually, an inspector looks at secondary signs caused by a pest, such as moisture spots. A method commonly used in its detection is to hit the surface of the wood while seeking to hear a characteristic sound of the existence of hollow galleries. When a suspicious area is detected, the inspector nails a sharp object to break the surface of the wood and locate galleries and insects. This method has significant disadvantages, beginning with the damage caused to the wood. This type of detection methods are not viable to locate this type of insects in works of art carved in wood, such as altarpieces, sculptures, etc. The commercial demand for non-subjective and non-destructive methods for the detection of these insects has led to the development of numerous alternatives to these methods, but none of them has fully satisfied that demand.

Los primeros dispositivos no destructivos para este tipo de detecciones se pueden clasiﬁcar en cuatro categorías: The first non-destructive devices for this type of detection can be classified into four categories:

a) Dispositivos con sensores que detectan la presencia de gases emitidos por los insectos, como el desarrollado por Martin y Tober en la patente nº 6150944. a) Devices with sensors that detect the presence of gases emitted by insects, such as that developed by Martin and Tober in patent No. 6150944.

b) Dispositivos con sensores acústicos para la detección de sonidos de insectos a frecuencias altas y ultrasónicas, como los desarrollados por Shade en la patente nº 4809554, por Robbins en la patente nº 5285688, por Peng en la patente nº 7385483, o por González en la patente nº WO/2006/128932. b) Devices with acoustic sensors for the detection of insect sounds at high and ultrasonic frequencies, such as those developed by Shade in Patent No. 4809554, by Robbins in Patent No. 5285688, by Peng in Patent No. 7385483, or by González in Patent No. WO / 2006/128932.

c) Dispositivos que detectan la destrucción de un cebo, como los desarrollados por Tanaka en la patente nº 5571967 o por Otomo en la patente nº 5877422. c) Devices that detect the destruction of a bait, such as those developed by Tanaka in Patent No. 5571967 or by Otomo in Patent No. 5877422.

d) Dispositivos que emplean sensores infrarrojos, como los desarrollados por Peng en la patente nº 7385483 (este dispositivo combina sensores infrarrojos y acústicos), por Otomo en la patente nº 5575105, o por Garretson en la patente nº 5815982. d) Devices employing infrared sensors, such as those developed by Peng in patent no. 7385483 (this device combines infrared and acoustic sensors), by Otomo in patent no. 5575105, or by Garretson in patent no. 5815982.

Tomando como ejemplo el caso concreto de las termitas, los cientíﬁcos del Commonwealth Scientiﬁc and Industrial Research Organisation en Canberra, Australia, exponen que lo fundamental para dichos insectos a la hora de comer es el ruido generado cuando mastican lo que encuentran a su paso. A partir de este ruido, de estas vibraciones acústicas, deciden qué pedazos tragar y cuáles no. Las termitas también acuden a las vibraciones acústicas para detectar la presencia de otras especies de termitas en el mismo pedazo de madera y evitar así competir con ellas, ya que cada especie posee un espectro de emisión con una o varias frecuencias portadoras características. El análisis de estas vibraciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia permite decidir si existe o no invasión (plaga), y también permite desarrollar instrumentos con los cuales ahuyentar a los insectos sin fumigar, ni destruir la estructura invadida. La base de la lucha contra este tipo de insectos está en la detección y localización de sus colonias. Su rango total de emisión es de 500 Hz a 15 kHz, aunque se centran, sobre todo, en torno a ciertas frecuencias, siendo los 7 kHz la frecuencia en la que se centran las emisiones de las termitas. Este rango de frecuencias de emisión está dentro de la banda acústica (20 Hz a 20 kHz), por lo que estas emisiones pueden detectarse con este tipo de sensores. En vista de estos resultados, los dispositivos basados en detección acústica parecen los más acertados para este ﬁn. Taking as an example the specific case of termites, the scientists of the Commonwealth Scienti ﬁ c and Industrial Research Organization in Canberra, Australia, state that the fundamental thing for these insects at the time of eating is the noise generated when they chew what they find in their path. From this noise, from these acoustic vibrations, they decide which pieces to swallow and which not. Termites also go to acoustic vibrations to detect the presence of other termite species in the same piece of wood and thus avoid competing with them, since each species has an emission spectrum with one or several characteristic carrier frequencies. The analysis of these vibrations in the domain of time and frequency makes it possible to decide whether or not there is an invasion (pest), and also allows the development of instruments with which to scare away insects without spraying, nor destroy the invaded structure. The basis of the fight against this type of insects is in the detection and location of their colonies. Its total emission range is from 500 Hz to 15 kHz, although they focus, above all, on certain frequencies, with 7 kHz being the frequency on which termite emissions are centered. This range of emission frequencies is within the acoustic band (20 Hz to 20 kHz), so these emissions can be detected with this type of sensors. In view of these results, acoustic detection based devices seem the most successful for this purpose.

Los sistemas de detección y localización surgen con los sistemas Radar. El término Radar deriva del acrónimo inglés RAdio Detection And Ranging (detección y medición de distancias por radio). Son sistemas que usan ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles. Los radares modernos van más allá y se desarrollan para clasiﬁcar o identiﬁcar blancos (Skolnik,“Introduction to Radar Systems”. 3º edición. Mc Graw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, Singapore, 2001). Equivalentes a este tipo de sistemas están los sistemas Sodar (SOnic Detection And Ranging) y Lidar (un acrónimo del inglés LIght Detection And Ranging, o también Laser Imaging Detection And Ranging), que trabajan con ondas acústicas y láser, respectivamente, en lugar de con ondas de radio. Detection and location systems arise with Radar systems. The term Radar derives from the English acronym RAdio Detection And Ranging (radio distance detection and measurement). They are systems that use electromagnetic waves to measure distances, altitudes, directions and speeds of static or mobile objects. Modern radars go further and develop to classify or identify targets (Skolnik, “Introduction to Radar Systems.” 3rd edition. Mc Graw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, Singapore, 2001). Equivalent to this type of system are the Sodar (SOnic Detection And Ranging) and Lidar (an acronym for English LIght Detection And Ranging, or also Laser Imaging Detection And Ranging) systems, which work with acoustic and laser waves, respectively, instead of With radio waves.

El principio de los sistemas de detección y localización, es que un transmisor envía una señal que rebotará en cualquier blanco que encuentre a su paso (tierra, mar, barcos, aeronaves), y una pequeña cantidad de energía es devuelta al receptor. Después de ampliﬁcar las señales en el receptor, las señales se procesan para separar los ecos requeridos, de los no deseados, mediante una combinación de procesado electrónico (de señal) y software (procesado de datos). A partir de estos “ecos” se extrae gran cantidad de información. Cuando estos sistemas emiten señales en la dirección de interés y reciben y almacenan la energía dispersada por los blancos, se dice que estos sistemas son activos. Estos sistemas también pueden ser pasivos, cuando sólo reciben señales emitidas por los blancos en su ambiente natural. En la Figura 1 se muestra el diagrama de bloques general de todo sistema de detección y localización, donde la existencia de los módulos entre paréntesis depende del tipo de sistema con que se trabaje. The principle of detection and location systems is that a transmitter sends a signal that will bounce on any target it finds in its path (land, sea, ships, aircraft), and a small amount of energy is returned to the receiver. After amplifying the signals in the receiver, the signals are processed to separate the required, unwanted echoes, by a combination of electronic (signal) processing and software (data processing). From these “echoes” a great deal of information is extracted. When these systems emit signals in the direction of interest and receive and store the energy dispersed by the targets, these systems are said to be active. These systems can also be passive, when they only receive signals emitted by targets in their natural environment. The general block diagram of any detection and location system is shown in Figure 1, where the existence of the modules in brackets depends on the type of system with which it works.

En el pasado, las antenas eran una parte secundaria en el diseño de un sistema de detección y localización. En ellos, las antenas parabólicas que giran mecánicamente hacia su objetivo, pasaron a ser la representación de tecnologías antiguas, y se pasó a la construcción de arrays de antenas. El array de antenas es un conjunto de antenas sencillas convenientemente excitadas y adoptando distintas geometrías, que obtienen un diagrama de radiación compuesto por la suma de las señales generadas por cada elemento (Johnson & Dudgeon “Array Signal Processing” New York Prentice Hall 1993). Los arrays de sensores se usan frecuentemente en diversos campos de la ciencia y la ingeniería, particularmente cuando el objetivo es el estudio de la propagación de las ondas. Ejemplos de ello son la astronomía (concretamente la radioastronomía), el diagnóstico médico, la comunicación, el radar, el sonar, el sodar, la sismología y la exploración sísmica. El objetivo principal del procesado de señal de array es obtener, entre otro tipo de información, la localización de fuentes. In the past, antennas were a secondary part in the design of a detection and location system. In them, the parabolic antennas that rotate mechanically towards their objective, became the representation of old technologies, and went on to build antenna arrays. The array of antennas is a set of simple antennas conveniently excited and adopting different geometries, which obtain a radiation diagram composed of the sum of the signals generated by each element (Johnson & Dudgeon "Array Signal Processing" New York Prentice Hall 1993). Sensor arrays are frequently used in various fields of science and engineering, particularly when the objective is the study of wave propagation. Examples are astronomy (specifically radio astronomy), medical diagnosis, communication, radar, sonar, soda, seismology and seismic exploration. The main objective of the array signal processing is to obtain, among other information, the location of sources.

La conformación de haz (beamforming) es una de las herramientas básicas del procesado de señal en array. La conformación permite dirigir el haz de radiación/emisión de manera electrónica ajustando, tanto la amplitud y fase de cada elemento que compone el array, como la posición del mismo (Van Veen & Buckley “Beamforming: a versatile approach to spatial ﬁltering” IEEE ASSP Magazine April 1988). Así el sistema se comporta como un ﬁltro espacial que puede barrer el espacio de exploración. El hecho de que el haz se genere de manera electrónica permite desplazarlo de una posición del espacio a otra en cuestión de microsegundos, al tiempo que sobre un mismo conjunto de señales, pueden obtenerse simultáneamente múltiples haces dirigidos. Beam shaping is one of the basic tools of array signal processing. The conformation allows to direct the radiation / emission beam electronically by adjusting both the amplitude and phase of each element that composes the array, as well as its position (Van Veen & Buckley “Beamforming: a versatile approach to spatial ﬁ ltering” IEEE ASSP Magazine April 1988). Thus the system behaves like a spatial ﬁ lter that can sweep the exploration space. The fact that the beam is generated electronically makes it possible to move it from one position in space to another in a matter of microseconds, while on the same set of signals, multiple directed beams can be obtained simultaneously.

Los arrays, haciendo uso de las técnicas de conformación de haz, permiten la detección de objetos en entornos muy dispares. Empleando arrays formados por sensores acústicos se consigue detectar fuentes sonoras, como las que producen las colonias de estos insectos al comer. A tal efecto esta invención adapta estos sistemas de arrays acústicos al ámbito tanto de la detección como de la eliminación de insectos destructores de la madera. The arrays, using beam shaping techniques, allow the detection of objects in very different environments. Using arrays formed by acoustic sensors can detect sound sources, such as those produced by colonies of these insects when eating. For this purpose, this invention adapts these acoustic array systems to the scope of both the detection and the elimination of wood-destroying insects.

Se han desarrollado sistemas que emplean arrays para la detección de insectos, bien sea empleando microondas, como es el caso de las patentes nº 7176828 y 7057516, desarrolladas por Tirkel y Donskay respectivamente, o empleando arrays acústicos para la detección de gusanos (Zhang “Acoustic Estimation of Infestations and Population Densities of White Grubs” Journal of Economic Entomology 2003) o de insectos en productos agrícolas, como la patente nº 5473942, desarrollada por Vick, la patente nº 5616845, desarrollada por Hickling, o el trabajo desarrollado por Mankin (Mankin “Acoustic Counting of Adult Insect with Differing Rates and Intensities os Sound Production in Stored Wheat” Journal of Economic Entomology 1997). Systems have been developed that use arrays for the detection of insects, either using microwaves, as is the case of patents 7176828 and 7057516, developed by Tirkel and Donskay respectively, or using acoustic arrays for the detection of worms (Zhang "Acoustic Estimation of Infestations and Population Densities of White Grubs ”Journal of Economic Entomology 2003) or of insects in agricultural products, such as Patent No. 5473942, developed by Vick, Patent No. 5616845, developed by Hickling, or work developed by Mankin (Mankin “Acoustic Counting of Adult Insect with Differing Rates and Intensities or Sound Production in Stored Wheat” Journal of Economic Entomology 1997).

Aunque se han desarrollado muchos sistemas que emplean sensores acústicos para la detección de insectos, y concretamente de termitas, sólo Peng en su patente nº 7429928 hace referencia al empleo de señales acústicas para modiﬁcar el comportamiento de las termitas y conseguir eliminarlas, pero sin emplear arrays acústicos. Although many systems have been developed that employ acoustic sensors for the detection of insects, and specifically termites, only Peng in its patent No. 7429928 refers to the use of acoustic signals to modify the behavior of termites and eliminate them, but without using arrays acoustic

Explicación de la invención Explanation of the invention.

La presente invención consiste en un sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera mediante la utilización de un array de micrófonos y altavoces trabajando con señales acústicas. El objetivo de la invención es múltiple: (i) detectar por procedimientos electro-acústicos la existencia de un conjunto de insectos que se hallen en el espacio acotado, en la estructura de madera, a estudio, (ii) estimar la posición bidimensional de la colonia de insectos detectada, (iii) estimar la frecuencia característica de los sonidos emitidos por la colonia detectada y (iv) eliminarla de la estructura a estudio. The present invention consists of an acoustic system for detecting and eliminating wood destroying insects by using an array of microphones and speakers working with acoustic signals. The objective of the invention is multiple: (i) detect by electro-acoustic procedures the existence of a set of insects that are in the bounded space, in the wooden structure under study, (ii) estimate the two-dimensional position of the insect colony detected, (iii) estimate the characteristic frequency of the sounds emitted by the colony detected and (iv) eliminate it from the structure under study.

Se conforma un haz de recepción, es decir, de escucha, para explorar la estructura a estudio (11), situada, preferiblemente, en el campo próximo del array. Mediante un array de micrófonos independientes (9), distribuidos según la geometría mostrada en la Figura 3, se recoge la información sonora obtenida de la exploración de la estructura. La salida de cada uno de los micrófonos, se ampliﬁca (7) y se convierte al dominio digital mediante el módulo de digitalización A/D (5) perteneciente al equipo de procesado de señal en tiempo real (DSP) (4). A receiving beam, that is, listening, is formed to explore the structure under study (11), preferably located in the near field of the array. Through an array of independent microphones (9), distributed according to the geometry shown in Figure 3, the sound information obtained from the exploration of the structure is collected. The output of each of the microphones is amplified (7) and converted to the digital domain by means of the A / D scanning module (5) belonging to the real-time signal processing equipment (DSP) (4).

El DSP (4) recoge los datos y a partir de un conjunto de algoritmos de procesado de señal (2), obtiene la imagen de la estructura de exploración, visualizándola en el monitor (1) del equipo informático (2). Y a la vez calcula la posición de la fuente emisora, es decir, de la colonia de insectos que ha infectado la estructura de madera. The DSP (4) collects the data and, from a set of signal processing algorithms (2), obtains the image of the scanning structure, displaying it on the monitor (1) of the computer equipment (2). And at the same time it calculates the position of the emitting source, that is, of the insect colony that has infected the wooden structure.

A partir de las fuentes detectadas, se calcula su posición, es decir, la posición de las colonias. La presente invención estima la posición de la colonia de insectos en una estructura de madera. Este dato resulta de particular interés tanto para analizar estructuras de dicho material que se encuentren en espacios exteriores, como para el análisis de objetos de madera de pequeñas y medias dimensiones, como mobiliario doméstico, y otros objetos de madera con un gran valor y antigüedad, tales como obras de arte: esculturas, retablos, artesonados, etc. From the sources detected, their position is calculated, that is, the position of the colonies. The present invention estimates the position of the insect colony in a wooden structure. This data is of particular interest both to analyze structures of said material that are in outdoor spaces, as well as for the analysis of wooden objects of small and medium dimensions, such as domestic furniture, and other wooden objects with great value and age, such as works of art: sculptures, altarpieces, coffered ceilings, etc.

Una vez detectada la posición, se estima la frecuencia fundamental emitida por la colonia, mediante una transformada de Fourier discreta. Once the position is detected, the fundamental frequency emitted by the colony is estimated by means of a discrete Fourier transform.

Sobre la estructura a estudio (11), y concretamente sobre la posición calculada, se emite un haz acústico, a través del array de altavoces (10). Este haz acústico se genera digitalmente en la tarjeta de procesado de señal (4), convertido al dominio analógico mediante su módulo de digitalización D/A (6) y con la potencia necesaria suministrada por los ampliﬁcadores (8). On the structure under study (11), and specifically on the calculated position, an acoustic beam is emitted, through the array of speakers (10). This acoustic beam is generated digitally on the signal processing card (4), converted to the analog domain through its D / A scanning module (6) and with the necessary power supplied by the amplifiers (8).

Para minimizar los efectos del ruido, se ha optado por interconectar todos los subsistemas de audio mediante cables balanceados con conectores XLR. To minimize the effects of noise, it has been decided to interconnect all audio subsystems using balanced cables with XLR connectors.

El objetivo del haz acústico emitido es eliminar la colonia de insectos de la estructura a estudio. Dicho objetivo se puede obtener de dos formas diferentes: The objective of the emitted acoustic beam is to eliminate the colony of insects from the structure under study. This objective can be obtained in two different ways:

--: Modo de Ahuyentamiento: Se emite un haz con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 100 dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia tenga un incremento, respecto a la frecuencia fundamental emitida por la colonia de insectos, comprendido entre 100 y 500 Hz. De esta manera se emula la existencia de otra colonia más numerosa en la estructura, por lo que la colonia detectada deberá abandonarla. Rewind Mode: A beam is emitted with a transmitted power that generates a sound pressure level greater than 100 dB over the entire length of the colony and whose frequency has an increase, with respect to the fundamental frequency emitted by the insect colony, including between 100 and 500 Hz. In this way the existence of another more numerous colony in the structure is emulated, so the detected colony must leave it.

--: Modo destructivo: Se emite un haz acústico focalizado en la extensión de la colonia, con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 180 dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia este comprendida entre 18 kHz y 20 kHz. Dicho haz elevará la temperatura de la zona seleccionada, matando los insectos que se encuentren en ella. Al emplear un haz muy focalizado, las zonas colindantes se mantienen a una temperatura moderada, no se ven afectadas por este aumento de la temperatura, por lo que no sufren ningún tipo de daño. Destructive mode: An acoustic beam focused on the extension of the colony is emitted, with a transmitted power that generates a sound pressure level greater than 180 dB throughout the colony extension and whose frequency is between 18 kHz and 20 kHz. This beam will raise the temperature of the selected area, killing the insects that are in it. By using a very focused beam, the surrounding areas are kept at a moderate temperature, they are not affected by this increase in temperature, so they do not suffer any type of damage.

La presente invención, como elemento clave diferenciador, trabaja en la banda acústica (500 Hz-20 kHz), lo que permite trabajar con transductores de amplia difusión y equipos de adquisición y procesado del segmento bajo-medio, que posibilitan un coste reducido de producción, y por tanto un alto índice de penetración en el mercado. Otro elemento clave de esta invención es el empleo de arrays acústicos, no solo en la detección de las colonias de insectos destructores de la madera, sino en la eliminación de las mismas de la estructura infectada. Además, esta invención emplea de técnicas no destructivas, algo imprescindible en su ámbito de aplicación, como es el análisis de la salud de estructuras y objetos de madera situados en espacios exteriores, como puede ser la estructura de viviendas construidas en madera The present invention, as a key differentiating element, works in the acoustic band (500 Hz-20 kHz), which allows working with wide-spread transducers and acquisition and processing equipment of the low-medium segment, which allow a reduced production cost , and therefore a high index of market penetration. Another key element of this invention is the use of acoustic arrays, not only in the detection of wood-destroying insect colonies, but also in the elimination of them from the infected structure. In addition, this invention employs non-destructive techniques, something essential in its scope of application, such as the analysis of the health of wooden structures and objects located in outdoor spaces, such as the structure of houses built in wood

o troncos de determinados árboles y plantas. or trunks of certain trees and plants.

El último elemento importante del sistema es una cámara anecoica que simula una situación de campo abierto, ofreciendo un mayor control del haz acústico, y permitiendo, en un espacio cerrado, el análisis de objetos de madera de dimensiones medias y/o reducidas. Dichos objetos de madera pueden ser tanto obras de arte de gran valor y antigüedad realizadas en madera, como esculturas, retablos, artesanados, etc., como mobiliario y estructuras domésticas realizadas en madera, como sillas, mesas, armarios, puertas, ventanas y sus respectivos marcos, etc. The last important element of the system is an anechoic chamber that simulates an open field situation, offering greater control of the acoustic beam, and allowing, in an enclosed space, the analysis of wooden objects of medium and / or reduced dimensions. These wooden objects can be both works of art of great value and antiquity made in wood, such as sculptures, altarpieces, handicrafts, etc., as furniture and domestic structures made of wood, such as chairs, tables, cabinets, doors, windows and their respective frames, etc.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

La presente invención permite medir la posición bidimensional, de una colonia de insectos dentro de una estructura de madera. La posición bidimensional se obtiene estimado la dirección de llegada de la señal recibida, en función de sus dos componentes denominadas Azimut y Elevación. Para la obtención de esta información la invención utiliza las técnicas de procesado en array, concretamente las de conformación de haz. The present invention makes it possible to measure the two-dimensional position of an insect colony within a wooden structure. The two-dimensional position is obtained by estimating the direction of arrival of the received signal, based on its two components called Azimut and Elevation. In order to obtain this information, the invention uses array processing techniques, specifically beam shaping.

La calidad del sistema estará determinada por la Probabilidad de detectar una colonia cuando está presente (Pd) y por la Probabilidad de falsa alarma (Pfa), es decir la probabilidad de determinar la existencia de una colonia que no existe. The quality of the system will be determined by the Probability of detecting a colony when it is present (Pd) and by the Probability of false alarm (Pfa), that is, the probability of determining the existence of a colony that does not exist.

El elemento clave de la invención en la funcionalidad de detección es el array de micrófonos (Fig. 2-9), que a partir del desfase/retardo con el que se reciben las señales permite detectar la posición de la colonia de insectos en función del ángulo de llegada de las señales. El número y posición de los micrófonos, junto con el procesado de conformación, determinan la respuesta del array de micrófonos. The key element of the invention in the detection functionality is the array of microphones (Fig. 2-9), which, based on the lag / delay with which the signals are received, allows the position of the insect colony to be detected based on the angle of arrival of the signals. The number and position of the microphones, together with the conformation processing, determine the response of the array of microphones.

El array de micrófonos (Fig. 2-9) va sondeando la estructura a explorar por medio de unos haces que la van recorriendo (Figura 6), y así recoge las señales recibidas, obteniéndose una señal por cada micrófono. Estas señales son preampliﬁcadas mediante un sistema de preampliﬁcación (Fig. 2-7). The array of microphones (Fig. 2-9) is probing the structure to be explored by means of beams that go through it (Figure 6), and thus collects the received signals, obtaining a signal for each microphone. These signals are preampli ﬁ ed by means of a preamp system (Fig. 2-7).

En este punto las señales son digitalizadas a través de los conversores A/D (Fig. 2-5) que posee la tarjeta DSP (Fig. 2-4). El retardo que pudiera ser introducido por el conversor A/D entre canales, junto con la frecuencia de muestreo real empleada serán parámetros a utilizar en los bloques de procesado de señal de la invención. At this point the signals are digitized through the A / D converters (Fig. 2-5) that the DSP card has (Fig. 2-4). The delay that could be introduced by the A / D converter between channels, together with the actual sampling frequency used will be parameters to be used in the signal processing blocks of the invention.

Para minimizar los efectos del ruido, se interconectan todos los subsistemas de audio mediante cables balanceados con conectores tipo canon, concretamente con conectores XLR. To minimize the effects of noise, all audio subsystems are interconnected using balanced cables with canon-type connectors, specifically with XLR connectors.

A partir de las señales digitalizadas y almacenadas del array de micrófonos, se realizan un conjunto de técnicas encaminadas a la detección y estimación de la posición de las colonias de insectos. En primer lugar, se procesan las señales recibidas a través de un ﬁltro digital paso-banda, que mejora las prestaciones del ﬁltrado analógico, así como compensa las imperfecciones del mismo. La invención selecciona la longitud y respuesta en frecuencia. A continuación se demodulan las secuencias ﬁltradas a banda-base, mediante la multiplicación por una señal exponencial compleja y un ﬁltrado discreto paso-bajo, obteniéndose las componentes en fase y en cuadratura de las secuencias. From the digitized and stored signals of the array of microphones, a set of techniques aimed at detecting and estimating the position of insect colonies are performed. First, the signals received are processed through a digital pass-band ﬁ lter, which improves the performance of the analog filtrate, as well as compensates for its imperfections. The invention selects the length and frequency response. The sequences filtered to baseband are then demodulated, by multiplication by a complex exponential signal and a low-pass discrete filtering, obtaining the components in phase and quadrature of the sequences.

En este punto, la invención implementa un conformador multihaz, generándose varios haces de procesado, estableciendo el ángulo de apuntamiento para cada uno de ello, así como su diagrama de radiación. Para ellos desfasa adecuadamente las secuencias, al tiempo que las pondera a través de un conjunto de pesos y realiza su sumatorio. Esta operación se realiza de forma independiente para cada haz. El número de haces, determina la resolución angular del sistema. Con varios haces se explora la estructura mucho más rápido, reduciendo el tiempo de exploración y con ello el coste del estudio. Estos haces se generan de tal forma que se cortan a 3 dBs (Figura 8). At this point, the invention implements a multibeam shaper, generating several processing beams, establishing the aiming angle for each of them, as well as its radiation diagram. For them, the sequences are properly offset, while weighting them through a set of weights and performing their summation. This operation is performed independently for each beam. The number of beams determines the angular resolution of the system. With several beams the structure is explored much faster, reducing the exploration time and with it the cost of the study. These beams are generated in such a way that they are cut at 3 dBs (Figure 8).

Las señales obtenidas en cada haz de recepción, se procesan a través de un banco de ﬁltros adaptados a la señal que simula las emisiones que producen los insectos al comer. Este ﬁltro maximiza la relación señal a ruido y permite maximizar la calidad ﬁnal del sistema (Pd, Pfa). The signals obtained in each reception beam are processed through a bank of filters adapted to the signal that simulates the emissions produced by insects when eating. This ﬁ lter maximizes the signal-to-noise ratio and maximizes the final quality of the system (Pd, Pfa).

Para la detección de las colonias, la invención explota el hecho de que el diagrama de radiación del haz es conocido, puesto que la disposición de los elementos del array (Figura 3-1), así como los desfases y pesos aplicados en la conformación está bajo el control de la invención. Este array de micrófonos es un array planar basado en el array de redundancia cero (Moffet, “Minimum Redundancy Linear Arrays”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1968) de 4 elementos (Figura 4-1). El array empleado en esta invención es un array planar con cada uno de sus lados compuesto por un array lineal de 4 elementos de redundancia cero, distribuidos de tal manera que el array planar es simétrico con respecto a sus dos diagonales (Figura 4-2). For the detection of colonies, the invention exploits the fact that the beam radiation pattern is known, since the arrangement of the array elements (Figure 3-1), as well as the offset and weights applied in the conformation is under the control of the invention. This array of microphones is a planar array based on the zero redundancy array (Moffet, “Minimum Redundancy Linear Arrays”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1968) of 4 elements (Figure 4-1). The array used in this invention is a planar array with each of its sides composed of a linear array of 4 zero redundancy elements, distributed in such a way that the planar array is symmetric with respect to its two diagonals (Figure 4-2) .

Una colonia de insectos, situada en la posición de escucha de un haz, emite energía en ese haz y en menor medida fuera del mismo, de forma que un sistema clásico de detección, determinaría la existencia de una colonia basándose en umbrales. Esta invención establece unos parámetros de umbral muy estrictos para evitar posibles situaciones de error, de manera que el sistema toma como correcta la posición sobre la que se ha detectado una mayor energía. An insect colony, located in the listening position of a beam, emits energy in that beam and to a lesser extent outside it, so that a classical detection system would determine the existence of a colony based on thresholds. This invention establishes very strict threshold parameters to avoid possible error situations, so that the system takes as correct the position on which a greater energy has been detected.

La frecuencia fundamental emitida por la colonia, se calcula mediante una transformada de Fourier discreta, de 4096 puntos, que permita obtener una resolución frecuencia inferior a 25 Hz. Esta transformada se implementa mediante el algoritmo FFT. The fundamental frequency emitted by the colony is calculated by means of a discrete Fourier transform of 4096 points, which allows obtaining a resolution lower than 25 Hz. This transformation is implemented by means of the FFT algorithm.

Posteriormente, mediante el módulo de Generación de imagen se representa en el monitor del equipo informático (Fig. 2-1) una representación bidimensional, con la posición de la(s) fuente(s) detectada(s) (Figura 10), expresada en coordenadas cartesianas. Subsequently, by means of the Image Generation module, a two-dimensional representation is represented on the computer equipment monitor (Fig. 2-1), with the position of the detected source (s) (Figure 10), expressed in Cartesian coordinates.

La transmisión del haz se realiza a partir de un array de altavoces (Fig. 2-10). Este array de altavoces es el elemento clave de la invención en la funcionalidad de eliminación de las colonias de insectos. The beam transmission is done from an array of speakers (Fig. 2-10). This array of speakers is the key element of the invention in the elimination functionality of insect colonies.

La señal transmitida está formada por un haz dirigido a la posición que ocupa la colonia detectada, a partir de las mismas técnicas de procesado en array empleadas en el array de detección (Figura 7). La generación del haz transmitido se realiza en el equipo de procesado en tiempo real, en el DSP (Fig. 2-4), se convierte en una señal analógica mediante el módulo de digitalización D/A que incluye (Fig. 2-6), se ampliﬁca mediante el sistema de ampliﬁcación de potencia (Fig. 2-8) y ﬁnalmente se radia a través del array de altavoces (Fig. 2-10). The transmitted signal is formed by a beam directed to the position occupied by the detected colony, from the same array processing techniques used in the detection array (Figure 7). The generation of the transmitted beam is carried out in the real-time processing equipment, in the DSP (Fig. 2-4), it is converted into an analog signal by means of the included D / A scanning module (Fig. 2-6) , is amplified by the power amplification system (Fig. 2-8) and finally radiated through the speaker array (Fig. 2-10).

El array de altavoces empleado en la eliminación de los insectos (Figura 3-2) tiene una geometría equivalente a la del array de micrófonos. La única diferencia entre ellos, es que uno es la imagen especular del otro. Esta diferenciación permite ensamblar ambos arrays de tal forma que ocupen un menor espacio y estén más centrados (Figura 5), formando un o sistema más compacto. The speaker array used to eliminate insects (Figure 3-2) has a geometry equivalent to that of the array of microphones. The only difference between them is that one is the mirror image of the other. This differentiation allows both arrays to be assembled in such a way that they occupy less space and are more centered (Figure 5), forming a more compact system.

El sistema de ampliﬁcación permite generar un haz que genere un nivel de presión acústica superior a 100 dB en toda la extensión de la colonia. Este haz se emite a una frecuencia diferente (incremento frecuencial comprendido entre 100 y 500 Hz) a la que emite la colonia detectada en la estructura, manteniéndose dentro de la banda de emisión de estos insectos (500 Hz-10 kHz), de este modo los insectos presentes en la estructura interpretarán dicho sonido como la presencia de otra colonia más numerosa que la suya. Los insectos de la estructura acabarán so abandonando la misma, siguiendo la pauta de comportamiento que se ha observado en los estudios que se han realizado sobre los mismos. The amplification system allows the generation of a beam that generates a sound pressure level greater than 100 dB throughout the entire length of the colony. This beam is emitted at a different frequency (frequency increase between 100 and 500 Hz) to that emitted by the colony detected in the structure, staying within the emission band of these insects (500 Hz-10 kHz), thus the insects present in the structure will interpret this sound as the presence of another colony more numerous than yours. The insects of the structure will end up abandoning it, following the pattern of behavior that has been observed in the studies that have been carried out on them.

Otra forma de eliminar la colonia de insectos detectada que puede emplearse en esta invención es mediante la transmisión de un haz, que genere un nivel de presión acústica superior a 180dB, con una frecuencia comprendida entre 18 kHz y 20 kHz, focalizado hacia la posición calculada para la colonia. Este haz se consigue sumando de manera coherente la potencia de cada uno de los canales de transmisión, es decir de cada uno de los altavoces. Dicho haz eleva la temperatura de la zona infectada, matando los insectos que se encuentren en ella. Las zonas colindantes a la zona donde se encuentran los insectos no se ven afectadas por el aumento de la temperatura, gracias a que el haz empleado esta focalizado. Este tipo de procedimiento está siendo usado en múltiples tratamientos contra el cáncer. Con él se consigue eliminar la zona afectada por el tumor cancerígeno, sin afectar a los órganos colindantes (Kluiwstra “Therapeutic ultrasound phased arrays: practical conservation and design strategies” IEEE Ultrasonics Symposium 1996, Vlastos “Minimally Invasive Approaches for Diagnosis and Treatment of Early-Stage Breast Cancer” The Oncologist 2007, Daum “Theoretical design of a spherically sectioned phased array for ultrasonic surgery of the liver” European Journal of Ultrasound 1999). Al igual que para el campo medico, este procedimiento se emplea en el ámbito militar, concretamente en sistemas antimisiles, basados en inutilizar los misiles aumentando la temperatura de su cabeza con un haz de microondas (Pinhasi et al. “Efﬁcient electrostatica-accelerator free-electron massers for atmospheric power beaming” IEEE Transactions on Plasma Science 1996). Another way of eliminating the detected insect colony that can be used in this invention is by transmitting a beam, which generates a sound pressure level greater than 180dB, with a frequency between 18 kHz and 20 kHz, focused on the calculated position. For the colony. This beam is achieved by coherently adding the power of each of the transmission channels, that is, of each of the speakers. This beam raises the temperature of the infected area, killing the insects that are in it. The areas adjacent to the area where the insects are found are not affected by the increase in temperature, thanks to the fact that the beam used is focused. This type of procedure is being used in multiple cancer treatments. With it, the area affected by the cancer tumor is eliminated, without affecting the surrounding organs (Kluiwstra “Therapeutic ultrasound phased arrays: practical conservation and design strategies” IEEE Ultrasonics Symposium 1996, Vlastos “Minimally Invasive Approaches for Diagnosis and Treatment of Early- Stage Breast Cancer ”The Oncologist 2007, Daum“ Theoretical design of a spherically sectioned phased array for ultrasonic surgery of the liver ”European Journal of Ultrasound 1999). As with the medical field, this procedure is used in the military field, specifically in anti-missile systems, based on disabling the missiles by increasing the temperature of their head with a microwave beam (Pinhasi et al. “Electrostatic efficiency-accelerator free- electron massers for atmospheric power beaming ”IEEE Transactions on Plasma Science 1996).

La presente invención tiene asociada una cámara anecoica (Fig. 2-12) donde se introduce la estructura a análisis (Fig. 2-11), produciéndose en su interior tanto el proceso de detección como el de eliminación de insectos. Esta cámara evita las reﬂexiones de las señales acústicas generadas en el proceso, simulando que el mismo se realiza en un espacio abierto, permitiendo controlar los haces con precisión. The present invention has an anechoic chamber associated (Fig. 2-12) where the structure under analysis is introduced (Fig. 2-11), producing both the detection process and the elimination of insects. This camera avoids the reflections of the acoustic signals generated in the process, simulating that it is performed in an open space, allowing you to control the beams with precision.

En base al espacio y coste asociados a la cámara se emplean unas dimensiones de la misma de 5 metros de largo, 3 metros de ancho y 2.5 de alto, por ser un tamaño adecuado para su construcción dentro de un laboratorio. En la Figura 9-1 puede verse el alzado (ﬁgura superior izquierda), el perﬁl (ﬁgura superior derecha) y la planta (ﬁgura inferior izquierda) de esta cámara anecoica. Gracias a su tamaño moderado, el coste asociado a la misma es reducido en comparación con las cámaras anecoicas comerciales. Based on the space and cost associated with the camera, its dimensions of 5 meters long, 3 meters wide and 2.5 meters high are used, as it is a suitable size for its construction within a laboratory. Figure 9-1 shows the elevation (upper left figure), the profile (upper right figure) and the plan (lower left figure) of this anechoic chamber. Thanks to its moderate size, the cost associated with it is reduced compared to commercial anechoic chambers.

Dicha cámara está revestida de cuñas, o pirámides, acústicas con una frecuencia de corte de 500 Hz, en base a las frecuencias de trabajo de la invención. Para esta frecuencia de corte, las dimensiones de las pirámides son de 50x50x170 mm (Figura 9-2). Said chamber is covered with wedges, or pyramids, acoustic with a cut-off frequency of 500 Hz, based on the working frequencies of the invention. For this cutoff frequency, the dimensions of the pyramids are 50x50x170 mm (Figure 9-2).

En el interior de la cámara anecoica existe una plataforma giratoria (Fig. 2-13) que permite el análisis de la totalidad de la superﬁcie del objeto de madera. Este análisis permite dar una idea de la profundidad a la que se encuentra la colonia de insectos en el objeto, y así decidir en que posición es más conveniente colocar dicho objeto para efectuar sobre él el proceso de eliminación de los insectos. Inside the anechoic chamber there is a rotating platform (Fig. 2-13) that allows the analysis of the entire surface of the wooden object. This analysis allows to give an idea of the depth to which the colony of insects is in the object, and thus decide in what position it is more convenient to place said object to carry out the process of elimination of insects.

La plataforma giratoria no es ﬁja, por lo que puede colocarse a cualquier distancia del array de micrófonos, para conseguir trabajar con los haces en campo lejano, sea cual sea la frecuencia de trabajo empleada. The turntable is not fixed, so it can be placed at any distance from the array of microphones, to get to work with the beams in the far field, whatever the working frequency used.

La presente invención es de utilidad para la detección y eliminación de insectos destructores de la madera en los siguientes ámbitos: The present invention is useful for the detection and elimination of wood destroying insects in the following areas:

a) análisis de la salud de estructuras y objetos de madera situados en espacios exteriores, como la estructura de viviendas de madera, o los troncos de determinados árboles y plantas, a) health analysis of wooden structures and objects located in outdoor spaces, such as the structure of wooden houses, or the trunks of certain trees and plants,

b) análisis de obras de arte de gran valor y antigüedad realizadas en madera, como esculturas, retablos, artesanados, etc., b) analysis of works of art of great value and antiquity made in wood, such as sculptures, altarpieces, crafts, etc.,

c) análisis de mobiliario y estructuras domésticas realizadas en madera, como sillas, mesas, armarios, puertas, ventanas y sus respectivos marcos, etc. c) analysis of furniture and domestic structures made of wood, such as chairs, tables, cabinets, doors, windows and their respective frames, etc.

Enunciado de las ﬁguras Statement of the figures

Figura 1: Esquema general del comportamiento de un sistema de detección y localización. Figure 1: General scheme of the behavior of a detection and location system.

Figura 2: Esquema general de la invención. Figure 2: General scheme of the invention.

Figura 3-1: Topología del array planar de micrófonos empleado en la invención. Figure 3-1: Topology of the planar array of microphones used in the invention.

Figura 3-2: Topología del array planar de altavoces empleado en la invención. Figure 3-2: Topology of the planar speaker array used in the invention.

Figura 4-1: Array de redundancia cero de 4 elementos. Figure 4-1: Zero redundancy array of 4 elements.

Figura 4-2: Simetría de los arrays de la invención con respecto a sus diagonales. Figure 4-2: Symmetry of the arrays of the invention with respect to their diagonals.

Figura 5: Esquema del montaje de los dos arrays de la invención (micrófonos y altavoces) en la misma estructura. Figure 5: Diagram of the assembly of the two arrays of the invention (microphones and speakers) in the same structure.

Figura 6: Diagrama del proceso de escucha empleado en la detección de los insectos. Figure 6: Diagram of the listening process used in the detection of insects.

Figura 7: Diagrama del proceso de transmisión empleado en la eliminación de los insectos. Figure 7: Diagram of the transmission process used in the elimination of insects.

Figura 8: Corte de los haces generadosa3dB. Figure 8: Cut of the beams generateda3dB.

Figura 9-1: Medidas de la cámara anecoica de la invención. Figure 9-1: Anechoic chamber measurements of the invention.

Figura 9-2: Medidas de las pirámides acústicas empleadas en la cámara anecoica de la invención. Figure 9-2: Measurements of the acoustic pyramids used in the anechoic chamber of the invention.

Figura 10: Imagen bidimensional de la detección. Figure 10: Two-dimensional image of the detection.

Figura 11: Ejemplo de escenario de prueba. Figure 11: Example test scenario.

Ejemplo de realización de la invención Example of embodiment of the invention

La propia Figura 2 sirve para ilustrar una materialización de la invención. Se ha empleado un ordenador personal del tipo PC AMD a 1 GHz (2), sobre el cual se encuentra una tarjeta de procesado de señal (4) basada en el procesador M6713 e Innovative Integrations, que integra un controlador PCI implementado a través de su FPGA. Dicha tarjeta consta de 2 tarjetas ómnibus SD16 con 16 parejas de conversores A/D D/A de 18 bits y 48 k muestras/s. Estos módulos SD16 se emplean para la entrada y salida de datos, y los dispositivos de entrada y salida se han controlado con threads independientes. Figure 2 itself serves to illustrate a materialization of the invention. A personal computer of the type AMD PC at 1 GHz (2) has been used, on which is a signal processing card (4) based on the M6713 processor and Innovative Integrations, which integrates a PCI controller implemented through its FPGA This card consists of 2 SD16 bus cards with 16 pairs of 18-bit A / D D / A converters and 48 k samples / s. These SD16 modules are used for data input and output, and input and output devices have been controlled with independent threads.

En el ordenador se encuentra el software (3) necesario para controlar los distintos dispositivos y realizar la visualización de la imagen y trayectorias obtenida así como los programas de procesado de señal que se cargan y ejecutan en la tarjetas de procesado de señal. Para la comunicación y control del DSP se ha empleado la librería Malibu, que, por un lado, facilita la elitización de hardware mediante una abstracción software y, por otro, proporciona comunicación entre el DSP y el PC y control básico de la ejecución de los programas en el DSP. In the computer there is the software (3) necessary to control the different devices and to visualize the image and paths obtained as well as the signal processing programs that are loaded and executed on the signal processing cards. For the communication and control of the DSP the Malibu library has been used, which, on the one hand, facilitates the elitization of hardware through a software abstraction and, on the other, provides communication between the DSP and the PC and basic control of the execution of the programs in the DSP.

El array de micrófonos, está constituido por 16 micrófonos de estudio Behringer C2, con diagrama ominidireccional. El sistema de preampliﬁcación (7) se ha construido a partir de 2 preampliﬁcadores SM PRO AUDIO EP84 de 8 canales. Se han empleado 2 mangueras de 8 cables de 6 metros, con conectores XLR_macho-XLR_hembra para la conexión de los micrófonos con los preampliﬁcadotes, y otras 4 mangueras de 8 cables, de 1,5 metros, con conectores XLR_macho-BNC, para la conexión de los preampliﬁcadores con el panel de entrada del sistema A/D del DSP. The array of microphones, consists of 16 Behringer C2 studio microphones, with ominidirectional diagram. The preamp system (7) has been constructed from 2 SM PRO AUDIO EP84 8 channel preamps. Two 8-meter 6-meter hoses have been used, with XLR_macho-XLR_ female connectors for connecting the microphones with the preampli ﬁ cates, and another 4 8-meter 1.5-meter hoses, with XLR_macho-BNC connectors, for connection of the preamps with the input panel of the DSP A / D system.

El array de altavoces (10) está formado por 16 tweeter HPC de 150 W (5 k-25 k), con una impedancia de 91 dB @ 1 w/1 m, alimentados por 16 ampliﬁcadores T.AMP S75 con una potencia de 2x45 W (8). Se han empleado 16 cables de 6 metros, de par biﬁlar, para conectar los tweeters a la salida de los ampliﬁcadores, y 2 mangueras de 8 cables de The speaker array (10) consists of 16 HPC tweeters of 150 W (5 k-25 k), with an impedance of 91 dB @ 1 w / 1 m, powered by 16 T.AMP S75 amplifiers with a power of 2x45 W (8). Sixteen 6-meter, bi-pair cables have been used to connect the tweeters to the output of the amplifiers, and 2 hoses with 8 cables

1.5 metros, con conectores XLR_hembra-BNC, para la conectar la entrada de los ampliﬁcadores con el sistema D/A del DSP. 1.5 meters, with XLR_ female-BNC connectors, to connect the amplifier input to the DSP D / A system.

Los arrays empleados son arrays planares (Figura 3) basados en los arrays de redundancia cero, de 4 elementos, empleando una separación unidad entre sensores de λ/2. The arrays used are planar arrays (Figure 3) based on the 4-element zero redundancy arrays, using a unit separation between λ / 2 sensors.

Finalmente el recinto de ensayo seleccionado (Figura 11) es una cámara anecoica de medidas: 3 metros de ancho por 5 metros de largo y una altura de 2,5 metros. El sistema de arrays de micrófonos y de altavoces, está colocado, mediante un soporte regulable en altura y profundidad en el origen de coordenadas (x-y), a un altura de 110 cm. Finally, the selected test room (Figure 11) is an anechoic chamber measuring: 3 meters wide by 5 meters long and 2.5 meters high. The microphones and loudspeaker array system is placed, by means of a height and depth adjustable support at the origin of coordinates (x-y), at a height of 110 cm.

Se ha seleccionado un escenario constituido por un objeto de madera infectado por una colonia de termitas, posicionado el centro de la misma en el puntox=1,5mey=0,7 cm,ya2mde distancia de los arrays, tal y como se reﬂeja en la Figura 11. Dicha colonia de termitas emite sonidos a una frecuencia de 7,2 kHz. A scenario consisting of a wooden object infected by a termite colony has been selected, positioning its center at the point x = 1.5mey = 0.7 cm, and 2m away from the arrays, as reflected in the Figure 11. This termite colony emits sounds at a frequency of 7.2 kHz.

El pulso de transmisión es una onda sinusoidal de frecuencia 7,2 kHz, enventanada con un pulso rectangular de duración 1 ms. Los haces están distribuidos espacialmente e interseccionana3dBde potencia. The transmission pulse is a sine wave of 7.2 kHz frequency, poisoned with a rectangular pulse of 1 ms duration. The beams are spatially distributed and intersectional3dB of power.

Claims

1. one.: Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, que consiste en la utilización de haces electrónicos en la banda acústica de 500 Hz a 20 kHz, tanto en transmisión como en recepción, caracterizado por una cámara anecoica (12), una plataforma giratoria para la colocación del objeto (13), un conjunto de transductores de recepción constituido por un array de micrófonos (9), un conjunto de transductores de transmisión constituido por un array de altavoces (10), un sistema de ampliﬁcación (8), un sistema de preampliﬁcación (7), un módulo de digitalización A/D (5), un módulo de digitalización D/A (6), un equipo de procesado de señal en tiempo real con un DSP (4), un equipo informático de computación (2) y un software con los algoritmos de procesado necesarios para el funcionamiento del sistema (3). Acoustic system for detecting and eliminating wood-destroying insects, which consists of the use of electronic beams in the acoustic band from 500 Hz to 20 kHz, both in transmission and reception, characterized by an anechoic chamber (12), a platform rotating for the placement of the object (13), a set of reception transducers consisting of an array of microphones (9), a set of transmission transducers consisting of an array of speakers (10), an amplification system (8), a preamp system (7), an A / D scanning module (5), a D / A scanning module (6), a real-time signal processing equipment with a DSP (4), a computer equipment computing (2) and software with the processing algorithms necessary for the operation of the system (3).

2. 2.: Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear la conformación multihaz en recepción para la detección y estimación bidimensional de las colonias de insectos destructores de la madera. Acoustic system for detecting and eliminating wood-destroying insects, according to claim 1, characterized in that the multi-beam conformation is used in reception for the detection and two-dimensional estimation of wood-destroying insect colonies.

3. 3.: Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear como método de ahuyentamiento de la colonia, la conformación multihaz en transmisión para emitir un haz acústico focalizado en la extensión de la colonia, con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 100 dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia tenga un incremento, respecto a la frecuencia fundamental emitida por la colonia de insectos, comprendido entre 100 y 500 Hz. Acoustic system for detecting and eliminating wood-destroying insects, according to claim 1, characterized by using as a method of chasing away the colony, multi-beam shaping in transmission to emit an acoustic beam focused on the extension of the colony, with a transmitted power that generates a sound pressure level greater than 100 dB in the entire length of the colony and whose frequency has an increase, with respect to the fundamental frequency emitted by the insect colony, between 100 and 500 Hz.

4. Four.: Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear como método de eliminación de la colonia, la conformación multihaz en transmisión para emitir un haz acústico focalizado en la extensión de la colonia, con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 180dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia este comprendida entre 18 kHz y 20 kHz. Acoustic system for detecting and eliminating wood-destroying insects, according to claim 1, characterized by using as a method of eliminating the colony, the multi-beam conformation in transmission to emit an acoustic beam focused on the extension of the colony, with a transmitted power that generates a sound pressure level greater than 180dB throughout the colony and whose frequency is between 18 kHz and 20 kHz.

5. 5.: Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear arrays planares basados en el array lineal de redundancia cero de 4 elementos, dispuestos de tal manera que el array planar es simétrico con respecto a ambas diagonales. Acoustic system for detecting and eliminating wood-destroying insects, according to claim 1, characterized by using planar arrays based on the linear array of zero redundancy of 4 elements, arranged in such a way that the planar array is symmetric with respect to both diagonals.

SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND

Application no .: 200901666

SPAIN

Date of submission of the application: 29.07.2009

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REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE

51 Int. Cl.: A01M1 / 22 (2006.01) G01H11 / 06 (2006.01)

RELEVANT DOCUMENTS

Categoría Category: 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected

X X: US 2006028345 A1 (LEE PENG) 09/02/2006, párrafos [0027 - 0030]; párrafo [0038]; párrafos 1, 3-5 US 2006028345 A1 (LEE PENG) 02/09/2006, paragraphs [0027-0030]; paragraph [0038]; paragraphs 1, 3-5

[0056 -0058]; párrafo [0079]; párrafo [0084]; resumen. [0056-0058]; paragraph [0079]; paragraph [0084]; summary.

Y Y: US 2006028345 A1 ( LEE PENG) 09/02/2006, párrafos [0027 - 0030]; párrafo [0038]; párrafos 2 US 2006028345 A1 (LEE PENG) 02/09/2006, paragraphs [0027-0030]; paragraph [0038]; paragraphs 2

Y Y: US 5285688 A (ROBBINS WILLIAM P ET AL.) 15/02/1994, resumen. 2 US 5285688 A (ROBBINS WILLIAM P ET AL.) 02/15/1994, summary. 2

A TO: GB 705921 A (MARCELLE FLEISCHMANN FOUNDATIO) 24/03/1954, todo el documento. 1-5 GB 705921 A (MARCELLE FLEISCHMANN FOUNDATIO) 03/24/1954, the whole document. 1-5

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:

Fecha de realización del informe 25.04.2012 Date of realization of the report 25.04.2012: Examinador D. Cavia del Olmo Página 1/5 Examiner D. Cavia del Olmo Page 1/5

REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE

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WRITTEN OPINION

Application number: 200901666

Date of Written Opinion: 25.04.2012

Statement

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986): Reivindicaciones 1-5 Reivindicaciones SI NO Claims 1-5 Claims IF NOT

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986): Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO Claims Claims 1-5 IF NOT

The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986).

Opinion Base.-

This opinion has been made on the basis of the patent application as published.

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WRITTEN OPINION

Application number: 200901666

1. Documents considered.-

The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.

Documento Document: Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date

D01 D01: US 2006028345 A1 (LEE PENG) 09.02.2006 US 2006028345 A1 (LEE PENG) 02.09.2006

D02 D02: US 2006028345 A1 (LEE PENG) 09.02.2006 US 2006028345 A1 (LEE PENG) 02.09.2006

D03 D03: US 5285688 A (ROBBINS WILLIAM P et al.) 15.02.1994 US 5285688 A (ROBBINS WILLIAM P et al.) 02.15.1994

D04 D04: GB 705921 A (MARCELLE FLEISCHMANN FOUNDATIO) 24.03.1954 GB 705921 A (MARCELLE FLEISCHMANN FOUNDATIO) 24.03.1954

2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement

D01 is considered the state of the art document closest to the object of the claimed application. Following the wording of independent claim D01 describes the following: Acoustic system for detecting and eliminating wood destroying insects based on the use of an array of acoustic sensors (see paragraph [0057]) capable of detecting sounds in the acoustic band of Approximately 100 Hz to 15 kHz (see paragraph [0023]) consisting, among others, of the following technical elements (see paragraphs [0024] and [0025]):

--: Micrófono Microphone

--: Sistema de amplificación acoplado al micrófono Amplification system coupled to the microphone

--: Conversor de la señal analógica en señal digital para facilitar su posterior comparación. Analog to digital signal converter to facilitate later comparison.

--: Sistema de reconocimiento y procesado de sonidos que incluye una base de datos de sonidos previamente identificados y el software correspondiente con los algoritmos de procesado necesarios para el funcionamiento del sistema (ver figuras 6 y 7). Sound recognition and processing system that includes a database of previously identified sounds and the corresponding software with the processing algorithms necessary for the operation of the system (see figures 6 and 7).

--: El sensor puede estar rodeado por una sustancia o elemento que atenúe, minimice o elimine el sonido ambiente (ver párrafo [0023]). El sistema acústico descrito en D01 puede configurarse en recepción de modo que se detecta e identifica el sonido emitido por las colonias de insectos (ver párrafos [0027], [0056] y [0058]). La localización de los insectos en el interior de la madera se realiza en primer lugar mediante un escáner térmico y, posteriormente, mediante el uso del sensor acústico, se acaba de precisar la localización exacta de la colonia (ver resumen). Señales acústicas pueden ser emitidas con el fin de repeler la presencia de los insectos, inducirlos a entrar en una trampa para su destrucción o actuar de manera autodestructiva. Las características concretas de la señal acústica que se debe emitir dependen del tipo de estructura y la localización concreta de los insectos en ella. En D01 se hace mención a estudios de laboratorio que emplean una frecuencia entre 100Hz y 4000Hz (ver párrafos [0030], [0038], [0057], [0079] [0084]). Con respecto a la reivindicación independiente, y teniendo en cuenta el contenido de D01, se concluye que las principales diferencias entre D01 y R1 son las que se comentan a continuación: The sensor may be surrounded by a substance or element that attenuates, minimizes or eliminates ambient sound (see paragraph [0023]). The acoustic system described in D01 can be configured at reception so that the sound emitted by insect colonies is detected and identified (see paragraphs [0027], [0056] and [0058]). The location of the insects inside the wood is done firstly by means of a thermal scanner and, subsequently, by using the acoustic sensor, the exact location of the colony has just been specified (see summary). Acoustic signals can be emitted in order to repel the presence of insects, induce them to enter a trap for destruction or act in a self-destructive manner. The specific characteristics of the acoustic signal that must be emitted depend on the type of structure and the specific location of the insects in it. D01 refers to laboratory studies that use a frequency between 100Hz and 4000Hz (see paragraphs [0030], [0038], [0057], [0079] [0084]). With respect to the independent claim, and taking into account the content of D01, it is concluded that the main differences between D01 and R1 are those discussed below:

--: En D01 no se hace mención explícita a la existencia de una cámara anecoica. Sin embargo, sí se resalta la importancia de que el sensor pueda estar rodeado por una sustancia o elemento que atenúe, minimice o elimine el sonido ambiente. Se considera que, partiendo de esta necesidad de aislamiento acústico planteada en D01, la elección de una cámara anecoica resultaría una opción de diseño evidente para el experto en la materia que no implica por sí misma ningún grado de actividad inventiva. In D01 there is no explicit mention of the existence of an anechoic chamber. However, the importance of the sensor being surrounded by a substance or element that attenuates, minimizes or eliminates ambient sound is highlighted. It is considered that, based on this need for acoustic insulation raised in D01, the choice of an anechoic chamber would be an obvious design option for the person skilled in the art that does not imply any degree of inventive activity.

--: En D01 no se hace mención a una plataforma para la colocación del objeto de madera del cual se desea eliminar los insectos. Se considera que ésta es una opción de diseño que no implica por sí misma ningún grado de actividad inventiva y que el experto en la materia seleccionaría en función de las características (tamaño, peso, etc) del objeto de madera en cuestión. In D01 there is no mention of a platform for the placement of the wooden object from which it is desired to eliminate insects. It is considered that this is a design option that does not imply by itself any degree of inventive activity and that the person skilled in the art would select based on the characteristics (size, weight, etc.) of the wooden object in question.

--: En D01 no se hace mención explícita a un módulo de digitalización D/A para convertir al dominio analógico el haz acústico emitido. De nuevo se considera que ésta es una característica de diseño que el experto en la materia consideraría en el caso en cuestión y que no aporta en sí misma ningún grado de actividad inventiva que contribuya a la resolución del problema técnico planteado. El resto de elementos técnicos reivindicados en R1 se encuentran descritos en D01 donde desarrollan la misma función técnica que se les atribuye en R1. Por tanto, en base a lo anterior, se concluye que R1 carece de actividad inventiva en el sentido del artículo 8.1 de la Ley de Patentes. Por lo que respecta a la reivindicación dependiente número 2, la diferencia existente entre R2 y D01 consiste en que, en D01 la estimación bidimensional de la localización exacta de la colonia de insectos dentro de la madera se realiza no solo mediante el uso de un sistema acústico sino empleando previamente un escáner térmico. El efecto técnico que se deriva de esta diferencia se traduce en que el sistema propuesto en la solicitud de patente objeto de estudio es mucho más sencillo que el propuesto en D01 que combina dos técnicas (sonora y térmica) diferentes. Sin embargo, el uso de sistemas exclusivamente acústicos para la localización de colonias de insectos en la madera es habitual en el sector técnico en cuestión tal y como se refleja en el documento D02 (ver resumen). Por tanto, en base al contenido de los documentos D01 y D02 se concluye que R2 carece de actividad inventiva en el sentido del artículo 8.1 de la Ley de Patentes puesto que el experto en la materia intentaría combinar el contenido de ambos documentos al objeto de obtener el resultado técnico reivindicado en R2 y sin la aplicación de ningún grado de actividad inventiva. In D01 there is no explicit mention of a D / A scanning module to convert the emitted acoustic beam to the analog domain. Again, it is considered that this is a design characteristic that the person skilled in the art would consider in the case in question and that does not provide in itself any degree of inventive activity that contributes to the resolution of the technical problem posed. The rest of the technical elements claimed in R1 are described in D01 where they perform the same technical function attributed to them in R1. Therefore, based on the foregoing, it is concluded that R1 lacks inventive activity within the meaning of Article 8.1 of the Patent Law. As regards dependent claim 2, the difference between R2 and D01 is that, in D01 the two-dimensional estimate of the exact location of the insect colony within the wood is made not only by the use of a system acoustic but previously using a thermal scanner. The technical effect derived from this difference means that the system proposed in the patent application under study is much simpler than the one proposed in D01 that combines two different techniques (sound and thermal). However, the use of exclusively acoustic systems for the location of insect colonies in wood is common in the technical sector in question as reflected in document D02 (see summary). Therefore, based on the content of documents D01 and D02 it is concluded that R2 lacks inventive activity within the meaning of article 8.1 of the Patent Law since the expert in the field would try to combine the content of both documents in order to obtain the technical result claimed in R2 and without the application of any degree of inventive activity.

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Application number: 200901666

With regard to dependent claims numbers 3 and 4, which claim the emission of sound to scare away or eliminate the colonies of insects (at a frequency and acoustic pressure determined for each of the cases), it is considered that they lack activity inventive since D01 also mentions the use of sound waves to scare away or eliminate insect colonies. Regarding the specific frequency range or acoustic pressure to be used in each case, although in D01 it is not specified, it is specified that they depend on the type of structure and the specific location of the insects in it. Therefore, it is considered that the frequency and acoustic pressure ranges claimed in R3 and R4 are design options that the person skilled in the art would consider in the case in question, so R3 and R4 lack inventive activity within the meaning of Article 8.1 of the Patent Law. With regard to R5, it is considered that the technical element that it introduces (specific arrangement of emitters and receivers) is a mere design option that does not itself have any degree of inventive activity and that the expert in the field would consider for the Case in point. Document D03 is representative of the state of the art in the sector.

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