專利名稱：一種糧蟲(chóng)探測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)裝置及方法，特別是一種利用音頻探測(cè)技術(shù)進(jìn)行糧蟲(chóng)檢測(cè)的
糧蟲(chóng)探測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前，糧蟲(chóng)檢測(cè)是糧食行業(yè)的重要研究?jī)?nèi)容，糧蟲(chóng)的密度等信息是進(jìn)行糧蟲(chóng)防治 的重要依據(jù)?，F(xiàn)有的測(cè)定方法主要有以下幾種誘捕法(信息素、食物引誘劑、陷阱、光電與 抽樣等)、人工識(shí)別法、圖像識(shí)別法、近紅外法和聲音識(shí)別法等。誘捕的方法各自存在一些難 以克服的技術(shù)問(wèn)題，比如信息素技術(shù)成本較高，美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)進(jìn)行了深入研究，但 我國(guó)尚處于起步階段；食物引誘劑存在性能單一、糧蟲(chóng)"厭食"等問(wèn)題；陷阱誘捕對(duì)害蟲(chóng)的 運(yùn)動(dòng)情況有依賴；光電誘捕受環(huán)境影響大，且對(duì)避光性糧蟲(chóng)無(wú)效；抽樣誘捕工作量大、勞動(dòng) 強(qiáng)度高、工作環(huán)境差、效率低。而人工識(shí)別是我國(guó)一直采用的傳統(tǒng)技術(shù)，通過(guò)借助圖像傳感 器、放大鏡、顯微鏡等工具或直接用肉眼判別害蟲(chóng)的種類，并統(tǒng)計(jì)其數(shù)量。該方法工作量大、 效率低、操作人員素質(zhì)要求高。近紅外方法一般用于實(shí)驗(yàn)室研究，對(duì)于完好糧粒和蟲(chóng)蝕顆粒 的鑒別效果較好，但效率偏低，尤其對(duì)不同成蟲(chóng)或不同幼蟲(chóng)的種類鑒別達(dá)不到滿意的效果。
專利號(hào)為"ZL01125651.6"，名稱為"糧庫(kù)糧蟲(chóng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法"的中國(guó)發(fā)明專 利，公開(kāi)了一種糧蟲(chóng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)有監(jiān)測(cè)中心主計(jì)算機(jī)與糧倉(cāng)前端多路視頻監(jiān) 測(cè)站、插入糧食的影像探測(cè)桿組成。由探測(cè)桿攝取糧食及糧蟲(chóng)影像，經(jīng)模擬視頻信號(hào)方式送 至監(jiān)測(cè)站進(jìn)行數(shù)字化，處理后在監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別及各類處理。該專利所采用的圖 像識(shí)別技術(shù)有較高的識(shí)別率，但殘缺糧粒、草籽、害蟲(chóng)的姿態(tài)等因素對(duì)識(shí)別的效果有較大的 影響，且只能識(shí)別糧食外部的非隱蔽性糧蟲(chóng)。 語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是通過(guò)糧蟲(chóng)的取食、運(yùn)動(dòng)時(shí)的聲音來(lái)檢測(cè)的，所以它既可以檢測(cè)成 蟲(chóng)，也可以檢測(cè)幼蟲(chóng)，既可以檢測(cè)糧食外部的糧蟲(chóng)、也可檢測(cè)糧食內(nèi)部的糧蟲(chóng)。專利號(hào)為 "ZL200420117725.0"，名稱為"一種糧食害蟲(chóng)聲頻探測(cè)頭結(jié)構(gòu)"的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)的 糧食害蟲(chóng)聲頻探測(cè)頭結(jié)構(gòu)，可以快速采集到糧食倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的種類、蟲(chóng)口密度和不同危害程 度的特征聲譜信號(hào)，但其在從含有傳感器噪音、環(huán)境噪音、信號(hào)噪聲等于擾的原始語(yǔ)音信號(hào) 中，提取有用的糧蟲(chóng)活動(dòng)信號(hào)方面，還存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種糧蟲(chóng)探測(cè)裝置及方法，該裝置及方法可從 含有傳感器噪音、環(huán)境噪音、信號(hào)噪聲等干擾的原始語(yǔ)音信號(hào)中，提取有用的糧蟲(chóng)活動(dòng)信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)糧蟲(chóng)密度的準(zhǔn)確、自動(dòng)以及高效探測(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，包括 聲音信號(hào)采集模塊，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音； 信號(hào)傳輸模塊，與所述聲音信號(hào)采集模塊連接，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述
活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸出；
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糧蟲(chóng)定位模塊，與所述信號(hào)傳輸模塊連接，用于接收、存儲(chǔ)所述音頻數(shù)字信號(hào)，處 理所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所述糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧 蟲(chóng)空間位置； 統(tǒng)計(jì)輸出模塊，與所述糧蟲(chóng)定位模塊連接，用于根據(jù)所述糧蟲(chóng)空間位置統(tǒng)計(jì)并輸 出所述糧蟲(chóng)的數(shù)量。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述聲音信號(hào)采集模塊包括 隔音室，用于降低環(huán)境噪聲的干擾，提高信噪比； 樣品容器，設(shè)置在所述隔音室內(nèi)，用于容置所述被測(cè)糧食樣品； 音頻傳感器陣列，設(shè)置在所述樣品容器內(nèi)，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音 進(jìn)行探測(cè)。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述音頻傳感器陣列包括活動(dòng)插板及多個(gè)音頻探測(cè) 頭，所述活動(dòng)插板上設(shè)置有多個(gè)傳感器安置孔，所述音頻探測(cè)頭分別安裝在所述傳感器安 置孔內(nèi)。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述糧蟲(chóng)定位模塊包括 信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)；
信號(hào)處理單元，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為音頻特征參數(shù)，所述音頻特征參 數(shù)包括幅度、均值、方差、頻率； 信號(hào)運(yùn)算單元，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)位置。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述信號(hào)運(yùn)算單元包括定位次單元，用于計(jì)算確定所 述糧蟲(chóng)的位置，所述定位次單元包括 確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間子單元，用于對(duì)所述音頻特征參數(shù)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到所
述音頻數(shù)字信號(hào)到達(dá)所述聲音信號(hào)采集模塊的任意兩采集點(diǎn)的相對(duì)延時(shí)時(shí)間； 確定空間位置子單元，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及空間定位公式計(jì)算并得到所
述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述信號(hào)運(yùn)算單元還包括驗(yàn)證次單元，用于驗(yàn)證所述 糧蟲(chóng)的位置，所述驗(yàn)證次單元包括 聲源聲強(qiáng)計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)計(jì) 算并得到聲源聲強(qiáng)參數(shù)； 比較判斷子單元，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié) 果做出是否糧蟲(chóng)的判斷； 選擇子單元，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選擇輸出、結(jié)束或返回所述定位次單元。
上述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其中，所述信號(hào)傳輸模塊包括順次連接的信號(hào)放大器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊及信號(hào)輸出端口 ，所述信號(hào)輸出端口為無(wú)線發(fā)射器，所述信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元對(duì) 應(yīng)設(shè)置有無(wú)線接收器。 為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了 一種糧蟲(chóng)探測(cè)方法，包括如下步驟
聲音信號(hào)采集步驟，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音；
信號(hào)傳輸步驟，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸 出；
糧蟲(chóng)定位步驟，用于接收、存儲(chǔ)所述音頻數(shù)字信號(hào)，處理所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所
述糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間位置； 統(tǒng)計(jì)輸出步驟，根據(jù)所述糧蟲(chóng)空間位置統(tǒng)計(jì)并輸出所述糧蟲(chóng)的數(shù)量。
上述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其中，所述聲音信號(hào)采集步驟包括 設(shè)置一隔音室，用于降低環(huán)境噪聲的干擾，提高信噪比； 在所述隔音室內(nèi)設(shè)置一樣品容器，用于容置所述被測(cè)糧食樣品； 在所述樣品容器內(nèi)設(shè)置音頻傳感器陣列，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音進(jìn)
行探測(cè)。
上述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其中，所述糧蟲(chóng)定位步驟包括 信號(hào)接收及存儲(chǔ)步驟，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)；
信號(hào)處理步驟，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為音頻特征參數(shù)，所述音頻特征參 數(shù)包括幅度、均值、方差、頻率； 信號(hào)運(yùn)算步驟，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)空間 位置。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其中，所述信號(hào)運(yùn)算步驟包括定位步驟，用于計(jì)算確定所述 糧蟲(chóng)的空間位置，所述定位步驟包括 確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間步驟，用于對(duì)所述音頻特征參數(shù)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到所述
音頻數(shù)字信號(hào)到達(dá)所述聲音信號(hào)采集步驟的任意兩采集點(diǎn)的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t :
t = kTs = ;1^(052 + 式中，k = 1，2， ......， N， i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， N，用于互相關(guān)計(jì)算的所述音頻探測(cè)頭的點(diǎn)數(shù)， t，所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間， S^所述1號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值， S2，所述2號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值，
，互相關(guān)處理后得到的互相關(guān)函數(shù)， kTs，為互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，
L，采樣時(shí)間； 確定空間位置步驟，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及空間定位公式計(jì)算并得到所述 糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)(X， Y， Z)，所述空間定位公式如下
& = [ (X-Xi) 2+ (Y-Yi) 2+ (Z—Z》2]1/2..................1 糧蟲(chóng)到第i個(gè)音頻探測(cè)頭和到i+l個(gè)音頻探測(cè)頭的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t對(duì)應(yīng)的距離 為 t*c = ti*C-ti+1*C = R「Ri+1 = [ (X-Xi) 2+ (Y-Yi) 2+ (Z—Z》2] 1/2- [ (X_Xi+1) 2+ (Y_Yi+1) 2+ (Z_Zi+1)2]1/2..................2 Xi， Yi， Zi， Xi+1， Yi+1， Zi+1已知，測(cè)得三個(gè)所述音頻探測(cè)頭相互之間的相對(duì)延時(shí)時(shí)間 t，代入所述公式2，聯(lián)立三個(gè)方程計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)，
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其中， i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， &為糧蟲(chóng)到所述第i個(gè)音頻探測(cè)頭的距離， c為聲速， Xi， Yi， Zi，為第i個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)， Xi+1， Yi+1， Zi+1，為第i+1個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)。 上述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其中，所述信號(hào)運(yùn)算步驟還包括驗(yàn)證步驟，用于驗(yàn)證所述糧 蟲(chóng)的空間位置，所述驗(yàn)證步驟包括 聲源聲強(qiáng)計(jì)算步驟，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)計(jì)算 并得到聲源聲強(qiáng)參數(shù)戸。 令F。 = (F。i+F。j+F。k) /3，聲源聲強(qiáng)按如下公式計(jì)算 F。 = F*R2/ a a是比例系數(shù)，由試驗(yàn)確定， F。為聲源的聲強(qiáng)， F為探測(cè)到的聲強(qiáng)， R為糧蟲(chóng)到所述音頻探測(cè)頭的聲音傳輸距離， i， j， k，為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， FM， F。j， F。k，分別為對(duì)應(yīng)所述音頻探測(cè)頭推算得到的聲源的聲強(qiáng)， 比較判斷步驟，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值A(chǔ)進(jìn)行比較，若-野+fe -對(duì)+- W]/3 < ^ 則判斷該點(diǎn)為糧蟲(chóng)； 選擇步驟，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選擇輸出、結(jié)束或返回所述定位步驟。 本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明針對(duì)糧蟲(chóng)探測(cè)方法，提出了一種基于傳感器陣列、
數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸、數(shù)字音頻信號(hào)處理、互相關(guān)技術(shù)及空間定位技術(shù)的測(cè)量方法與裝置，為解決
糧蟲(chóng)探測(cè)的精度問(wèn)題提供了一條有效的途徑，測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其中，兩級(jí)隔
音室提高了系統(tǒng)對(duì)環(huán)境干擾的抵抗力；無(wú)線傳輸模式使得實(shí)現(xiàn)隔音更方便，也更容易滿足
糧庫(kù)的多點(diǎn)探測(cè)需要；傳感器陣列配合互相關(guān)技術(shù)與空間定位技術(shù)有效地提高了識(shí)別精
度。這些為解決糧蟲(chóng)探測(cè)的精度問(wèn)題提供了一條有效的途徑，測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)線傳輸
使得操作更為方便，實(shí)現(xiàn)了糧蟲(chóng)密度的準(zhǔn)確、自動(dòng)以及高效探測(cè)。 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置一實(shí)施例隔音室的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的左視圖； 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的樣品容器俯視圖；
圖5為圖4所示實(shí)施例的活動(dòng)插板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明一最佳實(shí)施例的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖
圖7為本發(fā)明一最佳實(shí)施例的糧蟲(chóng)探測(cè)方法流程圖；:0088] 圖8為本發(fā)明的信號(hào)運(yùn)算流程圖。
:0089] 其中，附圖標(biāo)記
:0090] 1聲音信號(hào)采集模塊
:O091] 11隔音室
:0092] 111內(nèi)隔音層
:0093] 112外隔音層
:0094] 113內(nèi)部隔音區(qū)
:0095] 12樣品容器
:0096] 13音頻傳感器陣列
:0097] 131活動(dòng)插板
:0098] 132音頻探測(cè)頭
:0099] 133傳感器安置孔
:0100] 2信號(hào)傳輸模塊
:oioi] 2l信號(hào)放大器
:0102] 22A/D轉(zhuǎn)換器
:0103] 23信號(hào)輸出端口
:0104] 3糧蟲(chóng)定位模塊
:0105] 31信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元
:0106] 32信號(hào)處理單元
:0107] 33信號(hào)運(yùn)算單元
:0108] 331定位次單元
:0109] 3311確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間子單元
:0110] 3312確定空間位置子單元
:0111] 332驗(yàn)證次單元
:0112] 3321聲源聲強(qiáng)計(jì)算子單元
:0113] 3322比較判斷子單元
:0114] 3323選擇子單元
:01巧]4統(tǒng)計(jì)輸出模塊
:0116] Sl S4、S31 S33、S331、 S332、 S3311、 S3312、 S3321 S3323、S11 S13步驟
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述 本發(fā)明針對(duì)糧蟲(chóng)探測(cè)裝置及方法，提出了一種基于傳感器陣列、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸、數(shù) 字音頻信號(hào)處理、互相關(guān)技術(shù)及空間定位技術(shù)的測(cè)量方法與裝置，為解決糧蟲(chóng)探測(cè)的精度 問(wèn)題提供了一條有效的途徑，測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。 參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明是一種利用音頻探測(cè) 技術(shù)進(jìn)行糧蟲(chóng)檢測(cè)的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，包括聲音信號(hào)采集模塊l，用于采集并放大被測(cè)糧食 樣品內(nèi)的糧蟲(chóng)取食、運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)時(shí)的聲音；信號(hào)傳輸模塊2，與所述聲音信號(hào)采集模塊1連 接，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸出；糧蟲(chóng)定位模塊3，與所述信號(hào)傳輸模塊2連接，用于接收、存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)，處理 所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所述糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧蟲(chóng) 的空間位置；統(tǒng)計(jì)輸出模塊4，與所述糧蟲(chóng)定位模塊3連接，用于根據(jù)所述糧蟲(chóng)空間位置統(tǒng) 計(jì)并輸出所述被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的數(shù)量。所述互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算即利用互相關(guān)函數(shù)及 空間定位技術(shù)根據(jù)處理后的音頻特征參數(shù)計(jì)算出糧蟲(chóng)的空間位置。 參見(jiàn)圖2及圖3，圖2為本發(fā)明的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置一實(shí)施例隔音室的結(jié)構(gòu)示意圖，圖 3為圖2的左視圖。所述聲音信號(hào)采集模塊1包括隔音室ll，用于降低環(huán)境噪聲的干擾， 提高信噪比；樣品容器12，設(shè)置在所述隔音室11內(nèi)，用于容置所述被測(cè)糧食樣品；音頻傳感 器陣列13，設(shè)置在所述樣品容器12內(nèi)，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)狀況進(jìn)行探測(cè)。其 中，所述音頻傳感器陣列13包括活動(dòng)插板131及多個(gè)音頻探測(cè)頭132，所述活動(dòng)插板131上 設(shè)置有多個(gè)傳感器安置孔133，所述音頻探測(cè)頭132分別安裝在所述傳感器安置孔133內(nèi)。
參見(jiàn)圖4及圖5，圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的樣品容器俯視圖，圖5為圖4所示實(shí)施 例的活動(dòng)插板結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4中，待測(cè)的糧食樣品填充于樣品容器12中，音頻探測(cè)頭 132嵌入活動(dòng)插板131上的傳感器安置孔133后，插入樣品容器12內(nèi)并固定，將信號(hào)傳輸模 塊2置于電路模塊放置區(qū)121中。 再參見(jiàn)圖1 ，所述信號(hào)傳輸模塊2包括順次連接的信號(hào)放大器21 、A/D轉(zhuǎn)換器22及 信號(hào)輸出端口 23，所述信號(hào)輸出端口 23可以為電纜線輸出，也可以為無(wú)線發(fā)射器，本實(shí)施 例中優(yōu)選無(wú)線發(fā)射器，以方便樣品容器12的取出和放入，當(dāng)該信號(hào)輸出端口 23選用無(wú)線發(fā) 射器時(shí)，所述信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元3對(duì)應(yīng)設(shè)置有無(wú)線接收器，以完成音頻信號(hào)的傳輸。
所述糧蟲(chóng)定位模塊3包括信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元31，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào)傳 輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理單元32，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為幅度、均 值、方差、頻率等音頻特征參數(shù)；信號(hào)運(yùn)算單元33，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所述被 測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)空間位置。 其中，所述信號(hào)運(yùn)算單元33包括定位次單元331，用于計(jì)算確定所述糧蟲(chóng)的空間 位置，該定位次單元331包括確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間子單元3311，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù) 計(jì)算得到所述音頻數(shù)字信號(hào)到達(dá)任意兩音頻探測(cè)頭132的相對(duì)延時(shí)時(shí)間；確定空間位置子 單元3312，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間計(jì)算并得到所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)。
參見(jiàn)圖6，圖6為本發(fā)明一最佳實(shí)施例的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖。為了提高檢測(cè)的 準(zhǔn)確性，本發(fā)明還可以增加一驗(yàn)證次單元332，用于驗(yàn)證所述糧蟲(chóng)的位置，驗(yàn)證次單元332 又包括聲源聲強(qiáng)計(jì)算子單元3321，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述糧蟲(chóng)的空間坐標(biāo)計(jì) 算并得到聲源聲強(qiáng)參數(shù)；比較判斷子單元3322，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值進(jìn)行 比較，并根據(jù)比較結(jié)果做出是否糧蟲(chóng)的判斷結(jié)果；選擇子單元3323，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選 擇輸出、結(jié)束或返回所述定位次單元331。 在圖2及圖3中，圖4所示的樣品容器12置于由隔音材料構(gòu)成的內(nèi)部隔音區(qū)113 中。隔音區(qū)由外到里分別使用PS-4A阻力板作為外隔音層112，和ABN-9T吸音板材料作為 內(nèi)隔音層lll，制作了一個(gè)雙層的隔音室11，以降低環(huán)境噪聲的影響。音頻探測(cè)頭132由圓 形鋁合金外圈和圓形壓電片組成。鋁合金外殼外徑2. 4cm、內(nèi)徑2cm、高lcm，空心，內(nèi)徑邊沿 有倒角，用于固定壓電片，倒角直徑2.2cm，深0.2mm。壓電片直徑為2. lcm、厚0. lmm，嵌在 鋁合金外圈的兩個(gè)表面內(nèi)，并用密封膠密封。鋁合金外圈上留有一個(gè)5mm的孔用于壓電片
10信號(hào)引線。本實(shí)施例的音頻傳感器陣列13優(yōu)選用12個(gè)音頻探測(cè)頭132組成，12個(gè)音頻探 測(cè)頭132分別嵌入兩塊活動(dòng)插板131內(nèi)，組成音頻傳感器陣列13。 檢測(cè)時(shí)，取約2Kg的糧食樣品，將其倒入樣品容器12中，將12路音頻探測(cè)頭132 的信號(hào)線分別接入各自的信號(hào)傳輸模塊2的相應(yīng)輸入端，并將該信號(hào)傳輸模塊2置于活動(dòng) 插板131與樣品容器12的外殼形成的空間即電路模塊放置區(qū)121里。信號(hào)傳輸模塊2的 信號(hào)放大器21采用的是3414A音頻放大芯片，A/D轉(zhuǎn)換器選用單片機(jī)，信號(hào)放大器21的輸 出接入單片機(jī)MSP430F169的12位的A/D輸入端，單片機(jī)通過(guò)信號(hào)輸出端口 23，本實(shí)施例 中為SPI接口與無(wú)線通信芯片nRF24L01進(jìn)行通信，將音頻信號(hào)傳遞出去。而無(wú)線接收與網(wǎng) 口通訊模塊則由nRF24L01、 MSP430F169和網(wǎng)口芯片CS8900構(gòu)成，單片機(jī)通過(guò)SPI接口由 nRF24L01接收到無(wú)線音頻信號(hào)，通過(guò)CS8900與糧蟲(chóng)定位模塊3建立網(wǎng)口通信，最終將數(shù)據(jù) 傳遞給糧蟲(chóng)定位模塊3，本實(shí)施例優(yōu)選計(jì)算機(jī)進(jìn)行音頻信號(hào)的儲(chǔ)存與處理。
計(jì)算機(jī)放在隔音室11外部的便攜式推車(chē)14上，可流動(dòng)作業(yè)。將無(wú)線接收板與計(jì) 算機(jī)的網(wǎng)口通過(guò)網(wǎng)線連接好后，啟動(dòng)信號(hào)傳輸模塊2，以及計(jì)算機(jī)的無(wú)線接收與網(wǎng)口通訊模 塊，將內(nèi)嵌隔音材料的樣品容器12的頂蓋蓋嚴(yán)，最后運(yùn)行計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集軟件。靜置10 分鐘，待糧蟲(chóng)適應(yīng)新環(huán)境后，開(kāi)始連續(xù)采集音頻數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理與結(jié)果顯 示。測(cè)量結(jié)束后，通過(guò)圖2中的手柄15將內(nèi)隔音層111及其內(nèi)部放置的樣品容器12取出， 將樣品清理完畢后，即可進(jìn)行下一次的測(cè)量。 本實(shí)施例使用無(wú)線傳輸?shù)哪Ｊ剑梢詽M足糧食收購(gòu)與糧庫(kù)的便利需要；利用傳感 器陣列，可以對(duì)糧蟲(chóng)進(jìn)行定位判別，提高識(shí)別精度。 本發(fā)明的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置使用兩種隔音材料制作的雙層隔音室，能有效的隔離環(huán)境 噪聲的干擾，提高儀器的信噪比，滿足在吵雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)用需要。由壓電片制作的音 頻探測(cè)頭音頻探測(cè)頭組成的傳感器陣列，從多個(gè)方位對(duì)糧蟲(chóng)的活動(dòng)狀況進(jìn)行探測(cè)，由信號(hào) 放大——采集電路得到所述的各路音頻信號(hào)。將所述的音頻信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射電路以無(wú)線 的方式由密封的隔音室內(nèi)傳輸至隔音室外，由無(wú)線接收電路接收，并通過(guò)以太網(wǎng)口電路接 口傳輸至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)所述的多路音頻信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，得到相對(duì)延時(shí)時(shí)間；對(duì)所 述的多通道音頻信號(hào)通過(guò)時(shí)域與頻域的分析，得到糧蟲(chóng)音頻信號(hào)的幅度、均值、方差、頻率 等性質(zhì)。根據(jù)所述的相對(duì)延時(shí)時(shí)間、所述的音頻信號(hào)的幅度，實(shí)現(xiàn)對(duì)糧蟲(chóng)的數(shù)量的識(shí)別。
本發(fā)明還提供了一種利用音頻探測(cè)技術(shù)進(jìn)行糧蟲(chóng)檢測(cè)的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，對(duì)采集到 的音頻數(shù)據(jù)，先通過(guò)數(shù)據(jù)平滑、小波變換等處理手段進(jìn)行前處理，進(jìn)一步削弱環(huán)境和儀器噪 聲等各種因素的影響，提高信噪比。然后通過(guò)設(shè)定的閾值來(lái)識(shí)別是否是有效的糧蟲(chóng)信號(hào)，再 有針對(duì)性的進(jìn)行音頻特征參數(shù)的提取。糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)可以通過(guò)時(shí)域與頻域的分析處 理得到。通過(guò)時(shí)域的分析，可以得到糧蟲(chóng)音頻信號(hào)的幅度、均值、方差等幾何性質(zhì)。由于同 一個(gè)聲源距離各個(gè)傳感器的距離差異，使得該聲源到達(dá)各個(gè)傳感器的時(shí)間和幅度會(huì)不同， 通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的圖形顯示功能對(duì)時(shí)域波形圖進(jìn)行顯示，并計(jì)算出音頻脈沖的持續(xù)時(shí)間、 脈沖間隔、脈沖率、脈沖組、脈沖組持續(xù)時(shí)間、脈沖組間隔、脈沖組率、脈沖序列持續(xù)時(shí)間等 時(shí)域參數(shù)，尤其是波形圖中的波峰、波谷和包絡(luò)的位置。然后結(jié)合互相關(guān)技術(shù)得到同一個(gè)聲 源到達(dá)各個(gè)音頻探測(cè)頭音頻探測(cè)頭的相對(duì)延時(shí)時(shí)間，并結(jié)合相應(yīng)的幅度差異來(lái)推算出該聲 源在傳感器陣列空間中的相對(duì)位置。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的連續(xù)采集與分析，我們就可以得到被 測(cè)樣品中糧蟲(chóng)的空間分布圖，也就得到了較為精確的糧蟲(chóng)數(shù)量。
參見(jiàn)圖7，圖7為本發(fā)明一最佳實(shí)施例的糧蟲(chóng)探測(cè)方法流程圖。本發(fā)明的糧蟲(chóng)探 測(cè)方法包括如下步驟聲音信號(hào)采集步驟Sl，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng) 聲音；信號(hào)傳輸步驟S2，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸 出；糧蟲(chóng)定位步驟S3，用于接收、存儲(chǔ)所述音頻數(shù)字信號(hào)，處理所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所述 糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間位置；統(tǒng)計(jì)輸出步驟 S4，根據(jù)所述糧蟲(chóng)的空間位置統(tǒng)計(jì)并輸出所述糧蟲(chóng)的數(shù)量。 所述聲音信號(hào)采集步驟S1包括步驟S11，設(shè)置一隔音室，用于降低環(huán)境噪聲的干 擾，提高信噪比；步驟S12，在所述隔音室內(nèi)設(shè)置一樣品容器，用于容置所述被測(cè)糧食樣品； 步驟S13，在所述樣品容器12內(nèi)設(shè)置音頻傳感器陣列，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)狀 況進(jìn)行探測(cè)。該步驟通過(guò)在樣品容器外圍使用雙層或多層隔音技術(shù)，以降低環(huán)境噪聲的干 擾，提高信噪比。并采用了音頻傳感器陣列，可以同時(shí)對(duì)多通道的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集， 得到糧蟲(chóng)的語(yǔ)音信號(hào)。然后，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，將所述的多通道音頻數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸 至隔音室外的計(jì)算機(jī)，并對(duì)所述音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，得到信號(hào)到達(dá)各傳感器的 相對(duì)延時(shí)時(shí)間。 信號(hào)傳輸步驟S2，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào) 輸出到糧蟲(chóng)定位步驟S3，包括設(shè)置并順次連接一信號(hào)放大器21、一 A/D轉(zhuǎn)換器22及一信號(hào) 輸出端口 23，所述信號(hào)輸出端口 23可以為電纜線輸出，也可以為無(wú)線發(fā)射器，本實(shí)施例中 優(yōu)選無(wú)線發(fā)射器，以方便樣品容器12的取出和放入，當(dāng)該信號(hào)輸出端口 23選用無(wú)線發(fā)射器 時(shí)，所述信號(hào)接收及存儲(chǔ)步驟S3對(duì)應(yīng)設(shè)置有無(wú)線接收器，以完成音頻數(shù)字信號(hào)的傳輸。
所述糧蟲(chóng)定位步驟S3包括信號(hào)接收及存儲(chǔ)步驟S31，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào) 傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理步驟S32，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為幅度、 均值、方差、頻率等音頻特征參數(shù)；信號(hào)運(yùn)算步驟S33，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所 述被測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)空間位置。 所述信號(hào)運(yùn)算步驟S33包括定位步驟S331，用于計(jì)算確定所述糧蟲(chóng)的位置，定位 步驟S331包括確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間步驟S3311，用于對(duì)所述音頻特征參數(shù)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù) 計(jì)算得到所述音頻數(shù)字信號(hào)到達(dá)所述聲音信號(hào)采集步驟的任意兩音頻探測(cè)頭132的相對(duì) 延時(shí)時(shí)間t，采用波形相關(guān)性來(lái)測(cè)量相對(duì)延時(shí)時(shí)間t，由兩個(gè)傳感器信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)取得 最大值時(shí)的k值與采樣時(shí)間計(jì)算延時(shí)時(shí)間
t = kTs Aw (A) = ; Z & (/ + " 式中，k = 1，2， ......， N， i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， N，用于互相關(guān)計(jì)算的所述音頻探測(cè)頭的點(diǎn)數(shù)， t，所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間， S^所述1號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值， S2，所述2號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值， A,s2 ，互相關(guān)處理后得到的互相關(guān)函數(shù)， kTs，為互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，
Ts，聲音信號(hào)采集模塊A/D轉(zhuǎn)換采樣間隔時(shí)間； 確定空間位置步驟S3312，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及空間定位公式計(jì)算并得 到所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)(X， Y， Z)，所述空間定位公式如下
& = [(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2]"2..................1 糧蟲(chóng)到第i個(gè)音頻探測(cè)頭和到i+1個(gè)音頻探測(cè)頭的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t對(duì)應(yīng)的距離 為 t*c = ti*c—ti+1*c = Ri—Ri+1 = [ (X—X》2+ (Y—Y》2+ (Z—Z》2] 1/2— [ (X—Xi+1) 2+ (Y—Yi+1) 2+ (Z_Zi+1)2]1/2..................2 Xi， Yi， Zi， Xi+1， Yi+1， Zi+1已知，測(cè)得三個(gè)所述音頻探測(cè)頭相互之間的相對(duì)延時(shí)時(shí)間 t，代入所述公式2，聯(lián)立三個(gè)方程計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間坐標(biāo)，
其中， i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， &為糧蟲(chóng)到所述第i個(gè)音頻探測(cè)頭的距離， c為聲速， Xi， Yi， Zi，第i個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)，
Xi+1， Yi+1， Z卬第i+1個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)。 為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，本發(fā)明還可以增加一驗(yàn)證步驟S332，用于驗(yàn)證所述糧蟲(chóng)
的位置，驗(yàn)證步驟S332包括聲源聲強(qiáng)計(jì)算步驟S3321，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述
糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)計(jì)算并得到聲源聲強(qiáng)參數(shù)戸。 令F。 = (F。i+F。j+F。k)/3，聲源聲強(qiáng)按如下公式計(jì)算 F0 = F*R2/a a是比例系數(shù)，由試驗(yàn)確定(由于探測(cè)器的制作具有不一致性，該值可根據(jù)具體 探測(cè)器的特性通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定得到)，
F。為聲源的聲強(qiáng)，
F為探測(cè)到的聲強(qiáng)， R為糧蟲(chóng)到所述音頻探測(cè)頭的聲音傳輸距離， i， j， k，為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)， FM， F。j， F。k，分別為對(duì)應(yīng)所述音頻探測(cè)頭聲源的聲強(qiáng)； 比較判斷步驟S3322，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值A(chǔ)進(jìn)行比較，若
批-"+—k, -對(duì)+ fc -"]/3 d
則判斷該點(diǎn)為糧蟲(chóng)； 選擇步驟S3323，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選擇輸出、結(jié)束或返回所述定位步驟，當(dāng)該值 〈A時(shí)，判斷該點(diǎn)為糧蟲(chóng)，輸出該判斷結(jié)果；當(dāng)該值^A時(shí)，再判斷用于計(jì)算的數(shù)據(jù)是否為采 集自最后一組音頻探測(cè)頭，如果是，則選擇結(jié)束；如果否，則返回所述定位步驟S331 。
參見(jiàn)圖8，圖8為本發(fā)明的信號(hào)運(yùn)算流程圖。對(duì)所述的多通道音頻數(shù)字信號(hào)通過(guò)時(shí) 域與頻域的分析，可以得到糧蟲(chóng)音頻數(shù)字信號(hào)的幅度、均值、方差、頻率等性質(zhì)。并計(jì)算出音 頻波峰、波谷和包絡(luò)線。 根據(jù)所述的各音頻探測(cè)頭音頻數(shù)字信號(hào)的幅度、均值、方差、頻率等信息，以如下 公式得到所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間
13
t = kTs + 式中，k = 1，2， ......， N ; N，用于互相關(guān)計(jì)算的音頻探測(cè)頭的點(diǎn)數(shù)；
t，延時(shí)時(shí)間； S15 1號(hào)音頻探測(cè)頭獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值；
S2， 2號(hào)音頻探測(cè)頭陣列獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值；
AlS2 ，互相關(guān)處理后得到的互相關(guān)函數(shù)；
ki;，為互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間；
L，采樣時(shí)間。 由^SA取得最大值時(shí)測(cè)得1和2號(hào)音頻探測(cè)頭之間的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t = kTs，同理 依次可測(cè)得N個(gè)音頻探測(cè)頭相互之間的延時(shí)時(shí)間。 設(shè)糧蟲(chóng)的空間點(diǎn)P的坐標(biāo)為(X，Y，Z)，音頻探測(cè)頭Bi的坐標(biāo)為(Xi，Yi，Zi)，其中i 為音頻探測(cè)頭的序號(hào)。則糧蟲(chóng)到第i個(gè)音頻探測(cè)頭的距離&為
& = [ (X-Xi) 2+ (Y-Yi) 2+ (Z-Zi)2]1/2 設(shè)聲速為c，則糧蟲(chóng)到第i個(gè)音頻探測(cè)頭和到到i+1個(gè)音頻探測(cè)頭的相對(duì)延時(shí)時(shí)間 t對(duì)應(yīng)的距離為 t*c = ti*C-ti+1*C = R「Ri+1 = [ (X-Xi) 2+ (Y-Y》2+ (Z_Z》2] 1/2_ [ (X_Xi+1) 2+ (Y_Yi+1) 2+ (Z_Zi+1)2]1/2 由于Bi(Xi，Yi，Z》，PBi+1(Xi+1，Yi+1，Zi+1)點(diǎn)的坐標(biāo)已知，t為相對(duì)延時(shí)時(shí)間可測(cè)出， 所以上述方程中只有P的坐標(biāo)(X， Y， Z) 3個(gè)未知數(shù)，故只需3個(gè)音頻探測(cè)頭相互之間的相對(duì) 延時(shí)時(shí)間測(cè)得，聯(lián)解這3個(gè)方程，即可計(jì)算出P的坐標(biāo)(X， Y， Z)，該點(diǎn)就是糧蟲(chóng)的可能位置 點(diǎn)。 在確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間步驟S3311中獲得互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t時(shí)
亥!J，由P的坐標(biāo)(X， Y， Z)到i、 j和k號(hào)3個(gè)音頻探測(cè)頭的距離RPi、 RPj、 RPk與i、 j和k號(hào)3
個(gè)音頻探測(cè)頭的探測(cè)到音頻數(shù)字信號(hào)的聲強(qiáng)FPi、 FPj、 FPk計(jì)算聲源聲強(qiáng)按如下公式 F0 = F*R2/a a是比例系數(shù)，由試驗(yàn)確定； F。聲源的聲強(qiáng)； F探測(cè)到的聲強(qiáng)； R聲音傳輸距離。 由此可得FM、 F。j、 F。k，令戸。=(F。i+F。j+F。k) /3，則若
批—"+ (4 一 " + fc — "]/3 d A為設(shè)定閾值，由試驗(yàn)確定，根據(jù)具體情況可以取1 2cm，則可確定P的坐標(biāo)(X， Y，Z)即為糧蟲(chóng)的位置點(diǎn)。重新選擇下一組音頻探測(cè)頭，判斷是否為最后一組音頻探測(cè)頭，如 果是，則選擇結(jié)束，如果不是，再利用定位步驟S331的時(shí)間差測(cè)傳輸距離的方法預(yù)估計(jì)目 標(biāo)，用聲源聲強(qiáng)計(jì)算步驟S3321的方法確定目標(biāo)的準(zhǔn)確性，如此反復(fù)至所有音頻探測(cè)頭132
14的信號(hào)都經(jīng)過(guò)計(jì)算，完成多目標(biāo)的定位。 上述步驟還可以用下述方法進(jìn)行糧蟲(chóng)的驗(yàn)證定位，即獲得互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí) 對(duì)應(yīng)的時(shí)間t時(shí)，由i號(hào)音頻探測(cè)頭到i+1號(hào)音頻探測(cè)頭的傳感器音頻信號(hào)的幅度差F12作 雙曲面，若3個(gè)音頻探測(cè)頭每2個(gè)點(diǎn)之間所作的3條雙曲面相交于一點(diǎn)，則該點(diǎn)就是確定的 糧蟲(chóng)位置。當(dāng)存在多個(gè)糧蟲(chóng)發(fā)聲時(shí)，先利用幅度差的方法預(yù)估計(jì)目標(biāo)并鎖定，再用時(shí)間差的 方法確定準(zhǔn)確的目標(biāo)位置。至此完成了多目標(biāo)的定位，由此進(jìn)行計(jì)數(shù)，探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)容積中糧蟲(chóng) 的數(shù)量。 由于糧蟲(chóng)種類繁多，而且在不同的生長(zhǎng)期和不同的活動(dòng)中，發(fā)出聲音的強(qiáng)度和頻 率特征都有差異，因此若要進(jìn)行準(zhǔn)確的種類識(shí)別，需要先建立糧蟲(chóng)的專家知識(shí)庫(kù)，并需要不 斷的豐富和完善，這是糧蟲(chóng)種類與數(shù)量的識(shí)別依據(jù)。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，包括聲音信號(hào)采集模塊，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音；信號(hào)傳輸模塊，與所述聲音信號(hào)采集模塊連接，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸出；糧蟲(chóng)定位模塊，與所述信號(hào)傳輸模塊連接，用于接收、存儲(chǔ)所述音頻數(shù)字信號(hào)，處理所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所述糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)空間位置；統(tǒng)計(jì)輸出模塊，與所述糧蟲(chóng)定位模塊連接，用于根據(jù)所述糧蟲(chóng)空間位置統(tǒng)計(jì)并輸出所述糧蟲(chóng)的數(shù)量。
2. 如權(quán)利要求1所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述聲音信號(hào)采集模塊包括 隔音室，用于降低環(huán)境噪聲的干擾，提高信噪比； 樣品容器，設(shè)置在所述隔音室內(nèi)，用于容置所述被測(cè)糧食樣品；音頻傳感器陣列，設(shè)置在所述樣品容器內(nèi)，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音進(jìn)行 探測(cè)。
3. 如權(quán)利要求2所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述音頻傳感器陣列包括活動(dòng)插 板及多個(gè)音頻探測(cè)頭，所述活動(dòng)插板上設(shè)置有多個(gè)傳感器安置孔，所述音頻探測(cè)頭分別安 裝在所述傳感器安置孔內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述糧蟲(chóng)定位模塊包括 信號(hào)接收及存儲(chǔ)單元，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)； 信號(hào)處理單元，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為音頻特征參數(shù)，所述音頻特征參數(shù)包括幅度、均值、方差、頻率；信號(hào)運(yùn)算單元，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)位置。
5. 如權(quán)利要求4所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)運(yùn)算單元包括定位次單 元，用于計(jì)算確定所述糧蟲(chóng)的位置，所述定位次單元包括確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間子單元，用于對(duì)所述音頻特征參數(shù)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到所述音 頻數(shù)字信號(hào)到達(dá)所述聲音信號(hào)采集模塊的任意兩采集點(diǎn)的相對(duì)延時(shí)時(shí)間；確定空間位置子單元，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及空間定位公式計(jì)算并得到所述糧 蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)。
6. 如權(quán)利要求4所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)運(yùn)算單元還包括驗(yàn)證次 單元，用于驗(yàn)證所述糧蟲(chóng)的位置，所述驗(yàn)證次單元包括聲源聲強(qiáng)計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)計(jì)算并 得到聲源聲強(qiáng)參數(shù)；比較判斷子單元，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果做 出是否糧蟲(chóng)的判斷；選擇子單元，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選擇輸出、結(jié)束或返回所述定位次單元。
7. 如權(quán)利要求1所述的糧蟲(chóng)探測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)傳輸模塊包括順次連接 的信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊及信號(hào)輸出端口 ，所述信號(hào)輸出端口為無(wú)線發(fā)射器，所述信號(hào) 接收及存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)設(shè)置有無(wú)線接收器。
8. —種糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟聲音信號(hào)采集步驟，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音； 信號(hào)傳輸步驟，用于接收所述活動(dòng)聲音并將所述活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸出； 糧蟲(chóng)定位步驟，用于接收、存儲(chǔ)所述音頻數(shù)字信號(hào)，處理所述音頻數(shù)字信號(hào)得到所述糧 蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，并用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間位置； 統(tǒng)計(jì)輸出步驟，根據(jù)所述糧蟲(chóng)的空間位置統(tǒng)計(jì)并輸出所述糧蟲(chóng)的數(shù)量。
9. 如權(quán)利要求8所述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其特征在于，所述聲音信號(hào)采集步驟包括 設(shè)置一隔音室，用于降低環(huán)境噪聲的干擾，提高信噪比； 在所述隔音室內(nèi)設(shè)置一樣品容器，用于容置所述被測(cè)糧食樣品；在所述樣品容器內(nèi)設(shè)置音頻傳感器陣列，用于從多方位對(duì)所述糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音進(jìn)行探
10. 如權(quán)利要求8所述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其特征在于，所述糧蟲(chóng)定位步驟包括 信號(hào)接收及存儲(chǔ)步驟，用于接收并存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸模塊輸出的音頻數(shù)字信號(hào)； 信號(hào)處理步驟，用于將所述音頻數(shù)字信號(hào)處理為音頻特征參數(shù)，所述音頻特征參數(shù)包括幅度、均值、方差、頻率；信號(hào)運(yùn)算步驟，用于根據(jù)所述音頻特征參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)糧食樣品中的糧蟲(chóng)空間位置。
11. 如權(quán)利要求io所述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其特征在于，所述信號(hào)運(yùn)算步驟包括定位步驟，用于計(jì)算確定所述糧蟲(chóng)的空間位置，所述定位步驟包括確定相對(duì)延時(shí)時(shí)間步驟，用于對(duì)所述音頻特征參數(shù)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到所述音頻 數(shù)字信號(hào)到達(dá)所述聲音信號(hào)采集步驟的任意兩采集點(diǎn)的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t :<formula>formula see original document page 2</formula>式中，k = 1，2， ......， N，i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)，N，用于互相關(guān)計(jì)算的所述音頻探測(cè)頭的點(diǎn)數(shù)，t，所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間，S"所述1號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值， &，所述2號(hào)采集點(diǎn)獲得的音頻數(shù)字信號(hào)幅值，，互相關(guān)處理后得到的互相關(guān)函數(shù)， kTs，為互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間， L，采樣時(shí)間；確定空間位置步驟，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及空間定位公式計(jì)算并得到所述糧蟲(chóng) 的空間位置坐標(biāo)(X， Y， Z)，所述空間定位公式如下 Ri = [(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2]"2..................1糧蟲(chóng)到第i個(gè)音頻探測(cè)頭和到i+l個(gè)音頻探測(cè)頭的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t對(duì)應(yīng)的距離為 t*c = ti*C-ti+1*C = R「Ri+1 = [(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2]"2-[(X-Xw)2+(Y-Yw)2+(Z-Z i+1)T/22Xi， Yi， Zi， Xi+1， Yi+1， Zi+1已知，測(cè)得三個(gè)所述音頻探測(cè)頭相互之間的相對(duì)延時(shí)時(shí)間t，代入所述公式2，聯(lián)立三個(gè)方程計(jì)算得到所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)， 其中，i為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)，Ri為糧蟲(chóng)到所述第i個(gè)音頻探測(cè)頭的距離，c為聲速，Xi， Yi， Zi，為第i個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)，Xi+1， Yi+1， Zw，為第i+1個(gè)音頻探測(cè)頭的空間坐標(biāo)。
12.如權(quán)利要求IO所述的糧蟲(chóng)探測(cè)方法，其特征在于，所述信號(hào)運(yùn)算步驟還包括驗(yàn)證 步驟，用于驗(yàn)證所述糧蟲(chóng)的空間位置，所述驗(yàn)證步驟包括聲源聲強(qiáng)計(jì)算步驟，用于根據(jù)所述相對(duì)延時(shí)時(shí)間及所述糧蟲(chóng)的空間位置坐標(biāo)計(jì)算并得 到聲源聲強(qiáng)參數(shù)&:令戸。=(F。i+F。j+F。k)/3，聲源聲強(qiáng)按如下公式計(jì)算<formula>formula see original document page 2</formula>a為比例系數(shù)，由試驗(yàn)確定， F。為聲源的聲強(qiáng)， F為探測(cè)到的聲強(qiáng)，R為糧蟲(chóng)到所述音頻探測(cè)頭的聲音傳輸距離，I， j， k，為所述音頻探測(cè)頭的序號(hào)，F(xiàn)Qi， F。j， F。k，分別為對(duì)應(yīng)所述音頻探測(cè)頭聲源的聲強(qiáng)，比較判斷步驟，用于對(duì)所述聲源聲強(qiáng)參數(shù)與設(shè)定閾值A(chǔ)進(jìn)行比較，<formula>formula see original document page 4</formula>判斷該點(diǎn)為糧蟲(chóng)；選擇步驟，用于根據(jù)判斷結(jié)果，選擇輸出、結(jié)束或返回所述定位步驟。
全文摘要
一種糧蟲(chóng)探測(cè)裝置及方法，利用音頻探測(cè)技術(shù)進(jìn)行糧蟲(chóng)檢測(cè)，該裝置包括聲音信號(hào)采集模塊，用于采集并放大被測(cè)糧食樣品內(nèi)糧蟲(chóng)的活動(dòng)聲音；信號(hào)傳輸模塊，與該聲音信號(hào)采集模塊連接，用于接收該活動(dòng)聲音并將該活動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換為音頻數(shù)字信號(hào)輸出；糧蟲(chóng)定位模塊，與該信號(hào)傳輸模塊連接，用于接收、存儲(chǔ)該音頻數(shù)字信號(hào)，處理該音頻數(shù)字信號(hào)得到該糧蟲(chóng)的音頻特征參數(shù)，用互相關(guān)函數(shù)定位計(jì)算得到該糧蟲(chóng)空間位置；統(tǒng)計(jì)輸出模塊，與該糧蟲(chóng)定位模塊連接，根據(jù)該糧蟲(chóng)位置統(tǒng)計(jì)并輸出該糧蟲(chóng)的數(shù)量。本發(fā)明為解決糧蟲(chóng)探測(cè)的精度問(wèn)題提供了一條有效的途徑，測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)線傳輸使得操作更為方便，實(shí)現(xiàn)了糧蟲(chóng)密度的準(zhǔn)確、自動(dòng)以及高效探測(cè)。
文檔編號(hào)G01H17/00GK101788689SQ20101003423
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者張小超, 張銀橋, 胡小安, 趙博 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院