一种家畜牧食声音信号采集装置及使用该装置的采集方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种家畜牧食声音信号采集装置及使用该装置的采集方法，该装置包括基底、挡风隔音棉、硅胶套、麦克风、回弹泡沫以及干扰噪音消除模块。基底贴在家畜剪毛额头的表面上，挡风隔音棉呈吸盘状，且包住基底，并固定在额头上。硅胶套具有内层、隔音层以及外层。外层与挡风隔音棉贴合并固定，隔音层位于外层和内层之间。内层与基底、剪毛表面围成密闭空间。麦克风设置在密闭空间中，并采集家畜的声音信号。回弹泡沫覆盖在麦克风上，在膨胀后延伸至内层。羊声干扰噪音消除模块用于剔除干扰噪声。本发明专利技术具有弱化环境噪声和剔除干扰噪声的效果，使环境风声、羊的干扰噪声和其它噪音的干扰最小化，易于拆卸更换，小巧方便，方便安装。

A sound signal acquisition device for animal husbandry and its acquisition method

【技术实现步骤摘要】
一种家畜牧食声音信号采集装置及使用该装置的采集方法
本专利技术涉及畜牧
的一种信号采集装置，尤其涉及一种家畜牧食声音信号采集装置，还涉及使用该采集装置的一种家畜牧食声音信号采集方法。
技术介绍
在我国内蒙古和新疆等地区，畜牧产业占有重要地位，放牧是畜牧养殖的主要方式。未实行禁牧政策区域的牧民为追求更多经济利益，盲目扩展家畜养殖数量，引起草畜失衡，草地环境遭到破坏。当地畜牧管理工作者虽尽力规范放牧活动，但由于监测技术有限和牧区网络覆盖程度低等因素，一直无法对放牧活动进行有效监控。通过监测自由放牧家畜的牧食行为，估算家畜采食量时空分布，可有效监控家畜采食活动，对解决草畜失衡问题有重要意义。此外，其也可有效提高畜牧管理水平，增加家畜生产力。在各种牧食行为监测方法中，基于声信号的监测方法(简称声学监测方法)凭借对家畜应激小、精度高、功能多等优点，近年来成为研究热点，是最有潜力的监测方法之一。此外声学监测方法也可应用于畜禽个体识别、发情检测、叫声识别分类等动物信息智能感知领域，具有广阔的应用场景。优质的声音信号是声学监测系统的最佳选择。但是，现有技术应用中简单地将麦克风放置到家畜嘴巴附近来采集声音信号，所得信号存在很大环境噪音，信噪比很低，无法应用到实际监测中。相对地，使用麦克风采集家畜额头处振动信号的方式，极大地减少了环境噪音，是一种更佳的信号方式。但在实际使用中，发现传统的在额头处安装麦克风的固定方式一方面弱化环境噪音的能力有限，声音信号中仍然保留较高比例的噪音，同时也未能剔除非目标声音信号，给后续处理带来极大干扰；另一方面固定麦克风也十分困难，当麦克风丢失后因无法方便地更换，造成声音信号的流失和增加许多劳动量。
技术实现思路
为解决现有的家畜牧食声音信号采集装置存在降噪效果较差和安装固定困难的技术问题，本专利技术提供一种家畜牧食声音信号采集装置及使用该装置的采集方法。本专利技术采用以下技术方案实现：一种家畜牧食声音信号采集装置，其包括：基底，其贴在家畜的额头的剪毛表面上；挡风隔音棉，其呈吸盘状，且包住基底，并固定在所述额头上；硅胶套，其具有一体成型的内层、隔音层以及外层；所述外层与挡风隔音棉贴合并固定，所述隔音层位于所述外层和所述内层之间；所述内层与基底、所述剪毛表面围成一个密闭空间；麦克风，其设置在所述密闭空间中，并用于采集家畜的声音信号；回弹泡沫，其覆盖在麦克风上，且在膨胀后延伸至所述内层并挤压硅胶套；以及干扰噪声消除模块，其包括检测单元、提取单元以及控制单元；所述检测单元用于根据所述声音信号的信号幅值，检测每段声信号的起止点，并标记信号段和计算所述信号段的持续时间；所述提取单元用于先在时域中拟合所述检测单元标记的信号段的时域包络线，再从所述时域包络线中提取波形的形状参数；所述提取单元还用于先将所述信号段变换到频域，再拟合频谱包络线，最后提取所述频谱包络线的形状参数，并确定频域主频率范围；所述控制单元用于将所述信号段的持续时间、时频波形形状参数和主频率氛围参数输入到一个预设的判定函数中，获得所述信号段为目标信号的可信参数；若所述可信参数小于一个预设的特定阈值，所述判定函数认为所述信号段为噪音段，所述控制单元将所述信号段的起止点内的幅值设置为零，否则取消标记且不改变信号。干扰噪声消除模块，其包括检测单元、提取单元以及控制单元；所述检测单元用于根据所述声音信号的信号幅值，检测每段声信号的起止点，并标记信号段和计算所述信号段的持续时间；所述提取单元用于先在时域中拟合所述检测单元标记的信号段的时域包络线，再从所述时域包络线中提取波形的形状参数；所述提取单元用于还用于先将所述信号段变换到频域，再拟合频谱包络线，最后提取所述频谱包络线的形状参数，并确定频域主频率范围；所述控制单元用于将所述信号段的持续时间、时频波形形状参数和主频率氛围参数输入到一个预设的判定函数中，获得所述信号段为目标信号的可信参数；若所述可信参数小于一个预设的特定阈值，所述判定函数认为所述信号段为噪音段，所述控制单元将所述信号段的起止点内的幅值设置为零，否则取消标记且不改变信号。本专利技术通过在麦克风的周围设置基底、挡风隔音棉、硅胶套和回弹泡沫，基底能够贴在家畜的额头上，一方面实现麦克风的定位作用，另一方面传递家畜发出的声音至麦克风，使得麦克风可以充分采集家畜发出的声音。挡风隔音棉将基底包住，而硅胶套的三层结构能够进一步起到隔音的作用，这样所形成的密闭空间使环境风声和其它外界噪音的干扰最小化，而回弹泡沫在膨胀后能够增强麦克风和硅胶套之间的摩擦力，同时也能够起到隔音作用，而且拆卸时，可以挤压挡风隔音棉，使回弹泡沫受压缩，而后扯开硅胶套和基底，倒出麦克风，易于拆卸更换，小巧方便。因此，本专利技术解决了现有的家畜牧食声音信号采集装置存在隔音效果较差和安装固定困难的技术问题，实现了隔音效果好，安装方便的目的。而且干扰噪音剔除模块对声音信号进行处理，实现剔除来自家畜发出的干扰噪音，能够采集家畜牧食时的优质声音信号，为放牧家畜牧食行为识别研究提供高信噪比数据，具有十分重要的价值。作为上述方案的进一步改进，挡风隔音棉的开口端上设有与家畜的毛发接触的密封毛，密封毛粘附在所述毛发上。作为上述方案的进一步改进，硅胶套靠近家畜的部分具有粘扣，所述粘扣与基底可拆卸式粘合。作为上述方案的进一步改进，麦克风为单指向电容麦克风，且检测端指向家畜的额头。作为上述方案的进一步改进，所述形状参数包括峰值个数、形状对称性以及平均幅值；所述控制单元还用于将所述检测单元未标记的信号段的幅值设置为零。作为上述方案的进一步改进，所述内层、所述外层的两端分别一体成型，所述隔音层为设置在所述内层和所述外层围成的封闭空气层。作为上述方案的进一步改进，回弹泡沫为圆柱状，且内侧曲面为光滑面，黏贴于麦克风表面；回弹泡沫的外侧曲面为凹凸不平的峰形面，与所述硅胶套内侧相互挤压而接触。作为上述方案的进一步改进，基底与家畜接触的端部为环形结构，麦克风插在所述环形结构的圆孔中。本专利技术还提供一种家畜牧食声音信号采集方法，其应用于上述任意所述的家畜牧食声音信号采集装置中，其包括以下步骤：在家畜的额头上选取一个安装区域，并剪掉所述安装区域内的毛发；将基底安装在所述安装区域上，使基底贴在所述额头的剪毛表面上；将回弹泡沫粘在麦克风的外表面上；将挡风隔音棉黏贴到所述外层上；挤压回弹泡沫，使回弹泡沫能够塞入所述内层中；将回弹泡沫和麦克风作为一个整体塞入硅胶套中，并将硅胶套与基底连接；将挡风隔音棉固定在所述额头上。作为上述方案的进一步改进，所述采集方法还包括以下步骤：利用麦克风采集家畜的声音信号；根据所述声音信号的信号幅值，检测每段声信号的起止点，并标记信号段和计算所述信号段的持续时间；先在时域中拟合所述检测单元标记的信号段的时域包络线，再从所述时域包络线中提取波形的形状参数；先将所述信号段变换到频域，再拟合频谱包络线，最后提取所述频谱包络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，其包括：/n基底(1)，其贴在家畜(6)的额头的剪毛表面上；/n挡风隔音棉(2)，其呈吸盘状，且包住基底(1)，并固定在所述额头上；/n硅胶套(3)，其具有一体成型的内层、隔音层以及外层；所述外层与挡风隔音棉(2)贴合并固定，所述隔音层位于所述外层和所述内层之间；所述内层与基底(1)、所述剪毛表面围成一个密闭空间；/n麦克风(4)，其设置在所述密闭空间中，并用于采集家畜(6)的声音信号；/n回弹泡沫(5)，其覆盖在麦克风(4)上，且在膨胀后延伸至所述内层并挤压硅胶套(3)；以及干扰噪声消除模块，其包括检测单元、提取单元以及控制单元；所述检测单元用于根据所述声音信号的信号幅值，检测每段声信号的起止点，并标记信号段和计算所述信号段的持续时间；所述提取单元用于先在时域中拟合所述检测单元标记的信号段的时域包络线，再从所述时域包络线中提取波形的形状参数；所述提取单元还用于先将所述信号段变换到频域，再拟合频谱包络线，最后提取所述频谱包络线的形状参数，并确定频域主频率范围；所述控制单元用于将所述信号段的持续时间、时频波形形状参数和主频率氛围参数输入到一个预设的判定函数中，获得所述信号段为目标信号的可信参数；若所述可信参数小于一个预设的特定阈值，所述判定函数认为所述信号段为噪音段，所述控制单元将所述信号段的起止点内的幅值设置为零，否则取消标记且不改变信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，其包括：
基底(1)，其贴在家畜(6)的额头的剪毛表面上；
挡风隔音棉(2)，其呈吸盘状，且包住基底(1)，并固定在所述额头上；
硅胶套(3)，其具有一体成型的内层、隔音层以及外层；所述外层与挡风隔音棉(2)贴合并固定，所述隔音层位于所述外层和所述内层之间；所述内层与基底(1)、所述剪毛表面围成一个密闭空间；
麦克风(4)，其设置在所述密闭空间中，并用于采集家畜(6)的声音信号；
回弹泡沫(5)，其覆盖在麦克风(4)上，且在膨胀后延伸至所述内层并挤压硅胶套(3)；以及干扰噪声消除模块，其包括检测单元、提取单元以及控制单元；所述检测单元用于根据所述声音信号的信号幅值，检测每段声信号的起止点，并标记信号段和计算所述信号段的持续时间；所述提取单元用于先在时域中拟合所述检测单元标记的信号段的时域包络线，再从所述时域包络线中提取波形的形状参数；所述提取单元还用于先将所述信号段变换到频域，再拟合频谱包络线，最后提取所述频谱包络线的形状参数，并确定频域主频率范围；所述控制单元用于将所述信号段的持续时间、时频波形形状参数和主频率氛围参数输入到一个预设的判定函数中，获得所述信号段为目标信号的可信参数；若所述可信参数小于一个预设的特定阈值，所述判定函数认为所述信号段为噪音段，所述控制单元将所述信号段的起止点内的幅值设置为零，否则取消标记且不改变信号。


2.如权利要求1所述的家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，挡风隔音棉(2)的开口端上设有与家畜(6)的毛发接触的密封毛(7)，密封毛(7)粘附在所述毛发上。


3.如权利要求1所述的家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，硅胶套(3)靠近家畜(6)的部分具有粘扣，所述粘扣与基底(1)可拆卸式粘合。


4.如权利要求1所述的家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，麦克风(4)为单指向电容麦克风，且检测端指向家畜(6)的额头。


5.如权利要求1所述的家畜牧食声音信号采集装置，其特征在于，所述形状参数包括峰值个数、形状对称性以及平均幅值；所述控制单元还用于将所述检测单元未标记的信号段的幅值设置为零。

【专利技术属性】
技术研发人员：武佩，王奎，于文波，刘飞龙，薛晶，宣传忠，苏赫，王昊毅，杨建宁，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙;15