基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，由非接触昆虫电荷传感器、数字信号处理单元、主控及数据显示传输单元、数据接收和存储单元、电源单元组成。该系统通过对昆虫电荷进行采集，然后通过数字信号处理系统对昆虫电荷信号进行处理，提取昆虫的特征信号进行模式匹配和比对分析，并且通过对信号强弱的变化，获得昆虫的位置信息，可以实现对昆虫的探测定位和精确高效扑杀。利用本实用新型专利技术可以对植物根茎等区域进行电场测量，对数据进行分析和处理，从而来判断其内部是否隐藏着害虫，并且确定其位置，在出入境口岸的有害昆虫检疫检验时也能发挥相当重要的作用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，该系统通过对昆虫带电特性的测量分析和统计，可以实现对昆虫的探测定位和精确高效扑杀。(二)
技术介绍
目前国内外没有基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统。目前主要是通过音频或是近红外光谱的原理来对昆虫进行探测，但都是在研究阶段，没有达到实用化的水平。(三)
技术实现思路
本专利技术是基于非接触式的昆虫电荷测量来对昆虫电荷进行采集，然后通过数字信号处理系统对昆虫电荷信号进行处理，获得昆虫的位置信息。可以利用本专利技术过对植物根茎等区域进行电场测量，对数据进行分析和处理，从而来判断其内部是否隐藏着害虫，并且确定其位置，在出入境口岸的有害昆虫检疫检验时也能发挥相当重要的作用。本系统由非接触昆虫电荷传感器、数字信号处理单元、主控及数据显示传输单元、数据接收和存储单元、电源单元组成。非接触昆虫电荷传感器，由外壳，动作单元，电场测量单元，传感器控制单元组成。针对昆虫带电量小，电场弱的情况，应用电场动态感应原理实现对昆虫电荷的测量，采用了一种“睁闭眼”循环采样的准静电场测量装置作为传感器，所述的电场动态感应原理如下：一个带电体周围会分布着电场，在电场E中放置一块金属导体，导体表面就会产生感应电荷，感生电荷密度为：σ＝εKE式中ε为空气中的介电常数(近似真空中的介电常数)，K是由于导体放入引起的电场畸变系数。如果金属导体的面积为S，则感应电荷量为：q＝σS＝εKES若感应导体对地的电容量为c，则产生的感应电压u为：u=qc=ϵKESc]]>该金属导体通过一个电阻接地就会有电流流过，在电场变化时，测出这个电流的变化就可知道电场的变化。但在静电场中，电场基本不变或变化极为缓慢，要测量这种电场，必须使处在静电场中的导体内产生动态变化的电荷，为此可以采用某种方式对金属导体进行屏蔽和去屏蔽，从而产生动态的与电场相关的电流，从而测量得到电场，这就是电场动态感应原理。其中：所述的外壳为桶状结构，起到机械保护的电磁屏蔽的作用。内部放置动片、定片、屏蔽隔板一、伺服电机、伺服电机控制电源线屏蔽管、电源线及数据线屏蔽管、测量电路、屏 -->蔽隔板二、信号线屏蔽管、接地游丝、动片转动轴、传感器控制单元；并且本系统各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接。外壳外面连接数字信号处理单元、主控及数据显示传输单元和电源单元。所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成。动片为圆形，带扇形开口，扇形开口之间的未开口部分为同样角度的扇形，即动片是由相同大小的扇形开口和同为相同角度的扇形未开口部分相间隔均匀分布在圆周上。动片在伺服电机的带动下进行左右摆动，摆动角度为一个扇形开口的角度。伺服电机可以按照控制指令迅速的旋转一定角度。所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成。定片为敷铜板结构，其表面的敷铜部分是作为感应电荷的金属导体来用，敷铜部分形状与动片的扇形开口相对应。所述的测量电路由硬件信号保持系统、高阻抗跟随级，固定增益和可控增益放大级、滤波级、缓冲输出级、电压信号差分传输部分组成。所述的传感器控制单元，控制伺服电机和测量电路的同步工作，对电场测量单元的信号进行采样，电场强度与电荷量的对应转化和对数字信号处理单元的数据传输。所述的动片固定在动片转动轴上，动片转动轴穿过定片和屏蔽隔板一上的开口连接到伺服电机上，在伺服电机的上部与接地游丝相连接。伺服电机固定在屏蔽隔板二上面，并且通过伺服电机控制电源线屏蔽管与传感器控制单元相连接。定片通过高绝缘物体固定在屏蔽隔板一上面，并且通过信号线屏蔽管把信号传递给测量电路，测量电路与传感器控制单元共同放置在外壳与屏蔽隔板二构成的密封腔里。测量电路与传感器控制单元通过穿过外壳的电源线及数据线屏蔽管与外面的数字信号处理单元，主控及数据显示传输单元连接。数字信号处理单元，是该专利技术的主要部分，通过对测量得到的电荷信号进行小波分析，提取昆虫的特征信号进行模式匹配和比对分析，并且通过对信号幅度强弱以及特征频率的变化分析得到昆虫的位置信息。本装置对昆虫电荷信号的处理应用了小波分析：在对昆虫电荷信号进行处理过程中，如果某函数ψ(t)满足以下条件：CΨ=∫-∞+∞|ψ(ω)|2|ω|dω<∞]]>则小波定义如下：Wf(a,b)=<f,Ψa,b>=1a∫-∞+∞f(t)Ψ(t-ba)dt]]>由上面的定义可见，连续小波Ψa,b=1aΨ(t-ba)]]>的作用与Gabor变换中的函数g(t-τ)e-jωt相类似，参数b与参数τ都起平移作用。本质不同的是参数a与参数ω，后者的变化不改变“窗口”的g(t)的大小与形状，而前者的变化不仅改变连续小波的频谱结构，而且也会改变其窗口的大小与形状。这是因为由傅立叶变换的基本关系式(1)可见，随着a的减小，ψa，b(t)的频谱就向高频方向移动，而ψa，b(t)的宽度则越来越小。这就满足了信号频率高相应的窗口应该小，因而它在时间域上的分辨率亦高的要求。从滤波的角度来看，显然ψa，b(t)是一带通滤波器，当a取不同的值时，能得到一组带通滤波器及带通滤波器组。通过小波变换，可以将信号分解成不同的频段，在低频部分有较高的频率分辨率 -->和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，比较适合对低频多噪声的昆虫电荷信号进行处理。当通过小波分析提取出昆虫的特征电荷信号后，通过对该特征信号的强弱和频率偏移进行分析，可以对昆虫的位置进行计算，从而得到昆虫的位置信息。主控及数据显示传输单元，对非接触昆虫电荷传感器的数据与数字信号处理单元进行接口控制，并且进行无线数据传输；数据显示部分对数字信号处理单元处理完的数据在显示屏上显示。数据接收和存储单元，对无线发送的数据进行接收，并且在数据库中进行存储。电源单元，提供系统所需的各电压轨的电源，并且保正电流和纹波及谐波参数满足系统需要，为标准电路构成。该专利技术的创新点：1基于电荷测量的对昆虫探测方式.2对昆虫电荷的非接触式测量原理。3非接触式昆虫电荷传感器的摆动式设计。4对昆虫电荷信号的小波分析及定位计算。(四)附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术系统结构图。图3是本专利技术信号链图。图1中1.非接触昆虫电荷传感器，2.数字信号处理单元，3.主控及数据显示传输单元，4.发射天线，5.接收天线，6.数据接收和存储单元，7.电源单元。图2中2.数字信号处理单元，3.主控及数据显示传输单元，7.电源单元，8.定片，9.屏蔽隔板一，10.伺服电机，11.伺服电机控制电源线屏蔽管，12.传感器控制单元，13.电源线及数据线屏蔽管，14.测量电路，15.屏蔽隔板二，16.信号线屏蔽管，17.接地游丝，18.动片转动轴，19.外壳，20.动片。图3中2.数字信号处理单元，3.主控及数据显示传输单元，4.发射天线，12.传感器控制单元，21.硬件信号保持电路，22.高阻抗跟随级，23.固定增益和可控增益放大级，24.滤波级，25.缓冲输出级，26.电压信号差分传输，27.控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，其特征在于本系统由非接触昆虫电荷传感器、数字信号处理单元、主控及数据显示传输单元、数据接收和存储单元、电源单元组成；非接触昆虫电荷传感器通过屏蔽电缆连接主控及数据显示传输单元，主控及数据显示传输单元通过屏蔽电缆连接数字信号处理单元和电源单元；主控及数据显示传输单元通过无线数据传输方式连接数据接收和存储单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，其特征在于本系统由非接触昆虫电荷传感器、数字信号处理单元、主控及数据显示传输单元、数据接收和存储单元、电源单元组成；非接触昆虫电荷传感器通过屏蔽电缆连接主控及数据显示传输单元，主控及数据显示传输单元通过屏蔽电缆连接数字信号处理单元和电源单元；主控及数据显示传输单元通过无线数据传输方式连接数据接收和存储单元。2.根据权利要求1所述的基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，其特征在于所述的非接触昆虫电荷传感器由外壳，动作单元，电场测量单元，传感器控制单元组成；各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接。3.根据权利要求2所述的基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，其特征在于所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成；动片在伺服电机的带动下进行左右摆动，摆动角度为一个扇形开口的角度；伺服电机可以按照控制指令迅速的旋转一定角度。4.根据权利要求2所述的基于昆虫电荷测量的昆虫探测系统，其特征在于所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成；所述的定片为敷铜板结构，其表面的敷铜部分是作为感应电荷的金属导体来用，敷铜部分形状与动片的扇形开口相对应；所述的测量电...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯加林，唐凯，张琪，王震，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]