[发明专利]基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及动物超声检测技术领域，具体涉及运用柔性超声相控阵监测牛科动物生长情况的装置与方法。

背景技术

近年来，我国畜牧业持续、健康、稳步发展，已经成为我国农村经济的支柱产业，规模化、专业化、自动化、信息化是畜牧业未来发展的方向。随着生活水平以及对生活品质要求的不断提高，人们对畜禽产品的品质和安全性要求也越来越高。

牛科动物生长状况信息的采集和分析是提高牛科动物养殖现代化水平、提高牛科动物产品的品质和安全性的重要手段和途径。通过监测牛科动物生长状况的变化情况可以对牛科动物的进食情况、饲养环境进行评测，根据生长状况的变化及时调整喂养形式及饲养环境，并为牛科动物品种刷选与品质鉴定提供准确的数据和依据。目前牛科动物生长状况主要根据牛科动物的生长期和饲养人员的个人经验来判断，具有一定的误判性和不确定性。通过无损检测技术实时监测牛科动物生长状况以及生长变化情况，如肉牛的脂肪与肌肉厚度、奶牛乳房的健康状况、母牛胎儿的发育情况等，可以针对牛科动物的健康状况、饲养环境和发育阶段做出较为准确的估计和分析，从而对牛科动物养殖及时采取各种应对的措施。

由于具有检测速度快、分辨率高、方向性好、穿透能力强、成本低和无损伤等优点，超声无损检测技术在动物检测领域中得到了广泛的应用。目前的动物超声检测设备一般为手持式、探头为刚性探头、使用电缆连接的超声检测仪。这类手持式超声检测仪在实际检测应用中存在着以下不足：(1)由于硬件的局限，其计算能力、存储空间、运算速度和数据处理精度均较受限，需要对检测对象逐个检测，不适合大规模圈养式牛科养殖场长时间监测使用；(2)刚性超声探头往往由于与被检测牛科动物的检测表面接触不完全而造成耦合效果不好，同时刚性超声探头对被检测牛科动物检测表面的挤压也容易造成被检测牛科动物的抵触和反抗，导致检测数据不准确；(3)对于多探头超声检测装置，使用电缆有线连接的方式在检测过程中极不方便，多条电缆既增加了装置的重量也限制了各个电缆所连接探头的检测移动范围，降低了装置的灵活性和实用性。

发明内容

对目前技术所存在的上述不足，本发明提出基于柔性超声相控阵的牛科生长状况监测装置与方法，该装置与方法通过采用柔性超声换能器阵列实现超声探头的柔性化，通过超声相控阵与无线通信模块的集成而实现无线连接、低辐射、高精度的超声检测，同时适用于多种牛科动物、不同检测部位、多检测端的超声检测，具有方便、实用性与可扩展性强的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置，包括若干个无线柔性超声相控阵检测端与一个数据处理中心；无线柔性超声相控阵检测端与数据处理中心之间通过无线网络及光纤通信网络进行网络连接和数据通信；无线柔性超声相控阵检测端完成相控超声信号的发射和接收；数据处理中心则根据各个无线柔性超声相控阵检测端的接收信号数据，完成检测参数计算、检测成像、综合分析的数据处理。

进一步的，所述数据处理中心包括数据处理服务器、数据存储服务器、多任务管理服务器、人机交互平台和通信模块；其中数据处理服务器、数据存储服务器、人机交互平台、通信模块分别与多任务管理服务器相连接；数据处理服务器与数据存储服务器相连接；所述数据处理服务器负责各个无线柔性超声相控阵检测端检测参数的计算以及各个无线柔性超声相控阵检测端发送过来数据的处理；数据存储服务器用于存储数据处理中心所接收的检测数据；所述人机交互平台用于人机交互中的检测参数输入与控制，以及检测处理结果的显示；所述通信模块用于数据处理中心与各个无线柔性超声相控阵检测端之间的网络连接及数据通信。

进一步的，所述无线柔性超声相控阵检测端包括柔性探头模块、超声发射模块、超声接收模块、控制模块、输入模块和无线模块，其中柔性探头模块分别与超声发射模块、超声接收模块连接；控制模块分别与超声发射模块、超声接收模块、输入模块、无线模块连接；所述超声发射模块用于驱动柔性探头模块中的超声相控阵探头发射超声波；所述超声接收模块用于接收和处理回波信号；所述柔性探头模块用于声电信号的相互转换；所述输入模块用于牛科动物编号与无线柔性超声相控阵检测端控制命令的输入；所述无线模块用于无线柔性超声相控阵检测端与数据处理中心之间通信数据的收发；所述控制模块用于控制超声的发射与接收、柔性超声相控换能器阵列的收发切换、柔性探头模块中柔性超声相控阵探头各个阵元的收发延时以及无线模块数据的发送与接收。