[发明专利]一种间接测量动物能量代谢率的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种间接测量动物能量代谢率的装置与方法，属于电子技术、动物医学和行为生态研究领域。

背景技术

单位时间内动物的能量消耗称为能量代谢率。能量代谢受肌肉活动的影响最大。肌肉剧烈活动时的能量代谢率将比安静时的能量代谢率显著提高。通过测量能量代谢率，能够测量动物在不同行为状态的能量使用规律，特别是远距离运动过程中的能量使用策略。此外，能量代谢率还能够在一定程度上度量人或动物的精神活动，如由于精神紧张而使肌肉紧张，从而导致能量代谢率显著增高。

对于动物（特别是野生动物）的能量代谢通常采用间接测量方法—二氧化碳产生和氧气消耗量，这种方法复杂且不便实施。近年来出现的新方法是采用植入动物体内的植入体测量心率，然后以经验公式估计能量代谢率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明采用的技术方案为：

一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：包括心电采集部分、地理定位部分和主控部分；

所述心电采集部分包括：心电采集电极，用于采集动物的心电信号；心电信号放大器；低通滤波器；带阻滤波器；AD转换器，用于把放大滤波后的心电信号转换为数字信号，存在存储器中；

所述地理定位部分包括定位模块，用于实现接收来自卫星的定位信号，从而获知当前的地理坐标，海拔高度及时间信息； 

所述主控部分包括:数据记录模块：记录动物所处的地理信息和心电信号；USB接口模块：用于实现把存储芯片中的数据送入计算机或接收计算机的命令；蓝牙模块：用于实现与后台计算机进行无线通信，把存储芯片中的数据送入计算机或接收计算机的命令；人机交互模块：用于接收操作命令和实现信息显示；控制器模块：接收定位模块的地理信息、接收心电的数字化信号、接收人机交互模块的数据、给数据记录模块发送命令使其进行数据记录、通过USB接口模块和计算机进行数据交换；

其中，所述心电采集电极、心电信号放大器、低通滤波器、带阻滤波器、AD转换器依次连接后，连接于控制器模块；所述定位模块、数据记录模块、USB接口模块、蓝牙模块、人机交互模块分别与控制器模块连接。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述心电信号放大器、低通滤波器、带阻滤波器、AD转换器、定位模块、数据记录模块、USB接口模块、蓝牙模块、人机交互模块、控制器模块安装在一块电路板上，所述电路板通过尼龙粘扣固定于被测量的动物背部；所述心电采集电极采用分别粘贴的方式固定于被测量的动物身体上。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述心电采集电极采用表面电极，材料为铜质镀银薄片；和/或，所述心电采集电极的测量方式为标准Ⅰ导联方式。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述心电信号放大器分为信号跟随部分和信号放大部分；所述信号跟随部分采用高输入阻抗运放放大器组成的电压跟随器；所述信号放大部分采用两级放大，包括第一级和第二级，第一级采用高输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路或集成仪用放大电路；第二级采用运算放大器组成比例放大电路；所述第一级和第二级增益均可调。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述数据记录模块采用EEPROM存储芯片或SD卡进行数据存储；和/或，所述定位模块采用GPS定位接收模块。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述低通滤波器，采用运放组成二阶有源低通滤波器，截止频率为250Hz；和/或，所述带阻滤波器，采用运放组成双T型带阻滤波器。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述AD转换器，采用12位及12位以上分辨率的转换芯片，采样频率为4KHz；和/或，所述USB接口模块为串行口转USB接口芯片。

所述的一种间接测量动物能量代谢率的装置，其特征在于：所述人机交互模块包括按键和发光二极管；和/或，所述控制器模块采用单片机。 

本发明还提供了一种间接测量动物能量代谢率的方法，包括以下步骤，

步骤（1）：初始化间接测量动物能量代谢率的装置；

步骤（2）：开始定时器中断； 

步骤（3）：接收和记录定位信息；

步骤（4）：定时时间到，接收心电信息；

步骤（5）：心电信息数字滤波；

步骤（6）：记录心电信号；

步骤（7）：判断试验是否结束，若未结束，则重复步骤（3）至步骤（6）；若结束，则进入步骤（8）；