[发明专利]多功能光纤传感器以及用于检测红棕榈象鼻虫、农场火灾和土壤湿度的方法

说明书

一种用于检测红棕榈象鼻虫(RPW)、农场火灾和土壤湿度的集成系统(400)，所述集成系统包括被配置为延伸到树的光纤(220)和连接到光纤(220)的分布式声学传感器(DAS)盒(201)。DAS盒(201)被配置为处理从光纤(220)反射的不同的第一到第三光学信号(422、430、432、436)，以根据第一光学信号(422)确定RPW的存在、根据第二光学信号(430、432)确定沿光纤(220)的位置处的温度，以及根据第三光学信号(436)确定树周围的位置处的湿度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月28日提交的标题为“VERSATILE OPTICAL FIBER SENSORFOR DETECTING RED PALM WEEVIL,FARM FIRES,AND SOIL MOISTURE”的美国临时专利申请No.62/892,653的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文中。

背景技术

技术领域

本文公开的主题的实施例总体上涉及一种使用光纤来检测红棕榈象鼻虫的系统和方法，并且更具体地，涉及一种处理用围绕红棕榈缠绕的光纤所记录的数据的增强系统，该增强系统不仅检测红棕榈象鼻虫的存在，还检测环境温度和湿度。

背景技术的讨论

红棕榈象鼻虫(RPW)(Rhynchophorus ferrugineus)是一种起源于热带亚洲的口鼻害虫。在过去的几十年里，它已经蔓延到全球许多地区，包括北非、中东和地中海地区。这种害虫已经摧毁了不同国家的许多棕榈农场，因此被认为是一个非常严重的问题。在海湾国家和中东，每年花费数百万美元只是为了清除受侵扰的棕榈树。治疗受侵扰的棕榈树的成本可能更高。此外，据估计，到2023年，意大利、西班牙和法国的RPW控制成本和收益损失将达到数百万美元。

这种害虫的问题在于，尽管有可用的技术来治愈RPW侵扰的棕榈树，但在早期阶段(象鼻虫幼虫阶段的前两/三周)检测RPW威胁的存在是具有挑战性的。之所以如此，是因为当棕榈树显示出可见的损坏迹象(诸如树冠下垂)时，这通常意味着RPW侵扰已经很严重，并且拯救这棵树为时已晚。因此，许多国家的政府正致力于开发一种可靠和有效的早期检测方法来解决这个问题。

据报道，有几种方法可以解决这种严重的危险。例如，经训练的狗被用来闻受侵扰的棕榈在发酵过程中释放的气体。不幸的是，感测这种气体并非准确的选择性过程，因为它的效率会受到其他挥发性产物的影响。替代地，使用基于计算机的断层扫描系统筛选受侵扰的树木。然而，这种技术缺乏可行性，因为它缓慢且昂贵。

受侵扰的树的第一可检测信号源于象鼻虫幼虫在树干内进食时产生的噪音。因此，最有希望的早期检测方法依赖于使用声学传感器。现有技术主要是在树干中插入声音探头以使得探头实时记录幼虫的声音。

更具体地，使用声学传感器的现有方法(如图1所示)主要将声学探头102(诸如麦克风)插入到钻入棕榈树干106的孔104中，并且然后探头实时记录由甲虫产生的声音。声音被记录在连接到声学探头102的计算机108上。使用声学传感器的方法之间的区别主要在于为处理所记录的声音而实施的信号处理技术。然而，所有这些方法都需要就地监测。

对于大型农场来说，一个接一个地检查棕榈既费时又费力。此外，这些所报告的方法的一个主要缺点是它们不提供对棕榈树的连续监测。替代的解决方案是每个棕榈都配备对应的声音探头，该探头连接到无线通信接口使得能够进行到中央服务器的数据传输。该系统可以经由太阳能电池板供电。虽然这种方法提供了对单个棕榈树的连续观察，但其总体成本仍然很高。上述声学方法的另一缺点是由于在树干上开孔以用于插入声音探头而对树木造成的损害、钻每棵树所需的劳动、孔对棕榈生长的影响以及其他昆虫可能会在树干的洞中筑巢。

此外，为每棵树提供声学传感器以及无线通信接口以提供持续监控会显著增加整个RPW监控系统的成本，因为红棕榈树果园可能有数千棵这样的树。