Обнаружение объектов
DETECTING OBJECTS

[0001] Настоящее изобретение имеет отношение к краевому емкостному датчику для обнаружения объектов, в частности, но без ограничения ими, вредителей, к средству обнаружения, содержащему один или несколько краевых емкостных датчиков, к системе, содержащей множество средств обнаружения, размещенных в сети с ячеистой топологией или в другой беспроводной сети, и к способу "интеллектуального" обнаружения активности объекта, такой как наличие вредителя, например, грызуна или ползающего, роющего или летающего насекомого.
[0002] Его можно также применить к контролю за перемещением животных, будь то в природных условиях или на фермах.
Предпосылки создания изобретения
[0003] Обнаружение и мониторинг объектов, в частности, живых объектов, таких как вредители, используется повсеместно. Например, в ЕР 283142 раскрыта система мониторинга вредителей и описано использование чувствительных элементов, следящих за изменением, например, давления, температуры, запаха, звука и/или емкости. В US 6937156 раскрыта система с датчиками, содержащая по меньшей мере два чувствительных электрода и цепь емкостного датчика. В US 6937156 указано, что когда неемкостной объект, имеющий диэлектрическую постоянную, которая выше, чем у воздуха, такой как вредитель, приближается к двум чувствительным электродам, расположенным на некотором расстоянии один от другого, емкость между этими двумя чувствительными электродами возрастает, выдавая таким образом сигнал, что вредитель проник в пространство, подлежащее мониторингу. В датчиках такого типа не используется краевая емкость, и поэтому он имеет ограничения. Для сравнения, и как видно из, например, Фиг. 1В и Фиг. 2В, Фиг. 3В и Фиг. 4 и Фиг. 5С заявляемого изобретения, краевая емкость измеряется по мере того, как проводник датчика приближается к (или удаляется от) объекту(-а), например, вредителю(-я). Предпочтительными датчиками, улучшающими измерение, являются датчики, которые имеют незаземленные проводники по любую сторону проводника датчика, согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения. Однако можно использовать и датчики других видов.
[0004] Одна из проблем обнаружения с помощью емкостного датчика с параллельным расположением пластин состоит в том, что при определенных обстоятельствах датчики склонны к выдаче ложноположительных результатов из-за наличия диэлектриков между пластинами. Например, они будут реагировать на листья, их может активировать влажная погода, и грызуны, пересекающие датчики, могут оставлять грязь или влагу, которые будут продолжать их активировать.
[0005] Предмет настоящего изобретения заключается в создании более универсального и интеллектуального датчика, средства обнаружения, системы и метода обнаружения объектов, в частности, хотя и не исключительно, вредителей, таких как грызуны, ползающие насекомые, летающие насекомые и даже животные, которые роют норы или наносят вред под землей, такие как термиты.
[0006] Эта цель достигнута использованием краевой емкости. Краевая емкость, конечно, известное понятие - см., например, Отчет о применении SNOA927 за декабрь 2014 компании Texas Instruments, в котором изложены основы емкостного обнаружения и применения. Этот отчет отхватывает основы применения параллельных пластин и краевого эффекта для разных применений. В нем показаны различия между топологией параллельных пластин и топологией параллельных контактов, последняя из которых может работать по принципу краевой емкости. Экран сзади основного датчика и заземленный электрод обеспечивают направленность на цель. Поскольку обсуждаются многие изделия и применения, в нем не описано применение краевой емкости применительно к мониторингу вредителей или как такой датчик может быть использован для измерения направления (например, если изготовить датчик с триплетами, разнесенными в пространстве) или настроен на конкретного вредителя.
[0007] Была установлена реальная потребность в услугах по обеспечению автономного, гибкого и оперативного мониторинга различных вредителей во многих различных местах и при различных обстоятельствах. Система, которая может существенно снизить или устранить необходимость ручного контроля и обслуживания ловушек; которая способна собирать статистические данные для отчетов и анализа, сообщать при необходимости эти данные, периодически или в режиме реального времени, непосредственно или дистанционно; система, не ограничиваемая какими-либо конкретными средствами связи для пользователя, т.е. ее можно использовать, без ограничений, подключая через радиочастотный (РЧ) ключ к ПК, или через GSM/GPRS и ряд других беспроводных устройств; система, не привязанная в ловушкам, которая может быть развернута во множестве внешних условий; система, минимально подверженная влиянию рабочей среды и легко монтируемая; система, сводящая к минимуму вероятность ложного обнаружения вредителей.
[0008] Заказчики, использующие множество различных параметров, могут иметь стандартную центральную базу данных для статистического анализа и создания отчета, или создания отчетов и статистики, на месте или удаленно.
[0009] Использование интеллектуального датчика, такого, который может обнаруживать, хранить, передавать и сообщать информацию об активности вредителей, является значительным усовершенствованием.
[0010] Использование датчиков с экраном или защитой (см. Фиг. 5С) позволяет улучшить обнаружение краевой емкостью путем регулирования краевых полей так, чтобы они реагировали на определенного вредителя. Так, интеллектуальный датчик может использовать цепь переключаемого конденсатора для передачи заряда с электрода и измерения величины заряда. Еще одно преимущество использования краевых конденсаторов - это то, что вредители могут быть обнаружены сверху или в стороне от электродов, что позволяет обнаружение через диэлектрические материалы. В противоположность этому, известным устройствам требуется обнаружение между двумя электродами и замена диэлектрика между электродами.
[0011] Измеренную краевую емкость можно получить путем определения собственной емкости или путем определения взаимной емкости.
[0012] Если используют определение собственной емкости, система подает ток на контакт, подключенный к датчику, и измеряет этот ток. Наличие вредителей повышает измеряемую емкость.
[0013] Если используют определение взаимной емкости, система измеряет емкость между двумя электродами. Один из электродов - это передающий электрод (ТХ), а другой - принимающий электрод (RX). Наличие вредителя снижает измеряемую емкость на RX электроде.
Сущность изобретения
[0014] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен датчик для определения изменений краевой емкости, содержащий пару расположенных на некотором расстоянии один от другого электропроводных проводников, один или оба из которых может(-ут) быть электрически заряжен(-ы), каждый из которых имеет край, вызывающий генерирование вокруг него краевого поля, причем это поле простирается как между проводниками, так и над ними, и определяется:
i) выбором материала каждого из проводников, его ширины и толщины;
ii) расстоянием между проводниками; и
iii) зарядом, воздействующим на эти проводники,
так что датчик настроен на обнаружение или идентификацию целевого вредителя, когда это животное взаимодействует с этим краевым полем.
[0015] В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый датчик для определения изменения краевой емкости содержит электропроводный проводник датчика и два электропроводных незаземленных проводника датчика, расположенные по одному с каждой стороны упомянутого проводника датчика, для образования триплета, причем упомянутые проводники опираются на незаземленную проводящую подложку, электрически изолированную от упомянутых проводников, причем каждый из проводников имеет такие ширину и толщину, и они расположены на таком расстоянии один от другого, что упомянутый датчик настроен на обнаружение или идентификацию конкретного животного.
[0016] Этот датчик обнаруживает изменения краевой емкости, используя определение взаимной емкости или определение собственной емкости. Это изменение емкости используется для определения или идентификации объекта, такого как животное или вредитель.
[0017] Предпочтительно, чтобы этот датчик содержал электрические контакты для подключения к средству обнаружения, содержащему электронные схемы, которые могут измерять упомянутое изменение краевой емкости с использованием методов определения собственной или взаимной емкости.
[0018] Проводник датчика и незаземленные проводники изготовлены из любого подходящего электропроводного материала, такого как, например, медь.
[0019] Наличие незаземленного проводника по каждую из сторон проводника датчика, уложенного на незаземленную проводящую подложку, электрически изолированную от упомянутых проводников, обеспечивает постоянное поле, так что любое изменение краевой емкости объектом может быть определено, и либо откалибровано, если на любом отдельном датчике остался мусор, либо зарегистрировано, если упомянутый объект покидает этот датчик. Незаземленная проводящая подложка, электрически изолированная от упомянутых проводников, гарантирует минимальные взаимные помехи от расположенного ниже датчика, на который так или иначе будет подвергаться воздействию, если он помещен на, например, металлические детали. Если эта незаземленная проводящая подложка, электрически изолированная от упомянутых проводников, простирается значительно далее границы периметра упомянутых проводников, влияние таких взаимных помех снижается, но чувствительность и динамический диапазон этой емкости также падает, так что в идеале необходимо, чтобы она простиралась за пределы этих проводников в как можно меньшей степени. Минимизирование расстояния между датчиком и незаземленной проводящей подложкой, электрически изолированной от упомянутых проводников, обеспечивает лучший контакт и эффективность. Чувствительность и разрешение будут зависеть от ширины и толщины проводников, расстояния между этими проводниками и толщины изолирующего материала. Следовательно, желательно проектировать и конфигурировать каждый датчик в соответствии с его назначением.
[0020] При размещении одного или нескольких проводящих триплетов на незаземленную проводящую подложку, электрически изолированную от упомянутых проводников, упомянутая емкость испытывает влияние только сверху, и таким образом датчик можно поместить на любую поверхность и сделать его гораздо более универсальным, чем существующие датчики.
[0021] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый датчик имеет форму удлиненной полоски, которая может быть короткой, порядка 5-30 см, но которая может иметь длину до нескольких метров. По существу она может быть датчиком в средстве обнаружения, помещенном в приманочную станцию или ловушку, но ее можно также использовать и менее традиционным способом. Например, ее можно поместить под непроводящими приманочными станциями или ловушками, вокруг поддонов, вокруг дверных проемов, и внутри или вокруг вентиляционных каналов и т.п. Как таковые, они идеальны для обнаружения грызунов.
[0022] Предпочтительная конфигурация проводника для обнаружения грызунов - размещение нескольких триплетов датчика параллельно вдоль длины полоски с образованием массива датчиков. Размещение нескольких триплетов датчика параллельно может быть полезно не только для обнаружения присутствия грызунов или других животных, но также и для отслеживания направления их движения.
[0023] Датчик, использующий краевую емкость как средство обнаружения, может быть использован при самых разных обстоятельствах, и путем использования различных конфигураций датчиков может быть спроектирован датчик, который может обнаруживать ряд вредителей (и других объектов), включая ползающих насекомых, таких как, но без ограничения ими, тараканы и клопы.
[0024] Для небольших ползающих насекомых может потребоваться проектирование датчика с использованием альтернативных конфигураций проводника датчика и незаземленных проводников, таких как датчики, в которых эти проводники размещены как по существу концентрические открытые круги или спирали. Другая альтернативная конфигурация - это та, при которой как проводник датчика, так и незаземленные проводники в целом имеют форму гребня. Проводник датчика представляет собой по существу гребнеобразный элемент, имеющий множество зубьев, соответствующих множеству проводников датчика. Незаземленный проводник является вторым по существу гребнеобразным элементом, содержащим множество зубьев, соответствующих множеству пар незаземленных проводников. Упомянутые два датчика расположены так, что они обращены один к другому и переплетены в виде буквы "Е", так что их соответствующие зубья пересекаются. Таким образом, с каждой из сторон по существу каждого проводника датчика (зуба) расположены два незаземленных проводника (два зуба).
[0025] Независимо от устройства проводника датчика и пар незаземленных проводников, предпочтительными датчиками являются плоские и гибкие датчики, и еще более предпочтительными - датчики, заключенные в пластик для большей долговечности.
[0026] Эти проводники имеют ширину и толщину, которые выбраны согласно их конкретному применению, и расположены один относительно другого на соответствующем расстоянии. Этот выбор будет зависеть от множества параметров, вида проводника, обычно медного, и предполагаемого назначения, в каждом конкретном случае будет выполнен путем эксперимента.
[0027] Как уже говорилось, использование краевой емкости в методе обнаружения, в отличие от измерения изменения диэлектрических свойств при прохождении объекта между двумя пластинами, неожиданно доказало свою эффективность для получения точных измерений и уменьшения количества ложноположительных срабатываний, и поэтому очень важно при борьбе с вредителями.
[0028] Датчики, предназначенные для обнаружения или мониторинга грызунов, включая, но без ограничения ими, крыс и мышей, и насекомых, включая, но без ограничения ими, ползающих насекомых, таких как тараканы и клопы, пользуются особым спросом.
[0029] Например, датчик для грызунов может быть изготовлен как с медным датчиком, так и с двумя медными незаземленными проводниками, каждый из которых имеет ширину приблизительно 3 мм и толщину приблизительно 0,05 мм, более конкретно - 0,06 мм, с расстоянием между датчиком и незаземленным проводом по обе стороны, которое равно приблизительно 2,5 мм, более конкретно - 2,54 мм, и эти провода могут простираться на расстояние до 5 м.
[0030] Квалифицированному специалисту будет понятно, что для небольших ползающих насекомых можно использовать различные конфигурации и размеры, и может оказаться желательным разместить этот датчик вокруг места, подлежащего защите.
[0031] В случае с грызунами предпочтительнее, чтобы этот датчик содержал по меньшей мере два, и предпочтительно - три триплета датчика (незаземленный проводник - чувствительный проводник - незаземленный проводник).
[0032] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложено средство обнаружения, содержащее оболочку, вмещающую источник питания, по меньшей мере один микропроцессор, энергонезависимую память, приемопередатчик, часы и соединитель, функционально присоединяющий датчик, измеряющий изменение (Δ) краевой емкости (A), кроме того настроенный на обнаружение заданного животного.
[0033] Настройка средства обнаружения позволяет этому средству не только обнаруживать, то также и идентифицировать, и различать животных, в частности, вредителей.
[0034] Предпочтительно средство обнаружения дополнительно содержит средство распознавания или регистрации, такое как камера.
[0035] Предпочтительно средство обнаружения также содержит катушку индуктивности для подзарядки батареи.
[0036] Особое преимущество обеспечивается, если в средстве обнаружения по настоящему изобретению использован микропроцессор для непрерывной или периодической перекалибровки базового уровня емкости. Таким образом, лучше иметь возможность провести различие между действительно реальными событиями обнаружения и ложноположительным событием, когда, например, мусор, или условия окружающей среды, или нецелевое животное может так или иначе инициировать положительное показание датчика.
[0037] Другим преимуществом средства обнаружения по настоящему изобретению является использование в нем системы управления энергопотреблением в целях энергосбережения. Действительно, обнаружение при помощи краевой емкости экономит заряд батареи по сравнению с обнаружением при помощи обычных диэлектрических емкостных датчиков, которым требуется электроэнергия для определения изменения емкости.
[0038] Средство обнаружения по настоящему изобретению может быть вмонтировано в ловушку или приманочную станцию, или может быть использовано отдельно как "интеллектуальная" система обнаружения.
[0039] Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложена система, содержащая множество средств обнаружения по второму аспекту настоящего изобретения, размещенных в сети с ячеистой топологией или в иной беспроводной сети.
[0040] Предпочтительно в системе связь осуществляется на радиочастоте (РЧ).
[0041] В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сеть является самовосстанавливающейся.
[0042] Предпочтительно упомянутая система передает собранные данные в центральный узел, и передача данных может быть контролируемой централизованно.
[0043] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутая система содержит приманочную станцию и/или ловушку, оснащенную средством обнаружения по второму аспекту настоящего изобретения.
[0044] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая система и упомянутые блоки датчика, образующие ее часть, может(-гут) быть опрошена(-ы) через мобильное устройство.
[0045] Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен способ обнаружения животного с использованием емкостного датчика, при этом обнаружение определяется измерением изменения краевой емкости.
[0046] Упомянутое изменение краевой емкости обнаруживают, когда объект (обычно вредитель) движется к проводнику датчика или от него между незаземленными проводниками. Когда он приближается к проводнику датчика, емкость растет, а когда удаляется от проводника датчика, эта емкость падает.
[0047] Предпочтительно, в упомянутом способе используют емкостной датчик или массив датчиков, содержащий по меньшей мере два триплета датчика; в таком случае этим способом можно обнаруживать не только наличие объекта, но и направление его движения.
[0048] Направление движения определяют, исходя из синхронизированного последовательного срабатывания по меньшей мере двух триплетов.
[0049] Таким способом можно определять как приход, так и уход вредителя на основании изменения емкости, и при этом датчик конфигурируют на наличие сигнала, вызванного уходом вредителя.
[0050] Согласно пятому и независимому аспекту настоящего изобретения предложено средство обнаружения для "интеллектуального" обнаружения наличия животных, содержащее:
i) емкостной датчик, содержащий первые два элемента датчика для обнаружения прихода животного, и вторые два элемента датчика для обнаружения последующего ухода этого животного;
ii) часы для мониторинга времени между приходом и уходом, делающие возможным зависимое от времени опознавание достоверно обнаруженного события, в отличие от ложноположительного обнаруженного события, обусловленного всего лишь независимым от времени случайным приходом и/или уходом;
iii) микропроцессор для непрерывного перекалибровывания базового уровня емкости зависимым от времени методом, чтобы ложноположительные события могли быть распознаны; и
iv) энергонезависимую память для регистрации и сохранения данных.
[0051] Предпочтительно средство обнаружения содержит по меньшей мере два, и более предпочтительно - три, расположенных рядом емкостных датчика, образующих массив датчиков.
[0052] Согласно шестому и независимому аспекту настоящего изобретения предложен способ "интеллектуального" обнаружения активности животных в емкостном датчике, включающий этапы:
i) обнаружение прихода животного на первые два элемента датчика в первый момент времени;
ii) обнаружение последующего ухода животного со вторых двух элементов датчика во второй момент времени; и
iii) определение того, находятся ли упомянутые первый и второй моменты времени в рамках предустановленных норм, так что упомянутые приход и уход обусловливают достоверно обнаруженное событие, в отличие от ложноположительного обнаруженного события, обусловленного всего лишь независимым от времени случайным приходом и/или уходом.
[0053] Предпочтительно упомянутый способ повторяют на втором расположенном рядом датчике, чтобы можно было определить направление передвижения.
[0054] В еще одном аспекте настоящего изобретения средства обнаружения и система осуществляют мониторинг выполнения операций текущего ремонта и технического обслуживания, регистрируя подробности, такие как, например, замена компонентов.
[0055] Датчики согласно настоящему изобретению имеют множество преимуществ. Их гибкая природа означает, что их можно разместить на неровной поверхности и огибать вокруг либо перегибать через объекты. Их можно также располагать как вертикально, так и горизонтально вокруг, например, дверной коробки или воздуховода.
[0056] Путем заключения датчика в кожух можно сделать его устойчивым к биологически опасным и химически активным веществам, таким как моча животных или вредителей и агрессивные чистящие средства. Датчик будет также эффективно работать, когда он мокрый или грязный, и его можно помещать в металлические кабелепроводы или на силовые кабели питающей сети.
[0057] Средства обнаружения могут быть загерметизированы и снабжены внутренними батареями, которые можно подзаряжать с помощью систем индуктивной или контактной зарядки, и которые гарантируют, что одна зарядка может обеспечить эксплуатацию продолжительностью до шести месяцев.
[0058] Поскольку приемопередатчики средства обнаружения могут обеспечивать связь с использованием радиочастоты, средства обнаружения могут быть помещены внутри воздуховода из листового металла, если в этом воздуховоде имеется отверстие или решетка для распространения радиоволн.
[0059] Использование РЧ ячеистой сети системой позволяет автономно направлять данные на базовое средство обнаружения, и передача данных может быть осуществлена непосредственно (или в диапазоне) либо переправлять через другие средства обнаружения. Так, каждое средство обнаружения может выступать в качестве расширителя диапазона или повторителя сигналов данных, а также детектора и передатчика, что устраняет необходимость в специальных расширителях диапазона.
[0060] Данная система предпочтительно является легко приспосабливающейся, так что в случае, если одно средство обнаружения или вся сеть не обнаружили никакого базового узла, эта сеть или изолированное (отдельное) средство обнаружения автоматически переходит в режим сохранения событий. Если сеть или отдельное средство обнаружения в режиме сохранения событий затем обнаруживает наличие действующего базового узла, то оно начинает передавать отчет на этот базовый узел. Это повышает устойчивость и гибкость системы, позволяя таким образом техническим специалистам или иному персоналу, осуществляющему борьбу с вредителями с помощью ручных или переносных устройств, проверять множество изолированных средств обнаружения и получать отчеты, либо позволяя всей системе при потере части ячеистой сети настраиваться и восстанавливаться без потери основных данных.
[0061] Особым преимуществом является способность датчиков обнаруживать, происходит ли постоянное предупреждение "о наличии". В процессе непрерывного обнаружения и перекалибровки базового уровня емкости, датчик способен различать ложноположительные события и может обнаруживать реальные события, даже если на этом датчике накопилось значительное количество мусора или жидкости. Этот процесс непрерывного обнаружения и перекалибровки датчика позволяет также перекалибровывать базовый уровень емкости для учета причин постепенного устранения такого накопления, таких как испарение жидкости или удаление пыли потоками воздуха. Такой процесс зависит от времени, и важно то, что средство обнаружения выполняет обнаружение на основе сочетания прихода и ухода.
[0062] Для того, чтобы еще больше уменьшить влияние ложноположительных событий, предпочтительно датчики содержат множество триплетов датчика, и система может быть настроена таким образом, чтобы в ней требовалось последовательное соответствие показаний для получения достоверных показаний.
[0063] Поскольку датчик будет всегда регистрировать приход и наличие объекта, существенное отличие от датчика по настоящему изобретению заключается в том, что он, в отличие от прежнего, нацелен на уход обнаруженного объекта из области обнаружения датчиком. Мусор будет накапливаться и оставаться в области обнаружения датчиком сравнительно долгое время, обычно, пока не будет убран при регламентном обслуживании. Вредители будут приходить в область обнаружения датчиком и уходить из нее. Благодаря тому, что за обнаруженным приходом следует обнаружение ухода, это снижает количество ложноположительных событий. Промежуток времени, в течение которого должны произойти события прихода и ухода, чтобы активировалось событие обнаружения вредителя, является регулируемым, и он меньше периодов времени, связанных с циклом перекалибровки.
[0064] Использование нескольких расположенных рядом датчиков также повышает распознавание активности вредителей от иной активности и облегчает определение направления движения. Например, первый датчик сигнализирует о приходе вредителя, затем сигнализирует об уходе этого вредителя. Далее расположенный рядом второй датчик сигнализирует о приходе этого вредителя, потом сигнализирует об уходе этого вредителя. Такая последовательность событий указывает на их направление. Физическое расположение датчика используется для распознавания движения вредителя и другой активности, не вредителя. Такое расположение предназначено для определения вида вредителя.
[0065] Специфика устройства этого датчика позволяет уловить, зарегистрировать и передать направление движения этого вредителя.
[0066] Организации, занимающиеся борьбой с вредителями, могут использовать эту систему, чтобы снизить стоимость менеджмента, получить больше ценных данных и сообщить о последующих действиях.
[0067] Датчики по настоящему изобретению могут содержать плоский гибкий кабель или токопроводящие гибкую печатную плату или жесткую печатную плату.
[0068] Эти датчики могут быть легко сняты или заменены техническим специалистом или оператором, работающим на месте.
[0069] Каждое средство обнаружения может быть снабжено индивидуальным идентификатором в РЧ сети, и каждая РЧ ячеистая сеть может быть индивидуально распознана. Это позволяет монтировать несколько систем в пределах одного помещения, возможно с различными точками контроля и наблюдения, в здании коллективного пользования.
[0070] Также, индивидуальный код связи и система кодирования предотвращают влияние на сообщаемые результаты со стороны другого оборудования, передающего на одной РЧ частоте (т.е. интеллектуальных измерительных устройств, дистанционного управления освещением и т.п.).
[0071] Гибкость, присущая системе, позволяет также ее использование для мониторинга доставки товаров из точки отправки по назначению. Это осуществляется размещением средства обнаружения в грузе или вокруг него, будь то в грузовике, вагоне или в грузовом контейнере. Когда средства обнаружения не подключены через РЧ ячеистую сеть к базовому средству обнаружения, к ПК или к точке канала связи, они обнаруживают, регистрируют по времени и сохраняют события, пока такое время не будет зафиксировано в базовом средстве обнаружения, ПК или точке канала связи. Таким образом, если события с вредителями обнаруживаются в течение транспортировки груза с товаром, они могут быть коррелированы по времени, до конкретной точки в процессе доставки. Это позволит точно определить заданное событие, т.е. перенос из контейнера в вагон по месту, после чего происходит событие с вредителем, и таким образом, это позволяет осуществлять правильную и адресную реакцию на событие с вредителем.
[0072] На критических участках, включая, но без ограничения ими, зерновые элеваторы или склады пищевых продуктов, установленная в кожух средства обнаружения передающая камера может быть использована для получения цифрового изображения обнаруженного вредителя для абсолютно точного опознавания. Это изображение потом передают вместе с другой информацией или сохраняют для передачи впоследствии.
[0073] Система предпочтительно содержит несколько дистанционных чувствительных устройств, которые связаны гибкой самовосстанавливающейся радиочастотной сетью с ячеистой топологией. Они устроены так, что могут не только быть модернизированы в рамках имеющихся ловушек и приманочных станций для вредителей, но также, однозначно, они позволяют осуществлять мониторинг множества других мест, таких как, но без ограничения ими, периметры, перекрытия, коридоры, дверные проемы, поддоны и транспортные контейнеры. Напольные средства обнаружения могут также быть использованы для мониторинга дверных проемов, и в сочетании либо с другими датчиками, либо с устройствами, могут различать грызунов и людей. Такие устройства мониторинга не обязательно должны быть связаны с ловушкой или приманочной станцией, чтобы функционировать как детекторы.
[0074] Упомянутая система позволяет осуществлять дистанционное обнаружение и мониторинг самых разных животных, которые могут быть позвоночными, такими как грызуны, или беспозвоночный, такими как насекомые. Хотя обычно она предназначена для обнаружения и мониторинга тех особей, которые классифицируются как вредители, она не ограничивается только ими.
[0075] Упомянутая система осуществляет непрерывный мониторинг состояния отдельных приборов, имеющихся в ячеистой сети, и может сообщать о приборах, которые могут выйти из строя или уже сломались.
[0076] Упомянутая система способна автоматически обнаруживать и регистрировать события, такие как замена расходных средств, таких как клейкие ловушки, флуоресцентные трубки и ловушки для вредителей. Она может также устанавливать, что область или продукт, подлежащая(-ий) борьбе с вредителями, обслуживается или контролируется вручную.
[0077] Упомянутая система также немедленно отображает предупреждение и передает данные, и периодически или в определенное время запускает сообщение или сохранение данных.
[0078] Эта гибкая система может беспроводным методом сообщать данные на ПК или ноутбук через, например, GPRS, спутниковый модем, ADSL линию или стандартную наземную телефонную сеть.
[0079] Упомянутая система избавлена от необходимости вручную проверять каждое место, чтобы обнаружить присутствие вредителя или определить состояние продуктов мониторинга в системе.
Краткое описание фигур
[0080] Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
[0081] Фиг. 1а и Фиг. 1b представляют собой соответственно вид сверху и вид сбоку предпочтительного датчика по первому аспекту настоящего изобретения;
[0082] Фиг. 2а и Фиг. 2b демонстрируют взаимосвязь между триплетом проводников (Фиг. 2а) и емкостью (Фиг. 2b), когда объект перемещается через датчик в направлении оси Y;
[0083] на Фиг. 3а (вид в перспективе) и Фиг. 3b (вид сбоку) показан предпочтительный датчик (массив), содержащий три триплета датчика, расположенных на некотором расстоянии один от другого;
[0084] на Фиг. 4 показано, как, например, крыса может активировать три триплета датчика, двигаясь через эти датчики;
[0085] Фиг. 5а-5с демонстрируют устройство незаземленных датчиков и незаземленной проводящей подложки, электрически изолированной от упомянутых проводников на емкости;
[0086] на Фиг. 6 показано альтернативное расположение проводников, которое пригодно для обнаружения ползающих насекомых, когда они передвигаются вдоль датчика;
[0087] на Фиг. 7 показано средство обнаружения согласно одному из аспектов настоящего изобретения;
[0088] на Фиг. 8 показаны ключевые компоненты системы по одному из аспектов настоящего изобретения;
[0089] на Фиг. 9 показана система с сетевой структурой по одному из аспектов настоящего изобретения;
[0090] на Фиг. 10 показано средство обнаружения по одному из аспектов настоящего изобретения, расположенное внутри и снаружи некоего воздуховода;
[0091] на Фиг. 11 показано средство обнаружения, смонтированное вокруг поддона; и
[0092] на Фиг. 12 показана упомянутая система, смонтированная в здании.
Подробное описание изобретения
[0093] На Фиг. 1а и Фиг. 1b показан датчик (10) по предпочтительному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения. Этот датчик (10) может обнаруживать изменения (Δ) краевой емкости (А) и содержит проводник (12) датчика, на некотором расстоянии (da; db) от каждой из сторон (16а; 16b) которого расположены два незаземленных проводника (14а; 14b). Эти три проводника образуют триплет (14а-12-14b) и опираются на незаземленную проводящую подложку (18), электрически изолированную (20) от упомянутых проводников (12, 14а, 14b) и окружающей среды. И проводник датчика, и незаземленные проводники сделаны из проводящего материала, обычно - меди, и могут быть выполнены в виде проводов или пластин, которые закреплены, хотя электрически изолированы, на проводящей подложке (18), обычно алюминиевой, которая экранирует этот датчик от поверхности, на которой он расположен.
[0094] Как видно из Фиг. 2а и Фиг. 2b, датчик, который определяет изменения (Δ) емкости, действует как краевой конденсатор, определяющий изменения емкости, когда объект приближается (22) или движется от (24) проводника (12) датчика при пересечении объектом оси у от первого бокового незаземленного конденсатора (14а) ко второму боковому незаземленному конденсатору (14b). Так, если, например, крыса пересекает упомянутый датчик, изменение емкости (Δ) происходит так, как показано на Фиг. 2b, сначала возрастает (22), а затем убывает (24).
[0095] Чувствительность датчика, а значит и его способность обнаруживать различные объекты, обычно животных, которые считаются вредителями, зависит от множества факторов, включая материалы, используемые для изготовления триплета (14а-12-14b), их ширину (w), толщину (t) и интервал (da и db) между проводником (12) датчика и незаземленными проводниками (14а, 14b), а также природу проводящей конструкции (18; 20), образующей экранирующую опору.
[0096] Так, приведенный в качестве примера датчик (10), пригодный для обнаружения крыс, показан на Фиг. 3а и Фиг. 3b. Он выполнен в виде удлиненной полоски шириной 100 мм и может быть до нескольких метров в длину. Фактически он содержит массив из трех датчиков (10-1; 10-2 и 10-3). Эти три датчика идентичны, и каждый из них содержит триплет (14а-12-14b). В этом варианте осуществления настоящего изобретения каждый проводник триплета представляет собой медную полоску шириной (w) приблизительно 2 мм и толщиной (t) приблизительно 0,05 мм. Проводник (12) датчика отделен расстоянием (da; db), составляющим приблизительно 3 мм, от каждого незаземленного проводника (14а; 14b), которые размещены на расстоянии примерно 5 мм от края электрически изолированной опорной подложки (18; 20), выполненной из алюминия (18), покрытого изолирующим пластиком (20) или заключенного в него. Каждый триплет отдален один от другого (dc) на приблизительно 27 мм. В этом варианте осуществления настоящего изобретения весь датчик заключен в защитную пластмассовую пленку.
[0097] Квалифицированному специалисту, имеющему представление об электрической емкости, будет понятно, что указанные размеры приведены фактически для иллюстрации, и эти размеры/материалы могут быть изменены для достижения чувствительности, требуемой для вредителей заданного вида.
[0098] Фиг. 4 иллюстрирует считанные данные, полученные тогда, когда крыса пересекает показанный на Фиг. 3а датчик (10) в направлении стрелки Y. Когда крыса пересекает первый датчик (10-1), происходит первоначальное возрастание емкости, событие (22) повышения краевой емкости, когда крыса приближается к проводнику (12) датчика от незаземленного проводника (14а), и затем событие (24) снижения краевой емкости, когда крыса покидает проводник (12) датчика и приближается к незаземленному проводнику (14b). Затем второй датчик (10-2) обнаруживает то же, и то же самое случается и с третьим датчиком (10-3), если предположить, конечно, что эта крыса движется в направлении, указанном стрелкой Y. Сигналы от этих трех датчиков предоставляют информацию, которая может быть использована для получения сведений не только о наличии (обнаружении) крысы, но также и о направлении (50) движения, скорости, а если используется приманочная станция, о ее перерывах в работе/времени питания. Эти датчики функционируют, измеряя емкость десятки раз в секунду, и алгоритм сравнивает последовательные показания (26, 28, 30), например, текущее, предыдущее, следующее, и может непрерывно перекалибровывать базовый уровень емкости, снижая тем самым ложноположительные показания. Иначе говоря, система способна отличать крысу, например, от листка или от отпечатка грязной мокрой лапы, оставленного животным.
[0099] Обнаружение события (22) повышения краевой емкости может быть использовано для управления питанием от батареи, так что событие обнаружения может инициировать внешнее прерывание, приводящее к тому, что микропроцессор (не показан) сменит режим с энергосберегающего режима "ожидания" на режим "полной мощности".
[00100] Фиг. 5а-5с помогают пояснить устройство проводников и их расположение на незаземленной проводящей подложке (18), электрически изолированной (20) от упомянутых проводников (12, 14а, 14b) и их окружения. Эта подложка может быть клейкой, так что она может прилипать к поверхности.
[00101] На Фиг. 5а изображен датчик с 3 проводниками (14а-12-14b) без экрана и незаземленных параллельных проводников. "С" - это "паразитная" емкость, обусловленная просто объемом меди, ее индуктивность и общее сопротивление при этой частоте используется для опроса датчика.
[00102] На Фиг. 5b изображен датчик с 3 проводниками с заземленным экраном, и незаземленные параллельные проводники - нежелательны. Значения емкости "А" желательны, а значения "В" нежелательны.
[00103] На Фиг. 5с изображен датчик с 3 проводниками с незаземленным экраном (18; 20), проводником (12) датчика и парой незаземленных параллельных проводников (14а, 14b) (как заявлено в настоящем изобретении). Полученная емкость почти равна "А" (желательной) без паразитной емкости (нежелательной).
[00104] На этих трех фигурах показано, что когда значение паразитной емкости "С" увеличивается, величина изменения емкости "А", необходимая для успешного "обнаружения вредителя", растет, что делает этот датчик менее чувствительным. Это происходит потому, что датчик (10) работает, обнаруживая изменение поля краевой емкости, образованного между проводником (12) датчика и двумя расположенными рядом незаземленными проводниками (14а, 14b). На Фиг. 5с датчик экранирован (18; 20) в своей нижней части, что позволяет располагать этот датчик на поверхностях многих видов.
[00105] Еще одно преимущество, обусловленное тем фактом, что датчик экранирован в своей нижней части, заключается в том, что он может быть расположен на поверхностях многих видов, включая металлические поверхности.
[00106] Такая конструкция датчика означает также, что медленные или стойкие изменения общего уровня такого краевого поля можно откалибровать. Это означает, что жидкость, мусор или накопившаяся грязь не остановят работу этого датчика.
[00107] Динамический диапазон датчика, даже при нескольких длинах датчика, определяется отношением толщины (t) плоских медных проводников к расстоянию (da; db) между незаземленными проводниками (14а; 14b) по сравнению с чувствительным проводником (12). Это позволяет использовать различные конфигурации датчика для обнаружения вредителей разного размера, например, от клопов до крыс (или даже более крупных животных, включая людей).
[00108] Этот датчик срабатывает ТОЛЬКО тогда, когда объект нарушает краевое поле, которое образовано направленно незаземленными параллельными проводниками (14а, 14b) и экранированием от незаземленной проводящей подложки (18), которая электрически изолирована (20). Это обусловливает очень высокую чувствительность датчика.
[00109] Заявитель обнаруживал проникновение (70) вредителя в краевое поле, и что более важно, обнаруживал уход (80) этого вредителя из поля (Фиг. 2b).
[00110] Физическое размещение по меньшей мере двух, а предпочтительно - трех или более датчиков (как показано на Фиг. 3), позволяет средству обнаружения дополнительно определять направление перемещения (50) вредителя через датчик, предоставляя ценную дополнительную информацию клиенту. Настроив оповещение/сигнализацию на срабатывание только при нескольких событиях (например, активность в 10-1 и 10-2) в течение контрольного промежутка времени (s), установленного системой, можно значительно снизить ложноположительные показания. Сочетание этих свойств в сумме обеспечивает весьма надежное обнаружение в различных средах и облегчает определение направления перемещения вредителя.
[00111] Использование краевой емкости способствует снижению энергопотребления (и значительно повышает ресурс батарей), позволяя процессору и РЧ сети в отсутствие активности находиться в спящем режиме.
[00112] Для обнаружения вредителей меньшего размера, таких как ползающие насекомые, может потребоваться датчик с другой конфигурацией. Одна из таких подходящих конфигураций описана со ссылкой на Фиг. 6.
[00113] В конфигурации, показанной на Фиг. 6, проводник (12) датчика выполнен не в виде линейного элемента, а представляет собой по существу гребенчатый элемент, в котором зубья (12а, 12b, 12с.) гребня действуют как множество проводников (12) датчика. Аналогично, незаземленный проводник (14) выполнен не в виде двух линейных незаземленных проводников (14а, 14b), а представляет собой по существу гребенчатый элемент, в котором пары зубьев (14а; 14b) расположены по обе стороны каждого проводника (12а; 12b) датчика и т.п. Таким образом, соответствующий проводник датчика и незаземленный проводник расположены так, что обращены один к другому и образуют букву "Е". Они электрически изолированы от незаземленной проводящей подложки (не показана) так, как показано на Фиг. 5С.
[00114] При эксплуатации насекомое пересекает перекрывающиеся триплеты (14а-12-14b) в направлении стрелки Y.
[00115] В отличие от датчика для грызунов, полоски этого датчика более узкие (приблизительно 14 мм для показанной в качестве примера полоски). Датчик проводника имеет ширину около 2 мм, незаземленный датчик имеет ширину около 2 мм, и промежуток (da, db) между двумя датчиками составляет приблизительно 1 мм. Снова-таки, толщина обоих датчиков составляет около 0,05 мм.
[00116] Однако специалисту в этой области будет понятно, что эти размеры приведены только для справки, и ему будет понятно, что возможны много вариантов.
[00117] Все датчики по настоящему изобретению объединены в средства (100) обнаружения, и пример одного из таких средств описан со ссылкой на Фиг. 7. Показанное на Фиг. 7 средство обнаружения содержит кожух (110), в котором расположены источник питания (120) и печатная плата, содержащая микропроцессор (130), энергонезависимую память (140), приемопередатчик (150) и часы (160). В этом средстве обнаружения имеется также соединитель (не показан) для подключения датчика (10).
[00118] Предпочтительно средство обнаружения содержит камеру (180), такую как инфракрасная камера со светодиодной ИК "вспышкой". Блок питания предпочтительно имеет большую емкость, широкий диапазон температур эксплуатации, снабжен батареей, и блок питания содержит катушку индуктивности (190) для подзарядки батарей. Предпочтительно энергонезависимая память действует как контроллер датчика, и приемопередатчик содержит радиочастотный блок. Как видно на фигуре, датчик (10) имеет форму полоски с электрическими контактами на нем (не показаны), облегчающими подключение.
[00119] Средства (100) обнаружения идеально пригодны для интеграции в сетевую систему (200), наиболее предпочтительно - в сеть (210) с ячеистой топологией.
[00120] На Фиг. 8 показана простая система (200) с тремя средствами (100) обнаружения, которая выдает данные (220) в центральный узел (230), в данном случае, ПК. Этот ПК подключен к интернету, и легко доступен с удаленного монитора (240).
[00121] На Фиг. 9 показано, как средство (100) обнаружения по настоящему изобретению может быть интегрировано в радиочастотную (РЧ) ячеистую сеть (210). На этой фигуре показаны основы РЧ ячеистой сети. Каждое средство (100) обнаружения (позиции 1-6 на этой фигуре) будет пытаться связаться напрямую с центральным узлом ПК (230). Если это ему не удастся, это средство будет искать другие средства в этой цепи, и посылать им сообщения с указанием его состояния. Поскольку другие средства в цепи также будут делать это, средство, ищущее связи, либо будет получать одно сообщение, несколько сообщений, либо не будет получать ни одного сообщения, с указанием состояния всех средств "в цепи". Если не приходит никаких сообщений, это средство перейдет в автономный режим. Если оно получает сообщения от "связанного" средства, оно пошлет сообщение, направленное на центральный узел. Этот центральный узел может определять из содержания всех полученных сообщений топографию сети. Тогда центральный узел передаст "маршрутные инструкции" на все средства сети. Эти инструкции будут направлять весь трафик, например, с использованием следующих правил, SPF - Предпочтительный кратчайший маршрут, и АЕР - Другие равнозначные маршруты.
[00122] Например, средство 1 направит сообщения через средство 2 и средство 3 поочередно, и когда средство 3 получит сообщения от средства 1, он всегда будет направлять их через средство 4 в центральный узел. Когда средство 2 получает сообщения со средства 1, он поочередно направляет через средство 4 и средство 5. Этот способ помогает равномерно распределить передачу сообщений, используя наименьшее возможное количество средств, продлевая таким образом общий срок службы батареи.
[00123] Эта сеть предназначена для быстрого монтирования, и для самовосстановления, если линии утеряны или блокированы. Если линия между средством 1 и средством 2 утеряна, средство 1 переключается на линию к средству 3, и сообщает об "утере связи" между средством 1 и средством 2 в центральный узел. При обычной работе средство 2 не использовало бы линию между средствами 2 и 3, но если линии между средством 2 и средством 4 и между средством 2 и средством 5 утеряны, эта линия будет активирована. Если средство 4 теряет свою прямую связь с центральным узлом, оно будет активировать связь между средством 4 и средством 5. Поскольку имеется путь к центральному узлу, любое средство, подключенное к этому пути через цепь любых других средств, будет способно посылать сообщение на центральный узел. Узлы с соответствующей идентификацией (ID) смогут мгновенно быть размещены в сети, которая автоматически еще раз картирует свою топографию. Если имеется отключенное средство или разрыв цепи после монтирования, центральный узел сообщит об этом.
[00124] Одним особенным преимуществом датчиков по настоящему изобретению является их универсальность. На Фиг. 10 показан пример средства (100) обнаружения, смонтированного в воздуховоде (90), где один из датчиков смонтирован вокруг всей внутренней поверхности (92) воздуховода, а другой - вокруг наружной поверхности (94). Даже если этот воздуховод изготовлен из металла, конструкция этого датчика такова, что он все же будет работать надлежащим образом.
[00125] Благодаря природе логики радиочастотной ячеистой сети и свойствам, например, приемопередатчика на 2,4 ГГц, это средство может оставаться частью РЧ ячеистой сети, внешней относительно воздуховода, при условии, что металлический воздуховод проходит через решетки или отверстия для отвода воздуха.
[00126] На Фиг. 11 показаны средства (100) обнаружения, предназначенные для мониторинга товаров (96) на поддоне (98). Эти средства (100) обнаружения могут быть помещены на товары или вокруг них, и длина и гибкость датчика (10) сама по себе означает, что этот датчик может быть обернут вокруг товаров.
[00127] На Фиг. 12 показаны средства (100) обнаружения, обозначенные позициями 1-7, и система, установленная в здании, которым совместно пользуются три различные компании. В каждой компании установлена собственная гибкая система мониторинга грызунов. Это три независимые специальные ячеистые сети (средства обнаружения в которых имеют индексы a, b и с). РЧ сети (a, b или с) независимы одна от другой. Протокол РЧ ячеистой сети показывает, что эти сети одна с другой не взаимодействуют. Активность "сети а" не вызывает "пробуждение" "сети b" или "сети с" из энергосберегающего режима или передачу данных на центральный узел третьей стороны (230).