一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统及检测方法

本发明属于胚胎孵化，具体涉及一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统及检测方法。

背景技术：

1、我国是禽蛋产业大国，禽蛋产量和消耗量都高居世界前位。据国家统计局年度数据报表显示，仅2021年我国禽蛋产量就高达3408.81万吨。对于禽类繁育产业来说，种蛋的孵化率与禽类产量息息相关。在种蛋孵化过程中，存在部分种蛋胚胎最终不能正常孵化的情况。一方面，会产生大量的有害病菌对健康的胚胎造成感染；另一方面，会造成更多资源的浪费，提高相关企业的生产成本。因此，找寻一种对胚胎异常发育的检测方法，对整个的禽类孵化行业具有重要意义。

2、目前，在孵化领域内，现有胚胎的检测是靠人工检测，即通过工人的人工照蛋，用肉眼来挑选出死胚蛋。这种操作方式效率十分低下，而且人的肉眼识别经常会出现误差，无法准确的将死胚蛋都挑选出来。此外还有红外光谱法、电学与热成像法、高光谱判别等方法来检测胚胎的发育正常与否。采用漫反射式的近红外光谱检测技术检测准确率很高，但需将鸡蛋置于密闭的光学积分球内，不但操作复杂不利于在线检测，而且检测成本相对较高。采用电学与热成像的判别方法判别准确率较差。采用高光谱判别的方法虽然能达到很高的准确性，但是高光谱的成本太高，仅适合实验室研究用，目前还没有很高的实用价值。采用机器视觉的方法进行判断，同样面临蛋壳颜色问题的困扰。

3、因此需要一种成本相对较低且检测精度相对较高的实时在线检测胚胎发育异常的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统及检测方法，实现了在胚胎发育过程中，实时快速地检测出胚胎是否发育异常，有效的提高胚胎发育异常的检测效率，降低检测成本。

2、本发明提供了如下的技术方案：

3、第一方面，提供一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，包括超声波模块、超声波共振腔、声频率采集模块和控制器；所述声频率采集模块、控制器、超声波模块和超声波共振腔依次连接；所述超声波模块用于产生并发送超声波信号给超声波共振腔；所述超声波共振腔用于增强所述超声波信号，且增强后的超声波信号敲击待测胚胎；所述声频率采集模块用于接收并处理由被敲击待测胚胎发出的声音信号，并发送给控制器；所述控制器用于控制所述超声波模块产生超声波信号，并根据所述声频率采集模块采集到的声音信号分析得到待测胚胎的固有频率，根据待测胚胎的固有频率变化判断其是否发育异常。

4、作为本发明一种优选技术方案，所述超声波模块包括依次连接的整流滤波电路、逆变电路、隔离驱动电路和超声波换能器；所述整流滤波电路用于将输入的交流电转换为直流电；所述逆变电路连接所述控制器，用于将所述直流电转换为高频交流电；所述隔离驱动电路用于对整个电路进行电气隔离，进而驱动所述超声波换能器；所述超声波换能器用于将高频交流电信号转换为机械振动，进而发出超声波信号；所述超声波换能器的输出端连接所述超声波共振腔的输入端。

5、作为本发明一种优选技术方案，所述隔离驱动电路采用隔离芯片si8238bd-d-is实现电气隔离。

6、作为本发明一种优选技术方案，所述超声波共振腔包括颈部和共振腔体；

7、所述颈部的有效高度leff表示为：

8、leff＝l+16a/3π         (1)

9、其中，a表示颈部的半径，l表示颈部的高度；

10、基于式(1)，所述颈部的声质量mhr表示为：

11、mhr＝ρ0leff/a         (2)

12、其中，a表示颈部的半径，ρ0表示共振腔体内的介质密度；

13、所述共振腔体的声顺chr表示为：

14、chr＝rh/ρ0c02       (3)

15、其中，r为共振腔体的半径，h为共振腔体的高度，ρ0为共振腔体内的介质密度，c0为共振腔体内介质的声速；

16、基于式(2)和式(3)，所述共振腔体的共振角频率ω0表示为：

17、

18、基于式(4)，所述共振腔体的共振频率fh表示为：

19、fh＝ω0/2π       (5)。

20、作为本发明一种优选技术方案，所述超声波共振腔接受超声波信号，当所述超声波信号的频率等于共振频率fh时，所述超声波共振腔放大超声波信号的声压。

21、作为本发明一种优选技术方案，所述声频率采集模块包括依次连接的声级计、放大电路、调理电路和a/d转换电路；所述声级计用于采集被敲击待测胚胎发出的声音信号，并将其转换为电信号；所述放大电路用于放大所述电信号；所述调理电路用于对所述电信号进行调整和优化，获取电信号的频率；所述a/d转换电路的输出端连接所述控制器，用于将电信号频率发送给所述控制器。

22、第二方面，提供一种第一方面所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统的检测方法，包括：

23、控制所述超声波模块产生超声波信号并发送给所述超声波共振腔，增强的超声波信号敲击待测胚胎；

24、接收由所述声频率采集模块采集并处理过的被敲击待测胚胎发出的声音信号；

25、读取所述声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率；

26、根据待测胚胎固有频率的变化判断待测胚胎是否发育异常。

27、作为本发明一种优选技术方案，所述读取所述声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率，具体包括：由增强后的所述超声波信号敲击的待测胚胎会产生振动，进而发出声音信号，所述声音信号的频率即为待测胚胎的固有频率。

28、作为本发明一种优选技术方案，所述根据待测胚胎固有频率的变化判断待测胚胎是否发育异常，具体包括：在整个发育过程中，若待测胚胎的固有频率逐渐上升，则判断为发育正常；若待测胚胎固有频率的变化出现停滞或下降现象，则判断为发育异常。

29、作为本发明一种优选技术方案，所述读取所述声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率之后，还包括：一天内重复检测多次待测胚胎的固有频率，判断固有频率误差是否在设定值内，若在设定值内，则对多次检测的固有频率求平均值；若不在设定值内，则重新检测。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、本发明提供的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，包括超声波模块、超声波共振腔、声频率采集模块和控制器，能够测量出不同孵化时期内待测胚胎的固有频率，并通过对各个时期的固有频率变化进行分析，实时监测待测胚胎发育进程，判断待测胚胎是否正常孵化，节省生产空间，降低养殖成本，提升经济效益。

32、2、本发明提供的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统的检测方法，在胚胎的整个发育过程中，若待测胚胎的固有频率逐渐上升，则判断为发育正常；若待测胚胎固有频率的变化出现停滞或下降现象，则判断为发育异常。该方法可以根据胚胎固有频率变化来快速检测出待测胚胎是否发育异常，有效的提高胚胎发育异常的检测效率，降低检测成本。

技术特征：

1.一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：包括超声波模块、超声波共振腔、声频率采集模块和控制器；

2.根据权利要求1所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：所述超声波模块包括依次连接的整流滤波电路、逆变电路、隔离驱动电路和超声波换能器；

3.根据权利要求2所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：所述隔离驱动电路采用隔离芯片si8238bd-d-is实现电气隔离。

4.根据权利要求1所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：所述超声波共振腔包括颈部和共振腔体；

5.根据权利要求4所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：所述超声波共振腔接受超声波信号，当所述超声波信号的频率等于共振频率fh时，所述超声波共振腔放大超声波信号的声压。

6.根据权利要求1所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统，其特征在于：所述声频率采集模块包括依次连接的声级计、放大电路、调理电路和a/d转换电路；

7.一种权利要求1～6任一项所述的可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统的检测方法，其特征在于，包括：

8.一种权利要求7所述的可进行胚胎异常发育检测的检测方法，其特征在于，所述读取所述声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率，具体包括：

9.一种权利要求7所述的可进行胚胎异常发育检测的检测方法，其特征在于，所述根据待测胚胎固有频率的变化判断待测胚胎是否发育异常，具体包括：

10.根据权利要求7所述的可进行胚胎异常发育检测的检测方法，其特征在于，所述读取所述声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率之后，还包括：一天内重复检测多次待测胚胎的固有频率，判断固有频率误差是否在设定值内，若在设定值内，则对多次检测的固有频率求平均值；若不在设定值内，则重新检测。

技术总结本发明公开了一种可进行胚胎异常发育检测的智能孵化系统及检测方法，检测系统包括包括超声波模块、超声波共振腔、声频率采集模块和控制器；声频率采集模块、控制器、超声波模块和超声波共振腔依次连接；检测方法包括控制超声波模块产生超声波信号并发送给超声波共振腔，增强的超声波信号敲击待测胚胎；接收由声频率采集模块采集并处理过的被敲击待测胚胎发出的声音信号；读取声音信号，分析得到待测胚胎的固有频率；根据待测胚胎固有频率的变化判断待测胚胎是否发育异常。本发明通过待测胚胎固有频率的变化实时监测待测胚胎发育进程，判断待测胚胎是否发育异常，有效提高检测效率，降低检测成本，提升经济效益。技术研发人员：吕富勇,刘泽宇,陈锦河,王杰,杜彤,王亚洲,徐佳瑞,吴泽宇,耿超,柳加旺受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5