一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统及技术

本发明涉及动物应激反应实时监测，尤其涉及一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统及技术。

背景技术：

1、动物的应激反应是它们在面临压力、威胁或变化时表现出的生理和行为上的反应。这些反应可以是针对外部环境的，比如天气变化、食物不足或掠食者的出现，也可以是针对内部情况的，比如生病或受伤。了解动物的应激反应对于提供适当的环境和照顾是至关重要的，这有助于减少动物的压力和不适，提高它们的幸福感和生存能力。

2、在现代化畜禽生产中，动物的应激是无法避免且长期存在的，饲养过程中的各种应激不仅降低了动物生产性能，也常常导致肉品质下降，严重者甚至引起动物死亡，给养殖带来严重经济损失。

3、动物园或者家庭的饲养环境与野生动物原始的生活环境相比还存在很大的局限性，约束了动物活动，使其无法主动避开有害环境，这样就会出现复杂多样的应激原，如高温、低温、饲料转化、噪声、饲养密度等，经常是多种应激原同时存在的情况，会出现应激性综合征。

4、对于动物应激带来的应激反应，可以采用摄像头加图像识别的监测方式。此方法直截了当，通过动物的肢体行为进行判断，但该监测方式在使用过程中极易出现重叠、遮挡情况，容易误检、漏检，导致判断准确率不高，进而影响人们判断。

5、应激反应实时监测主要分为视频法和声音法。视频法在使用过程中受角度限制，并不适用于大规模或大面积养殖环境。声音法虽然没有视频法直截了当，但检测精度相对较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统及技术。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统，该系统包括宽带光源、第一光环形器、光纤f-p腔声传感器、动物棚舍、第二光环形器、光纤布拉格光栅、光电探测器、fpga和电脑；

3、宽带光源输出的光经第一光环形器进入光纤f-p腔声传感器，光纤f-p腔声传感器放置在动物棚舍顶部中心位置；将产生不同种类应激反应的动物放在动物棚舍内；动物应激反应产生的声信号经过空气传播到光纤f-p腔声传感器上，声信号导致光纤f-p腔声传感器的反射信号发生变化，并经过第一光环形器后进入第二光环形器，经第二光环形器后到达光纤布拉格光栅，经光纤布拉格光栅反射后的光进入第二光环形器，然后被光电探测器接收，从光电探测器输出的电信号进入带有ad采集模块的fpga，fpga通过以太网将数据传输到电脑，由电脑进行后续处理、深度学习网络训练及测试。

4、本发明还公开了一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，包括上述所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统，该监测技术的具体步骤如下：

5、s1、在动物棚舍顶部中心位置固定光纤f-p腔声传感器；

6、s2、在动物棚舍内放入产生不同种类应激反应的动物，光纤f-p腔声传感器接收动物棚舍的声音信号；

7、s3、fpga将采集到的信号通过以太网传输给电脑；

8、s4、电脑中的抓包程序接收以太网数据包并且按固定时间进行存储，与此同时对该段数据进行分帧、加窗处理，进行信号变换，得到该段信号的特征图；

9、s5、将得到的特征图作为训练集，将训练集输入到深度学习模型中进行训练，当训练正确率达到一定值时停止训练，此时，深度学习模型已经训练好；

10、s6、训练好的深度学习模型按固定时间间隔对存储的以太网数据包进行测试，测试结果输出特征图所对应的应激反应种类。

11、优选的，s2中，声音信号是由动物棚舍内动物发生应激反应产生。

12、优选的，s3中，采集操作是在通过开发板上的ad采集模块进行。

13、优选的，s4中，信号变换采用小波变换，获取频谱图作为特征图。

14、优选的，s4中，信号变换采用梅尔倒谱系数，获取梅尔倒谱系数作为特征图。

15、优选的，s5中，深度学习模型采用cnn-rnn-attention模型。

16、本发明有益效果：

17、本发明能够应用于动物棚舍、宠物窝等环境中动物应激反应的实时监测，应用范围广泛。

技术特征：

1.一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统，其特征在于：该系统包括宽带光源(1)、第一光环形器(2)、光纤f-p腔声传感器(3)、动物棚舍(4)、第二光环形器(5)、光纤布拉格光栅(6)、光电探测器(7)、fpga(8)和电脑(9)；

2.一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，包括权利要求1所述的一种基于光纤f-p腔声传感器的动物应激反应实时监测系统，其特征在于：该监测技术的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，其特征在于：s2中，声音信号是由动物棚舍(4)内动物发生应激反应产生。

4.根据权利要求2所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，其特征在于：s3中，采集操作是在通过开发板上的ad采集模块进行。

5.根据权利要求2所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，其特征在于：s4中，信号变换采用小波变换，获取频谱图作为特征图。

6.根据权利要求2所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，其特征在于：s4中，信号变换采用梅尔倒谱系数，获取梅尔倒谱系数作为特征图。

7.根据权利要求2所述的一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测技术，其特征在于：s5中，深度学习模型采用cnn-rnn-attention模型。

技术总结
本发明公开了一种基于光声传感器的动物应激反应实时监测系统及技术，该系统包括宽带光源、第一光环形器、光纤F‑P腔声传感器、动物棚舍、第二光环形器、光纤布拉格光栅、光电探测器、FPGA和电脑，基于该系统的监测技术能够实现动物棚舍内动物发生应激行为的实时监测，应用范围广泛。

技术研发人员：李泽鑫,万生鹏,喻俊松,陈达如,凌强
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11