用于监测动物生理状态的排布系统、丸剂、标签和方法与流程

本发明涉及一种排布系统、一种丸剂、一种标签和一种方法，用于监测动物的生理状态，来确定健康状态并提供信息用于优化家畜管理。

背景技术：

1、已知有若干文献与本发明的技术主题相关。

2、文献ca2820857(a1)涉及一种用于在动物产奶期间控制产奶动物的设备。该设备包括一系列产奶率传感器，每个产奶率传感器测量动物产奶率的至少一个指标。包括至少两个热成像相机的多种温度传感器测量产奶动物不同处理区域的热输出。一个处理器接收热输出和产奶率指标，并将它们结合起来使用，以确定产奶动物的状况。该状况实时显示在监测设备上。该文献中描述的另一种传感器是电导率传感器，用以测量乳房中的奶电导率。图3显示的是一个可能的数据视图，对于单个动物所获得的数据，其中包括电导率、乳房温度和性能随时间变化的三个趋势线。比较这些趋势线时，可以看出，乳房温度升高，伴随着电导率最终升高，产奶量下降。然而，该引用文献并没有预料到本发明的技术，因为在该文献中被测介质是奶而不是瘤胃内唾液，测量位置是乳房而不是胃，电导率的变化是由于奶中细胞分解而产生盐的原因而不是胃中唾液的产生，其结果是检测可能的乳房感染而不是动物的摄食。此外，该引用文献的方法的缺点是只能监测动物的产奶率，而不能检测其他感兴趣的参数或与母牛乳房无关的疾病，因为该文献没有描述在瘤胃内部使用电导率传感器，也没有披露电导率测量是使用交流电进行的。

3、文献nl1008840(c2)描述了一种奶畜管理系统，其使用传感器而得以识别奶牛个体和诸如奶温度和电导率等某些特征，以测量动物的健康状况。此外，该系统还使用嗅觉传感器以检测动物呼吸中的丙酮水平，使得中央计算机可以记录反刍动物胃中可能发生的代谢紊乱。丙酮传感器按照替代方式可以位于喂食或饮水站或分离单元中。然而，该文献没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

4、文献us2018310885a1公开了一种管理牛类疾病的方法，包括从设置在母牛胃中的生物传感器胶囊接收母牛的生物信息，通过分析生物信息确定母牛的健康状态，并将与母牛健康状态相关联的信息传输给管理母牛的用户。确定方法可包括基于角速度信息、加速度信息和胃温度信息以及胃ph信息来确定母牛的发情(heat)状态或供给(supply)状态。还可以测量温度和甲烷气体的形成。此外，提供了一种生物传感器胶囊，其包括：用以允许生物传感器胶囊被设置在母牛体内预定位置处的经过配置的配重、多个配置为从母牛获取生物信息的传感器、以及用以传输生物信息的经过配置的通信模块。通信模块可以是远程通信模块(lora)。诸传感器可以包括配置为检测母牛胃加速度值的加速度传感器、配置为检测母牛胃角速度值的陀螺仪传感器、配置为检测母牛胃温度值的温度传感器、配置为检测母牛胃中产生的甲烷气体量的甲烷传感器、以及配置为检测母牛胃的ph水平的ph传感器。生物传感器胶囊包括多个传感器，例如加速度传感器、陀螺仪传感器、温度传感器、甲烷传感器和潜在氢(ph)传感器、电池、配重、通信模块和天线。通信模块和天线可用于生物传感器胶囊和疾病管理服务器之间的通信。生物传感器胶囊可以通过经由通信模块访问20公里距离内的通信网络，将生物信息传输至疾病管理服务器。诸传感器可以集成到印刷电路板(pcb)中。而且，通信模块和/或天线也可以集成到pcb中。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

5、文献us2017215763a1描述了一种可摄食丸剂，其包括用于监测动物的专门检测组件。所述丸剂包括唯一识别号码、用于在任何给定时间检测地球上任何一点的估计磁场的磁场传感器、以及用于将收集到的数据发送到数据中心的至少一个数据传输设备。所述丸剂检测、接收并将唯一标识号码、任何给定点的磁场参数以及生理参数(包括动物核心温度等)传输给数据中心或集中位置，以供进一步分析。所述丸剂还包括射频转发器和射频天线，用于向数据中心发送包括唯一id、位置和生理参数的数据。除了磁场传感器之外，还使用全球定位系统(gps)和/或差分gps来识别动物的位置。可摄食丸剂包括一个或多个能够将gps坐标传输到全球定位系统(gps)接收器的gps传感器。因此，该引用文献中的可摄食丸剂利用了gps系统和磁场定位系统的优点来获得更准确的动物位置。集中位置处的数据中心包括具有至少一个配备有控制单元和算术逻辑单元(alu)的处理单元的计算环境、存储器单元、存储单元、多个网络设备和多个输入输出设备(i/o)。在存储单元内存储的软件具有用于管控从丸剂内多个传感器接收的多个信息的算法，并且在软件的执行期间可用于存储器单元。处理单元负责通过接收来自控制单元的命令来处理算法指令。此外，执行指令时涉及的任何逻辑和算术运算都是在alu的帮助下计算的。然而，该引用文献没有描述感测牛胃中的电导率来确定生理参数。

6、文献wo2017184096(a1)描述了一种遥测数据记录器，它能够通过电解方法将发电量的变化与瘤胃中的ph水平相关联，从而避免ph计的校准要求，并且包括由于电解过程而将系统转变为可自动充电的电解作用。这种遥测数据记录器包括温度计、电解顶端、三维加速度计和发射器中的rfid，并且因为发射器持续时间长且其自身电荷允许长期数据的收集，所以允许反刍动物不那么频繁地为将发射器放置在胃上而吞咽发射器。通过电解顶端测量瘤胃内酸度变化引起的导电能力，并且根据电解期间的电流变化监测瘤胃ph值的变化过程。该设备中的电路连续地测量电解产生的电量并记录电量产生趋势。此外，产生的能量还将用于为设备的内部电池充电以使该方法和传感器运转，并将收集到的数据以所需频率(每15分钟或30分钟或1小时等一次数据传输)输出给一个(多个)外部读取器。通过测量瘤胃痉挛的频率，借助三维加速度计，检测出可能的瘤胃位移和紊乱。然而，该引用文献的设备基于使用直流电的电解方法，利用溶解的氢离子作为变化因子。出现的问题是，它会影响介质和测量本身(正如在同一文献中阐明的那样，指出它们可以调节ph)。简言之，可以说这种方法是将瘤胃用作电池，并根据其产生能量的能力，可以计算出ph值。从所描述的内容来看，与其说是实践开发，这似乎更是一种理论开发，因为盐很可能在电极周围形成盐垢，干扰导电性。相反，本发明使用交流电，并测量盐(作为电解质)的浓度，其中在不影响介质的情况下测量介质的阻抗或电导。虽然ph是一个重要参数，但电导率测量允许快速读取食物和水的摄入量，而不会给动物带来风险，而且交流电的使用确保了电子、离子或盐没有定向迁移，从而避免其沉积在电极上。

7、文献us2009182207(a1)描述了一种排布系统，其中丸剂无线通信装置可以包括在900mhz或一些其他合适射频(rf)下运行的无线发射器和/或接收器。一个或多个无线转发器可以被实现用来增加从丸剂到基站的通信范围。丸剂可以包括一个或多个传感器，用以检测动物的一个或多个特征。在这个实施例中，丸剂可以将被监测动物特征的数据无线传输至基站。被监测动物的特征可以包括生理特征，诸如动物温度、胃ph、血液ph、心率、呼吸、胃收缩，等等。被监测动物的特征还可以包括非生理特征，诸如运动和/或运动活力、动物位置，等等。温度传感器可以包括热敏电阻、热电偶或铂电阻温度计，等等。丸剂可包括无线通信模块。通信模块可以包括收发器。丸剂可包括一个或多个加速度计，加速度计可检测动物的运动和/或运动的活力特征，其中包括：动物行进的距离；动物运动的频率；动物运动的速度；等等。加速度计可以是三轴加速度计，能够检测每个笛卡尔坐标轴“x”、“y”和“z”轴上的动物运动和运动活力。还可以使用gps接收器来检测动物的位置、动物的运动以及/或者动物的运动特性。此外，丸剂可包括连结到每个传感器的电源、包括数据发射器和数据接收器的通信模块、处理器、存储器单元，以及消耗功率的任何其他丸剂组件。电源可以包括电池储能装置，诸如锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池或类似电池。在另一个实施例中，电源可以包括发电机，发电机可以包括压电发电机或质量发电机/交流发电机，用以从宿主动物体内的丸剂的运动和/或振动活动中产生能量。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

8、文献es2197399(t3)涉及一种可摄食丸剂，当被反刍动物吞咽时，丸剂用于检测和传输包括反刍动物内部温度的信息。发情期(bres)可以实时收集牛类数据，并且可以使用低功率射频无线电将收集到的数据传输到充当服务器数据端口的接收器。可摄食丸剂包括检测动物生理参数的传感器。根据一个实施例，诸如高精度单片温度传感器等温度传感器被用于获得动物的内部温度。其他生理参数可以通过结合诸传感器来捕获，这些传感器诸如电子ph传感器、用于控制对氧化-还原反应敏感的其他化学成分的传感器、压力传感器和类似传感器。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

9、文献us2003205208(a1)描述了一种用于监测反刍动物的生理状态和/或适宜性的方法，其通过：检测表示反刍动物活力的动物行为；累积在预定时间段内检测到的表示反刍活动的行为时间，以提供动物生理状况的指标。咀嚼和反流行为通过动物颈部的声音传感器检测。反流也可以通过动物喉咙中携带的靠近嘴巴的丸剂传感器和动物胃附近的第二传感器来检测。用于检测咀嚼行为的传感器优选为声音传感器，用于检测反流的传感器优选为微型开关。反流也可以通过声音传感器检测。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

10、文献us2017231198(a1)描述了一种牛类监测系统，可以包括反刍传感器、运动传感器、姿态传感器、牛类预测和反刍数据、运动数据或姿态数据预测系统。服务器可以具有一种存储数据、分析数据并以直方图显示数据的算法。该设备可以包括反刍传感器、运动传感器和姿态传感器。在一个实施例中，反刍传感器可以是加速度计，其可以通过检测颌的运动来检测咀嚼，其中，养殖牛(bovine asset)通常每天吼叫450至500分钟。运动传感器可以是可以检测运动的加速度计。姿态传感器可以是陀螺仪、加速度计，或者陀螺仪和加速度计组合。姿态传感器可以通过检测重力加速度、检测陀螺仪旋转，或者重力加速度和陀螺仪旋转组合，来检测养殖牛的方位。使用记录的反刍、运动和姿态传感器，养殖牛监测系统可以识别养殖牛发情周期中的异常或身体或心理健康。该设备还可以包括数据存储模块，用以记录来自各种传感器的数据，并且可以包括无线通信模块，用以将存储的数据传送到网络(例如，内部的，“云”)。在一些实施例中，无线连接可能是wifi 802.11、zigbee 802.154或btle4.0。在一些实施例中，牛类监测系统可以包括热成像相机和rfid贴片。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

11、文献us2016227742(a1)公开了一种动物监测器，包括：微控制器、至少一个三轴加速度计、能量源、充电器和通信系统，通信系统包括无线发射器和接收器。动物监测器还包括至少一个声音传感器。动物的身体运动通常是一种三自由度系统的状态，没有倾斜、曳步和翻滚，可以通过三轴加速度计来确定。以耳标形式实现的动物监测器具有六个自由度，加速度、旋转、自旋和自旋标签是混在一起的，仅用一个三轴加速度计输出无法解析。为了获得关于平移和旋转运动的六个自由度的加速度数据，需要解析多个加速度信号，并且至少需要两个三轴加速度计，以区分身体运动和标记姿势。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

12、文献wo2015177741 a1涉及一种用于监测和量化反刍动物进食行为的方法和设备，以便提供关于进食活动的量化、动物进食评估和/或动物状况的指标。该设备对于日常监测农场饮食活动以便优化动物饮食和保持动物健康特别有用。该方法包括以下步骤：

13、-借助形成感测单元的两个麦克风获取咀嚼信号，其中第一麦克风捕捉动物发出的咀嚼声，第二麦克风捕捉环境声音；

14、-调节步骤“a”中记录的信号，降低环境噪声；

15、-将来自步骤“b”的信号分成至少30秒的区段；

16、-计算每个信号区段的自相关，对于每个0.2到1.2秒之间的时间延迟，对所有样本进行乘积并相加；在自相关的最大值不在0.5到0.9秒之间的情况下，则将该区段标记为静音/噪声；其余区段被标记为包含反刍或吃草的候选区段；

17、-处理步骤“c”中包含超过2个连续反刍或吃草区段的每个区块；

18、-标记小于300的所有静音/噪音区块为反刍，这些区块位于两个反刍区块的中间。

19、该设备包括感测单元，该感测单元包括至少两个麦克风，用于检测动物在其进食期间产生的吃草和反刍的进食行为；其中，第一麦克风捕捉动物咀嚼的声音，第二麦克风捕捉环境的声音。拾取咀嚼声的麦克风位于设在动物头顶可调节头带的内侧；其中，所述麦克风朝向动物的头部；捕获环境声音的所述第二麦克风位于夹持带中，朝向与动物头部相反的方向。在本发明的另一个方面中，所述感测单元包括选自由倾角仪、加速度计组成的组的倾角传感器。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

20、文献es2353076(t3)涉及微创生理监测系统。特别是，它涉及一种植入式探针，用于监测食道中与胃食管反流病的检测相关的一个或多个参数(诸如ph值)。监测设备包括封套，其具有用于结合到组织的表面。螺栓可以从缩回位置移位，以允许组织接合表面在预选接合部位处与组织接触或邻近组织，并且螺栓可从伸出位置移位，在伸出位置螺栓延伸穿过与配合表面接触或邻近配合表面的组织。封套携带至少一个生理参数检测器。在一个实施例中，生理参数检测器包括ph检测器。优选的是，监测设备还包括射频发射器，用以发射由生理参数检测器产生的数据。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

21、文献wo2006077589 a2描述了一种用于检测动物发情的方法和设备，实现方式是收集与动物运动相关的信息和与动物进食周期相关的信息，并将它们结合起来以减少动物进食习惯对结果的影响。该设备还包括用以检测动物的运动和动物的进食周期的传感器。微处理器可以接收关于检测到的运动和检测到的动力周期的数据。然后可以将数据结合起来，以抵消与进食相关联的运动(在进食期间)对检测到的运动的影响，以获得nut-act。此外，还可以建立典型行为数据库，并通过将新收集的数据与典型行为数据库进行比较，可以检测活动水平的相关变化。活动水平的变化可以表明动物处于发情中。例如，如果活动水平的变化超过指定值，例如平均活动水平的计算标准偏差的指定百分比，则可以将动物确定为处于发情中。这种分析可以在很大程度上依赖于统计学基础，从而可以放松对传感器精度的要求。只要基于被识别为与进食周期相关的所检测活动水平与实际进食周期之间的良好相关性，就可以获得良好结果。数据库可以用新的检测数据不断更新。还可以通过监测和分析动物进食时通常出现的声音和振动来检测进食周期。当动物没带嚼子(gag)时，它会产生声音和振动，这些声音和振动可以通过动物身上或体内的传感器被监测到，然后被分析，以确定进食活动。动物的脖子就是一个用来监测此类声音或振动的合适区域的例子。动物的进食状态也可以通过监测其头部距地面的距离来评估。距离小和运动激烈可以表示动物正在进食。可以使用诸如超声波和光之类的现有技术概述的方法执行距离测量。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

22、文献us2011301437涉及一种丸剂，其仅需要一个传感器，通常是声学换能器，用以测量生理参数，诸如温度、受试者体液的ph水平、心率、呼吸率、受试者的活动水平，等等。丸剂包括一个腔，允许体液进入其中，以确定该液体的温度和ph水平，并因此确定动物的温度和ph水平。在各实施例中，丸剂包括其自身的能量存储和充电电路以及数据传输子系统，该数据传输子系统包括唯一识别受试者的装置。丸剂内的数据处理子系统能够对受试者进行机载诊断，并且可以包括从外部源接收命令和数据的能力。使用的传感器是水听器，可以用作加速度计，并使用数学方程测量温度和浓度(即ph)，利用振动模式方面仅确定温度，利用吸收情况确定ph值。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

23、文献us2008312511a1公开了一种用于监测动物健康的实时方法和计算机执行的系统。该发明包括物理传感器(10)，其被待监测动物用来检测该动物的至少一种物理特征。物理传感器(10)可操作地连接到也由动物使用的收发器模块(12)。收发器模块(12)还与活动信号发生器(14)通信，活动信号发生器(14)设置在环境中并与活动相关联，并且与收发器模块(12)通信。收发器模块(12)包括无线收发器(38)，其将数据传输给网络接收器/转换器(16)。接收器/转换器(16)使用无线技术从无线收发器(38)接收物理属性数据，该无线技术包括物理发射器和接收器，以及无线协议。在处理或转换数据之后，如果需要，网络接收器/转换器(16)经由计算机网络(18)将数据传输给一个或多个用户(20)。特征传感器(24)能够测量：生理参数，例如体温、血氧水平或心率；或环境参数，例如环境温度、大气压力、相对湿度、风速或系统状态；或者生理参数和环境参数两种。物理传感器(10)可以包括用于不同生理参数和环境参数的多个特征传感器(24)。所使用的传感器是加速度计(34)，其检测动物在至少两个、优选三个运动轴上的运动。可以使用任何可以在其他两个维度上测量合适范围的加速度的标准加速度计。在一个示例性实施例中，加速度计(34)在x和y方向上检测高达2g，在z方向上检测高达1g。活动传感器(36)检测并区分一个或多个活动的持续时间和频率，例如至少有进食和饮水。在一个实施例中，活动传感器(36)包括电磁场(em)传感器(36a)和线圈(36b)，用以检测进食和饮水活动。活动信号发生器(14)生成代表供应或饮水的电磁场，这些电磁场由线圈(36b)收集并传送至电磁场场传感器(36a)。电磁场传感器(36a)区分开两个不同的场并分别报告它们。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

24、wo2005112615公开了一种丸剂，该丸剂被配置并且能够操作以处理从动物体内的两个或多个不同信号源发出的一般声学信号，并输出指示动物的相应生理参数的两个或多个值，这些生理参数指示动物健康状况，诸如心率速度、呼吸速度、反刍活动等。丸剂包括三个模块化隔间：包括支承组件18(例如形式为平衡配重)的下隔间16a、包括处理单元20的中间隔间16b、以及配置成包括一个或多个声学传感器的声学腔的上隔间。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

25、us20120310054 a1描述了对反刍动物网胃中的压力信号进行高灵敏度记录。丸剂包含传感器模块、机械放大器元件和引导装置。传感器模块被配置为将压力信号转换成电信号，电信号构成了代表身体运动、心率、呼吸率、呼吸深度和/或动物胃部活动的参数的基础。传感器模块包括压电传感器、电容传感器、电感传感器或微机电系统(mems)加速度计。此外，传感器模块包括一对经光学传输路径互连的光学发射器-接收器，其中，传输特性能够响应于引导装置的任何位移而变化。然而，该引用文献的排布系统没有描述感测牛胃中的电导率以确定生理参数。

26、根据找到的现有技术文献，知道了使用温度传感器和ph传感器的丸剂，以及知道了使用加速度计和/或陀螺仪来确定动物的生理状态。此外，还发现诸如ca2820857(详见上文)等一些文献测量电导率以确定与产奶量相关的不同因素，并因此将电导率传感器移植到动物的乳腺上。然而，没有发现任何文献描述了通过应用交流电信号在动物胃中进行电导率感测以确定生理状态(诸如食物和水的摄入、没有疾病等)。

技术实现思路

1、本发明包括一种排布系统(arrangement)、一种可摄食丸剂、一种通信接口标签和一种方法，用以监测动物的生理参数，以确定其健康状况，并提供信息以优化牲畜管理。可摄食丸剂容纳在反刍动物的胃中，一般包括多个传感器，诸如温度传感器、运动传感器，特别是允许对动物的生理参数(诸如进食、饮水、无疾病等)进行高精度测量的电导率传感器。标签与丸剂通信，并将信号转发到无线通信网络上的网关型通信接口，该接口进而向“云”发送数据通信并从“云”接收数据通信。用户从一个或多个远程终端与云通信。本发明包括上述要素和驻留在远程终端和云上的监控软件。本发明的方法包括由这种排布系统进行的测试和监测阶段。