专利名称：一种动物体查找定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动物体查找定位装置。
背景技术：
在生物试验研究，农业生产应用，生物习性研究，农业增产增收中需要对动物进行查找和定位，目前对于动物的查找和定位有较多方法，比如无线定位技术，芯片植入技术等，但是他们都有一个共同的特点就是:芯片体积较大，一般不小于5立方毫米，测试距离小，一般不大于10厘米，对于动物体体积较大的被测生物还可使用，而对于体积较小的被测生物，如:昆虫，由于本身的体积小，身体构造简单脆弱，无法采用跟踪芯片等方法来进行定位。空间或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通势、磁场强度等的测量。是磁学量测量的内容之一。空间的磁通密度与磁场强度成比例关系，空间磁场强度的测量，实质上也是磁通密度的测量。因而用磁强计测量的实际上是磁通密度；
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
发明内容
一种动物体查找定位装置，利用磁阻效应，以示踪永磁体代替电子标签，解决电子标签的局限，提高检测距离，方便小动物携带。一种动物体查找定位装置，包括示踪永磁体和磁阻检测仪；磁阻检测仪包括电源、磁阻传感器单元、数模转换器单元、中央处理器，电源给磁阻传感器单元、数模转换器单元、中央处理器提供电源，磁阻传感器单元由磁阻传感器构成，磁阻传感器生成的模拟电信号经数模转换器单元转换成数字信号再传给中央处理器，中央处理器对输入数字信号运算处理后将处理结果从中央处理器输出；示踪永磁体独立在磁阻检测仪之外且示踪永磁体的磁场作用于磁阻传感器单元。上述的一种动物体查找定位装置，还包括传感器复位清零电路，传感器复位清零电路与磁阻传感器单元联通，电源给传感器复位清零电路供电。上述的一种动物体查找定位装置，还包括通讯端口和/或存贮器，通讯端口和/或存贮器与中央处理器连接。上述的一种动物体查找定位装置，所述磁阻传感器单元为一维磁阻传感器或多维磁阻传感器；所述多维磁阻传感器包括多个磁阻传感器，所述一维磁阻传感器包括一个磁阻传感器。上述的一种动物体查找定位装置，所述磁阻传感器单元为三维磁阻传感器，包括一个垂直封装的Z轴轴向分布的磁阻传感器和水平封装的一个X轴轴向分布的磁阻传感器和一个Y轴轴向分布的磁阻传感器，所述X轴，Y轴，Z轴为三维空间直角坐标系的三根轴。
上述的一种动物体查找定位装置，所述示踪永磁体为0.01—5立方毫米的片状或块状永磁材料。上述的一种动物体查找定位装置，所述示踪永磁体为I立方毫米的片状或块状永磁材料。上述的一种动物体查找定位装置，还包括显示器，显示器与中央处理器连接或通过通讯端口与中央处理器连接。上述的一种动物体查找定位装置所述装置，还包括地磁消除电路，地磁消除电路与磁阻传感器单元联通。
有益效果:一种动物体查找定位装置，可根据动物体体型大小，选用相应体积的示踪永磁体，示踪永磁体可以在I立方毫米以下，最小可达0.1立方毫米，使很多小型动物体可以携带，同时，根据不同的示踪永磁体，被测动物体携带的示踪永磁体与测试仪距离在(TlOOcm范围都能够识别。I立方毫米情况下可达10cm，很多昆虫都能携带。
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图1:磁阻检测仪结构示意逻辑 图2:三维磁阻传感器位置关系示意 图3:实施例2中所述三维磁阻传感器安放在箱体外表面示意 图4:实施例2中所述4个磁阻传感器安放在箱体外表面示意 图5:—种动物体查找定位装置逻辑结构示意 Pl—电源，Ul—中央处理器，U2—X轴磁阻传感器，U3—Y轴磁阻传感器，U4—Z轴磁阻传感器，Ux—除U2、U3、U4之外的其他传磁阻传感器，100—示踪永磁体，101—磁阻传感器单元，102一数模转换器单元，103一监测箱，104一示踪永磁体的磁场，U5-与X轴磁阻传感器相连接的数模转换器，U6—与Y轴磁阻传感器相连接的数模转换器，U7—与Z轴磁阻传感器相连接的数模转换器，CONl—通讯端口，U9—通讯端口，Xl—传感器复位清零电路，CRT—显示器。
具体实施例方式以下实施例中用意蜂或中蜂作为被测动物体，根据意蜂或中蜂体型的大小，选择
0.1一1.0立方毫米的示踪永磁体粘贴在意蜂的腹部或其他部位。监测箱、被测箱体指的是蜂箱或其他箱体。实施例1:一种动物体查找定位装置，包括示踪永磁体(100)和磁阻检测仪；磁阻检测仪包括电源P1、磁阻传感器单元101、数模转换器单元102、中央处理器U1，电源Pl给磁阻传感器单元101、数模转换器单元102、中央处理器Ul提供电源，磁阻传感器单元101生成的模拟电信号经数模转换器单元102转换成数字信号再传给中央处理器U1，中央处理器Ul对输入数字信号运算处理后将处理结果中央处理器Ul输出；磁阻传感器单元101示踪永磁体独立在磁阻检测仪之外且磁阻传感器单元101在示踪永磁体的磁场(104)内。示踪永磁体固定在被测动物体上。
实施例1中，磁阻传感器单元101生成的模拟电信号用导线传给数模转换器单元102转换成数字信号再用数据总线传给中央处理器Ul。
实施例1所述的一种动物体查找定位装置，还包括传感器复位清零电路XI，传感器复位清零电路Xl与磁阻传感器单元101联通，电源Pl给传感器复位清零电路Xl供电。实施例1所述的一种动物体查找定位装置，还包括通讯端口 CONl，通讯端口 CONl与中央处理器Ul连接，中央处理器Ul将外理结果经通讯端口 CONl输出到外接显示器。上述实施例所述的一种动物体查找定位装置，包括存贮器U9，存贮器U9与中央处理器Ul连接，存贮器U9用于存贮从中央处理器Ul输出的数据。在实施例1中，磁阻传感器单元101中可以是I个磁阻传感器，也可以是多个磁阻传感器。当磁阻传感器为I个时，只要这一个磁阻传感器进入示踪永磁体的磁场范围，被测动物体带动示踪永磁体运动或磁阻传感器移动，只要磁阻传感器相对示踪永磁体运动，在示踪永磁体的磁场作用下，磁阻传感器内的电阻值发生变化，磁阻传感器也就输出相应电信号，该电信号经数模转换，中央处理器处理后，就可通过与中央处理器相连接的指示灯显示出来。当磁阻传感器单元101中的磁阻传感器为2个时，这两个磁阻传感器可根据他们的极性按不同方向排列，并封装在一起，只要这两个磁阻传感器进入示踪永磁体的磁场范围，被测动物体带动示踪永磁体运动或磁阻传感器移动，只要磁阻传感器相对示踪永磁体运动，在示踪永磁体的磁场作用下，磁阻传感器内的电阻值就发生变化，磁阻传感器也就输出相应电信号，该电信号经数模转换，输入中央处理器，由于磁阻传感器中阻值的变化还因磁场角度的影响，中央处理器对信号处理后，可将所得信号输给指示灯，显示出被测动物体就在示踪永磁体的有效磁场范围内，或通过显示器显示出被测动物体相对磁阻传感器的二维运动轨迹。所述磁阻传感器单元101为三维磁阻传感器，即当磁阻传感器单元101中的磁阻传感器为3个时，包括一个垂直封装的Z轴轴向分布的Z轴磁阻传感器U4和水平封装的一个X轴轴向分布的X轴磁阻传感器U2和一个Y轴轴向分布的Y轴磁阻传感器U3，所述X轴，Y轴，Z轴为三维空间直角坐标系的三根轴。被测动物体带动示踪永磁体运动或磁阻传感器移动，只要示踪永磁体相对磁阻传感器运动，在示踪永磁体的磁场作用下，磁阻传感器内的电阻值就发生变化，磁阻传感器也就输出相应电信号，该电信号经数模转换，输入中央处理器；由于磁阻传感器中阻值的变化还因磁场角度的影响，中央处理器对信号处理后，可将所得信号输给指示灯，显示出被测动物体就在示踪永磁体的有效磁场范围内，或通过显示器显示出被测动物体相对磁阻传感器的三维运动轨迹。实施例2:本实施例的基本结构同实施例1，不同点在于:被监测的意蜂装在一个长方体箱子中，先用胶在意蜂身体上粘上0.5立方毫米的永磁片，三维磁阻传感器的三个磁阻传感器也分别单独封装，使用时，将三个磁阻传感器分别安放在箱体相邻的三个面上，磁阻传感器的输出信号经数模变换后用通信线(也可采用光纤、无线等其他通讯方式)传送至中央处理器，中央处理器执行相应程序对输入信号进行处理，处理后再从中央处理器输给显示器，或输给贮存器贮存。在实施例2中，监测箱103其他壁外还可安放磁阻传感器。在实施例2中，磁阻传感器可安放在监测箱103的内壁上。因为强磁金属的各向异性磁阻效应，中央处理器综合磁阻传感器的位置、极性方向和示踪永磁体磁场的有效范围等信息运行程序对电信号处理后就形成意蜂的空间位置信息。实施例3:本实施例的基本结构同实施例2，不同点在于:监测箱103的体积较大，其长(X轴)、宽(Y轴)、高(Z轴)中某一项超过20cm，或都超过20cm，在同一轴上每隔20 cm安放一个磁阻传感器。这样可以监测较大活动范围内的动物体的活动轨迹。实施例4:本实施例的基本结构同实施例1，不同点在于:
本发明使用的磁阻传感器由坡莫合金(铁镍合金)制成三维磁阻微电路集成芯片。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上。薄膜的电阻率P (Θ)依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角Θ，具有以下关系式
P(O) = Pl +{ρπ-P ) cos: ^(I)
其中巧7、P1分别是电流I平行于M和垂直于M时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度
方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。三维磁阻传感器是一种垂直封装的磁场传感器(U3)和水平封装传感器(U2、U4)组成:它能测量与管脚平行方向和垂直方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压Uout可以用下式表示 为
-
、R J(2)
对于一定的工作电压，如Ub=5.00V,三维磁阻传感器输出电压Uout与外界磁场的磁感应强度成正比关系。三维磁阻传感器目前的技术可感应到最小磁场为27uGauSS。依据上述原理，在昆虫身上将一小块永磁材料使用快干胶粘结在昆虫身上。当昆虫爬动的时候会产生相应的磁场变化，该装置记录下这个变化，并通过指示灯指示昆虫是否存在。永磁材料的选型比较广，不同的永磁材料对测量的范围有影响，在不同的用途可以选用不同的永磁材料，目前的永磁材料分为招镍钴(AlNICo)系金属永磁,第一代SMCo5永磁体(称为1:5型钐钴合金)，第二代Sm2Col7永磁体(称为2:17型钐钴合金)，第三代稀土永磁合金NdFeB(称作钕铁硼合金)等。该材料的大小主要依据动物体本身能够承受的大小为准，该材料越大越容易实现，目前该发明能够实现不超过Immxlmm,厚度在Imm的稀土永磁材料，被测昆虫和测试仪距离IOcm (厚度在2mm的稀土永磁材料可达20cm)以内都能够识别。采用的材料不同，材料的大小不同，材料的形状不同，可以获得不同的测试距离，来满足不同的使用要求。
三轴磁阻传感器需要进行数字化才能由中央处理器进行处理，这里为了节约功耗，该发明中采用了单片机作为主处理器。运行主频24MHz，来实现三轴磁场强度采集计算，干扰抑制，路径计算，结果指示等功能。(针对不同的应用，其他型号CPU也可以使用)
空间磁场测量存在较多难点，地磁干扰，硬件噪声干扰，测量仪器本身姿态的影响等等。所以采用了多点滤波，差值滤波，聚类等处理方法来消除相应的影响。后面将对地磁干扰，硬件噪声干扰，测量仪器本身姿态的处理分别进行阐述。地磁的消除:
由于地球本身存在磁场，所以该装置需要消除地磁的影响，故在该装置中设计了地磁消除电路，该电路主要是产生足够的高压对传感器进行初始复位。测量并记录地磁强度大小，作为初始电平阀值，处理器在进行实时三轴参数判断的时候，将采用该数据。噪声的消除:
采用低通滤波器，电容旁路等硬件措施可以消除一部分噪声，对于电源部分引入的噪声，采用软件滤波的方法进行抑制。测量仪器自身姿态的消除:
由于测量仪器周围存在的地磁场以及周围磁性物质的影响，测量仪器自身姿态的变化对最后的测试结果均存在影响，故必须对这些因数进行消除，同时测量的时候要求不能手持仪器进行测量以避免手持对自身姿态修正产生负面影响。
消除的方法采用实时数据跟踪/人工启动测试法进行消除。实时数据跟踪就是测试仪对三维场强进行实时测量，根据当前测试数据不断修正测试零点，当人工启动测试时，已经记录了一段较长时间的数据，在正式测量时进行矢量计算，消除自身姿态偏差。电源管理:
由于使用的场合大部分都是在野外，故存在电源管理的问题。只能使用干电池或其他可充电电池作为仪器电源，由于测量时传感器需要消耗的较多电能，目前测试约IOOmA(0.5W)左右，故需要使用大容量锂电池约4000mHA以保证使用约8个小时的时间(如(3)所示)。W=0.5*8=4000mAH(3)
测量仪器现场使用:
测量仪器为“L”形状，扣在被测箱体上，在测试支架上，装有指示装置，可以是LED，也可以安装LCD显示器，还可以通过测量仪上自带的通讯口输出测试数据，方便使用者观察，获取昆虫定位信息。
在上述实施例中，中央处理器运行程序，进行原始数据转换，数据滤波，聚类处理，判定规则，数据通讯，非点剔除，超小信号放大，坐标变换，结果指示，还要进行辅助控制功能，包括地磁消除处理，复位处理，自检等。甚至构建图像。所述显示器为LED指示灯，CRT，IXD等显示器，音响，或智能终端(包括笔记本电脑，PC机，智能机/手机等)、电流表、电压表等。
测量仪器外形:
测量仪器也可以采用其他形状，放置的方法可以采用测量仪器安装在支架上，也可以粘结在被测空间的内壁或外壁上，或直接放置在测量箱体的附近。测量仪器电源的选择:
干电池，镍氢，镍镉，铅酸，或者其他直流电源，电池容量根据需要可以不同。也可以使用交流电源供电，通过内部的电源转换器，或外部电源转换器转换成直流电源供仪器使用。分布式测量仪器连接:
当空间较大时，可以采用分布式测量方式，即每一个测点就是一个完整的测量装置/测量仪器，他们之间通过无线传输方式进行通讯，可以采用多种传输体制，WIFI，OFDM, MSK,FSK, GPRS等，有线采用Rs232，RS485，CAN, FieldBus, RS422等传输技术，或者直接通过导线采用专有或自定义协议进行互联和数据通讯。每个测点可作为主控，也可以单独一个测点作为主控，也可以采用外部装置，如PC机，笔记本电脑，平板电脑(IPAD, Iphone,智能手机等)等作为主控。实施例5:将体积为10立方毫米的以稀土永磁合金NdFeB (又称作钕铁硼合金)制得的示踪永磁片制作成脚环固定在被测信鸽的脚上，磁阻传感器安装在鸽笼的壁上，鸽笼内壁长宽高为2米，在鸽笼的中央安装一个磁阻传感器，信鸽带动示踪永磁体相对磁阻传感器运动时，示踪永磁体的磁场使磁阻传感器中的阻值发生变化而输出电信号，该电信号通过电流表显示出来。电信号可显示出信鸽出入笼的时间。实施例5中:所述电流信号还可通过发光二极管，电压表、电阻表作指示装置；所述电信号，还可经数模变换，经中央处理器处理后输给显示器、贮存器。实施例6:—种利用磁阻效应查找定位动物体的方法，将体积为5立方毫米的以稀土永磁合金NdFeB (又称作钕铁硼合金)制得的示踪永磁片制作成脚环固定在被测信鸽的脚上，磁阻传感器安装在鸽笼的壁上，鸽笼内壁长宽高为I米，在鸽笼的六个壁上分别安装一个磁阻传感器，信鸽带动示踪永磁体相对磁阻传感器运动时，示踪永磁体的磁场使磁阻传感器中的阻值发生变化而输出电信号，这六个磁阻传感器因与示踪永磁体的距离不一样，踪永磁体的磁场对每个磁阻传感器的作用方向也不一致，每个磁阻传感器输出的电信号就不一样，电信号经数模转换，再经中央处理器处理就形成信鸽在鸽笼中的位置。电信号表明磁阻检测装置中的磁阻传感器是否处在示踪永磁体的磁场中。根据强磁金属的各向异性磁阻效应，中央处理器对各传感器输入的电信号进行原始数据转换，数据滤波，聚类处理，判定规则，数据通讯，非点剔除，超小信号放大，坐标变换，结果指示，构建图像后通过显示器就可显示出信鸽的位置。在实施例6中，鸽笼增大，当信鸽在鸽笼中的某些位置上，信鸽与最接近的磁阻传感器的距离超过了示踪永磁体的磁场有效范围时，可在鸽笼中增加磁阻传感器。通过实施例5和实例6所述方式，不仅可以自动采集信鸽进出笼时间，还可记录信鸽在鸽笼中的活动情况。上述实施例中，磁阻传感器的电信号经数模转换后，可采用通讯方式传输给中央处理器。在上述实施例中，中央处理器运行程序，进行原始数据转换，数据滤波，聚类处理，判定规则，数据通讯，非点剔除，超小信号放大，坐标变换，结果指示，还要进行辅助控制功能，包括地磁消除处理，复位处理，自检等。甚至构建图像。所述显示器为LED指示灯，CRT, IXD等显示器，声音，或智能终端(包括笔记本电脑，PC机，智能机/手机等)。
上述一种动物体查找定位装置，配备多个磁阻传感器及封装好的三维磁阻传感器、二维磁阻传感器，可配备 0.1—10 (一般为 0.1，0.3，0.5，0.8，1.0，1.5，3.0，5.0，10立方毫米)立方毫米的系列示踪永磁体，供用户根据监测空间的大小，监测对象的携带能力，灵活选择，组合使用。
权利要求
1.一种动物体查找定位装置，特征在于:包括示踪永磁体和磁阻检测仪；磁阻检测仪包括电源(P1)、磁阻传感器单元(101)、数模转换单元(102)、中央处理器(Ul)，电源(Pl)给磁阻传感器单元(101)、数模转换单元(102)、中央处理器(Ul)提供电能，磁阻传感器单元(101)由磁阻传感器构成，磁阻传感器生成的模拟电信号经数模转换单元(102)转换成数字信号再传给中央处理器(UI)，中央处理器(Ul)对输入数字信号运算处理后将处理结果从中央处理器(Ul)输出；示踪永磁体独立在磁阻检测仪之外且磁阻传感器单元(101)在示踪永磁体的磁场内。
2.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:还包括传感器复位清零电路(XI)，传感器复位清零电路(Xl)与磁阻传感器单元(101)联通，电源(Pl)给传感器复位清零电路(Xl)供电。
3.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:还包括通讯端口(CONl)和/或存贮器(U9)，通讯端口(CONl)和/或存贮器(U9)与中央处理器(Ul)连接。
4.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:所述磁阻传感器单元(101)为一维磁阻传感器或多维磁阻传感器；所述多维磁阻传感器包括多个磁阻传感器，所述一维磁阻传感器包括一个磁阻传感器。
5.根据权利要求4所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:所述磁阻传感器单元(101)为三维磁阻传感器，包括一个垂直封装的Z轴轴向分布的磁阻传感器(U4)和水平封装的一个X轴轴向分布的磁阻传感器(U2)和一个Y轴轴向分布的磁阻传感器(U3)，所述X轴，Y轴，Z轴为三维空间直角坐标系的三根轴。
6.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:所述示踪永磁体为0.01-5立方毫米的片状或块状永磁材料。
7.根据权利要求6所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:所述示踪永磁体为I立方毫米的片状或块状永磁材料。
8.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:还包括显示器，显示器与中央处理器(Ul)连接或通过通讯端口(CONl)与中央处理器(Ul)连接。
9.根据权利要求1所述的一种动物体查找定位装置，特征在于:所述装置还包括地磁消除电路，地磁消除电路与磁阻传感器单元(101)联通。
全文摘要
一种动物体查找定位装置，包括示踪永磁体和磁阻检测仪；磁阻检测仪包括电源P1、磁阻传感器单元101、数模转换器单元102、中央处理器U1，电源P1给磁阻传感器单元101、数模转换器单元102、中央处理器U1提供电源，磁阻传感器单元101生成的模拟电信号经数模转换器单元102转换成数字信号再传给中央处理器U1，中央处理器U1对输入数字信号运算处理后将处理结果中央处理器U1输出；示踪永磁体独立在磁阻检测仪之外且磁阻传感器单元101在示踪永磁体的磁场内。根据动物体大小，选用0.1—5立方毫米的示踪永磁体，示踪永磁体可以在1立方毫米以下，最小可达0.1立方毫米，使很多小型动物体可以携带，被测动物体携带的示踪永磁体与测试仪距离在0~100cm范围都能够识别。
文档编号G01V3/08GK103163559SQ20131004788
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者汪平 申请人:成都实时技术实业有限公司