El sistema objeto de la presente invención permite (i) detectar por procedimientos acústicos en la banda de audio (500Hz-20kHz) la existencia de insectos destructores de la madera en estructuras de madera,

(ii) estimar su posición espacial bidimensional y (iii) eliminarlos de la zona infectada. El sistema está basado en la utilización de haces electrónicos en la banda acústica de 500Hz a 20kHz, tanto en transmisión como en recepción, estando constituido por una cámara anecoica (12), una plataforma giratoria (13) para la colocación del objeto (11), un conjunto de transductores de recepción constituido por un array de micrófonos (9), un conjunto de transductores de transmisión constituido por un array de altavoces (10), un sistema de amplificación (8), un sistema de preamplificación (7), un módulo de digitalización A/D (5), un módulo de digitalización D/A (6), un equipo de procesado de señal en tiempo real con un DSP (4), un equipo informático de computación (2) y un software con los algoritmos de procesado necesarios para el funcionamiento del sistema (3).

Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera.

Campo de la invención

La presente invención se enmarca en el campo de la detección y eliminación de insectos que destruyen la madera, y más concretamente en los métodos, sistemas y dispositivos para detectar y eliminar dichos insectos, mediante la utilización de ondas acústicas en la banda de 500 Hz a 20 kHz, previniendo los daños que puedan ocasionar.

Estado de la técnica

Los insectos que destruyen la madera, como puede ser el caso de las termitas, la carcoma, y ciertas especies de hormigas, escarabajos y abeja, son animales sociales que viven en colonias, cuyo número puede sobrepasar el millón de individuos. En el caso concreto de las termitas, éstas cavan intrincadas redes de galerías organizadas con el fin de alimentar a la "reina", ponedora de huevos, que garanticen la próxima generación y, en consecuencia, la supervivencia de la especie. Una colonia puede extenderse en un radio de 1 km. Estos invertebrados se alimentan principalmente de celulosa, por lo que suelen invadir lugares donde existe madera y sus derivados.

Rara vez se puede observar de forma visual una plaga de este tipo de insectos y si está dañando la madera. Normalmente, para inspeccionar la madera de forma visual, un inspector se fija en signos secundarios ocasionados por una plaga, tales como manchas de humedad. Un método comúnmente empleado en su detección es golpear la superficie de la madera mientras se busca escuchar un sonido característico de la existencia de galerías huecas. Cuando se detecta un área sospechosa, el inspector clava un objeto afilado para romper la superficie de la madera y localizar galerías e insectos. Este método tiene desventajas significativas, comenzando por los daños ocasionados en la madera. Este tipo de métodos de detección no son viables para localizar este tipo de insectos en obras de arte esculpidas en madera, tales como retablos, esculturas, etc. La demanda comercial de métodos no subjetivos y no destructivos para la detección de estos insectos ha originado el desarrollo de numerosas alternativas a estos métodos, pero ninguna de ellas ha satisfecho totalmente dicha demanda.

Los primeros dispositivos no destructivos para este tipo de detecciones se pueden clasificar en cuatro categorías:

Tomando como ejemplo el caso concreto de las termitas, los científicos del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation en Canberra, Australia, exponen que lo fundamental para dichos insectos a la hora de comer es el ruido generado cuando mastican lo que encuentran a su paso. A partir de este ruido, de estas vibraciones acústicas, deciden qué pedazos tragar y cuáles no. Las termitas también acuden a las vibraciones acústicas para detectar la presencia de otras especies de termitas en el mismo pedazo de madera y evitar así competir con ellas, ya que cada especie posee un espectro de emisión con una o varias frecuencias portadoras características. El análisis de estas vibraciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia permite decidir si existe o no invasión (plaga), y también permite desarrollar instrumentos con los cuales ahuyentar a los insectos sin fumigar, ni destruir la estructura invadida. La base de la lucha contra este tipo de insectos está en la detección y localización de sus colonias. Su rango total de emisión es de 500 Hz a 15 kHz, aunque se centran, sobre todo, en torno a ciertas frecuencias, siendo los 7 kHz la frecuencia en la que se centran las emisiones de las termitas. Este rango de frecuencias de emisión está dentro de la banda acústica (20 Hz a 20 kHz), por lo que estas emisiones pueden detectarse con este tipo de sensores. En vista de estos resultados, los dispositivos basados en detección acústica parecen los más acertados para este fin.

Los sistemas de detección y localización surgen con los sistemas Radar. El término Radar deriva del acrónimo inglés RAdio Detection And Ranging (detección y medición de distancias por radio). Son sistemas que usan ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles. Los radares modernos van más allá y se desarrollan para clasificar o identificar blancos (Skolnik, "Introduction to Radar Systems". 3º edición. Mc Graw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, Singapore, 2001). Equivalentes a este tipo de sistemas están los sistemas Sodar (SOnic Detection And Ranging) y Lidar (un acrónimo del inglés LIght Detection And Ranging, o también Laser Imaging Detection And Ranging), que trabajan con ondas acústicas y láser, respectivamente, en lugar de con ondas de radio.

El principio de los sistemas de detección y localización, es que un transmisor envía una señal que rebotará en cualquier blanco que encuentre a su paso (tierra, mar, barcos, aeronaves), y una pequeña cantidad de energía es devuelta al receptor. Después de amplificar las señales en el receptor, las señales se procesan para separar los ecos requeridos, de los no deseados, mediante una combinación de procesado electrónico (de señal) y software (procesado de datos). A partir de estos "ecos" se extrae gran cantidad de información. Cuando estos sistemas emiten señales en la dirección de interés y reciben y almacenan la energía dispersada por los blancos, se dice que estos sistemas son activos. Estos sistemas también pueden ser pasivos, cuando sólo reciben señales emitidas por los blancos en su ambiente natural. En la Figura 1 se muestra el diagrama de bloques general de todo sistema de detección y localización, donde la existencia de los módulos entre paréntesis depende del tipo de sistema con que se trabaje.

En el pasado, las antenas eran una parte secundaria en el diseño de un sistema de detección y localización. En ellos, las antenas parabólicas que giran mecánicamente hacia su objetivo, pasaron a ser la representación de tecnologías antiguas, y se pasó a la construcción de arrays de antenas. El array de antenas es un conjunto de antenas sencillas convenientemente excitadas y adoptando distintas geometrías, que obtienen un diagrama de radiación compuesto por la suma de las señales generadas por cada elemento (Johnson & Dudgeon "Array Signal Processing" New York Prentice Hall 1993). Los arrays de sensores se usan frecuentemente en diversos campos de la ciencia y la ingeniería, particularmente cuando el objetivo es el estudio de la propagación de las ondas. Ejemplos de ello son la astronomía (concretamente la radioastronomía), el diagnóstico médico, la comunicación, el radar, el sonar, el sodar, la sismología y la exploración sísmica. El objetivo principal del procesado de señal de array es obtener, entre otro tipo de información, la localización de fuentes.

La conformación de haz (beamforming) es una de las herramientas básicas del procesado de señal en array. La conformación permite dirigir el haz de radiación/emisión de manera electrónica ajustando, tanto la amplitud y fase de cada elemento que compone el array, como la posición del mismo (Van Veen & Buckley "Beamforming: a versatile approach to spatial filtering" IEEE ASSP Magazine April 1988). Así el sistema se comporta como un filtro espacial que puede barrer el espacio de exploración. El hecho de que el haz se genere de manera electrónica permite desplazarlo de una posición del espacio a otra en cuestión de microsegundos,...

1. Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, que consiste en la utilización de haces electrónicos en la banda acústica de 500 Hz a 20 kHz, tanto en transmisión como en recepción, caracterizado por una cámara anecoica (12), una plataforma giratoria para la colocación del objeto (13), un conjunto de transductores de recepción constituido por un array de micrófonos (9), un conjunto de transductores de transmisión constituido por un array de altavoces (10), un sistema de amplificación (8), un sistema de preamplificación (7), un módulo de digitalización A/D (5), un módulo de digitalización D/A (6), un equipo de procesado de señal en tiempo real con un DSP (4), un equipo informático de computación (2) y un software con los algoritmos de procesado necesarios para el funcionamiento del sistema (3).

2. Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear la conformación multihaz en recepción para la detección y estimación bidimensional de las colonias de insectos destructores de la madera.

3. Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear como método de ahuyentamiento de la colonia, la conformación multihaz en transmisión para emitir un haz acústico focalizado en la extensión de la colonia, con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 100 dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia tenga un incremento, respecto a la frecuencia fundamental emitida por la colonia de insectos, comprendido entre 100 y 500 Hz.

4. Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear como método de eliminación de la colonia, la conformación multihaz en transmisión para emitir un haz acústico focalizado en la extensión de la colonia, con una potencia transmitida que genere un nivel de presión acústica superior a 180dB en toda la extensión de la colonia y cuya frecuencia este comprendida entre 18 kHz y 20 kHz.

5. Sistema acústico de detección y eliminación de insectos destructores de la madera, según reivindicación 1, caracterizado por emplear arrays planares basados en el array lineal de redundancia cero de 4 elementos, dispuestos de tal manera que el array planar es simétrico con respecto a ambas diagonales.