用于測量哺乳動物胃中的氣體的系統(tǒng)、方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種用于測量哺乳動物的胃中的至少一種氣體的氣體測量裝置，該裝置包括一個外殼，該外殼位于該哺乳動物的胃中并且提供至少一個氣體傳感器用于檢測該氣體。該外殼對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的。該裝置還可以包括一個控制器，該控制器安置在該外殼內(nèi)并且電耦合至該至少一個氣體傳感器。該控制器被安排為對來自這個或這些這個或這些氣體傳感器的輸出進行周期性地處理，由此提供指示胃內(nèi)該氣體的量的數(shù)據(jù)。該控制器可以包括一個無線發(fā)射器，用于將這些數(shù)據(jù)發(fā)射到安置在該哺乳動物外部的一個位于遠處的接收裝置。
【專利說明】用于測量晡乳動物胃中的氣體的系統(tǒng)、方法及裝置
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量哺乳動物的胃中的氣體的系統(tǒng)、方法及裝置，并且更具體地說(但不排他地)，涉及來自反芻動物的一種或多種溫室氣體排放的測量。
[0002]發(fā)明背景
[0003]在過去十年里，全球變暖的問題以及它給地球帶來的有害影響引起了廣泛關(guān)注。已知溫室氣體(如甲烷和二氧化碳)是引起全球變暖的主要原因，并且付出了相當(dāng)大的努力來減少這些溫室氣體排放，特別是人為排放。牛和羊排放大量作為一種消化副產(chǎn)物的甲烷和二氧化碳氣體。在澳大利亞，例如，來自反芻動物家畜的甲烷排放占農(nóng)業(yè)甲烷排放的超過70%，并且占二氧化碳等效物的凈排放的至少11%。
[0004]家畜行業(yè)在開發(fā)用于減少反芻動物溫室氣體排放，特別是甲烷排放的緩解策略方面已投入了大量的時間和資金。然而，為了開發(fā)、監(jiān)測并且驗證此類緩解策略，需要能夠容易地測量來自大量單獨的動物的腸溶氣體排放。希望以一種自主的方式測量氣體排放，該方式不會顯著地打擾或妨礙處于其自然放牧環(huán)境中的動物。
[0005]用于進行此類自由放牧的單獨動物的甲烷測量的最廣泛采用的技術(shù)涉及使用一種六氟化硫(SF6)示蹤氣體來估算家畜呼出甲烷的速率。更具體地說，該技術(shù)涉及放置一種滲透裝置，該裝置在動物的瘤胃中釋放出SF6。然后，為該動物裝備一個取樣系統(tǒng)，典型地裝備在其頸部周圍，該取樣系統(tǒng)被安排為在一段較長的時期內(nèi)，收集從口和鼻孔呼出的空氣。對空氣樣品中的甲烷和SF6進行分析，并且這些濃度連同已知的釋放速率一起允許計算出甲烷排放率。
[0006]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此類基于示蹤劑的測量技術(shù)產(chǎn)生相對不準確的讀數(shù)。舉例來說，當(dāng)連續(xù)數(shù)天進行測量時，一些測試在動物間和動物內(nèi)的記錄中顯示出大的可變性。引起此類可變性的一個原因可以歸咎于進入并阻塞了該取樣系統(tǒng)內(nèi)的毛細管的粉塵或水，或用于將該取樣系統(tǒng)保持在動物的頸部周圍的PVC軛中的穿通滲漏。另一原因可以歸咎于示蹤氣體的釋放速率不均一，這可能極大地影響結(jié)果。
[0007]發(fā)明概述
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個第一方面，提供了一種用于測量哺乳動物的胃中的至少一種氣體的氣體測量裝置，該裝置包括:
[0009]一個外殼，該外殼位于胃中并且提供至少一個氣體傳感器用于檢測一種氣體，該外殼對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的；和
[0010]一個控制器，該控制器安置于該外殼內(nèi)并且電耦合至該至少一個氣體傳感器，該控制器被安排為對來自該至少一個氣體傳感器的輸出進行周期性地處理，由此提供指示胃內(nèi)該氣體的量的數(shù)據(jù)，并且該控制器包括一個無線發(fā)射器，用于將這些數(shù)據(jù)發(fā)射到安置在該哺乳動物外部的一個位于遠處的接收裝置。
[0011]典型地，該哺乳動物是一種反芻動物，并且該裝置是用于被該反芻動物吞下，該裝置的外殼包括一個保持工具，用于防止該裝置從該反芻動物的胃中排出。
[0012]該保持工具可以例如包括一個或多個翼板，這個或這些翼板保持在一個初始位置以便利該反芻動物吞下該裝置并且在被釋放時在該反芻動物的胃中從該外殼向外伸出。
[0013]典型地，每個氣體傳感器被安置在該外殼內(nèi)，并且該外殼包括至少一個氣體可滲透部分，用于使該氣體從胃進入該外殼中以被這個或這些氣體傳感器檢測。
[0014]典型地，該氣體可滲透部分是一種氣體可滲透膜，該氣體可滲透膜對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的。在一個實施例中，該膜是一種雙向膜，用以適應(yīng)瘤胃中氣體濃度的變化并且由此對這一環(huán)境中的通量的狀態(tài)作出響應(yīng)。
[0015]典型地,該外殼具有一個或多個開口，用于使該至少一種氣體通過而進入該外殼中，并且該至少一個膜覆蓋這些開口。該膜可以例如是由硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或一些其他適合的氣體可滲透材料形成。
[0016]典型地，該裝置包括兩個氣體傳感器，其中這些氣體傳感器各自被適配用來檢測一種彼此不同的氣體。由本發(fā)明體現(xiàn)的一種氣體測量裝置還可以包括溫度傳感器和/壓力傳感器中的至少一個，其中該溫度傳感器和/或壓力傳感器的輸出在測定該哺乳動物的胃內(nèi)的氣體的量時進行評估。
[0017]該外殼可以呈一種管狀大丸藥的形式，它由一種液體不可滲透的材料(如聚丙烯)形成。
[0018]還可以將一種犧牲材料定位于該外殼內(nèi)，用于防止酸性氣體腐蝕該至少一個傳感器。
[0019]此外，在至少一些實施例中，該控制器進一步包括一個存儲器，該存儲器被安排為存儲多個氣體傳感器讀數(shù)，其中這些讀數(shù)被分批周期性地發(fā)射到遠端接收裝置。
[0020]典型地，一個電源位于該外殼內(nèi)，用于為該控制器和這個或這些傳感器中的至少一個供電。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于測量哺乳動物的胃中的至少一種氣體的方法，該方法包括:
[0022]利用安置在該哺乳動物的胃內(nèi)的一種氣體測量裝置來檢測該氣體，該裝置包括一個外殼，該外殼提供至少一個氣體傳感器用于檢測該氣體，并且該外殼對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的；并且
[0023]對來自該至少一個氣體傳感器的輸出進行周期性地處理，由此提供指示胃內(nèi)該氣體的量的數(shù)據(jù)；并且
[0024]將這些數(shù)據(jù)無線地發(fā)射到安置在該哺乳動物外部的一個位于遠處的接收裝置。
[0025]在一些形式中，由本發(fā)明體現(xiàn)的一種方法可以進一步包括提供來自該至少一個傳感器的輸出的比率以測定這些氣體中之一的相對量，其中超過一種氣體正在被測量。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的方法還可以包括另外的步驟:將所測定的氣體量與指示從該哺乳動物排放的氣體水平的氣體讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，并且利用相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來評估該哺乳動物的氣體排放水平。
[0027]因此，在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種用于預(yù)測反芻動物的溫室氣體排放的方法，該方法包括:
[0028]獲得指示一種反芻動物的胃內(nèi)至少一種氣體的量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由至少一個氣體傳感器的輸出得到，該至少一個氣體傳感器由安置在該反芻動物的胃內(nèi)的一種氣體測
量裝置提供；[0029]將這些所接收的數(shù)據(jù)與從該反芻動物的一個或多個呼吸室讀數(shù)獲得的排放氣體的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)；并且
[0030]對這些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進行處理以預(yù)測該反芻動物的一種溫室氣體排放。
[0031]根據(jù)本發(fā)明檢測的一種或多種氣體可以選自下組，該組由甲烷和二氧化碳，以及其他氣體組成。
[0032]在另一個方面中，提供一種用于測量至少一種哺乳動物的胃中的至少一種氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個由本發(fā)明體現(xiàn)的裝置，以及一個中央控制器，該中央控制器位于該哺乳動物的遠處并且被安排為與這些裝置對應(yīng)地進行無線地通信以接收感測到的數(shù)據(jù)。
[0033]典型地，該系統(tǒng)進一步包括一個中間無線中繼器，該無線中繼器被安排為將這些感測到的數(shù)據(jù)傳送到該中央控制器。
[0034]該中央控制器可以進一步包括一個處理器，該處理器被安排為對這些接收的數(shù)據(jù)進行處理以評估對應(yīng)地來自這些哺乳動物的氣體的排放。
[0035]在本發(fā)明的另一個方面中,提供了一種大丸藥,該大丸藥包括:
[0036]一個管狀體，該管狀體被保持在一種哺乳動物的胃中并且提供一個或多個氣體傳感器用于檢測該哺乳動物胃內(nèi)的一種氣體；
[0037]一個氣體可滲透膜，該氣體可滲透膜被安排為覆蓋該管狀體中的開口，該開口被提供用于使該氣體進入到該管狀體的內(nèi)部中以通過這個或這些氣體傳感器進行檢測。
[0038]在另一個方面中，提供了計算機程序代碼，該計算機程序代碼包含至少一個指令，當(dāng)由一個處理器執(zhí)行時，該指令實施由本發(fā)明所體現(xiàn)的一種方法。
[0039]在另一個方面中，提供了一種計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)包含由本發(fā)明所體現(xiàn)的程序代碼。
[0040]在又另一個方面中，提供了一種數(shù)據(jù)信號，該數(shù)據(jù)信號包含一種由本發(fā)明體現(xiàn)的計算機程序代碼。
[0041]附圖簡要說明
[0042]現(xiàn)將參照附圖，僅通過舉例來描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0043]圖1是用于實施本發(fā)明的一個實施例的一種系統(tǒng)的示意圖；
[0044]圖2a和2b分別示出了根據(jù)一個實施例的圖1的氣體測量裝置的分解視圖和裝配視圖；
[0045]圖3是由圖2的裝置實施的一個控制器的方框圖；
[0046]圖4是說明利用圖1的系統(tǒng)測量氣體的方法步驟的一種工藝流程；并且
[0047]圖5是示出了由圖2的裝置所輸出的測試數(shù)據(jù)的表格。
[0048]發(fā)明的示例性實施例的詳細說明
[0049]以下實施例是在用于測量反芻動物溫室氣體排放并且具體地說，甲烷和二氧化碳氣體排放的系統(tǒng)、裝置以及方法的背景下描述的。
[0050]參看圖1，示出了根據(jù)上文描述的實施例，用于獲得胃內(nèi)溫室氣體排放測量值的一種系統(tǒng)100的示意性圖解。利用所提出的系統(tǒng)100，可以容易地從大量放牧的反芻動物(在目前描述的實施例中是牛的形式)獲得腸溶甲烷和二氧化碳氣體的測量值，基本上不會妨礙這些動物的正常放牧習(xí)性。這樣一種系統(tǒng)有利地克服了或者可以改進常規(guī)氣體測量技術(shù)的局限(如背景中描述的呼吸室技術(shù)和SF6示蹤劑方法)，這些常規(guī)氣體測量技術(shù)使得很難可靠地測量遺傳可變性和場地可變性以及多樣的農(nóng)場管理實踐的影響。
[0051]系統(tǒng)100包括一種氣體測量裝置102，用于測量動物106胃部的瘤胃104中的甲烷和二氧化碳兩種氣體的濃度。如前文所描述的，應(yīng)當(dāng)理解的是，實施例不應(yīng)當(dāng)被視為局限于僅測量這兩種氣體，并且取決于所希望的應(yīng)用，可以被修改成另外地或可替代地監(jiān)測胃內(nèi)存在的其他氣體(例如，氫氣、氧氣、硫化氫、氨氣等)。同樣地，取決于所希望的應(yīng)用，裝置102可以被配置為僅測量單一氣體(例如甲烷)。
[0052]再參看圖2，裝置102包括呈管狀大丸藥形式的一個外殼108，該外殼被設(shè)計成保持在瘤胃104內(nèi)。大丸藥108對于液體是不可滲透的，以便保護其中的電子部件(在后續(xù)段落中更詳細地描述)不受瘤胃104內(nèi)存在的水和消化物影響。在目前描述的實施例中，大丸藥108由高密度聚丙烯形成，并且包括一對向外傾斜的翼板110，這對翼板最初通過一個可溶解的環(huán)112 (或一個松緊帶)保持在一種受約束或“閉合的”狀態(tài)，以便利動物106吞下裝置102。這最佳地示于圖2b中。一旦環(huán)112被溶解，這些翼板110就被安排成向外伸出(參見圖2a)以防止該裝置102從瘤胃104排出。一個可移除的端蓋109被安置在該大丸藥108的遠端，并且具備多個開口，原因于后續(xù)段落中進行解釋。
[0053]一對氣體傳感器114a、114b位于該大丸藥108內(nèi)，用于分別檢測瘤胃內(nèi)的甲烷和二氧化碳氣體。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將充分理解的，溫度傳感器和/或壓力傳感器可以被另外地定位于該大丸藥108內(nèi)，并且其輸出被用于氣體濃度計算。在目前描述的實施例中，這些傳感器114呈小型化非分散紅外傳感器的形式，如由戴納蒙特有限公司(DynamentLtd)(英國德比郡(Derbyshire, United Kingdom):http: //www.dvnament.com)制造的TDS0035傳感器,或由易圖威技術(shù)公司(e2v technologies)(英國艾塞克斯(Essex, UnitedKingdom) ；http://www.e2v.com/)制造的IR15TT-R傳感器。這些傳感器114各自被安排成以0.01%的增量測量從0%到100%濃度的對應(yīng)氣體。盡管聚丙烯大丸藥108對于氣體是可滲透的，但目前所說明的實施例包括呈一種膜形式的一個氣體可滲透部分116，它對于瘤胃104內(nèi)的液體也是不可滲透的，并且橫過端蓋109中所提供的開口定位以允許氣體以更快的擴散速率進入大丸藥的內(nèi)部中(這反過來允許傳感器114a、114b的更動態(tài)的氣體讀數(shù))。該膜可以另外或可替代地被安排成覆蓋沿該大丸藥108的筒體安置的孔或狹縫，以便為氣體擴散提供更大的表面積。氣體可滲透膜116可以由任何適合的材料形成，不過在此描述的實施例中，它是由一種硅氧烷材料并且可優(yōu)選的聚二甲基硅氧烷制成，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該材料適合經(jīng)受嚴苛的瘤胃環(huán)境并且充分結(jié)合于聚丙烯大丸藥108。該膜116最佳地示于圖2b中。該氣體可滲透膜可以按任何適合的方式，如利用一種適當(dāng)?shù)恼澈蟿?，或通過聲波或熱焊接技術(shù)等結(jié)合于該大丸藥的外部或內(nèi)部，由此為液體進入大丸藥中提供一種液體不可滲透的屏障。在其他實施例中，膜116可以由例如Kraton polymers?、低密度聚乙烯膜或聚丙烯與聚乙烯的共聚物膜、聚氨基甲酸酯以及苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物制造。
[0054]為了使大丸藥108內(nèi)部中的氣體擴散效應(yīng)最低，對應(yīng)的氣體傳感器合意地安裝在該大丸藥內(nèi)，以便使其與該氣體可滲透膜盡可能靠近。在至少一些實施例中，每個氣體傳感器都可以安裝在該大丸藥內(nèi)直接地在一個不同的氣體可滲透膜背面。也就是說，可以在大丸藥的不同區(qū)域中提供貫通開口，其中在這些區(qū)域的每一個中的這些開口被一個對應(yīng)的氣體可滲透膜覆蓋，并且一個不同的氣體傳感器被安置在該大丸藥內(nèi)每一個膜的背面。舉例來說，在這一實施例中，可以將一個氣體傳感器安排在大丸藥內(nèi)部的一端處并且另一個氣體傳感器位于相對端處。同樣，在一個具體的實施例中，該氣體可滲透膜可以是一種雙向膜，用以適應(yīng)瘤胃中氣體濃度的變化并且由此對這一環(huán)境中的通量的狀態(tài)作出響應(yīng)。
[0055]如圖2a中最佳地示出的，一個電子裝置控制器120被電耦合至這些傳感器114，該控制器呈由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIR0，澳大利亞)所制造的納諾(Nano)微控制器的形式(其細節(jié)可以見于URL http://www.1ct.csir0.au/)。裝置控制器120通過可拍打進大丸藥108內(nèi)的三個可再充電的1.5v AAA電池121或適合這一應(yīng)用的任何其他電池類型來供電。參看圖3的示意圖，裝置控制器120包括一個處理器302，該處理器被安排為基于傳感器輸出，實施不同的模塊，用于對指示瘤胃104內(nèi)對應(yīng)氣體的量的數(shù)據(jù)進行測定并將其傳送到中央控制器150 (圖1)。根據(jù)目前描述的實施例，一個測定模塊304被安排為基于經(jīng)由輸入模塊306從這些傳感器接收的輸出電壓水平，測定兩種氣體的濃度百分t匕。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，取決于所希望的應(yīng)用和傳感器配置，也可以通過測定模塊304來估算其他參數(shù)，如摩爾濃度。如應(yīng)當(dāng)理解的，這種或這些氣體的量可以通過安置在這個或這些動物遠處的以下進一步描述的一個中央控制器150來測定，而不是通過測定模塊104來測定相關(guān)氣體的量。為了估算所測量的每種氣體的摩爾濃度或其他濃度參數(shù)，可以利用瘤胃內(nèi)體積的估算值。
[0056]裝置控制器120還包括一個閃存器308，用于記入甲烷和二氧化碳測量值以及日期和時間戳。裝置控制器120還可以與這些氣體測量值一起記入溫度、壓力以及電池電壓。圖5示出了一個示例性表格，該表格列出了從一個裝置102下載的原始數(shù)據(jù)，示出了最初以十五分鐘的間隔獲得的帶有瘤胃瘺管的羊的56個讀數(shù)。
[0057]—個收發(fā)器310被安排為將所記入的數(shù)據(jù)發(fā)射到中央控制器150用于后續(xù)的處理和分析，如在后續(xù)段落中將更詳細地描述。在圖示的實施例中，收發(fā)器310通過呈無線電網(wǎng)絡(luò)形式的一個無線網(wǎng)絡(luò)152與中央控制器150通信。更具體地說，中央控制器150呈用一個USB安裝的天線啟用的膝上計算機的形式，該天線被安排為通過915MHz ISM頻帶與收發(fā)器310通信。應(yīng)當(dāng)理解的是，在替代性實施例中，中央控制器150可以用一個服務(wù)器計算機系統(tǒng)體現(xiàn)，該計算機系統(tǒng)被安排為通過任何適合形式的私人或公共無線網(wǎng)絡(luò)(包括例如GSM移動通信網(wǎng)絡(luò))與收發(fā)器310通信。
[0058]收發(fā)器310被安排為將所記入的數(shù)據(jù)實時或分批地發(fā)射到中央控制器150(例如，當(dāng)確定該收發(fā)器是在中央控制器150的無線范圍內(nèi)時)。收發(fā)器310還被安排為與中央控制器150通信，用于接收調(diào)節(jié)指令。舉例來說，中央控制器150可以將一個指令發(fā)送給裝置控制器120以調(diào)節(jié)氣體傳感器的取樣時間段(例如，當(dāng)動物在牧場時，將取樣期從數(shù)分鐘調(diào)節(jié)到數(shù)小時，用于保持電池壽命)。同樣，中央控制器150可以將一個指令發(fā)送給裝置控制器以使其待機一段不定的時間，直到該控制器以樣品模式重新啟動這些傳感器，這是保持電池壽命的另一種方法。在多個裝置同時操作的情況下，例如在牧群的情形中，該收發(fā)器的功能性還有利地允許中央控制器150詢問一個具體的裝置120。
[0059]現(xiàn)將參照圖4的流程圖400描述一種利用以上系統(tǒng)100測量瘤胃內(nèi)氣體排放的方法。在第一步驟(SI)中，裝置102被動物106吞下。在一段較短的時間之后，瘤胃104內(nèi)存在的酸、消化液、一種或多種酶和/或液體使環(huán)112溶解,這反過來允許翼板110向外伸出，以便改變大丸藥的大小和形狀，從而防止大丸藥108在反芻期間從胃管逆流并進入口中，并且從口腔排出。根據(jù)來自裝置控制器120的指令，傳感器114a、114b被啟動，用于感測瘤胃104內(nèi)的甲烷和二氧化碳氣體水平(步驟S2)。在步驟S3，裝置控制器120對傳感器輸出進行處理以測定瘤胃104內(nèi)對應(yīng)氣體的濃度百分比。在步驟S4，濃度數(shù)據(jù)被發(fā)射到中央控制器150 (如先前所描述的，即刻地亦或分批地)。
[0060]中央控制器150被安排為處理從裝置102接收的數(shù)據(jù)，以提供動物106的溫室氣體排放的估算值。在一個或多個實施例中，這可以涉及將由氣體測量裝置102提供的數(shù)據(jù)與在密封的呼吸室(該呼吸室處于不同實驗和放牧條件下)中從同一類型的一個或多個反芻動物獲得的氣體數(shù)據(jù)輸出相關(guān)聯(lián)，并且利用這些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來預(yù)測來自一個或多個放牧場動物的一種或多種溫室氣體的排放水平。更具體地說，在本系統(tǒng)中，紅外氣體傳感器114a、114b測量出當(dāng)氣體濃度以一種線性方式從0%增加到100%時的電壓微分變化(0.4V-2.4V)。戴納蒙特(Dynament)氣體傳感器114a、114b的氣體濃度以下式計算:氣體濃度(％)=((傳感器電壓讀數(shù)-0.4)/2) *100。呼吸室通過對拉動穿過該腔室的空氣進行周期性地取樣，來估算在內(nèi)部放置了一段固定時間(通常24小時)的動物的氣體排放。一個變速電扇拉動空氣穿過在該室前部的一個35_直徑的開口，并且然后越過該動物并進入位于該室的后壁上的一個大小類似的歧管中。安裝在后部歧管上的一個柔性塑料軟管(35mm直徑)將空氣拉進一個流量計中進行測定。一個小直徑軟管(2mm)在空氣進入該流量計之前對其進行取樣，并使這一樣品經(jīng)由一個復(fù)用器行進到針對甲烷、二氧化碳、氫氣以及氧氣的氣體分析儀中。每個室可以順序地進行取樣并且取決于在任一時間操作的室的數(shù)目，每六分鐘(對于僅兩個室)和每15分鐘(對于六個室)計算氣體濃度。哥倫布儀器公司(Columbus Instruments)所提供的作為其“Oxymax熱量測定系統(tǒng)”軟件包的一部分的軟件結(jié)合穿過該系統(tǒng)的氣體濃度和空氣流速來計算氣體排放。后續(xù)的數(shù)據(jù)以表格形式產(chǎn)生,并且所有所測量的氣體隨時間的變化以及在24小時的動物實驗期中累積的氣體讀數(shù)也被繪制在一個曲線圖上。
[0061]來自對應(yīng)的氣體傳感器114的輸出可以用于提供所測量的對應(yīng)的單獨氣體的量的估算值或一種氣體的量相對于另一種氣體的量的比率。比率對于提供改變的飼料、放牧、牧場或農(nóng)場條件等對一個或多個動物的一種或多種溫室氣體排放的影響的指示是特別有用的。同樣，通過如以上所描述，測定一種氣體與另一種氣體的比率，仍然可以提供有用的信息，無需測定每一氣體的實際濃度。
[0062]盡管以上實施例已經(jīng)結(jié)合溫室氣體二氧化碳(CO2)和/或甲烷(CH4)的測量進行了描述，但可以測量相關(guān)哺乳動物的胃中的任何其他氣體。舉例來說，可以根據(jù)本發(fā)明測量的非溫室氣體包括例如氨氣(NH3)、氧氣(O2)、氫氣(H)以及硫化氫(H2S)。在一個特定的非限制性實例中，裝置102可以實施被安排為測定瘤胃中的氨氣濃度的傳感器。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，瘤胃中的氨氣濃度是微生物代謝的終產(chǎn)物，反映了瘤胃中經(jīng)歷降解的含氮化合物的量以及瘤胃微生物群的氮降解活性。因此，由裝置102測定的氨氣濃度可以用來解釋瘤胃中的氮輸入以及降解速率，這對于測定瘤胃中氮的使用效率以及潛在的氮排泄很重要。
[0063]在以上描述的實施例的一個替代性實施例中，數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)被存儲在存儲器308中)可以改為通過一種物理連接從裝置102下載，而不是將氣體排放數(shù)據(jù)無線地發(fā)射到中央控制器150。舉例來說，裝置102可以位于帶瘺管的動物中，并且一旦已經(jīng)獲得了足夠的數(shù)據(jù)，就通過該動物中的瘺管將其移除，并且通過USB端口連接到計算機。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，用于以物理方式從裝置102下載數(shù)據(jù)的其他技術(shù)在技術(shù)人員的范圍內(nèi)。
[0064]反芻動物可以是偶蹄目的任何成員，其非限制性實例包括牛、羊、山羊、長頸鹿、水牛、鹿、駱駝、羊駝、美洲駝、麋鹿、牦牛以及駝鹿。此外，盡管本發(fā)明所體現(xiàn)的裝置和方法特別適合測量反芻動物的氣體排放，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的裝置和方法同樣可以用于測量其他哺乳動物的胃內(nèi)的任何形式的氣體舉例來說，實施例可以擴展到測量豬科動物、犬科動物、貓科動物或靈長類動物中的一個成員的胃，或例如人胃內(nèi)的氣體濃度。
[0065]此外，盡管已經(jīng)參照本發(fā)明實施例對本發(fā)明進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以作出變化、改變以及改進，并且可以用等效物取代其元件和步驟。另外，在不偏離本發(fā)明的中心范圍的情況下，可以作出許多修改以使本發(fā)明適用于特定情形。這些變化、改變、修改以及改進盡管以上未作清楚描述，但仍然被預(yù)期并且暗含在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因此，以上描述的實施例不被視為在任何方面提供限制。
[0066]在此所包含的任何提到的現(xiàn)有技術(shù)不應(yīng)視為承認該信息是澳大利亞或其他地方中有技術(shù)的收件人常見的一般知識。
[0067]在以下的權(quán)利要求和本發(fā)明的前續(xù)說明中，除了由于明確語言或必需暗示的原因語境要求其他方式以外，詞語“包含”或變化形式，如“包含了”或“包含著”是以包容性的意義使用，即，指明了所陳述的特征的存在，但不排除在本發(fā)明的不同實施例中另外的特征的存在或附加。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量哺乳動物的胃中的至少一種氣體的氣體測量裝置，該裝置包括: 一個外殼，該外殼位于胃中并且提供至少一個氣體傳感器用于檢測一種氣體，該外殼對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的；和 一個控制器，該控制器安置于該外殼內(nèi)并且電耦合至該至少一個氣體傳感器，該控制器被安排為對來自該至少一個氣體傳感器的輸出進行周期性地處理，由此提供指示胃內(nèi)該氣體的量的數(shù)據(jù)，并且該控制器包括一個無線發(fā)射器，用于將這些數(shù)據(jù)發(fā)射到安置在該哺乳動物外部的一個位于遠處的接收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該哺乳動物是一種反芻動物，并且該裝置是用于被該反芻動物吞下，該裝置的外殼包括一個保持工具，用于防止該裝置從該反芻動物的胃中排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該保持工具包括一個或多個翼板，這個或這些翼板保持在一個初始位置以便利該反芻動物吞下該裝置并且在被釋放時在該反芻動物的胃中從該外殼向外伸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的裝置，其中每一氣體傳感器被安置在該外殼內(nèi)，并且其中該外殼包括至少一個氣體可滲透部分，用于使該氣體從胃進入該外殼中以被這個或這些氣體傳感器檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中該氣體可滲透部分是一種氣體可滲透膜，該膜對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中該外殼具有一個或多個開口，用于使該至少一種氣體通過而進入該外殼中，并且該至少一個膜覆蓋這些開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中該氣體可滲透膜是一種硅氧烷膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的裝置，該裝置包括兩個氣體傳感器，這些氣體傳感器被適配用于檢測一種彼此不同的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該至少一種氣體選自下組，該組由以下各項組成:甲烷、二氧化碳、氨氣、氫氣、硫化氫以及氧氣。
10.一種用于測量哺乳動物的胃中的至少一種氣體的方法，該方法包括: 利用安置在該哺乳動物的胃內(nèi)的一種氣體測量裝置來檢測該氣體，該裝置包括一個外殼，該外殼提供至少一個氣體傳感器用于檢測該氣體，并且該外殼對于胃內(nèi)的液體是不可滲透的；并且 對來自該至少一個氣體傳感器的輸出進行周期性地處理，由此提供了指示胃內(nèi)該氣體的量的數(shù)據(jù)；并且 將這些數(shù)據(jù)無線地發(fā)射到安置在該哺乳動物外部的一個位于遠處的接收裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該至少一個氣體傳感器位于該外殼內(nèi)，該外殼對于該氣體是可滲透的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，該方法進一步包括利用兩個或更多個氣體傳感器，這些氣體傳感器被適配用于檢測一種彼此不同的氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該方法進一步包括對來自至少兩個所述傳感器的多個輸出的比率進行比較以測定胃內(nèi)這些氣體的相對量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項所述的方法，該方法進一步包括測量胃內(nèi)的壓力和溫度中的至少一項，該壓力和/或溫度連同這個或這些傳感器輸出一起被評估，用于測定胃內(nèi)該氣體的量。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項所述的方法，該方法包括另外的步驟:將這些測定的氣體量與從該哺乳動物排放的氣體的讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，并且利用這些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來評估該哺乳動物的氣體排放水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求10到15中任一項所述的方法，其中該至少一種氣體選自下組，該組由以下各項組成:甲烷、二氧化碳、氨氣、氫氣、硫化氫以及氧氣。
17.一種用于預(yù)測反芻動物的溫室氣體排放的方法，該方法包括: 獲得指示一種反芻動物的胃內(nèi)至少一種氣體的量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由至少一個氣體傳感器的輸出得到，該至少一個氣體傳感器由安置在該反芻動物的胃內(nèi)的一種氣體測量裝置提供； 將這些所接收的數(shù)據(jù)與從該反芻動物的一個或多個呼吸室讀數(shù)獲得的排放氣體的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)；并且 對這些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進行處理以預(yù)測該反芻動物的一種溫室氣體排放。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中這些數(shù)據(jù)指示了在該反芻動物的胃內(nèi)兩種或更多種氣體的水平的比率。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中該至少一種氣體選自下組，該組由以下各項組成:甲烷、二氧化碳、氨氣、氫氣、硫化氫以及氧氣。
20.一種用于測量至少一種哺乳動物的胃中的至少一種氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個如權(quán)利要求1到9中任一項所定義的裝置，和一個中央控制器，該中央控制器位于該哺乳動物的遠處并且被安排為與這些裝置對應(yīng)地進行無線地通信以從這些裝置接收這些數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包括一個中間無線中繼器，該無線中繼器被安排為將這些數(shù)據(jù)傳送到該中央控制器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的系統(tǒng)，其中該中央控制器進一步包括一個處理器，該處理器被安排為對這些接收的數(shù)據(jù)進行處理以評估對應(yīng)地來自這些反芻動物的氣體的排放。
23.—種大丸藥,包括: 一個管狀體，該管狀體保持在一種哺乳動物的胃中并且提供一個或多個氣體傳感器用于檢測該哺乳動物的胃內(nèi)的一種氣體； 一個氣體可滲透膜，該氣體可滲透膜被安排為覆蓋該管狀體中的一個開口，該開口被提供用于使該氣體進入到該管狀體的內(nèi)部中以通過至少一個所述氣體傳感器進行檢測。
24.一種計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)提供一種程序代碼，該程序代碼包含至少一個指令，當(dāng)由一個處理器執(zhí)行時，該指令實施如權(quán)利要求10到19中任一項所定義的方法。
【文檔編號】A61B5/05GK103930763SQ201280040546
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】安德烈-丹尼斯·懷特, 基思·埃利斯, 喬伊·登普西, 萊斯利·奧沃斯, 菲利普·瓦倫西亞, 大衛(wèi)·保羅, 克里斯·麥克斯維尼 申請人:聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織, 澳大利亞羊毛創(chuàng)新公司, 澳大利亞肉類及畜牧業(yè)有限公司