CN114300834B - 一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，包括：腕带，所述腕带内开设有环形腔，所述环形腔内设置有低频发信天线，所述腕带外壁上固接有控制壳体，所述控制壳体的侧面可拆卸连接有盖板，所述控制壳体内腔底部固接有核心器件板，所述核心器件板的顶面固接有电压输出机构，所述低频发信天线的两端分别与所述电压输出机构电性连接，所述盖板上设置有控制机构，所述控制机构与所述电压输出机构电性连接，所述低频发信天线由记忆金属丝和铁磁性材料层构成，所述记忆金属丝在所述环形腔内呈正弦形状弯折设置,所述铁磁性材料层套设在所述记忆金属丝外壁上。

Description

一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点

技术领域

本发明涉及低频通信技术领域，特别是涉及一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点。

背景技术

地下矿井发生灾害事故时，紧急响应比起其他工作环境要困难得多。现有的地面与地下矿井之间的通讯主要采用有线通信方式。利用有线通信网络进行信息传输，在应急事件发生时，抗破坏能力弱，顽存性差，致使地面与矿井之下的通信中断，给预警、指挥、救援等工作带来了极大困难。为了实现不受灾害影响的无限通信信号传输，对介质具有巨大穿透力的低频电磁波成为了应急情况下地面与矿井直接通信的首选。

低频电磁波在地面下的衰减小，可以实现直接透地通信。且在应急情况下，应急通信的第一要务是确定被困人员位置，通信数据量不是重点，使得低频通信携带信息量少的问题被弱化。因此低频电磁波完美契合矿井应急通信需求。但是目前基于偶极子震荡的低频发信装置存在体积巨大、能量效率低等问题，给矿井环境下的实际应用带来了很大不便，故而提出一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点来解决矿井应急通信的需求。

因此，亟需一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点来解决上述问题，解决了现有矿用低频发信装置的体积大、效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，在地下矿井紧急状态下可直接进行透地发信，以解决现有技术存在的问题，解决了现有矿用低频发信装置的体积大、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，包括：腕带，所述腕带内开设有环形腔，所述环形腔内设置有低频发信天线，所述腕带外壁上固接有控制壳体，所述控制壳体的侧面可拆卸连接有盖板，所述控制壳体内腔底部固接有核心器件板，所述核心器件板的顶面固接有电压输出机构，所述低频发信天线的两端分别与所述电压输出机构电性连接，所述核心器件板顶面设置有控制机构，所述控制机构与所述电压输出机构电性连接，所述低频发信天线由记忆金属丝和铁磁性材料层构成，所述记忆金属丝在所述环形腔内呈正弦形状弯折设置,所述铁磁性材料层套设在所述记忆金属丝外壁上。

优选的，所述电压输出机构包括电压驱动器，所述电压驱动器固接在所述核心器件板的顶面，所述电压驱动器的两端分别电性连接有一个连接导线的一端，两所述连接导线的另外两端分别与所述记忆金属丝的两端电性连接，所述电压驱动器电性连接有供电组件，所述供电组件固接在所述核心器件板的顶面，所述电压驱动器和所述供电组件分别与所述控制机构电性连接。

优选的，所述控制机构包括控制芯片，所述控制芯片与所述供电组件和所述电压驱动器电性连接，所述控制芯片固接在所述核心器件板的顶面，所述盖板的顶面设置有显示屏、旋钮、按键和开关，所述开关与所述供电组件电性连接，所述显示屏、旋钮和按键与所述控制芯片电性连接。

优选的，所述核心器件板的顶面四角处分别固接有支柱，所述盖板的底面四角固接分别设置有与所述支柱位置对应的连接筒，所述连接筒端面开设有与所述支柱相适配的连接槽，所述支柱与所述连接槽插接。

优选的，所述供电组件包括卡接壳体，所述卡接壳体内设置有电源，所述电源的两端分别与所述卡接壳体内腔两端抵接，所述电源分别与所述开关、所述电压驱动器和所述控制芯片电性连接。

优选的，所述低频发信天线的频率范围为1Hz-3kHz。

优选的，所述记忆金属丝和所述铁磁性材料层同轴设置。

优选的，所述腕带设置为绝缘材质。

本发明公开了以下技术效果：本发明中的低频发信天线是基于电压输出机构对由形状记忆合金材料制成的记忆金属丝进行通电加热驱动进行伸展，以由铁磁性材料制成的铁磁性材料层作为辐射源进行低频信号的发射的，由于运动的磁偶极子可以向空间中辐射电磁波，使用记忆金属丝的形变机械驱动铁磁性材料，可以克服传统基于电偶极子震荡天线尺寸受波长限制的问题，实现与铁磁性材料运动频率相同的低频电磁波辐射。特别是铁磁性材料的通电发热现象，所产生的热能能够均匀加热内层记忆合金，充分利用能量。本发明利用记忆金属丝驱动铁磁性材料层辐射电磁波，将铁磁性材料层的通电发热特性、高导电特性和记忆合金材料的受热形变、可折叠特性相结合，形成了端点加热即可快速均匀的展开的可形变低频发信天线，达到功耗低、通电节点链接方便、加热均匀等效果。本发明所采用的记忆金属丝与电压输出机构为端点连接，属于可拆卸结构，可以基于地质环境的传播特点安装多种不同形状驱动的记忆合金结构低频发信天线，实现应急条件下的通信链路的快速建立。

本发明采用腕带的手环状结构，便于携带者佩戴且不影响日常作业。低频发信天线的丝状结构使得应急低频发信节点具有轻质特性，在非紧急情况下对携带者不会造成运动影响。本发明中记忆合金结构驱动的低频发信结构设计可以根据施加的加热电压不同发射不同频率的低频电磁波，通过频率调制加载信息可以实现紧急条件下的应急通信，本发明将铁磁性材料的通电发热特性用于记忆合金材料的加热伸展，可以提高应急发信节点的能量利用效率，提高低频应急发信节点的使用时间，在紧急环境下实现长时间的持续应急通信，提高紧急救援任务中携带者的生存概率。本发明将铁磁性材料的通电发热特性用于记忆合金材料的加热伸展，加快了记忆合金驱动结构的伸展，进而提高记忆合金结构驱动的低频应急发信天线的电磁波辐射频率，可以拓宽矿用应急通信的频段，加低频应急通信的手段，提高应急通信效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点的结构示意图；

图2为本发明中低频发信天线的结构示意图；

图3为本发明中控制壳体的结构示意图；

图4为本发明中盖板的结构示意图；

其中，1、腕带；2、控制壳体；3、盖板；4、核心器件板；5、低频发信天线；6、记忆金属丝；7、铁磁性材料层；8、电压驱动器；9、连接导线；10、控制芯片；11、显示屏；12、旋钮；13、按键；14、开关；15、支柱；16、电源；17、卡接壳体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-4，本发明提供一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，包括：腕带1，腕带1内开设有环形腔，环形腔内设置有低频发信天线5，腕带1外壁上固接有控制壳体2，控制壳体2的侧面可拆卸连接有盖板3，控制壳体2内腔底部固接有核心器件板4，核心器件板4的顶面固接有电压输出机构，低频发信天线5的两端分别与电压输出机构电性连接，核心器件板4顶面设置有控制机构，控制机构与电压输出机构电性连接，低频发信天线5由记忆金属丝6和铁磁性材料层7构成，记忆金属丝6在环形腔内呈正弦形状弯折设置,铁磁性材料层7套设在记忆金属丝6外壁上。

本发明中的低频发信天线5是基于电压输出机构对由形状记忆合金材料制成的记忆金属丝6进行通电加热驱动进行伸展，记忆金属丝6横向振动驱动铁磁性材料层7辐射低频电磁波，由于运动的磁偶极子可以向空间中辐射电磁波，使用记忆金属丝6的形变机械驱动铁磁性材料，可以克服传统基于电偶极子震荡天线尺寸受波长限制的问题，实现与铁磁性材料运动频率相同的低频电磁波辐射。特别是铁磁性材料的通电发热现象，所产生的热能能够均匀加热内层记忆合金，充分利用能量。本发明利用记忆金属丝6驱动铁磁性材料层7辐射电磁波，将铁磁性材料层7的通电发热特性、高导电特性和记忆合金材料的受热形变、可折叠特性相结合，形成了端点加热即可快速均匀的展开的可形变低频发信天线5，达到功耗低、通电节点链接方便、加热均匀等效果。本发明所采用的记忆金属丝6与电压输出机构为端点连接，属于可拆卸结构，可以基于地质环境的传播特点安装多种不同形状驱动的记忆合金结构低频发信天线5，实现应急条件下的通信链路的快速建立。

本发明采用腕带1的手环状结构，便于携带者佩戴且不影响日常作业。低频发信天线5的丝状结构使得应急低频发信节点具有轻质特性，在非紧急情况下对携带者不会造成运动影响。本发明中记忆合金结构驱动的低频发信结构设计可以根据施加的加热电压不同发射不同频率的低频电磁波，通过频率调制加载信息可以实现紧急条件下的应急通信，本发明将铁磁性材料的通电发热特性用于记忆合金材料的加热伸展，可以提高应急发信节点的能量利用效率，提高低频应急发信节点的使用时间，在紧急环境下实现长时间的持续应急通信，提高紧急救援任务中携带者的生存概率。本发明将铁磁性材料的通电发热特性用于记忆合金材料的加热伸展，加快了记忆合金驱动结构的伸展，进而提高记忆合金结构驱动的低频应急发信天线的电磁波辐射频率，可以拓宽矿用应急通信的频段，加低频应急通信的手段，提高应急通信效果。

进一步优化方案，电压输出机构包括电压驱动器8，电压驱动器8固接在核心器件板4的顶面，电压驱动器8的两端分别电性连接有一个连接导线9的一端，两连接导线9的另外两端分别与记忆金属丝6的两端电性连接，电压驱动器8电性连接有供电组件，供电组件固接在核心器件板4的顶面，电压驱动器8和供电组件分别与控制机构电性连接。

记忆金属丝6的展开由电压驱动器8外加电流加热驱动，由自然冷却收缩。电压驱动器8的输入阻抗高，灵敏度高。记忆金属丝6的形状可以是在腕带1限制内任意弯折的，可以根据需要提高特定方向的发信强度。

进一步优化方案，控制机构包括控制芯片10，控制芯片10与供电组件和电压驱动器8电性连接，控制芯片10固接在核心器件板4的顶面，盖板3的顶面设置有显示屏11、旋钮12、按键13和开关14，开关14与供电组件电性连接，显示屏11、旋钮12和按键13与控制芯片10电性连接。

使用时，当携带者在地下矿井中遭遇突发状况时，可以通过开关14开启应急发信装置，由旋钮12和按键13对本发明进行功能和发信内容的选择，由显示屏11对携带者选择进行可视化交互，当进行应急通信求援时，利用电源16通过电压输驱动器对记忆合金丝21进行加热，通过记忆金属丝6的形变带动表面铁磁性材料层7运动，向外辐射特定频率电磁波，从而利用低频电磁波极强的穿透能力实现在地下矿井应急条件下携带者对地面上的直接通信。

进一步优化方案，核心器件板4的顶面四角处分别固接有支柱15，盖板3的底面四角固接分别设置有与支柱15位置对应的连接筒，连接筒端面开设有与支柱15相适配的连接槽，支柱15与连接槽插接。

支柱15与连接筒进行配合可以起到连接盖板3的作用。

进一步优化方案，供电组件包括卡接壳体17，卡接壳体17内设置有电源16，电源16的两端分别与卡接壳体17内腔两端抵接，电源16分别与开关14、电压驱动器8和控制芯片10电性连接。

进一步优化方案，低频发信天线5的频率范围为1Hz-3kHz。

进一步优化方案，记忆金属丝6和铁磁性材料层7同轴设置。

本发明将铁磁性材料层7与记忆金属丝6同轴复合，能够在记忆金属丝6通电加热的同时，使铁磁性材料层7通电产生的热量同样促使记忆金属丝6展开，避免在记忆金属丝6的多个节点同时加热，使得小型化低频发信天线5的设计更加灵活，可以弯折为任意形状，且有效利用小型化低频发信节点的能量。

进一步优化方案，腕带1设置为绝缘材质。

为了保证低频发信天线5与腕带1之间的相互运动不会干扰电磁波辐射，腕带1可选用绝缘材料，提高发信节点的可靠性与安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于，包括：腕带(1)，所述腕带(1)内开设有环形腔，所述环形腔内设置有低频发信天线(5)，所述腕带(1)外壁上固接有控制壳体(2)，所述控制壳体(2)的侧面可拆卸连接有盖板(3)，所述控制壳体(2)内腔底部固接有核心器件板(4)，所述核心器件板(4)的顶面固接有电压输出机构，所述低频发信天线(5)的两端分别与所述电压输出机构电性连接，所述核心器件板(4)顶面设置有控制机构，所述控制机构与所述电压输出机构电性连接，所述低频发信天线(5)由记忆金属丝(6)和铁磁性材料层(7)构成，所述记忆金属丝(6)在所述环形腔内呈正弦形状弯折设置,所述铁磁性材料层(7)套设在所述记忆金属丝(6)外壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述电压输出机构包括电压驱动器(8)，所述电压驱动器(8)固接在所述核心器件板(4)的顶面，所述电压驱动器(8)的两端分别电性连接有一个连接导线(9)的一端，两所述连接导线(9)的另外两端分别与所述记忆金属丝(6)的两端电性连接，所述电压驱动器(8)电性连接有供电组件，所述供电组件固接在所述核心器件板(4)的顶面，所述电压驱动器(8)和所述供电组件分别与所述控制机构电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述控制机构包括控制芯片(10)，所述控制芯片(10)与所述供电组件和所述电压驱动器(8)电性连接，所述控制芯片(10)固接在所述核心器件板(4)的顶面，所述盖板(3)的顶面设置有显示屏(11)、旋钮(12)、按键(13)和开关(14)，所述开关(14)与所述供电组件电性连接，所述显示屏(11)、旋钮(12)和按键(13)与所述控制芯片(10)电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述核心器件板(4)的顶面四角处分别固接有支柱(15)，所述盖板(3)的底面四角固接分别设置有与所述支柱(15)位置对应的连接筒，所述连接筒端面开设有与所述支柱(15)相适配的连接槽，所述支柱(15)与所述连接槽插接。

5.根据权利要求4所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述供电组件包括卡接壳体(17)，所述卡接壳体(17)内设置有电源(16)，所述电源(16)的两端分别与所述卡接壳体(17)内腔两端抵接，所述电源(16)分别与所述开关(14)、所述电压驱动器(8)和所述控制芯片(10)电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述低频发信天线(5)的频率范围为1Hz-3kHz。

7.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述记忆金属丝(6)和所述铁磁性材料层(7)同轴设置。

8.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆结构的矿用小型化低频应急发信节点，其特征在于：所述腕带(1)设置为绝缘材质。

Images