CN114847619B - 基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包 - Google Patents

基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，包括外壳，外壳外侧壁固定连接有背带，外壳内部上方固定连接有信号发射部和控制部，外壳内部下方固定连接有信号转换部和电源，信号发射部、信号转换部、电源均与控制部电性连接。能够实现矿井下方向地面上方的无线上行透地通信，实现矿工作业位置和生命体征的实时上行传输，从而在矿井日常作业过程中进行矿工的安全检测，在矿井灾变情况下对矿工的被困位置与生存状况进行实时检测。

Description

基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包
技术领域
本发明属于低频通信技术领域，特别是涉及一种基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包。
背景技术
目前，我国矿井开采长期遭受瓦斯、水害、顶板等事故的困扰。尽管矿井在安全生产上形式趋向完善，但在发展过程中依然存在不平衡、不完善等诸多问题，各类矿井事故仍会严重威胁着工人人身安全以及社会财产。因此，在矿井事故无法完全避免的情况下，矿井应急通信系统是紧急情况下预警、指挥及救援都需要的一条安全畅通的通讯链路。
现有的矿井应急通信系统中，地下矿工和地面上方的联系往往依靠有线通信进行。常用的手段包括矿井调度电话和矿井广播等。但是由于矿用有线通信一般采用独立敷设线路方式，在铺设过程中，需要在通信节点处设立固定设备，且通信设备一般铺设在人员相对集中、工作地点较为固定的位置，所以在矿井下方并不能做到在任何工作地点通信。当紧急情况发生时，矿井下方往往活动受限，且预先铺设的线缆容易受损，因此有线通信系统难以发挥作用。而现有的无线应急通信方式，如电磁透地通信系统，由于该系统采用超低频电磁波进行通信，天线的尺寸需要设置的很庞大，例如澳大利亚PED系统的发射端天线直径一般为十几公里。如此庞大的发射天线决定了现有的电磁透地通信系统只能进行地面向矿井下方的单向通信，在紧急条件下，无法获取矿井下方的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，以解决上述问题，达到矿工作业位置和生命体征的实时上行传输，从而实现在矿井日常作业过程中进行矿工的安全检测，在矿井灾变情况下对矿工的被困位置与生存状况进行实时检测的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，包括外壳，所述外壳外侧壁固定连接有背带，所述外壳内部上方固定连接有信号发射部和控制部，所述外壳内部下方固定连接有信号转换部和电源，所述信号发射部、所述信号转换部、所述电源均与所述控制部电性连接。
优选的，所述信号发射部包括电机，所述电机与所述外壳内壁固定连接，所述电机的输出轴固定连接有天线基座底端，所述天线基座与所述外壳顶壁固定连接，所述天线基座顶端转动连接有低频发信天线底端，所述低频发信天线顶端固定连接有高频发信天线，所述低频发信天线与所述高频发信天线位于所述外壳外部，所述电机与所述控制部电性连接。
优选的，所述信号转换部包括体征检测器，所述体征检测器与所述外壳内壁固定连接，所述体征检测器与所述天线基座固定连接。
优选的，所述控制部包括中控板，所述中控板与所述外壳内壁固定连接，所述中控板与所述电机、所述电源电性连接。
优选的，所述中控板还电性连接有显示屏和控制旋钮，所述显示屏、所述控制旋钮均与所述外壳顶壁固定连接。
优选的，所述体征检测器固定在所述外壳靠近人体背部的侧壁上。
优选的，所述体征检测器内部固定连接有两个纵向膜瓣，两个所述纵向膜瓣之间、所述纵向膜瓣与相邻的所述体征检测器内侧壁之间固定连接有横向膜瓣。
本发明具有如下技术效果：
1、该基于小型低频发信天线的矿用矿工体征检测透地发信装置采用背带固定，方便矿下作业的矿工携带，同时便于体征检测器与心脏部位的贴合，保障了矿井日常作业的安全及应急状况下的信息通畅。
2、该基于小型低频发信天线的矿用矿工体征检测透地发信装置采用低频电磁波和高频电磁波多频率耦合的发信方法，在不同应用功能下使用对应频率电磁波，实现了信道的高效利用。
3、该基于小型低频发信天线的矿用矿工体征检测透地发信装置采用一种基于机械运动结构的小型化低频发信天线进行低频电磁波的发射，实现了矿井下方对地面的直接穿透通信，解决了现有技术低频天线尺寸庞大的问题。
4、该基于小型低频发信天线的矿用矿工体征检测透地发信装置融合了矿工生命体征检测器，对携带矿工的生命体征和所处位置信息进行同步发信，提高了应急救援过程中的信息传输效率，提高了携带矿工在紧急情况下的生存概率。
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为本发明装置的外观结构示意图；
图2为本发明装置的内部结构示意图；
图3为图2中A的局部放大图。
其中，1、外壳；2、背带；3、高频发信天线；4、低频发信天线；5、天线基座；6、体征检测器；7、中控板；8、显示屏；9、控制旋钮；10、电机；11、电源；12、纵向膜瓣；13、横向膜瓣。
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1-3，本发明公开一种基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，包括外壳1，外壳1外侧壁固定连接有背带2，外壳1内部上方固定连接有信号发射部和控制部，外壳1内部下方固定连接有信号转换部和电源11，信号发射部、信号转换部、电源11均与控制部电性连接。
背带2便于矿工日常携带，同时保证信号转换部与矿工心脏部位贴合，外壳1选择轻质高强度材料，减轻装置重量，同时提高抗破坏性。信号转换部处于携带者的心脏部位，可以通过感知心脏跳动向控制部输出携带者的体征检测信息。控制部控制信号发射部向外发送携带者的位置信息和体征检测信息。
进一步优化方案，信号发射部包括电机10，电机10与外壳1内壁固定连接，电机10的输出轴固定连接有天线基座5底端，天线基座5与外壳1顶壁固定连接，天线基座5顶端转动连接有低频发信天线4底端，低频发信天线4顶端固定连接有高频发信天线3，低频发信天线4与高频发信天线3位于外壳1外部，电机10与控制部电性连接。
低频发信天线4与高频发信天线3固定在一起，实现低频与高频电磁波的可选多频段通信。
进一步优化方案，信号转换部包括体征检测器6，体征检测器6与外壳1内壁固定连接，体征检测器6与天线基座5固定连接。
进一步优化方案，控制部包括中控板7，中控板7与外壳1内壁固定连接，中控板7与电机10、电源11电性连接。
进一步优化方案，中控板7还电性连接有显示屏8和控制旋钮9，显示屏8、控制旋钮9均与外壳1顶壁固定连接。
进一步优化方案，体征检测器6固定在外壳1靠近人体背部的侧壁上。
进一步优化方案，体征检测器6内部固定连接有两个纵向膜瓣12，两个纵向膜瓣12之间、纵向膜瓣12与相邻的体征检测器6内侧壁之间固定连接有横向膜瓣13。
纵向膜瓣12与横向膜瓣13均由压电材料制成，携带者心脏跳动由纵向膜瓣12采集，纵向膜瓣12驱动横向膜瓣13产生形变，从而产生与心跳等频率的电信号。该电信号传入中控板7调制为体征信息，由电机10驱动低频发信天线4旋转，向外辐射加载信息的低频电磁波。
对于不同频率的电磁波，当其频率越高，则可以携带信息量越多，但在地面下方能够穿透传播的距离越短；反之，频率越低的电磁波，虽然其携带的信息量较少，但是穿透能力强。在日常通信时，为了携带更多的通信数据，使用高频天线进行近距离携带者之间的通信，用于判断地下矿井内其余矿工的位置，进行矿井下危险区域的安全警告，实现携带矿工间的组网工作。虽然高频电磁波信息传输能力强，但是难以穿透地层。为了保证在应急条件下向地面上方实时回传携带者的生命体征信息和位置信息，使用低频发信天线4进行低频电磁波直接透地通信。运动的磁偶极子能够辐射电磁波。通过300Hz的电磁波可以将体征状态变为数字量传播，利用这一原理，使用磁性材料制作低频发信天线4，在天线基座5的固定下进行旋转机械运动，向外辐射与旋转频率相同的低频电磁波。虽然受限于低频电磁波的携带信息量，仅能向地面上回传表征携带矿工生存信息的一维数字量，以及携带者所在位置的三维数字量，但是在应急条件下及时准确地掌握矿井下方人员分布的特点、探测被困人员所在位置并了解其生存状态等信息，是进行救援决策和实施救援的重要依据。
本发明针对现有矿用应急通信装置中缺乏无线上行通信链路的不足，提供一种基于小型化低频发信天线的矿用矿工体征检测透地发信装置。低频电磁波在地面下的衰减小，可以实现直接透地通信。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。为了实现矿井下方向地面上方的无线上行透地通信，利用一种基于机械运动的小型化低频发信天线，结合易于携带的体征检测系统，实现矿工作业位置和生命体征的实时上行传输，从而在矿井日常作业过程中进行矿工的安全检测，在矿井灾变情况下对矿工的被困位置与生存状况进行实时检测。
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 (3)

1.基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，其特征在于，包括外壳(1)，所述外壳(1)外侧壁固定连接有背带(2)，所述外壳(1)内部上方固定连接有信号发射部和控制部，所述外壳(1)内部下方固定连接有信号转换部和电源(11)，所述信号发射部、所述信号转换部、所述电源(11)均与所述控制部电性连接；
所述信号发射部包括电机(10)，所述电机(10)与所述外壳(1)内壁固定连接，所述电机(10)的输出轴固定连接有天线基座(5)底端，所述天线基座(5)与所述外壳(1)顶壁固定连接，所述天线基座(5)顶端转动连接有低频发信天线(4)底端，所述低频发信天线(4)顶端固定连接有高频发信天线(3)，所述低频发信天线(4)与所述高频发信天线(3)位于所述外壳(1)外部，所述电机(10)与所述控制部电性连接；
所述信号转换部包括体征检测器(6)，所述体征检测器(6)与所述外壳(1)内壁固定连接，所述体征检测器(6)与所述天线基座(5)固定连接；
所述体征检测器(6)固定在所述外壳(1)靠近人体背部的侧壁上，所述体征检测器(6)内部固定连接有两个纵向膜瓣(12)，两个所述纵向膜瓣(12)之间、所述纵向膜瓣(12)与相邻的所述体征检测器(6)内侧壁之间固定连接有横向膜瓣(13)。
2.根据权利要求1所述的基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，其特征在于，所述控制部包括中控板(7)，所述中控板(7)与所述外壳(1)内壁固定连接，所述中控板(7)与所述电机(10)、所述电源(11)电性连接。
3.根据权利要求2所述的基于小型低频发信天线的矿用体征检测应急穿透发信背包，其特征在于，所述中控板(7)还电性连接有显示屏(8)和控制旋钮(9)，所述显示屏(8)、所述控制旋钮(9)均与所述外壳(1)顶壁固定连接。
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