CN115175059B - 一种矿井透水搜援用的水中扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井透水搜援用的水中扬声器，涉及矿井透水事故应急救援设备技术领域，解决了现有对水中扬声器由于耐压能力较低且结构的耐压强度低的原因，导致现有水下扬声器不能直接使用的问题，其技术方案要点是，包括：舱体，其开设有滑动通道，滑动通道具有开放端和封闭端；声音输出机构，其密封式滑动连接于滑动通道，其具有声源输出面；密封部，其设置于声音输出机构朝向开放端的端部，其与声源输出面设有密封间距，其能够与滑动通道密封式滑动连接；本发明能够为声音输出机构提供可变换的密封状态，以便于随时适配不同的使用环境，具体搭载于水下搜救机器人，适用于矿井透水搜救场景。

Description

一种矿井透水搜援用的水中扬声器

技术领域

本发明涉及矿井透水事故应急救援设备技术领域，特别涉及一种矿井透水搜援用的水中扬声器。

背景技术

矿井在建设和生产过程中，由于防治水措施不到位而导致地表水或地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道无控制地涌入矿井工作面，进而造成作业人员伤亡或矿井财产损失的透水事故。一旦矿井发生透水，突水量大，难以短时间排出，井巷系统复杂，救援路线不明，难以精准定位被困人员。水下机器人已成为水中救援的重要搜救工具，在矿井发生透水事故后，水下机器人抢先前往遇险人员预计位置，寻找、定位遇险人员，与遇险人员建立通信，从而辅助地面搜救人员开展进一步的搜救工作。

透水矿井的气室中，遇险人员生还几率最大，与气室中遇险人员建立通信，除了通过水下搜救机器人搭载的摄像机获取遇险人员的画面外，最直接有效的方式是建立语音通信。所以，水下搜救机器人有必要搭载一种水中扬声器，该设备既能被水下机器人携带到较深的水域，又能在水下机器人浮出水面后，播放搜救广播和收听求救信号，与遇险人员进行语音通信，以便安抚遇险人员情绪，并为地面搜救人员开展进一步的搜救工作提供重要信息。

现有的水下扬声器只具备较低的防水能力，而且其耐压强度低，普遍只能应用于游泳池、鱼塘等水浅的地方。而考虑到矿井透水搜救机器人要求的工作环境要达到300m水深，对水中扬声器结构的耐压强度要求高，因此现有水下扬声器不能直接使用，现在亟需一种适用于矿井透水搜救场景的水中扬声器。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿井透水搜援用的水中扬声器，本发明能够为声音输出机构提供可变换的密封状态，以便于随时适配不同的使用环境，具体搭载于水下搜救机器人，适用于矿井透水搜救场景；本方案的密封结构简单可靠，其可以在水深环境中长时间可靠使用，且本方案整体结构布局简单清晰紧凑、模块化程度高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种矿井透水搜援用的水中扬声器，包括：

舱体，其开设有滑动通道，所述滑动通道具有开放端和封闭端；

声音输出机构，其密封式滑动连接于所述滑动通道，其具有朝向所述开放端的声源输出面；

密封部，其设置于所述声音输出机构朝向所述开放端的端部，其与所述声源输出面设有密封间距，其能够与所述滑动通道密封式滑动连接；

当所述密封部在所述滑动通道内滑动时，所述滑动通道在所述密封间距内能够同时与所述密封部和所述声音输出机构形成第一密封腔。

在恶劣环境(例如矿井里或水里)中，第一密封腔能够使声音输出机构与外界环境分隔开，此时声音输出机构正常工作，本方案能够为声音输出机构提供密封状态，以保证声音输出机构在输出声音的同时还能不发生损坏；

在正常环境中，将声音输出机构往开放端移动，直至第一密封腔中的声音输出机构与外界环境连通，此时声音输出机构正常工作；

由此可见，本方案能够为声音输出机构提供可变换的密封状态，以便于随时适配不同的使用环境，具体搭载于水下搜救机器人，适用于矿井透水搜救场景；其次，本方案的密封结构简单可靠，其可以在水深环境中长时间可靠使用。

在一些具体实施方式中，所述声音输出机构包括：

滑动部，其密封式滑动连接于所述滑动通道内，其开设有安装开口；

声源组件，其密封式设置于所述安装开口；

所述声源输出面位于所述声源组件朝向所述开放端的端面上，所述密封部设置于所述滑动部朝向所述开放端的端部。

由此，本方案的声源组件为水下扬声器，其作为独立模块搭载于滑动部上，本方案无需特殊设计音响模块，采用现有的低成本的水下扬声器音响模块封装于特殊设计的动态舱体结构内即可实现声音输出，其具有体积小、安装位置灵活等特点。由此可见，本方案的整体结构布局简单清晰紧凑且模块化程度高。本方案提供了一种声音输出机构在滑动通道内滑动连接的具体实施方式；滑动部的外侧壁设有第一环形凹槽，第一环形凹槽内设有第一圆形密封圈，当滑动部在滑动通道内滑动时，第一圆形密封圈弹性抵接于滑动通道内，使滑动部与滑动通道滑动连接的同时还能够形成密封。

在一些具体实施方式中，所述密封部包括：

延伸块，其设置于所述滑动部上，其用于形成所述密封间距；

密封盖体，其设置于所述延伸块上，其能够与所述滑动通道密封式滑动连接；

限位块，其设置于所述密封盖体上，当所述滑动部往靠近所述封闭端的方向滑动时，所述限位块能够抵接于所述滑动通道的端部上；

所述密封间距形成于所述密封盖体与所述滑动部之间。

由此，本方案提供了一种密封部的具体结构构造，其具有结构简单、便于生产制造的特点。限位块抵接于滑动通道的端部上时，其既能够实现声音输出机构中滑动部的限位，其还能够进一步地提高密封部与滑动通道之间的密封性。

在一些具体实施方式中，所述延伸块与所述密封盖体与所述滑动部成一体。

由此，可使得密封部的构造更加坚固，以适应在水压较大的水下环境中的正常作业。

在一些具体实施方式中，包括驱动机构，其设置于所述舱体内，其活动端与所述声音传输机构连接，其能够驱动所述声音输出机构在所述滑动通道内移动。

由此，本方案提供了一种能够驱动声音输出机构进行密封状态变换的具体实施方式，其能够通过控制驱动机构的活动端以控制密封状态的变换。

在一些具体实施方式中，所述驱动机构包括：

转动装置，其设置于所述舱体呈封闭状的端部；

第一摆杆，其与所述转动装置的活动端同轴连接；

第二摆杆，其一端与所述第一摆杆转动连接，其另一端与所述声音传输机构转动连接；

所述第一摆杆的转动方向与所述第二摆杆的转动方向与所述转动装置活动端的转动方向平行；

所述转动装置的活动端带动所述第一摆杆转动，所述第一摆杆带动所述第二摆杆摆动，以驱动所述声音输出机构在所述滑动通道内移动。

由此，本方案提供了一种驱动机构的具体结构构造。

在一些具体实施方式中，包括支座，其可拆卸地设置于所述声音输出机构的底部，所述第二摆杆远离所述第一摆杆的一端与所述支座连接。

由此，本方案提供了一种第二摆杆与声音输出机构之间的具体连接方式，其次通过支座采用可拆卸的方式与声音输出机构连接，因此既可便于第二摆杆的装拆，还可便于支座与声音输出机构之间的装拆，支座可利用支座自身的U型凹陷以适配声音输出机构。

在一些具体实施方式中，包括：

端盖，其可拆卸地密封连接于所述滑动通道的端部，以形成所述封闭端。

在一些具体实施方式中，包括：

压力补偿组件；

所述声音输出机构与所述封闭端与所述滑动通道形成第二密封腔；

所述第二密封腔与所述压力补偿组件连通，所述压力补偿组件能够补偿所述声音输出机构在所述滑动通道内滑动时所引起的第二密封腔的压力差。

由此，由于声音输出机构在滑动通道内滑动时会受到来自第二密封腔与外界的内外阻力，压力补偿组件能够有效地减该内外阻力，进而减轻驱动声音输出机构在滑动通道内滑动的驱动负担。

在一些具体实施方式中，所述压力补偿组件包括：

弹性容器，其能够装载气体或油，且其体积能够根据气体或油的体积而形变；

连接管路，其一端与所述弹性容器连通，其另一端可拆卸地连通设置于所述舱体。

由此，本方案提供了一种压力补偿组件的具体结构构造，连接管路采用可拆卸的方式能够便于安装及日后的维护。

综上所述，本发明能够为声音输出机构提供可变换的密封状态，以便于随时适配不同的使用环境，具体搭载于水下搜救机器人，适用于矿井透水搜救场景；本方案的密封结构简单可靠，其可以在水深环境中长时间可靠使用；本方案整体结构布局简单清晰紧凑、模块化程度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的另一视角的结构示意图；

图3是本发明中形成有第一密封腔时的半剖图；

图4是图3中A处的放大图；

图5是图3中B处的放大图；

图6是本发明中第一密封腔消失时的半剖图；

图7是图6中C处的放大图；

图8是本发明中支座的机构示意图；

图9是本发明中密封部与滑动部的连接关系示意图。

附图标记：1、舱体；10、滑动通道；10a、开放端；10b、封闭端；10b1、端盖；11、第一密封腔；12、第二密封腔；13、密封间距；2、声音输出机构；21、滑动部；21a、安装开口；21b、第一环形凹槽；21c、第一圆形密封圈；22、声源组件；22a、声源输出面；3、密封部；31、延伸块；32、密封盖体；32a、第二环形凹槽；32b、第二圆形密封圈；33、限位块；4、驱动机构；41、转动装置；42、第一摆杆；43、第二摆杆；5、支座；51、转动副；6、压力补偿组件；61、弹性容器；62、连接管路；7、功放主控板；8、水密接插组件；9、扬声罩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

一种矿井透水搜援用的水中扬声器，如图1至图9所示，其能够搭载于水下机器人上，包括：舱体1、声音输出机构2、密封部3、端盖10b1、扬声罩9、驱动机构4、水密接插组件8、压力补偿组件6，具体如下：

如图3和图4所示，舱体1，其开设有滑动通道10，滑动通道10具有开放端10a和封闭端10b；舱体1的端部可拆卸地套设有扬声罩9，如因水下机器人安装空间受限制，可以将扬声罩9拆除；

优选地，端盖10b1可拆卸地密封连接于滑动通道10的端部，以形成封闭端10b。具体地，端盖10b1通过若干个螺栓副可拆卸地设置于滑动通道10的封闭端10b。

声音输出机构2，其密封式滑动连接于滑动通道10，其具有朝向开放端10a的声源输出面22a，声源输出面22a为声音输出机构2输出声音的工作表面；

在本实施例中，声音输出机构2包括：滑动部21和声源组件22，具体如下：

如图9所示，滑动部21，其密封式滑动连接于滑动通道10内，其开设有安装开口21a；

本方案提供了一种声音输出机构2在滑动通道10内滑动连接的具体实施方式；滑动部21的外侧壁设有第一环形凹槽21b，第一环形凹槽21b内设有第一圆形密封圈21c，当滑动部21在滑动通道10内滑动时，第一圆形密封圈21c弹性抵接于滑动通道10内，使滑动部21与滑动通道10滑动连接的同时还能够形成密封。滑动部21与滑动通道10之间的间隙配合形成良好的滑动副。

声源组件22，其密封式设置于安装开口21a，声源输出面22a位于声源组件22朝向开放端10a的端面上，密封部3设置于滑动部21朝向开放端10a的端部。由此，本方案的声源组件22为水下扬声器，其作为独立模块搭载于滑动部21上，本方案无需特殊设计音响模块(即声源组件22)，采用现有常用的低成本低功率的水下扬声器音响模块封装于特殊设计的动态舱体1结构内即可实现声音输出，其具有体积小、安装位置灵活等特点。由此可见，本方案的整体结构布局简单清晰紧凑且模块化程度高。

在本实施例中，密封部3，其设置于声音输出机构2朝向开放端10a的端部，其与声源输出面22a设有密封间距13，其能够与滑动通道10密封式滑动连接；

当密封部3在滑动通道10内滑动时，滑动通道10在密封间距13内能够同时与密封部3和声音输出机构2形成第一密封腔11。

具体地，密封部3包括：延伸块31、密封盖体32、限位块33，具体如下：

延伸块31，其设置于滑动部21上，其用于形成密封间距13；延伸块31的数量为若干个且绕着滑动部21的中轴线均布。

如图6和图7所示，密封盖体32，其设置于延伸块31上，其能够与滑动通道10密封式滑动连接；密封盖体32的外侧壁设有第二环形凹槽32a，第二环形凹槽32a内设有第二圆形密封圈32b，当密封盖体32在滑动通道10内滑动时，第二圆形密封圈32b弹性抵接于滑动通道10内，使密封盖体32与滑动通道10滑动连接的同时还能够形成密封。密封盖体32与滑动通道10之间的间隙配合形成良好的滑动副。

限位块33，其设置于密封盖体32上，在本实施例中，限位块33通过螺栓副可拆卸地设置于密封盖体32上。

当滑动部21往靠近封闭端10b的方向滑动时，限位块33能够抵接于滑动通道10的端部上；密封间距13形成于密封盖体32与滑动部21之间。

由此，本方案提供了一种密封部3的具体结构构造，其具有结构简单、便于生产制造的特点。限位块33能够为滑动部21的滑动提供限位。在较深水里作业环境中，当强大的水压直接作用于密封部3上通过滑动部21直接作用于驱动机构4时，容易对驱动机构4造成损坏，本方案的限位块33外径略大于滑动通道10的内径，这样外压作用力将直接作用在限位块33和舱体1上，以保护驱动机构4不被意外损坏。

优选地，如图9所示，延伸块31与密封盖体32与滑动部21成一体。由此，可使得密封部3的构造更加坚固，以适应在水压较大的水下环境中的正常作业。

在本实施例中，驱动机构4设置于舱体1内，其活动端与声音传输机构连接，其能够驱动声音输出机构2在滑动通道10内移动。由此，本方案提供了一种能够驱动声音输出机构2进行密封状态变换的具体实施方式，其能够通过控制驱动机构4的活动端以控制密封状态的变换。

具体地，如图5所示，驱动机构4包括：转动装置41、第一摆杆42、第二摆杆43，具体如下：

转动装置41，其设置于舱体1呈封闭状的端部；

第一摆杆42，其与转动装置41的活动端同轴连接；

第二摆杆43，其一端与第一摆杆42转动连接，其另一端与声音传输机构转动连接；

第一摆杆42的转动方向与第二摆杆43的转动方向与转动装置41活动端的转动方向平行；

转动装置41的活动端带动第一摆杆42转动，第一摆杆42带动第二摆杆43摆动，以驱动声音输出机构2在滑动通道10内移动。由此，本方案提供了一种驱动机构4的具体结构构造，但不仅限于此，在设计不受外形尺寸限制的情况下，驱动机构4还能够是其他能够驱动滑动部21沿着滑动通道10移动的传动机构，例如直线移动机构中的直线油缸等。

在本实施例中，转动装置41选择具有位置编码器和大减速比的微小型减速电机作为驱动机构4的输入动力源。减速电机的旋转运动转化为滑动堵盖的往复移动。优选地，为防止第一摆杆42和第二摆杆43转动位置的重复定位精度累计误差，可设置机械限位或者将转动装置41更换为大扭力舵机。

如图5和图8所示，本实施例还包括支座5，其可拆卸地设置于声音输出机构2中滑动部21的底部，具体为螺钉固定连接；第二摆杆43远离第一摆杆42的一端与支座5转动连接，第二摆杆43与支座5的转动副51设在支座5上。

由此，本方案提供了一种第二摆杆43与声音输出机构2之间的具体连接方式，其次通过支座5采用可拆卸的方式与声音输出机构2连接，因此既可便于第二摆杆43的装拆，还可便于支座5与声音输出机构2之间的装拆，支座5可利用支座5自身的U型凹陷以适配声音输出机构2。

声音输出机构2中的滑动部21与作为封闭端10b的端盖10b1与滑动通道10形成第二密封腔12；

第二密封腔12与压力补偿组件6连通，压力补偿组件6能够补偿声音输出机构2在滑动通道10内滑动时所引起的第二密封腔12的压力差。

由此，由于声音输出机构2在滑动通道10内滑动时会受到来自第二密封腔12与外界的内外阻力，压力补偿组件6能够有效地减该内外阻力，进而减轻驱动声音输出机构2在滑动通道10内滑动的驱动负担。

优选地，当驱动机构4提供的输出动力足够大时，压力补偿组件6能够省略不安装；当驱动机构4提供的输出动力不足时，本实施例通过压力补偿组件6来减轻驱动机构4的动力负担，具体地，压力补偿组件6包括：弹性容器61和连接管路62，具体如下：

弹性容器61，其能够装载气体或油，且其体积能够根据气体或油的体积而形变；优选地，本实施例选择在弹性容器61以及第二密封腔12内填充油，以保证电气工作可靠性。

驱动机构4的驱动力只需要满足因第一密封圈挤压变形所造成的阻力即可。在本实施例中，弹性容器61为橡胶皮囊，优选地，为预留补偿余量，弹性容器61的体积为第二密封腔12体积的1.5倍。

连接管路62，其一端与弹性容器61连通，其另一端可拆卸地连通设置于舱体1的端盖10b1上。连接管路62自身具有油路。

由此，本方案提供了一种压力补偿组件6的具体结构构造，具体地，连接管路62的端部螺纹插接于端盖10b1上，以采用可拆卸的方式来方便安装及日后的维护。

在本实施例中，还包括功放主控板7，其可拆卸地设置于滑动部21靠近封闭端10b的端部，其与声音输出机构2中的声源组件22、驱动机构4中的转动装置41电性连接，其自身还具备无线通信功能，其通过水密插接组件与水下搜救机器人的主控中心连接。水密插接组件穿设于端盖10b1上且与端盖10b1之间密封连接。

当水下机器人在水下行进时，本方案的声音输出机构2和驱动机构4均不工作；待水下机器人浮出水面时，驱动机构4将声音输出机构2推动至行程限位位置，此时声音输出机构2正常广播，以便于操作人员收听声音信号。

工作过程

形成有第一密封腔11时的工作过程

在进入恶劣环境(例如矿井里)或水里前，驱动机构4驱动滑动部21沿着滑动通道10往靠近封闭端10b的方向，以带动滑动部21上的声源组件22和密封部3一起往靠近封闭端10b的方向移动，直至密封部3的密封盖体32与滑动部21与滑动通道10的内侧壁之间形成第一密封腔11；此时，声音输出机构2在第一密封腔11内工作。同时在滑动部21滑动的过程中，在滑动部21的驱动下，第二密封腔12内的油经过连接管路62后流入弹性容器61内，弹性容器61发生形变且体积变大；

第一密封腔11消失后的工作过程

在离开恶劣环境或水里时，驱动机构4驱动滑动部21沿着滑动通道10往靠近开放端10a的方向移动，滑动部21上的声源组件22和密封部3一起往靠近开放端10a的方向移动，直至密封部3的密封盖体32从滑动通道10上脱离连接，第一密封腔11消失且密封间距13内的空间与外界连通；此时，声音输出机构2正常向外界输出声音；同时，在滑动部21滑动的过程中，在滑动部21的驱动下，第二密封腔12弹性容器61内的油经过连接管路62后流入第二密封腔12内，弹性容器61发生形变且体积变小。

有益效果

在恶劣环境(例如矿井里或水里)中，第一密封腔11能够使声音输出机构2与外界环境分隔开，此时声音输出机构2正常工作，本方案能够为声音输出机构2提供密封状态，以保证声音输出机构2在输出声音的同时还能不发生损坏；

在正常环境中，将声音输出机构2往开放端10a移动，直至第一密封腔11中的声音输出机构2与外界环境连通，此时声音输出机构2正常工作；

由此可见，现有的水下扬声器只具备IPX8的防水系数，而且耐压强度低，普遍只能应用于游泳池、鱼塘等水浅的地方。而考虑到矿井透水搜救机器人要求的工作环境要达到300m水深，因此对水中扬声器结构的耐压强度要求高，因此现有水下扬声器不能直接使用；而且现有水下扬声器普遍需要较大功率才能实现较大的音效，而常规水下机器人的能源搭载有限，一般将相机和扬声器一路供电，其能够供电的功率较小。

而本方案能够为声音输出机构2提供可变换的密封状态，以便于随时适配不同的使用环境，具体搭载于水下搜救机器人，适用于矿井透水搜救场景；其次，本方案的密封结构简单可靠，其可以在水深环境中长时间可靠使用。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，包括：

舱体，其开设有滑动通道，所述滑动通道具有开放端和封闭端；

声音输出机构，其密封式滑动连接于所述滑动通道，其具有朝向所述开放端的声源输出面；

密封部，其设置于所述声音输出机构朝向所述开放端的端部，其与所述声源输出面设有密封间距，其能够与所述滑动通道密封式滑动连接；

当所述密封部在所述滑动通道内滑动时，所述滑动通道在所述密封间距内能够同时与所述密封部和所述声音输出机构形成第一密封腔。

2.根据权利要求1所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，所述声音输出机构包括：

滑动部，其密封式滑动连接于所述滑动通道内，其开设有安装开口；

声源组件，其密封式设置于所述安装开口；

所述声源输出面位于所述声源组件朝向所述开放端的端面上，所述密封部设置于所述滑动部朝向所述开放端的端部。

3.根据权利要求2所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，所述密封部包括：

延伸块，其设置于所述滑动部上，其用于形成所述密封间距；

密封盖体，其设置于所述延伸块上，其能够与所述滑动通道密封式滑动连接；

限位块，其设置于所述密封盖体上，当所述滑动部往靠近所述封闭端的方向滑动时，所述限位块能够抵接于所述滑动通道的端部上；

所述密封间距形成于所述密封盖体与所述滑动部之间。

4.根据权利要求3所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，所述延伸块与所述密封盖体与所述滑动部成一体。

5.根据权利要求1所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，包括驱动机构，其设置于所述舱体内，其活动端与所述声音传输机构连接，其能够驱动所述声音输出机构在所述滑动通道内移动。

6.根据权利要求5所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，所述驱动机构包括：

转动装置，其设置于所述舱体呈封闭状的端部；

第一摆杆，其与所述转动装置的活动端同轴连接；

第二摆杆，其一端与所述第一摆杆转动连接，其另一端与所述声音传输机构转动连接；

所述第一摆杆的转动方向与所述第二摆杆的转动方向与所述转动装置活动端的转动方向平行；

所述转动装置的活动端带动所述第一摆杆转动，所述第一摆杆带动所述第二摆杆摆动，以驱动所述声音输出机构在所述滑动通道内移动。

7.根据权利要求6所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，包括支座，其可拆卸地设置于所述声音输出机构的底部，所述第二摆杆远离所述第一摆杆的一端与所述支座连接。

8.根据权利要求1所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，包括：

端盖，其可拆卸地密封连接于所述滑动通道的端部，以形成所述封闭端。

9.根据权利要求1所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，包括：

压力补偿组件；

所述声音输出机构与所述封闭端与所述滑动通道形成第二密封腔；

所述第二密封腔与所述压力补偿组件连通，所述压力补偿组件能够补偿所述声音输出机构在所述滑动通道内滑动时所引起的第二密封腔的压力差。

10.根据权利要求9所述的一种矿井透水搜援用的水中扬声器，其特征在于，所述压力补偿组件包括：

弹性容器，其能够装载气体或油，且其体积能够根据气体或油的体积而形变；

连接管路，其一端与所述弹性容器连通，其另一端可拆卸地连通设置于所述舱体。

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