[发明专利]一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈

说明书

本发明公开了一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈，该救生圈具体可分为上部单元和下部单元；上部单元为恒定体积，下部单元可以发生膨胀和收缩。所述上部单元包含有多个压电纳米发电机和气泵控制系统；所述气泵控制系统包括空气泵开关、空气泵和电容器；所述空气泵开关与空气泵连接；所述电容器收集压电纳米发电机产生的电能，并用于空气泵的运转；所述空气泵与下部单元连接，为下部单元充气，使得下部单元发生膨胀变形；所述电阻丝利用压电纳米发电机发出的电能进行加热。本发明提供的救生圈不仅可以依据不同环境条件以及落水者身体状况发生不同程度的变形从而满足不同人群使用需要，还拥有落水者身体状况监测和无线对讲以及自动加热功能。

技术领域

本发明属于水上应急救生领域，具体涉及一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈。

背景技术

救生圈是水上应急救生设备中的一个主要种类，通常是作为水上救灾及相关生产经营过程中的安全防护必备产品。救生圈通常由软木、泡沫塑料或其他比重较小的轻型材料制成，在船舶航运、水上作业、抗洪救灾以及水上旅游休闲活动等领域都有广泛应用。实心救生圈的携带方式通常是挂在船体两侧，占用面积较大，而且数量较少。当遇到事故，在水上长时间抱着救生圈等待救援时，落水者通常处于水中环境急剧恶劣的状态，身体寒冷，自身身体状况也很难得到保证。因此传统救生圈常常不能满足实际需要。目前，市场上的实心救生圈尺寸一定，给不同体型的人使用带来不便。因此，设计一种能够满足不同体型人群使用的环境自适应智能救生圈成为紧迫需求。

压电材料和纳米发电机的发展为本发明提供了技术支持。压电材料是在外力作用下机械变形时会产生电压的材料，反过来，当在两端施加电压时，它也会变形，这种现象被称为压电效应。压电原理已在世界各地的实用传感器和执行器的开发中得到应用，并且可以针对输出电压进行调整，以使电压与特定变形相关。压电纳米发电机通常是利用氧化锌纳米材料的压电性能与半导体性能，把弯曲和压缩的机械能转变为电能的微型发电机，在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都有广泛的重要应用。

在本发明中，考虑到传统的救生圈无法变形以及使用不便的问题，我们提出了一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈，其可以用于应急水上救援。本发明解决的问题是，救生圈可以依据不同环境条件以及落水者身体状况发生不同程度的变形从而满足不同人群使用需要，并且可以将落水者托起，不会使落水者发生意外危险。本发明的创新之处在于该设备是环境自适应并且自供能，该设备通过海浪拍打多个压电纳米发电机组成的“发电机组”进行发电并将发出的电能储存在电容器中，落水者按下空气泵上的按钮后，空气泵开始工作使救生圈下部发生膨胀，将落水者托起。另外，“发电机组”发出的电能还可用于救生圈内部传感器和小型对讲机的工作，内部传感器可以监测落水者身体状况，小型对讲机可以使落水者进行及时的呼救，电阻丝可以对救生圈进行加热，使落水者不会因水温较低造成身体寒冷，并且设有温度保护装置。

发明内容

针对救生圈不可变形且使用不便的问题，本发明提出一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于压电效应的环境自适应智能救生圈，该救生圈具体可分为上部单元和下部单元；上部单元为恒定体积，下部单元可以发生膨胀和收缩。

所述上部单元包含有多个压电纳米发电机和气泵控制系统；所述气泵控制系统包括空气泵开关、空气泵和电容器；所述空气泵开关与空气泵连接；所述电容器收集压电纳米发电机产生的电能，并用于空气泵的运转；所述空气泵与下部单元连接，为下部单元充气，使得下部单元发生膨胀变形。

进一步地，所述多个压电纳米发电机内含有氧化锌纳米材料，海浪的拍打冲撞使其产生弯曲或者压缩变形，将机械能转变为电能，用以连续稳定发电。

进一步地，所述上部单元含有半导体生物传感器，用以监测落水者的心率、血压、体表温度等身体状况。

进一步地，所述下部单元在发生膨胀变形时，圈体向下收缩，下部宽度变窄，将落水者托起。