一种伞绳切割器与控制电路的制作方法

本实用新型涉及跳伞安全技术领域，尤其涉及一种伞绳切割器与控制电路。

背景技术：

切割器作为降落伞自动开伞器的重要组成部分，用于实现对伞绳的切割，从而释放备份伞。在实际跳伞过程中，当降落伞自动开伞装置探测到跳伞过程中满足激活条件时，就会通过切割器切断固定备份伞包的绳子，使得备份伞包中的预压弹簧将引导伞弹出，从而打开备份伞，使跳伞人员安全降落。由此可见，切割器在跳伞过程中具有十分重要作用。

目前的伞绳切割器采用电点火爆炸的化学原理，在切割器的底部安装有少量炸药，切割器通过电缆与控制器相连，当满足激活条件时，控制器向切割器输出激活电流，引燃炸药，炸药爆炸推动切割器内部的刀片快速向前运动从而切断固定备份伞包的绳子。

一方面，此种方式由于使用化学炸药，一般只能使用一次，使用成本较高；另一方面，采用化学爆炸原理具有较高的不稳定性，容易产生火花和多余热量，对跳伞人员的生命安全造成危险。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种不涉及化学变化，安全可靠的伞绳切割器与控制电路。

为了实现上述目的，本实用新型一实施例提供了一种伞绳切割器，其包括第一壳体、电磁线圈、切割刀片与连接线缆；

所述第一壳体的一端，其外侧设有所述电磁线圈，其内侧设有所述切割刀片；

所述第一壳体的另一端设有供伞绳穿过的过孔；

所述连接线缆，其与外界的控制电路连接，用于接收控制信号，并将所述控制信号发送至所述电磁线圈，以使所述电磁线圈驱动所述切割刀片，对所述伞绳作相应的切割动作。

作为上述方案的改进，所述切割刀片由高强度与抗氧化性的铁磁材料或拼接材料制成。

作为上述方案的改进，还包括设于所述电磁线圈外侧，用于支撑所述电磁线圈的第二壳体。

作为上述方案的改进，所述第一壳体的另一端还设有用于承接所述切割刀片的受力底座。

作为上述方案的改进，所述电磁线圈上设有轭铁。

本实用新型另一实施例提供了一种控制电路，用于控制伞绳切割器，其包括供电电源、充电电路、储能电容电路、放电开关、电压检测电路与微控制器；

所述供电电源，其与所述充电电路连接；

所述充电电路，其与所述储能电容电路连接，并用于在所述微控制器的控制下，对所述储能电容电路进行充电；

所述储能电容电路，其与所述放电开关连接，并用于在所述放电开关的控制下，对外界的伞绳切割器进行相应地控制；

所述放电开关，其与所述微控制器连接；

所述电压检测电路，其与所述储能电容电路连接，用于对所述储能电容电路进行检测，并将检测结果发送至所述微控制器，以使所述微控制器根据检测结果，调整对所述储能电容电路的充电过程。

作为上述方案的改进，还包括反向充电电路；

所述反向充电电路，其与所述储能电容电路连接，并用于在所述微控制器的控制下，对所述供电电源进行反向充电。

作为上述方案的改进，所述充电电路包括整流电路与逆变电路。

作为上述方案的改进，所述储能电容电路包括至少一个储能电容。

作为上述方案的改进，所述储能电容为高压大功率型储能电容。

本实用新型提供的伞绳切割器与控制电路，基于电磁加速技术，利用电磁线圈与铁磁体组成的磁路的磁阻变化来吸引铁磁体加速运动。主要将铁磁体置于电磁线圈内部，由于铁磁性具有比空气高的磁导率，根据磁阻最小原理，磁通总是趋向于经过磁阻最小的路径，即相当于，由于磁化电流与电磁线圈中的电流具有相同的方向，铁磁体受到驱动线圈中的安培力作用，受到吸力而加速，产生运动，利用这一原理产生的动力来实现对伞绳的切割动作。整个过程不涉及化学变化，更加安全可靠，同时切割器的切割运动过程也变得可以调控，有效地保障了跳伞人员的生命安全。更重要的是，相比于传统的基于爆炸原理的切割器，使用成本大大降低，提高了切割器的循环使用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，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是本实用新型实施例提供的一种伞绳切割器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，除非另有定义，本实用新型所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“外侧”、“内侧”、“一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在说明书和权利要求书中的术语第一、第二等仅用于区别相同技术特征的描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本实用新型一实施例提供了一种伞绳切割器，具体的，请参见图1，为本实用新型实施例提供的一种伞绳切割器的结构示意图，其主要由第一壳体1、电磁线圈2、切割刀片3与连接线缆4共同构成。

其中，第一壳体1作为整个切割器的关键框架，具有十分重要的作用，其结构形状优选为空心管状结构，在第一壳体1内部设有供切割刀片3进行切割运动的通路轨道，切割刀片3安设于通路轨道的一端，即切割刀片3在初始状态下位于第一壳体1内的一端，同时，在第一壳体1的这一端的外侧，还紧密包裹有电磁线圈2，来实现对切割刀片3的控制；在第一壳体1的另一端，设有贯穿其上下结构的过孔7，备份伞包内的伞绳通过过孔7穿过第一壳体1，过孔7的边缘部位十分光滑，对伞绳的磨损较低，优选地，可以在过孔7内部周侧设置一层薄膜材料，起到隔离水分与杂质的作用，保证切割器的正常运行。

需要说明的是，第一壳体1应选用十分光滑的材料，以减小切割刀片3运动时产生的摩擦力，同时通路轨道的内径应大于切割刀片3的直径，两者之间留有合适的缝隙，从而保证切割刀片3的正常切割运动不会受到阻碍。切割刀片3的作用是切断伞绳，优选为圆柱形的切割刀片3结构，并在刀头一端设置十分锋利的线型刀刃或环形刀刃，以使其顺利地切断伞绳，完成切割。切割刀片3由铁磁材料或者拼接材料构成(主体是铁磁材料，刀头部分可选用其他材料)，具有较高的强度和抗氧化性，以提高整个切割器的工作性能。

电磁线圈2用于驱动切割刀片3动作，起着十分重要的作用，所选用的电磁线圈2的尺寸、电感量、电阻值直接决定了有多少电场能转变为磁场能，影响切割刀片3的切割运动。在设计电磁线圈2时，要考虑如何使线圈感应的磁场能储存足够大的能量，因此要配合好线圈的电阻和电感与受到的供电电源的关系，以使切割器在有效的放电时间内达到最大程度上的能量利用率，电磁线圈2优选为单级线圈，当然，也可以根据实际的情况，选用多级线圈。

所述连接线缆4，其与外界的控制电路连接，用于接收控制信号(即控制电信号)，并将所述控制信号传输至所述电磁线圈2，使得电磁线圈2通电，驱动所述切割刀片3对通路轨道另一端的伞绳作相应的切割动作。

本实用新型实施例提供的伞绳切割器，基于电磁加速技术，利用电磁线圈2与铁磁体组成的磁路的磁阻变化来吸引铁磁体加速运动。主要将铁磁体置于电磁线圈2内部，由于铁磁性具有比空气高的磁导率，根据磁阻最小原理，磁通总是趋向于经过磁阻最小的路径，即相当于，由于磁化电流与电磁线圈2中的电流具有相同的方向，铁磁体受到驱动线圈中的安培力作用，受到吸力而加速，产生运动，利用这一原理产生的动力来实现对伞绳的切割动作。整个过程不涉及化学变化，更加安全可靠，同时切割器的切割运动过程也变得可以调控，有效地保障了跳伞人员的生命安全。更重要的是，相比于传统的基于爆炸原理的切割器，使用成本大大降低，提高了切割器的循环使用率。

优选地，在上述实施例中，所述切割刀片3由铁磁材料或者拼接材料构成，如某些不锈钢、铝合金、铜合金、陶瓷等材料，以保证切割动作的精准实现。

优选地，在上述实施例中，切割器还包括设于所述电磁线圈2外侧，用于支撑所述电磁线圈2的第二壳体5。第二壳体5套设于第一壳体1的外部，主要是为了支撑和保护电磁线圈2，第二壳体5的材料优选为具有较高强度与抗氧化性的铁磁材料或其他材料制成。

优选地，在上述实施例中，所述第一壳体1的另一端还设有用于承接所述切割刀片3的受力底座8。在切割刀片3完成对伞绳的切割动作后，通过在终点侧设置受力底座8，使得切割刀片3的高速运动最终撞击在受力底座8上，完成整个切割动作，优选地，受力底座8应采用具有高的机械强度的材料制成，表面均匀平坦，保证切割刀片3的撞击不会对其他部件造成影响。

优选地，在上述实施例中，所述电磁线圈2上设有轭铁9。轭铁9用来增强电磁线圈2内部的吸合力，将电磁线圈2产生的磁力线封闭在内部更加集中，提高电磁铁磁场的利用率。

本实用新型另一实施例提供了一种控制电路，用于控制如上所述的伞绳切割器，由多个部件和电路共同构成，具体的，请参见图2，为本实用新型实施例提供的一种控制电路的结构示意图，其包括供电电源、充电电路、储能电容电路、放电开关、电压检测电路与微控制器。

所述供电电源，其与所述充电电路连接，同时作为整个电路的能量来源，其优选为大容量，低重量，高性能的锂电池，实现为储能电容电路的充电，当然供电电源也可以为其他系统进行供电使用。

所述充电电路，连接在所述供电电源与储能电容电路之间，并与所述微控制器相连，用于在所述微控制器的控制下，对所述储能电容电路的充电过程进行调控，实现对储能电容电路的充电。

所述储能电容电路，连接在所述充电电路与放电开关之间，通过放电开关的控制，对外界切割器内的电磁线圈2进行供电，以保证切割器内的切割动作正常实现。

所述放电开关，其与所述微控制器连接，用于接收所述微控制器的控制，控制储能电容放电。当备份伞激活装置激活时，微控制器通过控制放电开关，让储能电容电路放电，为切割器的电磁线圈2通电，驱动切割刀片3进行运动。由于切割刀片3的加速时间很短，所以控制开关需要有很高的灵敏度，而且断开时间需要经过精确计算。优选地，使切割刀片3从开始运动到飞过电磁线圈2中点附近所用的时间达到储能电容电路放电电流最大的时间，这样就能达到比较好的切割运动效果。

所述电压检测电路，其作用是在充电过程中，对储能电容电路的电压进行检测，当检测到电压达到某一预设值时，微控制器自动控制充电电路，停止充电过程；当检测到电压低于某一预设值时，微控制器控制充电电路，再次开始为储能电容电路进行充电，使储能电容电路的电压维持在一定水平，从而保证储能电容电路储存有足够电量，实现后续的放电动作。

微控制器作为整个控制电路的核心，优选为对应的单片机芯片，来实现对充电电路、放电开关等的良好控制。

优选地，在上述实施例中，控制电路还设有反向充电电路；反充电电路的作用是在储能电容电路完成充电，而备份伞自动激活装置无需激活的情况下，可以在微控制器控制下，通过反充电电路，使储能电容电路为供电电源进行反向充电，从而回收储能电容电路内的电量，节约能量，延长供电电源的使用时间，提高循环利用率。

优选地，在上述实施例中，所述充电电路包括整流电路与逆变电路。由于供电电源提供的能量为低压直流电，借助现有技术中的对应地逆变桥电路，将直流电变成交流电，与现有技术中的对应地整流桥电路，将交流电再变换为直流电，为储能电容电路进行充电，对电信号进行滤波与稳压，防止电压的波动，提高充电的效果。

优选地，在上述实施例中，所述储能电容电路包括至少一个储能电容。根据实际的运行与成本需求，储能电容电路可选用单个的储能电容，或选用多个并联的储能电容。

优选地，在上述实施例中，所述储能电容为高压大功率型储能电容，来达到更好地充放电效果。

本实用新型实施例提供的控制电路，通过构建多个电路模块，结合具体的元器件，实现了对控制信号的产生、转换、传输与利用，为外界的切割器提供了稳定的信号来源，保证其工作性能的稳定。此外，通过微控制器的统一处理保证通信过程合理可调，通过电压检测电路的检测，与反向充电电路的配合使用，保证整个备份伞自动激活装置的循环使用率达到最高，使用寿命大大延长。

需要说明的是，在实际使用中，一开始飞机升空后，备份伞激活装置开启，此时整个装置进行自检，控制电路开始为储能电容电路进行充电，并同时对电容电压进行监测，当电容电压达到某一预设值(如vhigh)后，微控制器发出控制信号，自动停止向电容充电；当监测到电容电压低于某一预设值(如vlow)时，微控制器控制供电电源再次对电容进行充电，使储能电容的电压始终保持在vhigh和vlow之间，从而使储能电容维持足够的电量，保证后续切割刀片3获得足够的动能将备份伞伞绳6切断。

在跳伞员跳伞下降过程中，备份伞激活装置在满足某一预设条件下激活，此时微控制器控制储能电容瞬时放电，驱动线圈将产生瞬时大电流，从而对铁磁体的切割刀片3进行加速驱动，由于线圈通电后，将产生磁场，并将切割刀片3磁化，同时切割刀片3会产生一个感应磁场，两个不同的磁场的极性刚好相反，因此位于线圈一端的切割刀片3在实际运动过程中将会受到一个拉力。由于线圈产生的磁场在不同的位置磁场强度不同，磁力线密的地方受力大，切割刀片3靠近线圈的一端受到的力明显大于另一端，当运动到靠近线圈中点附近，切割刀片3两边受到的力平衡，所以受到的合力为0，如果继续向前运动，切割刀片3就会受到往回拉的作用力，因此，通过计算经过△t时间(△t代表切割刀片3运动到线圈中点附近的时间)，在微控制器的控制下，立即停止放电，从而避免对切割刀片3产生反向拉力，保证切割刀片3获得足够动能，将过孔7内的伞绳切断，从而释放备份伞，保证跳伞人员安全降落。

在跳伞员跳伞下降过程中，备份伞激活装置如果不满足某一预设条件，则代表跳伞人员处于正常跳伞状态，无需释放备份伞，则备份伞激活装置不激活，因而控制电路内的储能电容不会放电，切割器不会有任何动作。

在跳伞人员安全落地一段时间后，控制电路内的微控制器检测到储能电容储存了较高的电能，此时微控制器将自动控制储能电容向供电电源进行充电，从而将电容内的电量进行回收，延长供电电源的使用时间。

本实用新型实施例提供的伞绳切割器与控制电路，基于电磁加速技术，利用电磁线圈2与铁磁体组成的磁路的磁阻变化来吸引铁磁体加速运动。主要将铁磁体置于电磁线圈2内部，由于铁磁性具有比空气高的磁导率，根据磁阻最小原理，磁通总是趋向于经过磁阻最小的路径，即相当于，由于磁化电流与电磁线圈2中的电流具有相同的方向，铁磁体受到驱动线圈中的安培力作用，受到吸力而加速，产生运动，利用这一原理产生的动力来实现对伞绳的切割动作。整个过程不涉及化学变化，更加安全可靠，同时切割器的切割运动过程也变得可以调控，有效地保障了跳伞人员的生命安全。更重要的是，相比于传统的基于爆炸原理的切割器，使用成本大大降低，提高了切割器的循环使用率。

以上所揭露的仅为本实用新型一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。