TI重水反应夜行辅助识别装备

于洋 姚晔 赵岩 刘锋 韩磊

黑龙江科技大学 150020

摘 要

随着社会的发展，人们对夜行装备的需求不断上升。但如今现有夜行装备功能单一、装备笨重、成本较高，未能实现全领域普及。TI重水反应夜行辅助识别装备具有高机动性、多功能性、低成本的特点，有利于各行业的普及应用。本文采用全平台模块化设计，用户可根据应用场景进行自由组合。研究中我们大量参考了已发表的相关论文以及研究数据，选取了化学性质较稳定的氚元素（T）亦称超重氢，利用其特性可制成持续自发光柱体实现长达十二年的自发光工作。通过现场采集数据的方法验证我们的定位模块工作稳定性以及APP运行的稳定性并记录程序崩溃次数查找原因进行修改。为保障定位精确度采用GPS+北斗双定位模块ATGM332D2.5提供2.5米高精度定位数据。IR章采用500D尼龙材质军用标准。搭载平台选择更亲肤的化纤材质衬衫，最终我们将已达到预期标准模块安装到可穿戴平台上进行最终组合。

关键字：超重氢；氚气管；GPS+北斗；IR识别章

随着社会的不断发展，人们对夜行装备的需求不断上升，夜行装备在夜间骑行、夜间作业，军队夜间作战中的需要已是急不可待。但现有的夜行辅助装备例如主动照明灯，被动反光衣等具有消耗能源巨大，成本高的缺点。不能很好的适应当下人们低成本低碳排的需求。TI重水反应夜行辅助识别装备利用氚元素衰变刺激荧光物质自发光的特性制成核能自发光设备，接近零碳排。IR章以及GPS+BDS等模块的使用可以满足不同人群的不同需求，可应用于民、农，军等多种场景。

1氚气管模组的相关研究

1.1氚气管简介

氚气管外管由硼硅玻璃材质制成1.2mm厚度的中空玻璃管，内部涂油荧光材质，可根据市场需求情况加入磷物质改变氚气管发光颜色。为最大程度上防止硼硅玻璃管破裂，在外部配有钛合金保护框架，可避免一般情况下碰撞造成硼硅外管破裂。利用氚气β衰变产生大量电子刺激荧光物质发光的特性可使得氚气管无需外接电源便可自发光，这样以来维护成本大大减少，且氚元素半衰期长达12年之久，这也提高了氚管的使用寿命，排除外力因素造成氚管破裂的情况氚气“灯”可实现不间断长时间自主发光。

氚气管外保护架构选用钛合金材料制成。钛合金作为一种合成结构金属，具有强度高、耐腐蚀性好、耐热性高等特点。其导热系数λ= 15.24w / (m·K)约为镍的1 / 4，铁的1 / 5，铝的1 / 14。各种钛合金的导热系数比钛低约50%^[1]。因此钛合金材质的保护框架不会因其导热特性危害到内部硼硅玻璃管甚至是管内的氚气。由于太的弹性模量约为钢的 所以不易制成细长杆和薄壁件，考虑到低成本的因素，外壁采用Ti-6Al-4V（TC4）型钛合金，国际价为8~13美元/kg，制成保护框架单价约在人民币100～150元。目前暂未找到其他可代替保护材料，钛合金将成为目前保护外壳的最佳材料。

1.2氚气管模块化设计

为保障平台的便捷性需求，各组件均采用模块化设计，但氚气管体积较小，传统模块化安装方案不可行，经过大量的讨论最终从弹力鞋带上找到了突破点，放弃原有D形扣以及魔术贴安装方案，使用弹性材料进行包裹固定，在氚气管外保护壳上设计固定绑位，固定绑线由乳胶丝为内心，外部包裹涤纶纱、尼龙纱高强纱等材质起对内心胶丝的保护作用。涤纶具有强度高的特点。短纤维强度为2.6 ~ 5.7cn/dtex。由于吸湿性低，其湿强度与干强度基本相同，是否防水对其影响不大。冲击强度比棉纤维高4倍，比粘胶纤维高20倍。可靠性得以保障。它的弹性接近羊毛，可以通过延长5% - 6%而完全恢复。聚酯表面光滑，内部分子排列紧密，分子之间没有亲水结构，所以水分回收率很低，吸湿率很低。其耐腐蚀性相对于其他材料较差，耐氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。耐稀碱，不怕霉，但热碱可使其分解，但从综合素质评分暂无其他材料可替代涤纶。因此涤纶丝中缠绕尼龙及高强度纱弥补其抗腐蚀性缺陷。

2IR识别章模组的研究

2.1IR识别章简介

IR红外章是由红外材料制成的，可以通过特定频率的夜视设备识别。在夜视镜中，红外章节非常清晰，可以快速识别。此项技术完善且实用性很强。能够配合我军现有的作战系统实用且成本低廉，不需要复杂的特殊识别设备，佩戴简单方便，可根据不同夜视设备频率制造专属的IR识别章，它增加了身份的可靠性和保密性。近年来中国在此方面已取得了很大的突破。中国空军军医大学军事生物医学工程系的《基于多基地IR-UWB生物雷达系统的多人体目标识别定位方法研究》中介绍了中国IR识别的发展进程，我国已可以定制专属频率的IR识别章及配套夜视设备^[2]。且制造材料具有抗火，耐高温，耐腐蚀的特性，在极端环境内不会影响到红外显示效果。

2.2IR模块位置及作用

IR章作为非可视识别模块将安装在背颈部以及双肩部。安装位置尽可能原理自主发光的可见光识别模组，以避免刺激性光源影响夜视设备识别效果造成误判。IR章背部配有魔术贴，安装及拆卸简单且安装后牢固，不易脱落。

IR识别章模块还可根据不同情景定制其安装位置，若应用在无灯工厂或其他相对黑暗环境下工作人群可将主动发光模组替换 为IR识别章，通过控制其尺寸可实现IR识别章具体内容的显示，如“B区巡查”甚至是详细身份信息的显示，此技术的应用还可帮助相关产业节省非必要的灯光照明，在全国限电的大环境下，该技术将会解决电紧张造成可见光缺失造成的麻烦。同时在深度开发后还将在其他工业领域普及，为我国的碳中和目标贡献一些力量。

3.定位模块的安装

定位模块将采用内镶试安装，卫星设备将安装在穿戴平台夹层中，减少设备外漏面积实现平台的美观性。表面留有拆装口，可以自由选择模块的安装。定位模块的安装位置为背部侧缝弧形底摆处，远离头部可减少定位信号对大脑的影响，避免长期使用出现耳鸣，头晕等健康问题。模组安装无胶化，无需考虑其环保因素。

4总结

项目主体应用氚气的物理性质，氚元素发生β衰变，产生大量带电粒子激发荧光物质自主发光，由于其半衰期为12.43年，所以氚气灯可实现长时间不间断自主发光，且无其他电能支撑，实现了低碳排标准，完成了实验后期指定的环保指标。为达到安全性保障，团队不断寻找透光密闭容器，先后否认了三种材质容器，最后经过对硼硅玻璃的大量实验检测决定使用这种1.2mm内壁透光率92%的高强度玻璃密闭容器。出于保险考虑，团队研究后决定在玻璃容器外加装钛合金材质保护框架，团队选择了弹性好、成本相对较低的钛合金保护框架Ti - 6Al - 4V (ct4)。

定位模块原计划采用GPS单系统定位，但考虑到近年来GPS信号及其不稳定，最终决定采用GPS+BDS+LBS双系统定位模块，采用Arduino+ATGM332D2.5开发，最终由于苹果公司的Apple Store协议签署困难APP难以上架并配套使用，最终为保证设备功能完整性，定位系统采用深圳吉米公司提供的定位模块以及配套的全平台APP。

参考文献

[1]刘星,冉斗,孟惠民等.表面状态对TC4钛合金的耐蚀性影响[J].中国腐蚀与防护学报,2021,41(06):828-836.

[2]白思源,王昭昳,许兆坤等.基于多基地IR-UWB生物雷达系统的多人体目标识别定位方法研究[J].医疗卫生装备,2021,42(09):1-7+12.

[3]宁萍,刘芬菊,张友九等.浅谈如何安全使用氚实验室[J].中国实用医药,2011,6(06):234-235.