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专利名称：一种位置传感器及井下超前支护装置

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202210190551.3

专利申请（专利权）人：华亭煤业集团有限责任公司,中煤科工开采研究院有限公司,华能煤炭技术研究有限公司,扎赉诺尔煤业有限责任公司,华能庆阳煤电有限责任公司,华能煤业有限公司陕西矿业分公司,华能云南滇东能源有限责任公司,华能煤业有限公司
权利人地址：甘肃省平凉市华亭市西华镇上亭社区莲湖路109号

专利发明（设计）人：韩哲,张金虎,李宣东,葛伦贵,杜尚宇,张帅,马英,任怀伟,段金红,路兴义,赵叔吉,李世军,殷磊,蔡昌伟,汪义龙,孙晓虎,张倍宁

专利摘要：本申请提出一种位置传感器及井下超前支护装置，其中，位置传感器包括：壳体；主控电路板，主控电路板设置在壳体内；RFID读写器，RFID读写器设置在壳体内，RFID读写器的输出端与主控电路板的第一输入端电连接，RFID读写器的输入端延伸到壳体外；多个RFID标签；编码器，编码器设置在壳体内，编码器包括：编码器电路板及输入轴，编码器电路板的输出端与主控电路板的第二输入端电连接，输入轴与壳体转动连接，且输入轴延伸到壳体外，本申请和现有技术相比所具有的优点是：便于利用支架单元的位置校正检测的搬运设备行程，从而消除积累误差，实现搬运设备的精准行走，进而保证了自动化支护的安全性、稳定性。

主权利要求：
1.一种井下超前支护装置，其特征在于，所述支护装置包括：
多个支架单元，多个所述支架单元依次设置在巷道内；
搬运设备，所述搬运设备用于依次搬运多个所述支架单元，所述搬运设备包括：牵引部，所述牵引部包括：输出轴；
位置传感器，所述位置传感器包括：壳体、主控电路板、RFID读写器、多个RFID标签和编码器，所述壳体固定设置在所述牵引部上，所述主控电路板设置在所述壳体内，所述主控电路板包括：第一输入端及第二输入端，所述RFID读写器设置在所述壳体内，所述RFID读写器的输出端与所述主控电路板的第一输入端电连接，所述RFID读写器的输入端延伸到所述壳体外，所述RFID标签设置在所述支架单元上，所述RFID读写器的输入端识别所述RFID标签，所述编码器设置在所述壳体内，所述编码器包括：编码器电路板及输入轴，所述编码器电路板的输出端与所述主控电路板的第二输入端电连接，所述输入轴与壳体转动连接，且所述输入轴延伸到所述壳体外，所述输入轴与所述输出轴固定连接，且所述输入轴的中心轴与所述输出轴的中心轴重合，所述编码器电路板的输入端检测所述输入轴。
2.根据权利要求1所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述位置传感器还包括：防护筒，所述防护筒上设置有第一孔口及第二孔口，所述壳体设置在所述防护筒内，所述RFID读写器的输入端位于所述第一孔口内，所述输入轴由所述第二孔口延伸到所述防护筒外；
多个连接板，多个所述连接板沿所述输入轴的周向分布在所述防护筒与所述壳体之间；
减震件，所述减震件分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述减震件使所述连接板与所述壳体抵接。
3.根据权利要求2所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述位置传感器还包括：环板，所述环板固定套装在所述防护筒远离所述输入轴的一端，所述环板上设置有多个通孔。
4.根据权利要求2所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述减震件包括：弹簧，所述弹簧分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述弹簧使所述连接板与所述壳体抵接；
阻尼件，所述阻尼件分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述弹簧套装在所述阻尼件上。
5.根据权利要求2所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述减震件包括：缓冲片，所述缓冲片分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述缓冲片使所述连接板与所述壳体抵接。
6.根据权利要求1所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述牵引部包括：牵引电机；
减速机，所述减速机与所述牵引电机传动连接，所述减速机上设置有所述输出轴，所述壳体固定设置在所述减速机上。
7.根据权利要求6所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述减速机上设置有开口，所述位置传感器的环板固定设置在所述减速机上，且所述位置传感器的防护筒穿过所述开口后位于所述减速机内。
8.根据权利要求1所述的井下超前支护装置，其特征在于，所述支护装置还包括：控制器，所述控制器的输入端与所述主控电路板的输出端电连接，所述控制器的输出端与所述牵引部的输入端电连接。 说明书 : 一种位置传感器及井下超前支护装置技术领域[0001] 本申请涉及超前支护技术领域，尤其涉及一种位置传感器及井下超前支护装置。背景技术[0002] 随着我国煤炭工业的发展，煤矿开采深度不断增加，导致大量条件复杂巷道出现，同时机械化、自动化的推广推进速度越来越快，例如，搬运设备依次搬运多个支架单元，以实现自动支护，其中，搬运设备的自动化控制性能指标包括安全性、停车精度、平稳性等，对各项性能的控制实际上是速度的控制，从而使运行性能达到要求，而位置检测就是速度控制重要的一个环节，至关重要。发明内容[0003] 本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。[0004] 为此，本申请的目的在于提出一种位置传感器及井下超前支护装置。[0005] 为达到上述目的，本申请第一方面提出的一种位置传感器，包括：壳体；主控电路板，所述主控电路板设置在所述壳体内，所述主控电路板包括：第一输入端及第二输入端；RFID读写器，所述RFID读写器设置在所述壳体内，所述RFID读写器的输出端与所述主控电路板的第一输入端电连接，所述RFID读写器的输入端延伸到所述壳体外；多个RFID标签，所述RFID读写器的输入端识别所述RFID标签；编码器，所述编码器设置在所述壳体内，所述编码器包括：编码器电路板及输入轴，所述编码器电路板的输出端与所述主控电路板的第二输入端电连接，所述输入轴与壳体转动连接，且所述输入轴延伸到所述壳体外，所述编码器电路板的输入端检测所述输入轴。[0006] 所述位置传感器还包括：防护筒，所述防护筒上设置有第一孔口及第二孔口，所述壳体设置在所述防护筒内，所述RFID读写器的输入端位于所述第一孔口内，所述输入轴由所述第二孔口延伸到所述防护筒外；多个连接板，多个所述连接板沿所述输入轴的周向分布在所述防护筒与所述壳体之间；减震件，所述减震件分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述减震件使所述连接板与所述壳体抵接。[0007] 所述位置传感器还包括：环板，所述环板固定套装在所述防护筒远离所述输入轴的一端，所述环板上设置有多个通孔。[0008] 所述减震件包括：弹簧，所述弹簧分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述弹簧使所述连接板与所述壳体抵接；阻尼件，所述阻尼件分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述弹簧套装在所述阻尼件上。[0009] 所述减震件包括：缓冲片，所述缓冲片分别与所述连接板及所述防护筒固定连接，所述缓冲片使所述连接板与所述壳体抵接。[0010] 本申请第二方面提出的一种井下超前支护装置，所述支护装置包括：多个支架单元，多个所述支架单元依次设置在巷道内；搬运设备，所述搬运设备用于依次搬运多个所述支架单元，所述搬运设备包括：牵引部，所述牵引部包括：输出轴；如本申请第一方面提出的位置传感器，所述壳体固定设置在所述牵引部上，所述输入轴与所述输出轴固定连接，且所述输入轴的中心轴与所述输出轴的中心轴重合，所述RFID标签设置在所述支架单元上。[0011] 所述牵引部包括：牵引电机；减速机，所述减速机与所述牵引电机传动连接，所述减速机上设置有所述输出轴，所述壳体固定设置在所述减速机上。[0012] 所述减速机上设置有开口，所述位置传感器的环板固定设置在所述减速机上，且所述位置传感器的防护筒穿过所述开口后位于所述减速机内。[0013] 所述支护装置还包括：控制器，所述控制器的输入端与所述主控电路板的输出端电连接，所述控制器的输出端与所述牵引部的输入端电连接。[0014] 采用上述技术方案后，本申请和现有技术相比所具有的优点是：通过RFID读写器与多个RFID标签的配合，实现对多个支架单元位置的检测，通过编码器的编码器电路板与输入轴的配合，实现对搬运设备行程的检测，由此便于利用支架单元的位置校正检测的搬运设备行程，从而消除积累误差，实现搬运设备的精准行走，进而保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0015] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明[0016] 本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：[0017] 图1是本申请一实施例提出的井下超前支护装置的结构示意图；[0018] 图2是本申请一实施例提出的井下超前支护装置的定位方法的流程图；[0019] 如图所示：1、壳体，2、主控电路板，3、RFID读写器，4、RFID标签，5、编码器电路板，6、输入轴，7、防护筒，8、连接板，9、减震件，10、环板，11、减速机，12、输出轴，13、开口。具体实施方式[0020] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。[0021] 如图1所示，本申请实施例提出一种位置传感器，包括壳体1、主控电路板2、RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别技术)读写器3、多个RFID标签4及编码器，主控电路板2设置在壳体1内，主控电路板2包括：第一输入端及第二输入端，RFID读写器3设置在壳体1内，RFID读写器3的输出端与主控电路板2的第一输入端电连接，RFID读写器3的输入端延伸到壳体1外，RFID读写器3的输入端识别RFID标签4，编码器设置在壳体1内，编码器包括：编码器电路板5及输入轴6，编码器电路板5的输出端与主控电路板2的第二输入端电连接，输入轴6与壳体1转动连接，且输入轴6延伸到壳体1外，编码器电路板5的输入端检测输入轴6。[0022] 可以理解的是，通过RFID读写器3与多个RFID标签4的配合，实现对多个固定位置的检测，通过编码器的编码器电路板5与输入轴6的配合，实现对行程的检测，由此便于利用固定位置校正检测的行程，从而消除积累误差，提高整体的位置检测精度，进而保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0023] 在一些实施例中，主控电路板2还包括输出端，输出端用于连接外部控制器、主机等控制装置。[0024] 在一些实施例中，壳体1为内置空腔的圆柱体结构，主控电路板2、RFID读写器3及编码器电路板5均固定设置在壳体1的空腔内，输入轴6位于壳体1的一端，RFID读写器3的输入端位于壳体1的另一端。[0025] 如图1所示，在一些实施例中，位置传感器还包括防护筒7、多个连接板8及减震件9，防护筒7上设置有第一孔口及第二孔口，壳体1设置在防护筒7内，RFID读写器3的输入端位于第一孔口内，输入轴6由第二孔口延伸到防护筒7外，多个连接板8沿输入轴6的周向分布在防护筒7与壳体1之间，减震件9分别与连接板8及防护筒7固定连接，减震件9使连接板8与壳体1抵接。[0026] 可以理解的是，通过防护筒7的设置，不仅便于位置传感器的安装，而且对位置传感器的外部形成保护，有效延长位置传感器的使用寿命；同时，通过连接板8及减震件9的设置，使位置传感器的外部形成柔性保护，在防护筒7受到外部冲击力时，位置传感器不与防护筒7同步震动，从而减少了位置传感器受到的外部干扰，保证位置传感器准确检测的同时进一步延长了位置传感器的使用寿命。[0027] 如图1所示，在一些实施例中，连接板8为与壳体1相适配的圆弧结构，连接板8上与壳体1抵接的侧面上固定设置有橡胶垫、硅胶垫等缓冲层。[0028] 如图1所示，在一些实施例中，第一孔口与第二孔口分别位于防护筒7的两端，且第一孔口与第二孔口连通。[0029] 如图1所示，在一些实施例中，位置传感器还包括环板10，环板10固定套装在防护筒7远离输入轴6的一端，环板10上设置有多个通孔。[0030] 可以理解的是，通过环板10及其上通孔的设置，使防护筒7易于固定及拆卸，有效提高位置传感器的拆装效率。[0031] 如图1所示，在一些实施例中，减震件9包括弹簧及阻尼件，弹簧分别与连接板8及防护筒7固定连接，弹簧使连接板8与壳体1抵接，阻尼件分别与连接板8及防护筒7固定连接，弹簧套装在阻尼件上。[0032] 可以理解的是，通过弹簧与阻尼件的配合，不仅实现防护筒7对位置传感器的柔性保护，而且能够消耗防护筒7受到的外部冲击力，从而减少防护筒7对位置传感器的影响，保证位置传感器的检测精度及使用寿命。[0033] 在一些实施例中，减震件9包括缓冲片，缓冲片分别与连接板8及防护筒7固定连接，缓冲片使连接板8与壳体1抵接。[0034] 需要说明的是，缓冲片又称缓冲层隔离胶，其用于吸收冲击力。[0035] 可以理解的是，通过缓冲片的设置，不仅实现防护筒7对位置传感器的柔性保护，而且能够消耗防护筒7受到的外部冲击力，从而减少防护筒7对位置传感器的影响，保证位置传感器的检测精度及使用寿命。[0036] 如图1所示，基于上述的位置传感器，本申请实施例还提出一种井下超前支护装置，支护装置包括多个支架单元、搬运设备及如上述的位置传感器，多个支架单元依次设置在巷道内，搬运设备用于依次搬运多个支架单元，搬运设备包括：牵引部，牵引部包括：输出轴12，壳体1固定设置在牵引部上，输入轴6与输出轴12固定连接，且输入轴6的中心轴与输出轴12的中心轴重合，RFID标签4设置在支架单元上。[0037] 可以理解的是，通过RFID读写器3与多个RFID标签4的配合，实现对多个支架单元位置的检测，通过编码器的编码器电路板5与输入轴6的配合，实现对搬运设备行程的检测，由此便于利用支架单元的位置校正检测的搬运设备行程，从而消除积累误差，实现搬运设备的精准行走，进而保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0038] 在一些实施例中，搬运设备还包括搬运小车，搬运小车沿巷道的长度方向滑动设置在巷道内，牵引部设置在搬运小车上，牵引部驱动搬运小车沿巷道的长度方向移动，从而实现搬运小车的行走。[0039] 在一些实施例中，顺槽转载机或巷道的顶板上沿巷道的长度方向固定设置有轨道，搬运小车上固定设置有与该轨道对应的导轨，该导轨与该轨道滑动连接，从而实现搬运小车在巷道内的滑动设置。[0040] 在一些实施例中，牵引部包括牵引电机及减速机11，减速机11与牵引电机传动连接，减速机11上设置有输出轴12，壳体1固定设置在减速机11上。[0041] 在一些实施例中，牵引电机及减速机11均固定设置在搬运小车上，输出轴12上固定套装有齿轮，导轨为齿轨，齿轮与齿轨啮合，在牵引电机的驱动下，齿轮相对齿轨转动并带动搬运小车在巷道内行走，且使编码器对输出轴12的检测即能获得搬运设备的实际行程。[0042] 如图1所示，在一些实施例中，减速机11上设置有开口13，位置传感器的环板10固定设置在减速机11上，且位置传感器的防护筒7穿过开口13后位于减速机11内。[0043] 可以理解的是，通过开口13的设置，使位置传感器位于减速机11内，不仅便于输出轴12与输入轴6之间的固定连接，而且使位置传感器进一步得到保护，且通过环板10的环形结构，既便于位置传感器在减速机11上安装，又不影响RFID读写器3输入端对RFID标签4的识别。[0044] 如图1所示，在一些实施例中，多个螺栓的螺纹杆依次穿过环板10上的多个通孔后与减速机11螺纹连接，且螺栓的头部抵接在减速机11上，由此实现位置传感器在减速机11上的固定。[0045] 在一些实施例中，支护装置还包括控制器，控制器的输入端与主控电路板2的输出端电连接，控制器的输出端与牵引部的输入端电连接。[0046] 可以理解的是，位置传感器将校正过的搬运设备位置信号发送到控制器中，以便于控制器对搬运设备、支架单元等部件进行精准的控制，保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0047] 如图2所示，基于上述的井下超前支护装置，本申请实施例还提出一种井下超前支护装置的定位方法，定位方法包括：[0048] S1:设置相邻支架单元的间距，并根据间距设置搬运设备的预设行程；[0049] S2:获取搬运设备的检测行程；[0050] S3:获取支架单元的实际位置；[0051] S4:根据实际位置校正检测行程，直到检测行程达到预设行程。[0052] 可以理解的是，检测行程达到预设行程的过程中，利用支架单元的实际位置不断校正搬运设备的检测行程，从而消除积累误差，实现搬运设备的精准行走，进而保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0053] 在一些实施例中，步骤S1中，根据间距设置搬运设备的预设行程包括：[0054] S11：在最前端支架单元的前方且距离最前端支架单元的预设距离处设置为起始位置；[0055] S12：在最后端支架单元的后方且距离最后端支架单元的间距处设置为终点位置；[0056] S13：计算起始位置与终点位置的距离，得到预设行程。[0057] 可以理解的是，通过预设行程的设置，使搬运设备能够依据预设行程完成行走并实现对多个支架单元的搬运，保证了自动化支护的精准实现。[0058] 需要说明的是，相邻支架单元的间距为固定值，计算起始位置与终点位置的距离时，将预设距离加上支架单元的数量乘以间距，即能得到预设行程。[0059] 在一些实施例中，预设距离为0.5m，间距为2m。可以理解的是，若支架单元的数量为5个，则预设行程为10.5m。[0060] 在一些实施例中，步骤S2:获取搬运设备的检测行程包括：[0061] S21:在搬运设备上设置编码器；[0062] S22:将编码器的输入轴6与搬运设备的输出轴12固定连接；[0063] S23:通过编码器的编码器电路板5检测输入轴6，以获取检测行程。[0064] 可以理解的是，通过编码器的编码器电路板5与输入轴6的配合，实现对搬运设备行程的检测，从而得到检测行程，以便于支护装置能够根据检测行程对搬运设备进行准确的行走控制，实现自动化支护。[0065] 在一些实施例中，步骤S2:获取搬运设备的检测行程还包括：[0066] S24:若无法获取检测行程，则发出报警信息并使搬运设备停止动作。[0067] 可以理解的是，无法获取检测行程将导致支护装置无法对搬运设备进行准确的行走控制，通过发出报警新型并停止搬运设备动作的方式，使作业人员能够及时处理故障，避免搬运设备行走距离不够或超出范围，保证自动化支护的安全性。[0068] 在一些实施例中，步骤S3:获取支架单元的实际位置包括：[0069] S31:在支架单元上设置RFID标签4；[0070] S32:在搬运设备上设置RFID读写器3；[0071] S33:通过RFID读写器3识别RFID标签4，以获取实际位置。[0072] 可以理解的是，通过RFID读写器3与多个RFID标签4的配合，实现对多个支架单元位置的检测，从而使整体能够利用实际位置校正检测行程，实现搬运设备的精准行走。[0073] 在一些实施例中，步骤S33：通过RFID读写器3识别RFID标签4，以获取实际位置包括：[0074] S331：根据信号强度设置信号阈值；[0075] S332：通过RFID读写器3发出射频信号，多个RFID标签4分别接收射频信号并发出反馈信号；[0076] S333：通过RFID读写器3接收多个反馈信号；[0077] S334：利用卡尔曼滤波在多个反馈信号中筛选出最优反馈信号；[0078] S335：若最优反馈信号的信号强度不小于信号阈值，则最优反馈信号对应的RFID标签4的位置即为实际位置。[0079] 可以理解的是，由于存在多个RFID标签4，且搬运设备在行走过程中，其与RFID标签4之间的距离不断变化，因此通过最优反馈信号的筛选以及信号阈值的比较，能够准确的获取实际位置，其中，利用RFID读写器3得到支架单元的实际位置时，该支架单元在多个支架单元中距离搬运设备最近，且在搬运设备的行走过程中，该支架单元处于与搬运设备距离最近处，从而保证了对检测行程的准确校正。[0080] 需要说明的是，卡尔曼滤波(Kalmanfiltering)是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法；信号阈值根据搬运设备与支架单元距离最近时的信号强度进行设置。[0081] 在一些实施例中，步骤S4中，根据实际位置校正检测行程包括：[0082] S41：根据实际位置计算搬运设备的实际行程；[0083] S42：比较实际行程与检测行程；[0084] S43：若检测行程与实际行程不同，则校正检测行程，以使检测行程与实际行程相同。[0085] 可以理解的是，由于支架单元的位置固定，将检测行程校正到与实际行程相同，即实现对检测行程的准确校正，保证了自动化支护的安全性、稳定性。[0086] 需要说明的是，实际行程即为实际位置到起始位置的距离；相邻支架单元之间应保证准确的间距值。[0087] 在一些实施例中，在巷道内首先设置支架单元时，相邻支架单元之间的距离可通过检测行程或其他测量仪器进行确定，然后在随后的自动化支护过程中，再利用支架单元的实际位置进行检测行程的校正。[0088] 在一些实施例中，步骤S4中，根据实际位置校正检测行程还包括：[0089] S44：在比较实际行程与检测行程后，将检测行程累加间距，得到第一预判位置；[0090] S45：若在第一预判位置处无法获取实际位置，则将第一预判位置累加间距，得到第二预判位置，并发出提示信息并使搬运设备继续动作；[0091] S46：若在第二预判位置处仍无法获取实际位置，则发出报警信息并使搬运设备停止动作。[0092] 可以理解的是，通过第一预判位置的设置，能够判断单个的RFID标签4是否损坏，且即使单个的RFID标签4也不影响对检测行程的校正，同时通过发出提示信息的方式，提示作业人员在停机时及时检修；通过第二预判位置的设置，能够判断RFID读写器3或多个RFID标签4是否损坏，并通过发出报警信息并停止搬运设备动作的方式，使作业人员能够及时处理故障，避免检测行程的误差过大，保证自动化支护的安全性、稳定性。[0093] 在一些实施例中，检测行程与实际行程之差大于3cm，则检测行程与实际行程不同。[0094] 可以理解的是，通过3cm的设置，使检测行程校正时具有一定的偏差范围，避免检测行程的校正频率过高，提高自动化支护的效率。[0095] 需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。[0096] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。[0097] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0098] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

专利地区：甘肃

专利申请日期：2022-02-28

专利公开日期：2024-08-30

专利公告号：CN114961839B