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基本信息

項(xiàng)目名稱：
壓電自供能主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌。該交通指示牌分為承壓裝置和指示牌兩部分組成。承壓裝置在車輛經(jīng)過時(shí)受到壓力，產(chǎn)生瞬時(shí)交變電流，電流經(jīng)過調(diào)整后，點(diǎn)亮前方指示牌上的LED燈，提醒駕駛員安全駕駛。此交通指示牌自成一套獨(dú)立系統(tǒng)，不需要任何其他能源,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
本壓電自供能主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌系統(tǒng)由基板、壓電模塊（由壓電蜂鳴片、整流器等構(gòu)成）、指示牌、LED燈組及若干導(dǎo)線組成。壓電模塊固定于基板底部，當(dāng)車輛軋過基板時(shí)，壓電模塊受壓，其內(nèi)部壓電材料兩極間正負(fù)電荷分布發(fā)生改變，產(chǎn)生交變的電流，通過整流器將交變電流轉(zhuǎn)化為直流電，使LED燈組發(fā)光。

作品圖片

  • 壓電自供能主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌
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  • 壓電自供能主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 近年來中國道路建設(shè)發(fā)展迅速，交通管理與控制成為交通安全和運(yùn)輸效益的關(guān)鍵因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2009年，在交通事故中的死亡人數(shù)已達(dá)6.9萬人。本裝置旨在提高公路沿線關(guān)鍵交通安全設(shè)施的可靠性和有效性。 基本思路： 本作品利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌。該交通指示牌分為承壓裝置和顯示牌兩部分，承壓裝置在車輛經(jīng)過時(shí)受到壓力，產(chǎn)生瞬時(shí)交變電流，經(jīng)過整流，前方顯示牌上的LED燈閃爍，勾畫出指示牌的提示圖案，提醒駕駛員安全駕駛。 創(chuàng)新點(diǎn)： 該系統(tǒng)工作時(shí)不需要其他任何能源；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便；不受天氣、日照等自然因素的影響，適應(yīng)性廣；且本裝置初期投資和運(yùn)營成本遠(yuǎn)低于同類產(chǎn)品，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；在實(shí)現(xiàn)優(yōu)化公路沿線交通指示牌的同時(shí)，有助于節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)壓電材料的選取與參數(shù) (2)單片壓電陶瓷的輸出電壓 (3)承壓裝置的臨界受力計(jì)算 (4)LED燈選取與布置 (5)壓電模塊的設(shè)計(jì) (6)安裝帶的布置 主要技術(shù)指標(biāo)： (1)壓電蜂鳴片平均d33性能：710～938pC/N (2)單片壓電蜂鳴片整流后瞬時(shí)最高電壓：10-12V (3)壓電蜂鳴片的臨界靜載荷P、臨界動(dòng)應(yīng)力Fd及能承受得最大車重T：P=367380 N; Fd=183.69KN; T=75t (4)安裝帶的階梯反向交錯(cuò)式布置

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性： 通過對(duì)壓電陶瓷的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究，設(shè)計(jì)制作了一種壓電發(fā)電裝置。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌。這種交通指示牌制作簡(jiǎn)單，使用過程中無能量消耗、成本低、適應(yīng)性好，適用于學(xué)校、醫(yī)院、社區(qū)等人員、車輛相對(duì)密集地區(qū)以及人煙稀少供電不方便地區(qū)的交通指示。又因裝置一經(jīng)受壓，LED燈組即閃爍，可安裝在停車場(chǎng)外可用于車輛來臨的感知和提示。另外 裝置也可以作為地板使用比如可用于KTV、歌舞廳地板，隨著人群的走動(dòng)和跳動(dòng)，LED燈組閃爍，增加趣味性。又如用于黑暗的樓道。 先進(jìn)性： 本壓電自供能主動(dòng)發(fā)光式交通指示牌利用了功能材料——壓電蜂鳴片的正壓電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換過程。將車輛經(jīng)過路面時(shí)碾壓所損失掉的機(jī)械能利用起來，節(jié)能環(huán)保，有利于可持續(xù)發(fā)展，具有極好的經(jīng)濟(jì)效益和極高的社會(huì)意義。 部分參考文獻(xiàn)： [1]佟剛,壓電發(fā)電及自供能裝置的研究[D].吉林大學(xué),2007. [2]李沃,黎錦華.開發(fā)高質(zhì)量的壓電陶瓷點(diǎn)火器[J].陶瓷,1990,87(5):5-8.

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

裝置手工制作完成，成品模型階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

暫未進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

裝置模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品、視頻

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說明： 壓電模塊固定于基板底部，當(dāng)車輛軋過基板時(shí)，壓電模塊內(nèi)部壓電材料產(chǎn)生交變電流，通過整流器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，供給LED燈組。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： (1)原理簡(jiǎn)單、安裝方便，對(duì)操作者無嚴(yán)格要求； (2)只有當(dāng)車輛行駛過該裝置時(shí)，交通標(biāo)志才會(huì)被點(diǎn)亮，避免了能源的浪費(fèi)； (3)使用時(shí)無需消耗外在能量，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的零功耗，有助于推動(dòng)節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)。 適應(yīng)范圍及推廣前景： 適用于學(xué)校、醫(yī)院等人員、車輛密集地區(qū)以及人煙稀少供電不方便地區(qū)的交通指示。也可安裝在停車場(chǎng)外可用于車輛來臨的感知和提示。另外，裝置也可以作為地板使用比如可用于KTV、歌舞廳、樓梯地板。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 產(chǎn)品適用范圍廣泛，且成本為230.15元，而同樣使用效果的太陽能式市場(chǎng)價(jià)為1000元左右。后期使用時(shí)無需投入運(yùn)營資金，壓電材料的高抗壓的特點(diǎn)又保證了裝置壽命較長(zhǎng)，后期的維修資金低，并且提倡節(jié)能減排的社會(huì)環(huán)境，國家可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)都將帶來一定的政策優(yōu)勢(shì)，這些都有利于本產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣。

同類課題研究水平概述

發(fā)光型交通標(biāo)志主要是解決山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路夜間缺少照明設(shè)施，在容易發(fā)生危險(xiǎn)的地段看不清相關(guān)的提示標(biāo)志，導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的問題。 通過專利檢索系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，目前已有的產(chǎn)品主要有三類。 第一類直接利用電網(wǎng)供電，使LED燈發(fā)光，如中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N201010018164.9，公開號(hào)為： CN101777292A，實(shí)用新型專利名稱：LED面發(fā)光道路交通標(biāo)志牌。該專利為實(shí)現(xiàn)了用LED燈照明交通標(biāo)志，但需電網(wǎng)提供能耗，而且在沒有車輛經(jīng)過的情況下，一直工作，不利于節(jié)能減排。 第二類為用太陽能儲(chǔ)能，為L(zhǎng)ED燈供電。如中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N200820013224.6，公開號(hào)為：CN201251079，實(shí)用新型專利名稱：太陽能主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志牌。該專利為實(shí)現(xiàn)了用太陽能點(diǎn)亮LED燈，從而實(shí)現(xiàn)了交通標(biāo)志的照明功能，利用太陽能儲(chǔ)能減少了使用過程中的能耗。但是，與第一類產(chǎn)品的專利一樣，在沒有車輛經(jīng)過的情況下，LED燈一直工作，不利于節(jié)能減排，而且在陽光不太充足的多云天氣亦或者是陰天、雨天天氣里，太陽光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)換的效率將會(huì)大幅度降低，嚴(yán)重影響太陽能交通指示設(shè)施的正常使用。并且收集太陽能的裝置是純度高達(dá)99%以上的硅制成的電池板，其價(jià)格昂貴且有一定的使用年限。 第三類是利用反光材料制作交通指示牌，起到提示作用。被廣泛使用的普通道路標(biāo)線涂料為被動(dòng)反光型，如遇雨天、霧天以及夜間無光照的環(huán)境下不能正常反光而失去可辨認(rèn)性，給交通安全帶來極大危害。尤其是山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路夜間缺少照明設(shè)施，普通標(biāo)線涂料沒有燈光照射不能反光，使行人以及非機(jī)動(dòng)車使用人看不到標(biāo)志標(biāo)線，給交通安全帶來隱患。
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