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
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi):
- 能源化工
- 大類(lèi):
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 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(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)受到壓力,產(chǎn)生瞬時(shí)交變電流,電流經(jīng)過(guò)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(chē)輛軋過(guò)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(guò)整流器將交變電流轉(zhuǎn)化為直流電,使LED燈組發(fā)光。
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(lái)中國(guó)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(wàn)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(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)受到壓力,產(chǎn)生瞬時(shí)交變電流,經(jīng)過(guò)整流,前方顯示牌上的LED燈閃爍,勾畫(huà)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(yíng)成本遠(yuǎn)低于同類(lèi)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(chē)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(guò)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(guò)程中無(wú)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(chē)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(chē)場(chǎng)外可用于車(chē)輛來(lái)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(guò)程。將車(chē)輛經(jīng)過(guò)路面時(shí)碾壓所損失掉的機(jī)械能利用起來(lái),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(kāi)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(wú)
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(shuō)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(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明: 壓電模塊固定于基板底部,當(dāng)車(chē)輛軋過(guò)基板時(shí),壓電模塊內(nèi)部壓電材料產(chǎn)生交變電流,通過(guò)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(wú)嚴(yán)格要求; (2)只有當(dāng)車(chē)輛行駛過(guò)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(wú)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(chē)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(chē)場(chǎng)外可用于車(chē)輛來(lái)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(yáng)能式市場(chǎng)價(jià)為1000元左右。后期使用時(shí)無(wú)需投入運(yùn)營(yíng)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(guó)家可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)都將帶來(lái)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(lèi)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(wèn)題。 通過(guò)專利檢索系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),目前已有的產(chǎn)品主要有三類(lèi)。 第一類(lèi)直接利用電網(wǎng)供電,使LED燈發(fā)光,如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N201010018164.9,公開(kāi)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(méi)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)的情況下,一直工作,不利于節(jié)能減排。 第二類(lèi)為用太陽(yáng)能儲(chǔ)能,為L(zhǎng)ED燈供電。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N200820013224.6,公開(kāi)號(hào)為:CN201251079,實(shí)用新型專利名稱:太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能儲(chǔ)能減少了使用過(guò)程中的能耗。但是,與第一類(lèi)產(chǎn)品的專利一樣,在沒(méi)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)的情況下,LED燈一直工作,不利于節(jié)能減排,而且在陽(yáng)光不太充足的多云天氣亦或者是陰天、雨天天氣里,太陽(yáng)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(yáng)能交通指示設(shè)施的正常使用。并且收集太陽(yáng)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(lèi)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(wú)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(lái)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(méi)有燈光照射不能反光,使行人以及非機(jī)動(dòng)車(chē)使用人看不到標(biāo)志標(biāo)線,給交通安全帶來(lái)隱患。