基本信息
- 项目名称：
- 压电自供能主动发光式交通指示牌
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 利用压电陶瓷的正压电效应，设计了一种主动发光式交通指示牌。该交通指示牌分为承压装置和指示牌两部分组成。承压装置在车辆经过时受到压力，产生瞬时交变电流，电流经过调整后，点亮前方指示牌上的LED灯，提醒驾驶员安全驾驶。此交通指示牌自成一套独立系统，不需要任何其他能源,具有结构简单、造价便宜、适应性广等特点，有着广泛的应用前景。
- 详细介绍：
- 本压电自供能主动发光式交通指示牌系统由基板、压电模块（由压电蜂鸣片、整流器等构成）、指示牌、LED灯组及若干导线组成。压电模块固定于基板底部，当车辆轧过基板时，压电模块受压，其内部压电材料两极间正负电荷分布发生改变，产生交变的电流，通过整流器将交变电流转化为直流电，使LED灯组发光。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 近年来中国道路建设发展迅速，交通管理与控制成为交通安全和运输效益的关键因素。据统计，仅2009年，在交通事故中的死亡人数已达6.9万人。本装置旨在提高公路沿线关键交通安全设施的可靠性和有效性。 基本思路： 本作品利用压电陶瓷的正压电效应，设计了一种主动发光式交通指示牌。该交通指示牌分为承压装置和显示牌两部分，承压装置在车辆经过时受到压力，产生瞬时交变电流，经过整流，前方显示牌上的LED灯闪烁，勾画出指示牌的提示图案，提醒驾驶员安全驾驶。 创新点： 该系统工作时不需要其他任何能源；设计结构简单、安装方便；不受天气、日照等自然因素的影响，适应性广；且本装置初期投资和运营成本远低于同类产品，具有较好的经济效益；在实现优化公路沿线交通指示牌的同时，有助于节能减排的实现，具有广泛的应用前景。 技术关键： (1)压电材料的选取与参数 (2)单片压电陶瓷的输出电压 (3)承压装置的临界受力计算 (4)LED灯选取与布置 (5)压电模块的设计 (6)安装带的布置 主要技术指标： (1)压电蜂鸣片平均d33性能：710～938pC/N (2)单片压电蜂鸣片整流后瞬时最高电压：10-12V (3)压电蜂鸣片的临界静载荷P、临界动应力Fd及能承受得最大车重T：P=367380 N; Fd=183.69KN; T=75t (4)安装带的阶梯反向交错式布置
科学性、先进性
- 科学性： 通过对压电陶瓷的机电能量转换机理的研究，设计制作了一种压电发电装置。在此基础上设计了新型主动发光式交通指示牌。这种交通指示牌制作简单，使用过程中无能量消耗、成本低、适应性好，适用于学校、医院、社区等人员、车辆相对密集地区以及人烟稀少供电不方便地区的交通指示。又因装置一经受压，LED灯组即闪烁，可安装在停车场外可用于车辆来临的感知和提示。另外 装置也可以作为地板使用比如可用于KTV、歌舞厅地板，随着人群的走动和跳动，LED灯组闪烁，增加趣味性。又如用于黑暗的楼道。 先进性： 本压电自供能主动发光式交通指示牌利用了功能材料——压电蜂鸣片的正压电效应，实现了机械能向电能的转换过程。将车辆经过路面时碾压所损失掉的机械能利用起来，节能环保，有利于可持续发展，具有极好的经济效益和极高的社会意义。 部分参考文献： [1]佟刚,压电发电及自供能装置的研究[D].吉林大学,2007. [2]李沃,黎锦华.开发高质量的压电陶瓷点火器[J].陶瓷,1990,87(5):5-8.
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 装置手工制作完成，成品模型阶段
技术转让方式
- 暂未进行技术转让
作品可展示的形式
- 装置模型、现场演示、图片、样品、视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 压电模块固定于基板底部，当车辆轧过基板时，压电模块内部压电材料产生交变电流，通过整流器转变为直流电，供给LED灯组。 技术特点和优势： (1)原理简单、安装方便，对操作者无严格要求； (2)只有当车辆行驶过该装置时，交通标志才会被点亮，避免了能源的浪费； (3)使用时无需消耗外在能量，实现了真正意义上的零功耗，有助于推动节能减排的实现。 适应范围及推广前景： 适用于学校、医院等人员、车辆密集地区以及人烟稀少供电不方便地区的交通指示。也可安装在停车场外可用于车辆来临的感知和提示。另外，装置也可以作为地板使用比如可用于KTV、歌舞厅、楼梯地板。 市场分析和经济效益预测： 产品适用范围广泛，且成本为230.15元，而同样使用效果的太阳能式市场价为1000元左右。后期使用时无需投入运营资金，压电材料的高抗压的特点又保证了装置寿命较长，后期的维修资金低，并且提倡节能减排的社会环境，国家可持续发展的目标都将带来一定的政策优势，这些都有利于本产品的市场推广。
同类课题研究水平概述
- 发光型交通标志主要是解决山区乡镇公路夜间缺少照明设施，在容易发生危险的地段看不清相关的提示标志，导致发生危险的问题。 通过专利检索系统发现，目前已有的产品主要有三类。 第一类直接利用电网供电，使LED灯发光，如中国专利申请号为：CN201010018164.9，公开号为： CN101777292A，实用新型专利名称：LED面发光道路交通标志牌。该专利为实现了用LED灯照明交通标志，但需电网提供能耗，而且在没有车辆经过的情况下，一直工作，不利于节能减排。 第二类为用太阳能储能，为LED灯供电。如中国专利申请号为：CN200820013224.6，公开号为：CN201251079，实用新型专利名称：太阳能主动发光交通标志牌。该专利为实现了用太阳能点亮LED灯，从而实现了交通标志的照明功能，利用太阳能储能减少了使用过程中的能耗。但是，与第一类产品的专利一样，在没有车辆经过的情况下，LED灯一直工作，不利于节能减排，而且在阳光不太充足的多云天气亦或者是阴天、雨天天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低，严重影响太阳能交通指示设施的正常使用。并且收集太阳能的装置是纯度高达99%以上的硅制成的电池板，其价格昂贵且有一定的使用年限。 第三类是利用反光材料制作交通指示牌，起到提示作用。被广泛使用的普通道路标线涂料为被动反光型，如遇雨天、雾天以及夜间无光照的环境下不能正常反光而失去可辨认性，给交通安全带来极大危害。尤其是山区、乡镇公路夜间缺少照明设施，普通标线涂料没有灯光照射不能反光，使行人以及非机动车使用人看不到标志标线，给交通安全带来隐患。
