[发明专利]利用压电换能器收集道路振动能量的构造及其施工方法和试验方法

权利要求书

1.一种利用压电换能器收集道路振动能量的构造，包括压电换能器，压电换能器包括振动压电机构，振动压电机构包括埋设于混凝土路面内的压电换能器壳体，其特征是：压电换能器壳体包括下壳体（4）和上壳体（2），压电换能器壳体内设置有压电陶瓷组件（7），上壳体（2）顶壁与下方的压电陶瓷组件（7）之间设置有橡胶垫（1），所述压电陶瓷组件（7）包括陶瓷单元，陶瓷单元之间由绝缘尼龙（5）隔开，铜片（6）横向区隔整个陶瓷组件，各陶瓷单元之间通过铜片（6）并联，铜片（6）经由穿过导线通道（8）的导电线与外部压电换能采集器（9）连接；所述压电陶瓷组件（7）由至少两个铜片（6）沿高度方向依次横向分布，并区隔铜片（6）上方和下方的所述陶瓷单元；所述橡胶垫（1）下部嵌入到下壳体（4）中、上部嵌入到上壳体（2）中，上壳体内侧壁与橡胶垫之间设置有密封圈（3），所述导线通道（8）外端内侧壁上形成环形阶梯槽，环形阶梯槽中嵌设有密封圈（3）；所述压电换能器提前预置在混凝土路面板（12）内部，待混凝土路面板（12）养护压实后放置在水泥稳定碎石层（11）上部；所述压电换能器包括综合发电机构，综合发电机构包括上端壳（22）和下端壳（23），上端壳（22）和下端壳（23）内分别设置有上压变电模块（24）和下压变电模块（25），上压变电模块（24）和下压变电模块（25）之间通过中间杆（26）连接，所述上压变电模块（24）和下压变电模块（25）通过导电线与所述压电换能采集器（9）连接，所述中间杆（26）上套有弹性垫层（27），弹性垫层（27）在所述上端壳（22）和下端壳（23）之间，所述综合发电机构和振动压电机构交替间隔分布并共同并联于所述压电换能采集器（9），综合发电机构通过整流电路连接于压电换能采集器（9）。

2.根据权利要求1所述的利用压电换能器收集道路振动能量的构造，其特征是：所述弹性垫层（27）外围固定有环形护板（28），环形护板（28）与上端壳（22）和下端壳（23）之间灌注有凝固后具有弹性的胶水，环形护板（28）的高度大于所述弹性垫层（27）的厚度，环形护板（28）能够保护弹性垫层（27）。

3.一种权利要求1所述利用压电换能器收集道路振动能量的构造的施工方法，其特征是：包括如下步骤：

A、将所述压电陶瓷组件（7）安装入所述压电换能器壳体中；

B、将所述压电陶瓷组件（7）与所述压电换能采集器（9）电连接；

C、道路铺设及压电换能器的放置，包括以下：

1）堆路基：分层铺土，控制压实度，将土体分层铺设于路基上，每铺完一层，用滚筒压实，确保每层压实度到达一致，由此完成路基（10）的铺设；

2）铺设水稳层：将提前养护压实好的水泥稳定碎石层（11）放置在路基上；

3）压电换能器放置：压电换能器（14）在密封装好后，提前预置在混凝土路面板内部，并由电线导出连接至压电换能采集器（9），待混凝土路面板（12）养护压实后放置在水稳层上部；

D、将道路路面修平。

4.一种权利要求1所述利用压电换能器收集道路振动能量的构造的试验方法，其特征是：包括如下步骤：

A、将所述压电陶瓷组件（7）安装入所述压电换能器壳体中；

B、将所述压电陶瓷组件（7）与所述压电换能采集器（9）电连接；

C、道路铺设及压电换能器的放置，包括以下：

堆路基：分层铺土，控制压实度：将土体分层铺入交通荷载模型槽（13），每铺完一层，用滚筒压实，确保每层压实度到达一致，由此完成路基（10）；

铺设水稳层：将提前养护压实好的水泥稳定碎石层（11）放置在路基上；

压电换能器放置：压电换能器（14）在密封装好后，提前预置在混凝土路面板内部，并由电线导出连接至压电换能采集器（9），待混凝土路面板（12）养护压实后放置在水稳层上部；

D、室内交通荷载压电试验，通过主机系统控制频率和荷载大小，模拟道路车辆情况，具体如下：

通过主机控制系统控制激振器（15）对路面进行激振，通过控制频率为0-15Hz与荷载1000N-5000N 来模拟实际交通中不同重量和不同速度的交通车辆；

在设计时间内，通过压电换能采集器（9）计算从交通荷载中收集的电量，计算出电能采集效率。

5.根据权利要求4所述的利用压电换能器收集道路振动能量的构造的试验方法，其特征是：所述步骤A中：所述压电陶瓷（7）为单体方柱型压电陶瓷，所述压电陶瓷（7）的长、宽为0.02m、高为0.015m，所述铜片（6）为磷铜片；所述步骤C中：所述路基（10）在分层铺土时每层厚度为0.2m，通过滚筒滚过相同的次数使压实度达到93%以上；所述压电换能器壳体设置于所述水泥稳定碎石层（11）上，所述水泥稳定碎石层（11）水泥用量为混合料3%～6%，7天的无侧限抗压强度可达5.0Mpa，厚度为0.05m；所述混凝土路面板（12），其水泥：砂：石子：水的配合比为1：1.3：2.1：0.52；所述步骤D中，通过主机控制系统控制激振器对路面进行激振，通过控制频率0-15Hz 与荷载1000N-5000N 来模拟实际交通中不同重量和不同速度的交通车辆。