[发明专利]一种基于折纸-摩擦纳米发电技术的路面自驱动抗滑性检测装置及其方法

说明书

本发明涉及一种基于折纸‑摩擦纳米发电技术的路面自驱动抗滑性检测装置及其方法，自驱动折纸‑摩擦纳米发电抗滑检测结构采用折纸的多层结构，以显著放大所采用的摩擦纳米发电原理的输出效果；电刷滑环结构用于防治轮胎旋转时导线的相互缠绕；旋转电机稳定架采用铝合金材料，制作成稳定的三角结构，旋转电机可调节频率，以模拟车辆行驶时的不同车速；试验测试板可根据实际路面设计不同的级配要求；信号采集装置用于实时采集自驱动感知元件的电学输出；信号处理软件可对采集信号进行降噪、滤波和平滑等的处理。与现有技术相比，本发明具有抗滑性实时监测、信息感知灵敏、构造简单、选材广泛和成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及用于沥青路面抗滑性检测领域，尤其是涉及一种基于折纸-摩擦纳米发电技术的路面自驱动抗滑性检测装置及检测方法。

背景技术

抗滑性是路面表面特性的重要特征之一，而路面抗滑性不足是造成交通事故的主要原因，轮胎-路面间的摩擦系数是衡量抗滑性能的主要指标。沥青路面的摩擦系数主要受到水膜、温度、表面污染物及路面结构类型等多种因素的影响。其中，包括水膜、温度和表面污染物在内的外界环境因素对路面抗滑性的影响远超过路面结构本身。相比于干燥路面，润湿状态下的抗滑性成倍降低，沥青路面由于污染物的存在抗滑性能也会降低7％～50％。

然而，沥青路面抗滑性的直接检测方法存在很大的不足，抗滑性测试设备价格昂贵、实验数据难以做到可靠稳定，且单一室内实验测试结果难以反映道路使用过程中抗滑性能的变化。因此，沥青路面抗滑性能的间接测试对路面行车安全的提高具有重要意义。随着物联网信息技术的发展，利用自驱动无源传感器的信号输出解析摩擦系数为路面抗滑性能的实时监测提供了新的思路。

现阶段，基于电磁感应、光电、压电和热释电效应的自驱动传感技术已被深入研究，但它们均具有能量转换效率低、频带窄以及信号灵敏度过大等缺陷。自从摩擦纳米发电技术被发现后，大量研究发现其开路电压和瞬时能量转换效率远高于压电、磁电等其他装置。为进一步提高其能量输出效率，结构优化设计被视为一种简单有效的策略。而折纸结构的可展开性、负泊松比以及较大的刚度这些优异的性能成为提高摩擦纳米发电输出的最优选结构之一。综上所述，能设计一种基于折纸-摩擦纳米发电的路面抗滑性检测装置及其方法，在收集道路系统中车辆行驶浪费的机械能的同时，利用其输出的电信号感知沥青路面的抗滑性在道路工程检测领域具有较大的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种路面抗滑性检测和高输出电压高、高转化效率而低廉成本的基于折纸-摩擦纳米发电的路面抗滑性检测装置及其方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于折纸-摩擦纳米发电技术的路面自驱动抗滑性检测装置，其特征在于，包括：自驱动折纸-摩擦纳米发电抗滑检测结构(1)、电刷滑环结构(2)、旋转电机及稳定架(3)、试验测试板(4)、信号采集装置(5)和信号处理软件(6)；

所述的自驱动折纸-摩擦纳米发电抗滑检测结构(1)被固定于轮胎表面，通过轮胎与试验测试板(4)接触摩擦来感知抗滑性；

稳定架上的电机驱动自驱动折纸-摩擦纳米发电抗滑检测结构(1)跟随轮胎一起旋转；

电刷滑环结构(2)与试验测试板(4)分别与信号采集装置(5)连接；

信号采集装置(5)将数据提供给PC中的信号处理软件(6)进行处理、分析、显示。

所述的自驱动折纸-摩擦纳米发电抗滑检测结构(1)，包括折纸基支撑结构、电极层结构和摩擦层结构；所述的折纸基结构作为电极层和摩擦层结构的载体，由内而外依次为折纸结构、电极层结构和摩擦层结构；

其中，在电极层结构的内部需连接导线用于与电刷滑环结构(2)外接电路一起构成回路。