CN108667344A - 一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统及方法，包括依次连接的声音发大器、PZT压电陶瓷、自动升降压模块、逆变器和储能机构；声音放大器将收集到的噪声进行放大；PZT压电陶瓷与装置采用正弦波形端面固定，增大压电效应，实现声能的二次放大，产生电能；自动升降压模块采用DC‑DC稳压模块电路将输出电压稳定为可以供电路工作的电压，防止元件被烧坏；逆变器将PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电，提供电能；储能机构用于存储产生的电能，在停电时，供给隧道紧急用电。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统及方法。
背景技术
随着交通的不断发展，千米以上的隧道越来越多，人车共行，隧道内灯一般是通过电网供电。
噪音作为一种形式的环境污染为人们所痛恶，人们在噪音控制和吸声降噪方面做了多方面研究。近年来，世界各国对噪音的利用有了一定的研究，例如噪音除尘等，科学家经过研究发现，如果能够将声音的能量加以利用，转化成我们紧缺的电能将会具有深远意义。
压电效应反应了晶体的弹性性能和介电性能之间耦合关系，分为正压电效应和逆压电效应两种。
正压电效应指当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
逆压电效应是指当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，但是当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。
利用压电效应，我们能够很好地将隧道噪音转化为电能，在消除噪音污染的同时充分利用噪音能。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，包括依次连接的声音发大器、PZT压电陶瓷、自动升降压模块、逆变器和储能机构；
所述声音放大器将收集到的噪声进行放大；
所述PZT压电陶瓷与装置采用正弦波形端面固定，增大压电效应，实现声能的二次放大，产生电能；
所述自动升降压模块采用DC-DC稳压模块电路将输出电压稳定为可以供电路工作的电压，防止元件被烧坏；
所述逆变器将PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电，提供电能；
所述储能机构用于存储产生的电能，在停电时，供给隧道紧急用电。
进一步的，所述逆变器通过电网将产生的电能并入实际电网中，实现能源的充分利用。
进一步的，所述声音放大器采用仿生学耳廓式外罩，接收更大范围的噪音声波，增大压电材料的形变，实现声能强度的一次放大。
进一步的，所述PZT压电陶瓷采用PZT-5系列的压电发电片。
进一步的，所述自动升降压模块采用DS600AUD模块。
进一步的，所述隧道指示灯模块采用HL-A616GH信号灯，可视距离远，功耗低。
进一步的，所述储能机构连接有隧道指示牌模块，在停电时，可供隧道指示灯指示牌发电。
进一步的，所述储能机构为UPS电源模块。
基于压电效应的隧道噪声放大发电系统的工作方法，包括以下步骤：
将隧道内的噪声进行放大，作用于PZT压电陶瓷，PZT压电陶瓷通过正压电效应将声能转换为电能；
将所述PZT压电陶瓷输出的电压稳定为可以供电路元件工作的电压；
将所述PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电220V；
存储产生的一部分电能，将其他电能并入电网中，实现能源的充分利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过声音放大器将隧道内的噪音转化为电能，既降低了隧道内的噪音污染，简化了隧道内线路布置，又节约了能源。通过隧道噪声发电供能与外部电网供能相结合，有效解决了噪声发电供能在实际应用中所遇到的能量不稳、不足的问题，鉴于以上理由，本发明可广泛应用于环保设备技术领域，为噪音利用提供新思路。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的整体控制原理示意图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
本发明的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，它包括声音放大器，将收集到的噪声进行放大；PZT压电陶瓷与装置采用波形端面固定，增大压电效应，实现声能的二次放大，产生电能；自动升降压模块采用DC-DC稳压模块电路将输出电压稳定为可以供电路元件工作的电压，防止元件被烧坏；逆变器将PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电；UPS电源用于存储产生的电能，在停电时，供隧道指示灯指示牌发亮，所述大电网是将产生的电能并入大电网中，实现能源的充分利用。
PZT压电陶瓷可以采用但不限于PZT-5系列的压力发电陶瓷发电片，型号采用PZT5A和PZT5H。
自动升降压模块可以采用但不限于DS600AUD模块。
本发明工作时：本发明装置通过所述声音放大器能够将隧道内的噪音进行放大处理，通过所述PZT压电陶瓷产生的压电效应进行接收，产生电能，经过所述升压稳压模块输出稳定电压，随后通过所述普通逆变器等输出220V电压，并入电网。
本发明的步骤：
a.所述声音放大器将隧道内的噪声进行放大，传递给所述PZT压电陶瓷；
b.所述PZT压电陶瓷通过正压电效应将声能转换为电能，并与装置采用正弦波形端面固定，增大压电效应，实现声能的二次放大；
c.所述自动升降压模块采用DC-DC稳压模块电路将输出电压稳定为可以供电路工作的电压，防止元件被烧坏；
d.所述逆变器将PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电；
e.所述UPS电源用于存储产生的电能，在停电时，可供隧道指示灯指示牌发亮；
f.所述电网是将产生的电能并入电网中，实现能源的充分利用。
实例说明：
隧道噪声大概为80～100db，频率集中在250～4000HZ之间，我们取隧道中的噪音分贝为100db，其能量功率为10μw/cm2·h。
将隧道建立矩形模型，按四车道隧道计算，宽度11m，高度6m，深度50m。则每平方米每小时吸收的能量功率为WC＝W总-W耗＝0.1W。
取50米隧道作单位，当隧道墙体表面全部采用嵌入该声电转换装置的材料时，吸收声波的面积约为S＝1150m2。
假设能量转化效率η＝80％，那么最终可以转化为电能的部分为W＝WC×S×η＝102W。
上述实例说明本发明既降低了隧道内的噪音污染，简化了隧道内线路布置，又节约了能源，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：包括依次连接的声音发大器、PZT压电陶瓷、自动升降压模块、逆变器和储能机构；
所述声音放大器将收集到的噪声进行放大；
所述PZT压电陶瓷与装置采用正弦波形端面固定，增大压电效应，实现声能的二次放大，产生电能；
所述自动升降压模块采用DC-DC稳压模块电路将输出电压稳定为可以供电路工作的电压，防止元件被烧坏；
所述逆变器将PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电，提供电能；
所述储能机构用于存储产生的电能，在停电时，供给隧道紧急用电。
2.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述逆变器通过电网将产生的电能并入实际电网中，实现能源的充分利用。
3.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述声音放大器采用仿生学耳廓式外罩，接收更大范围的噪音声波，增大压电材料的形变，实现声能强度的一次放大。
4.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述PZT压电陶瓷采用PZT-5系列的压电发电片。
5.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述自动升降压模块采用DS600AUD模块。
6.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述隧道指示灯模块采用HL-A616GH信号灯。
7.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述储能机构连接有隧道指示牌模块，在停电时，可供隧道指示灯指示牌发电。
8.如权利要求1所述的一种基于压电效应的隧道噪声放大发电系统，其特征是：所述储能机构为UPS电源模块。
9.基于压电效应的隧道噪声放大发电系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：
将隧道内的噪声进行放大，作用于PZT压电陶瓷，PZT压电陶瓷通过正压电效应将声能转换为电能；
将所述PZT压电陶瓷输出的电压稳定为可以供电路元件工作的电压；
将所述PZT压电陶瓷由于压电效应产生的直流电转化为交流电220V；
存储产生的一部分电能，将其他电能并入电网中，实现能源的充分利用。
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