CN112878224A - 一种可发电吸声板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可发电吸声板，包括支撑组件(30)、多个设于支撑组件(30)内的吸声组件(40)、设于支撑组件(30)上的能量转换装置(50)和监测装置(60)，吸声组件(40)包括夹紧框架(41)、压电薄膜(42)和附加质量块(43)，夹紧框架(41)和支撑组件(30)可拆卸连接，压电薄膜(42)夹紧在夹紧框架(41)中，附加质量块(43)设于压电薄膜(42)上，能量转换装置(50)和压电薄膜(42)电连接。与现有技术相比，本发明将噪声能量与振动能量转换为电能，对监测装置(60)进行自供电，并对安装吸声板的结构附近的小功率电器元件供电，不仅保留了吸声板的吸隔声效果，又实现了噪声能量、振动能量与电能的转换与储存，提升能源的利用。
Description
技术领域
本发明属于减振降噪领域，尤其是轨道交通减振降噪领域，具体涉及一种可发电吸声板。
背景技术
轨道交通作为便捷舒适的中远距离出行方式，深受广大民众的喜爱。但是轨道交通运行的列车在日常行驶过程中每时每刻都存在着噪声问题，尤其当列车在市区内运行或村镇附近运行时产生的噪音会对周围居民的正常生活造成严重影响。
目前通常在轨道两旁放置传统吸声材料和隔声材料以减少噪声的传播，但无法有效改善低频噪声问题，更无法对噪声能量进行利用。同时，轨道交通列车在运行过程中，沿线轨道基础存在振动现象，而振动必然伴随能量的产生和传递，现有技术中，通常仅使用减振措施以阻碍振动的传递，却忽视了振动能量的利用，未能实现绿色节能的工程理念。
综上所述，需要开发一种能够针对工程领域，尤其是轨道交通噪声，具有高效吸声隔声能力并同时可利用声能和振动能等机械能进行发电的环保型多功能吸声板以解决现在技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可发电吸声板，以解决现有吸隔声材料及措施仅能对沿线噪声的传递进行衰减，而不能对噪声能量及沿线振动的能量进行转换及利用的技术问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种可发电吸声板，所述可发电吸声板包括支撑组件、多个设于支撑组件内的吸声组件、设于支撑组件上的能量转换装置以及对吸声组件及能量转换装置的工作状态进行监测的监测装置，所述吸声组件包括夹紧框架、压电薄膜和附加质量块，所述夹紧框架和支撑组件可拆卸连接，所述压电薄膜夹紧在夹紧框架中，所述附加质量块设于压电薄膜上，所述能量转换装置和压电薄膜电连接。
所述附加质量块呈弓形、圆形、多边形或多弧形，弓形可为半圆形、优弧弓、劣弧弓、抛物线弓等，圆形可具体为正圆、椭圆、多焦点圆、卵圆等，多边形可为正多边形、非正多边形，具体的边数可根据实际情况进行设置，多弧形可为月牙形、谷粒形、太极形葫芦形等。
当附加质量块为弓形，尤其是半圆形时，所述附加质量块呈竖直设置，所述附加质量块的圆弧外缘朝外设置。
所述附加质量块成对对称设置在压电薄膜的两端。成对的附加质量块可增加质量块振动时与薄膜之间的耦合作用，尤其是共振频带内薄膜和质量块之间薄膜的应变能密度，从而提高降噪能力和回收效率。
所述支撑组件包括安装底座以及设于安装底座上的支撑框架，所述支撑框架中设有多个呈阵列排布的放置格，所述放置格内部中空，内侧壁上沿周向间隔突出设有多个卡块，所述卡块的中部设有内凹的卡槽，所述夹紧框架的外侧壁上沿周向间隔突出设有多个与卡槽相适配的卡扣，所述卡扣和卡槽之间卡扣连接。当可发电吸声板设置在轨道基础上时，安装底座和轨道基础相连，用于固定支撑框架。
所述放置格呈方形(也可为其他常用的形状)，所述卡块共设置四个，分别设于放置格的两个长边和两个短边上，优选位于长边的中心和短边的中心，所述夹紧框架呈方形，所述卡扣共设置四个，分别设于夹紧框架的两个长边和两个短边上，优选位于长边的中心和短边的中心，以便受力点受力均匀。
所述支撑组件还包括设于安装底座和支撑框架之间的弹性支撑件。弹性支撑件用于将支撑框架的机械能传递方向进行转换，弹性支撑件可采用橡胶制成。
所述安装底座、支撑框架和弹性支撑件均呈方形(也可为其他常用的形状)，所述安装底座的横向宽度大于支撑框架及弹性支撑件的横向宽度，所述安装底座的纵向宽度大于支撑框架及弹性支撑件的纵向宽度。
所述能量转换装置包括依次电连接的多个支线组、总线、整流器和储能元件，每个支线组包括上表面支线和下表面支线，所述上表面支线的一端和下表面支线的一端分别设于压电薄膜的两侧，所述上表面支线的另一端和下表面支线的另一端汇总于一处并与总线连接。
所述监测装置包括对机械能转换后的信号进行获取的信号采集器、用于传输信号的信号传输器以及信号接收器，所述信号采集器、信号传输器和信号接收器依次进行电连接，所述信号采集器和信号传输器均设于支撑组件上并与能量转换装置电连接。信号采集器对储能元件的电压信号、电流信号分别进行采集，信号接收器设置在远程监控中心，对获取的电信号数据进行处理和显示，以便于远程监控中心的监控人员进行实时评估，根据蓄能状态实时评估判别支撑组件、吸声组件和能量转换装置等的工作状态。
所述可发电吸声板可用作位于轨道交通沿线的声屏障、位于轨道交通沿线的建筑隔声墙或设置在轨道交通系统中。
当轨道交通系统为地下线路时，所述地下线路包括隧道和轨道结构，所述可发电吸声板设置在隧道的内壁、轨道结构的钢轨轨底、轨道结构的轨枕表面或轨道结构的轨道板表面；
当轨道交通系统为高架线路时，所述高架线路包括桥梁结构和轨道结构，所述可发电吸声板设置在桥梁结构的底板、桥梁结构的腹板、桥梁结构的翼板表面、轨道结构的钢轨轨底、轨道结构的轨枕表面或轨道结构的轨道板表面。在设置时，这些设置位置可任一选择，也可多个位置进行排列组合。
本发明的可发电吸声板可布置在轨道沿线和轨道系统中，用于轨道沿线噪声的吸声，并对空气及固体介质中传递的机械能进行吸收及转化，能量转换装置用于将噪声和传递至支撑组件上的机械振动转化为电能，从而对监测装置进行自供电，及对轨道交通沿线的小功率电器元件进行供电。具体地：当轨道列车通过时，沿线噪声将入射至吸声组件表面，不同频率的噪声将分别引起对应压电薄膜上的不同附加质量块共振，此时附加质量块的振动将引起压电薄膜一同振动，实现噪声能量的衰减，达到吸声作用，同时压电薄膜变形产生电能，之后依次通过上表面支线、下表面支线及总线流入到整流器中，经过整流进入到储能元件中进行储存；当列车通过引起轨道基础振动时，支撑框架和弹性支撑件将振动传递至夹紧框架，致使压电薄膜变形，进而使机械振动能量转变为电能，通过总线存储在储能元件中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将轨道交通噪声和轨道列车通过时产生的机械振动能量转变为电能，并对监测装置进行供电及轨道交通沿线的小功率电器进行自供电，不仅保留了吸声板的吸声效果，又实现了噪声能量、振动能量与电能的转换与储存，提升能源的利用。
(2)本发明的可发电吸声板的监测装置用于对能量转换装置的电信号进行获取、传输、处理和显示，使远程监控人员根据蓄能状态实时评估可发电吸声板的工作状态。
(3)本发明的可发电吸声板通过将车致机械能转换为电能，可在不宜设置电力设备或偏远地区的轨道交通路段设置，符合绿色、可持续的工程理念。
附图说明
图1为可发电吸声板的主视结构示意图；
图2为单个放置格、单个吸声组件和单个支线组的结构示意图；
图3为可发电吸声板的空间结构示意图；
图4为图3中Ⅰ处的放大图；
图5为监测装置的示意图；
图6为轨道交通系统地下线路的结构示意图；
图7为设置有可发电吸声板的轨道交通系统地下线路的结构示意图；
图8为图7中Ⅱ处的放大图；
图9为轨道交通系统高架线路的结构示意图；
图10为设置有可发电吸声板的轨道交通系统高架线路、可发电吸声板用作声屏障和可发电吸声板用作建筑隔声墙的结构示意图。
图中：1-地下线路；11-隧道的内壁；12-钢轨轨底；13-轨枕；14-轨道板；2-高架线路；21-桥梁结构的底板；22-桥梁结构的腹板；23-桥梁结构的翼板；30-支撑组件；31-支撑框架；32-卡块；320-卡槽；33-安装底座；34-弹性支撑件；35-放置格；40-吸声组件；41-夹紧框架；42-压电薄膜；43-附加质量块；44-卡扣；50-能量转换装置；51-总线；510-下表面支线；511-上表面支线；52-整流器；53-储能元件；60-监测装置；61-信号采集器；62-信号传输器；63-信号接收器；7-声屏障；8-建筑隔声墙；A-可发电吸声板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1、2、3、4、5所示(图1、3中省略了信号接收器63)，一种可发电吸声板，可发电吸声板包括支撑组件30、多个设于支撑组件30内的吸声组件40、设于支撑组件30上的能量转换装置50，以及对吸声组件40和能量转换装置50的工作状态进行监测的监测装置60。
如图1、2所示，支撑组件30包括安装底座33、设于安装底座33上的支撑框架31以及设于安装底座33和支撑框架31之间的弹性支撑件34，安装底座33用来支撑整个支撑组件30并且可用于放置在轨道交通系统等的结构基础上，安装底座33、支撑框架31和弹性支撑件34均呈方形(安装底座33、支撑框架31和弹性支撑件34也可采用其他形状)，安装底座33的横向宽度均大于支撑框架31及弹性支撑件34的横向宽度，安装底座33的纵向宽度均大于支撑框架31及弹性支撑件34的纵向宽度。支撑框架31中设有多个呈阵列排布的放置格35，放置格35内部中空，内侧壁上沿周向间隔突出设有多个卡块32，卡块32的中部设有内凹的卡槽320，放置格35呈方形，卡块32共设置四个，分别设于放置格35的两个长边的中心和两个短边的中心上。
如图1、2所示，吸声组件40包括夹紧框架41、压电薄膜42和附加质量块43，夹紧框架41和支撑组件30可拆卸连接，压电薄膜42夹紧在夹紧框架41中，附加质量块43设于压电薄膜42上，附加质量块43呈半圆形，每个吸声组件40中附加质量块43本实施例中均设置两个(附加质量块的形状、个数和质量可根据实际要求进行选择)，成对的附加质量块43水平对称设置在压电薄膜42的两端，每个附加质量块43均呈竖直设置，附加质量块43的圆弧外缘朝外设置，即两个附加质量块43的直边相正对，夹紧框架41的外侧壁上沿周向间隔突出设有多个与卡槽320相适配的卡扣44，卡扣44和卡槽320之间卡扣连接，夹紧框架41呈方形，卡扣44共设置四个，分别设于夹紧框架41的两个长边的中心和两个短边的中心上。
如图1、2、3、4所示，能量转换装置50包括依次电连接的多个支线组、总线51、整流器52和储能元件53，每个支线组包括上表面支线511和下表面支线510，上表面支线511的一端和下表面支线510的一端分别设于压电薄膜42的两侧，上表面支线511的另一端和下表面支线510的另一端汇总于一处并与总线51连接，整流器52放置在安装底座33上。
如图3、4、5所示(由于信号接收器63设置在远程监控中心中，因此单独提供了图5)，监测装置60包括对机械能转换后的信号进行获取的信号采集器61、用于传输信号的信号传输器62以及信号接收器63，信号采集器61、信号传输器62和信号接收器63依次进行电连接，信号采集器61和信号传输器62均设于安装底座33上并与能量转换装置50中的储能元件53电连接。
将可发电吸声板A设置在轨道交通系统中、或用作位于轨道交通沿线的声屏障7或用作位于轨道交通沿线的建筑隔声墙8，轨道交通系统包括地下线路1和高架线路2。
当轨道交通系统为地下线路1时，如图6所示，地下线路1包括隧道和轨道结构，可发电吸声板A设置在隧道的内壁11、轨道结构钢轨轨底12、轨道结构的轨枕13表面、轨道结构的轨道板14表面，布置完毕的地下线路1如图7、8所示。
当轨道交通系统为高架线路2时，如图9所示，高架线路2包括桥梁结构和轨道结构，可发电吸声板A设置在桥梁结构的底板21、桥梁结构的腹板22或桥梁结构的翼板23表面，以及与地下线路一致的轨道结构中，布置完毕的高架线路2如图10所示，图10中还包括了位于轨道交通系统高架线路2沿线两侧的声屏障7以及沿线建筑隔声墙8，声屏障7和建筑隔声墙8上均布置满了可发电吸声板A。
实施例2
一种可发电吸声板，除了附加质量块43呈正四边形之外，其余均与实施例1相同。
实施例3
一种可发电吸声板，除了附加质量块43呈正圆形之外，其余均与实施例1相同。
实施例4
一种可发电吸声板，除了附加质量块43呈月牙形之外，其余均与实施例1相同。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可发电吸声板，其特征在于，所述可发电吸声板包括支撑组件(30)、多个设于支撑组件(30)内的吸声组件(40)、设于支撑组件(30)上的能量转换装置(50)以及对吸声组件(40)及能量转换装置(50)的工作状态进行监测的监测装置(60)，所述吸声组件(40)包括夹紧框架(41)、压电薄膜(42)和附加质量块(43)，所述夹紧框架(41)和支撑组件(30)可拆卸连接，所述压电薄膜(42)夹紧在夹紧框架(41)中，所述附加质量块(43)设于压电薄膜(42)上，所述能量转换装置(50)和压电薄膜(42)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述附加质量块(43)呈弓形、圆形、多边形或多弧形。
3.根据权利要求2所述的一种可发电吸声板，其特征在于，当附加质量块(43)为弓形时，所述附加质量块(43)呈竖直设置，所述附加质量块(43)的圆弧外缘朝外设置。
4.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述附加质量块(43)成对对称设置在压电薄膜(42)的两端。
5.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述支撑组件(30)包括安装底座(33)以及设于安装底座(33)上的支撑框架(31)，所述支撑框架(31)中设有多个呈阵列排布的放置格(35)，所述放置格(35)内部中空，内侧壁上沿周向间隔突出设有多个卡块(32)，所述卡块(32)的中部设有内凹的卡槽(320)，所述夹紧框架(41)的外侧壁上沿周向间隔突出设有多个与卡槽(320)相适配的卡扣(44)，所述卡扣(44)和卡槽(320)之间卡扣连接。
6.根据权利要求5所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述支撑组件(30)还包括设于安装底座(33)和支撑框架(31)之间的弹性支撑件(34)。
7.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述能量转换装置(50)包括依次电连接的多个支线组、总线(51)、整流器(52)和储能元件(53)，每个支线组包括上表面支线(511)和下表面支线(510)，所述上表面支线(511)的一端和下表面支线(510)的一端分别设于压电薄膜(42)的两侧，所述上表面支线(511)的另一端和下表面支线(510)的另一端汇总于一处并与总线(51)连接。
8.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述监测装置(60)包括对机械能转换后的信号进行获取的信号采集器(61)、用于传输信号的信号传输器(62)以及信号接收器(63)，所述信号采集器(61)、信号传输器(62)和信号接收器(63)依次进行电连接，所述信号采集器(61)和信号传输器(62)均设于支撑组件(30)上并与能量转换装置(50)电连接。
9.根据权利要求1所述的一种可发电吸声板，其特征在于，所述可发电吸声板(A)用作位于轨道交通沿线的声屏障(7)、用作位于轨道交通沿线的建筑隔声墙(8)或设置在轨道交通系统中。
10.根据权利要求9所述的一种可发电吸声板，其特征在于，当轨道交通系统为地下线路(1)时，所述地下线路(1)包括隧道和轨道结构，所述可发电吸声板(A)设置在隧道的内壁(11)、轨道结构的钢轨轨底(12)、轨道结构的轨枕(13)表面或轨道结构的轨道板(14)表面；
当轨道交通系统为高架线路(2)时，所述高架线路(2)包括桥梁结构和轨道结构，所述可发电吸声板(A)设置在桥梁结构的底板(21)表面、桥梁结构的腹板(22)表面、桥梁结构的翼板(23)表面、轨道结构的钢轨轨底(12)、轨道结构的轨枕(13)表面或轨道结构的轨道板(14)表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200437 No. 99, Handan Road, Shanghai, Hongkou District Applicant after: Shanghai Material Research Institute Co.,Ltd. Address before: 200437 No. 99, Handan Road, Shanghai, Hongkou District Applicant before: SHANGHAI Research Institute OF MATERIALS |
|
| CB02 | Change of applicant information |