CN206873320U - 能够自发电的隔声屏障 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能够自发电的隔声屏障，它包括隔音壁、设置在隔音壁内部的通过极化处理而带有静电荷的泡沫薄膜、连接在泡沫薄膜的接近道路一侧表面上且能够感应电荷的柔性感应电极、位于泡沫薄膜的远离道路的一侧且能够感应电荷的背部感应电极，泡沫薄膜为驻极体材料或/和铁电材料，泡沫薄膜具有柔性使其在受外力时发生形变，泡沫薄膜的内部具有若干孔隙，当泡沫薄膜发生形变时，孔隙的大小改变而产生电荷输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够自发电的隔声屏障。
背景技术
随着道路桥梁的大量兴建，铁路公路的交通噪声污染也日益严重，在道路(公路、铁路)的两侧设置隔声屏障是目前较多采用的一种降低交通噪声的方法。隔声屏障(soundinsulation screen)是一个隔声设施，它为了遮挡声源和接收者之间直达声，在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响。
隔声屏障常见的类型有四种，分别是阻性声屏障，普通透明声屏障，微孔板透明声屏障以及复合式声屏障。阻性隔声屏障由前板，后板，侧板构成一个封闭的箱式结构，形成一个模块化单元。前板为穿孔率25％的镀锌钢板，后板和侧板为不穿孔的镀锌钢板，(从美观角度考虑，也可用彩色钢板)，两层板之间内填防潮离心玻璃棉板，吸声材料用聚氟乙烯薄膜覆盖。普通透明隔声屏障采用透明的聚碳酸酯板(又称PC板)，因为是透明，隔声屏障的景观感较好，比较容易溶入周围的环境，颜色可选。微孔板透明隔声屏障有2层，它应用了微孔吸声原理，在1层聚碳酸酯板上穿许多直径为0.8mm的小孔，穿孔率1％，另一层聚碳酸酯板不穿孔，两层板之间的间距为100mm，它相当于一个单层微孔吸声结构，解决了吸声和透明之间的矛盾。由于声波的作用，微孔并不会被灰尘堵塞。复合式隔声屏障兼有透明和不透明隔声屏障的优点。它的一半是阻性隔声屏障，另一半是透明隔声屏障，由一与二复合而成以上4种隔声屏障的高度可根据设计要求自由组合，亦可根据需求定制路屏。目前国内用于交通隔声屏障的吸声材料主要是超细玻璃棉、矿棉等无机材料。
现有技术的缺点：1.目前国内的降噪关注点更多的是在噪声源地减弱和在传播路径中做隔声屏障，忽略了隔声屏障本身承受循环荷载时的损坏而带来的降噪效果减弱。国内现大量使用的超细玻璃棉类吸声材料本身强度较低，性脆易断，在长期的大流量的交通流振动产生的交变荷载、车辆经过产生的振动和风压影响下，纤维材料的脆性断裂和粉尘化使原来的均质结构不复存在，造成螺栓、连接件松动、失效、隔声屏障单元板的破损，隔声屏障未能起到有效的吸声降噪。
2.日常维护工作量大，效率低。隔声屏障日常维护和定期保养是确保声屏障外观整洁、设施完好、结构安全、保持其降噪功能必不可少的工作。但是隔声屏障的内部损坏不易发现，加大了日常维护的难度，会造成维修更换不及时，费时费力。
3.国内现有隔声屏障沿线缺乏良好的预警机制。铁路、高速公路沿线的隔声屏障一旦发生损坏，若未及时修复，在无显眼标识预警的情况下，存在着一定的安全隐患。
4.公路(铁路)沿线信号控制、照明需求、电子摄像头等用电须单独从附近供电局铺设电缆，增加投资和运营成本，不符合环保理念。随着我国铁路的快速发展，铁路网的覆盖面也越来越广，公共电力网不可能方便地向铁路沿线所有用电地点供电，对于地点偏远、规模不大、人员不多的中小型站点，从公共电力网接引电源会产生电网建设的高额费用并带来维护工作的诸多不便。铁路沿线虽然有铁路专用供电接触网，但因其为单相高压交流电，且电压波动范围可达-30％～+24％之大，同时电力机车在运行过程中也会造成接触网电压畸变，其供电质量明显低于公共电力网，用普通电力设备很难满足电源变换要求。
实用新型内容
为了克服上述的技术问题，本实用新型的目的在于提出一种能够自发电的隔声屏障。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种技术方案：一种能够自发电的隔声屏障，它包括隔音壁、设置在隔音壁内部的通过极化处理而带有静电荷的泡沫薄膜、连接在泡沫薄膜的接近道路一侧表面上且能够感应电荷的柔性感应电极、位于泡沫薄膜的远离道路的一侧且能够感应电荷的背部感应电极，泡沫薄膜为驻极体材料或/和铁电材料，泡沫薄膜具有柔性使其在受外力时发生形变，泡沫薄膜的内部具有若干孔隙，当泡沫薄膜发生形变时，孔隙的大小改变而产生电荷输出。
进一步地，柔性感应电极为多个均匀分布的凸起状，从而尽量减小柔性感应电极对泡沫薄膜的吸声降噪的性能的影响。
进一步地，柔性感应电极的材料为碳纤维或导电硅胶。
进一步地，背部感应电极连接在隔音壁的内表面。
进一步地，背部感应电极的材料为金属。
进一步地，驻极体材料为聚丙烯或聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
进一步地，铁电材料为陶瓷粉末或PVDF纤维。
进一步地，柔性感应电极与外部负载相电连接，外部负载的与柔性感应电极相连接一端相反的另一端与背部感应电极相连接。外部负载可采用LED灯等。
通过采用上述技术方案，本实用新型能够自发电的隔声屏障，具有以下优点：
1.在不减弱原有的降噪效果基础上，利用压电材料和吸噪材料将噪声和振动对空气地挤压转化为电能，满足沿线的弱电需求，产生可再生的绿色能源。由于空气挤压和振动的能量被吸收，循环荷载减小，使屏障板单次振幅减小，减弱循环荷载带来的对吸声材料的损坏，增长隔声屏障的使用年限。
2.通过电路中电压的变化，自动形成一套维护系统，用于对公路(铁路)沿线隔声屏障的监管，可发现内部损坏、螺栓连接件的松动等不易发现的问题，节约人力物力，降低运营维护成本。
3.可在沿线隔声屏障设置明显的警示标志，如LED灯等，其电力由自发电产生，消除隐藏隐患。
4.自发电产生的电力可由蓄电池储蓄，经一系列地转换后满足公路(铁路)沿线的信号控制、GPS定位、传感器等用电，传感器的应用包括设置振动传感器来检测隔声屏障是否损坏、设置位置传感器来检测是否有障碍物进入道路等等，GPS定位有助于对车辆(列车)的行驶状况进行实时监控，能够及时发现车辆(列车)的行驶异常，而自发电产生的多余电力甚至可用于附近居民用电或其他方面，符合可持续发展的理念。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型能够自发电的隔声屏障的立体结构示意图；
图2为本实用新型能够自发电的隔声屏障的剖面结构示意图；
图3和图4为本实用新型能够自发电的隔声屏障的工作过程原理图。
图中标号为：
1、隔音壁；2、泡沫薄膜；3、孔隙；4、外部负载；5、柔性感应电极；6、背部感应电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例一
参照附图1至附图4，本实施例中的一种能够自发电的隔声屏障，它包括隔音壁1、设置在隔音壁1内部的通过极化处理而带有静电荷的泡沫薄膜2、连接在泡沫薄膜2的接近道路一侧表面上且能够感应电荷的柔性感应电极5、位于泡沫薄膜2的远离道路的一侧且能够感应电荷的背部感应电极6，泡沫薄膜2为驻极体材料或/和铁电材料，泡沫薄膜2具有柔性使其在受外力时发生形变，泡沫薄膜2的内部具有若干孔隙3，当泡沫薄膜2发生形变时，孔隙3的大小改变而产生电荷输出。
柔性感应电极5与外部负载4相电连接，外部负载4的与柔性感应电极5相连接一端相反的另一端与背部感应电极6相连接。外部负载4可采用LED灯等。
在一种更为优选的实施方案中，柔性感应电极5为多个均匀分布的凸起状，从而尽量减小柔性感应电极5对泡沫薄膜2的吸声降噪的性能的影响。
柔性感应电极5的材料优选为碳纤维或导电硅胶。
由于背部感应电极6设置在泡沫薄膜2的远离道路的一侧，对泡沫薄膜的形变及吸声减噪性能影响较弱，因此在一种更为优选的实施方案中，背部感应电极6连接在隔音壁1的内表面，可以为薄膜状。
背部感应电极6的材料优选为金属。
上述的驻极体材料优选为聚丙烯或聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)之类的聚合物材料，铁电材料优选为陶瓷粉末或PVDF纤维。
本实施例中提供几种泡沫薄膜的制备方法，但不仅限于这几种：可以在上述的聚合物材料热塑性成膜的过程中注入氮气，实现多孔隙的泡沫结构；也可以通过电纺丝技术纺制多孔隙的泡沫薄膜结构；可以在聚丙烯或PTFE材料中掺杂陶瓷粉末或PVDF纤维等铁电材料，增强其驻极特性；通过高电压的电晕极化，使得多孔隙的泡沫薄膜带有静电荷，实现极化效果。
结合附图3至附图4，说明本能够自发电的隔声屏障工作原理：如附图3所示，正常状态下，泡沫薄膜2中的正电荷和负电荷处于平衡状态；如附图4所示，当隔音壁1受风压或声波振动时，泡沫薄膜2受外力，产生形变，泡沫薄膜2中的孔隙3大小发生改变(当泡沫薄膜2被压缩时，孔隙3变小)，正、负电荷的平衡状态被打破，孔隙3两侧出现电势差，外部电路位移电流出现。以10cm×10cm的聚合物薄膜为例，通过吸收100分贝的噪音，可以产生0.8V的开路电压，以及0.4μA的短路输出电流。
本能够自发电的隔声屏障，具有以下优点：
1.在不减弱原有的降噪效果基础上，利用压电材料和吸噪材料将噪声和振动对空气地挤压转化为电能，满足沿线的弱电需求，产生可再生的绿色能源。由于空气挤压和振动的能量被吸收，循环荷载减小，使屏障板单次振幅减小，减弱循环荷载带来的对吸声材料的损坏，增长隔声屏障的使用年限。
2.通过电路中电压的变化，自动形成一套维护系统，用于对公路(铁路)沿线隔声屏障的监管，可发现内部损坏、螺栓连接件的松动等不易发现的问题，节约人力物力，降低运营维护成本。
3.可在沿线隔声屏障设置明显的警示标志，如LED灯等，其电力由自发电产生，消除隐藏隐患。
4.自发电产生的电力可由蓄电池储蓄，经一系列地转换后满足公路(铁路)沿线的信号控制、GPS定位、传感器等用电，传感器的应用包括设置振动传感器来检测隔声屏障是否损坏、设置位置传感器来检测是否有障碍物进入道路等等，GPS定位有助于对车辆(列车)的行驶状况进行实时监控，能够及时发现车辆(列车)的行驶异常，而自发电产生的多余电力甚至可用于附近居民用电或其他方面，符合可持续发展的理念。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种能够自发电的隔声屏障，其特征在于：它包括隔音壁、设置在所述隔音壁内部的通过极化处理而带有静电荷的泡沫薄膜、连接在所述泡沫薄膜的接近道路一侧表面上且能够感应电荷的柔性感应电极、位于所述泡沫薄膜的远离道路的一侧且能够感应电荷的背部感应电极，所述的泡沫薄膜为驻极体材料或/和铁电材料，所述的泡沫薄膜具有柔性使其在受外力时发生形变，所述泡沫薄膜的内部具有若干孔隙，当泡沫薄膜发生形变时，所述孔隙的大小改变而产生电荷输出。
2.根据权利要求1所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的柔性感应电极为多个均匀分布的凸起状。
3.根据权利要求1所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述柔性感应电极的材料为碳纤维或导电硅胶。
4.根据权利要求1所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的背部感应电极连接在所述隔音壁的内表面。
5.根据权利要求1所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述背部感应电极的材料为金属。
6.根据权利要求1所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的驻极体材料为聚丙烯或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求1中所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的铁电材料为陶瓷粉末或PVDF纤维。
8.根据权利要求1中所述的能够自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的柔性感应电极与外部负载相电连接，所述外部负载的与柔性感应电极相连接一端相反的另一端与北部感应电极相连接。
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