本实用新型专利技术涉及一种压电式节能道路照明系统，其技术方案是包括若干组压电换能结构、两级能量降压式DC-DC变换电路、光学传感器、稳压整流电路和变压输出电路；压电换能结构将所受到的挤压力变为电能后，通过两级能量降压式DC-DC变换电路将交流电转变为直流电，经过光学传感器传入稳压整流电路；经过稳压整流电路稳压整流后，传入变压输出电路，经过变压输出电路调节输出电压后，传给路灯将行驶车辆的机械能转化为电能提供给照明系统，不需要其他能源的供给；没有车辆及行人经过时，照明系统自动关闭，避免浪费多余的照明电能；不需要人工控制系统，该照明系统可以实现自动开启关闭的功能。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种基于压电材料提供电能的道路节能照明系统，可以感应车辆 自动开启关闭并自动供能的照明系统，车辆离开后自动关闭。
技术介绍
目前，全球能源的日益紧张。我国道路上普遍使用的是太阳能路灯照明系统。该 系统利用太阳能电池板，在白天将太阳能转化为电能作为唯一的供电源。但是，在太阳辐照 不足的天气里以及某些地方没有足够的太阳照射的情况下，太阳能难以保证供电系统的正 常运行。并且，该系统同样需要监控路灯控制系统，需要人为开启和关闭路灯，在某些公路 上若长时间没有车辆经过，造成能源浪费。
技术实现思路
为了避免路灯因早开或晚关，以及没有车辆经过而亮灯造成的能源浪费，本实用 新型提供一种新型照明系统，该照明系统不仅可以保证路灯的能源供给自给自足，而且不 需要人为控制照明系统，达到自动感应开关灯的效果。车辆驶来是自动开灯，车辆离开自动 关闭。 本技术的技术方案是：设计一种压电式节能道路照明系统，其特征在于，包括 若干组压电换能结构1、两级能量降压式DC-DC变换电路3、光学传感器7、稳压整流系统8 和变压输出系统9 ;所述压电换能结构1包括两个钹型金属帽11和两个陶瓷片10 ;陶瓷片 10与钹型金属帽11开口端相连接，且两片陶瓷片10未接触；若干组压电换能结构1相互 并联，且两端的钹型金属帽11上各设有一导电片，作为电极；压电换能结构1将所受到的挤 压力变为电能后，通过两级能量降压式DC-DC变换电路3将交流电转变为直流电，经过光学 传感器7传入稳压整流电路8 ;经过稳压整流电路8稳压整流后，传入变压输出电路9,经过 变压输出电路9调节输出电压后，传给路灯。 本技术的进一步技术方案是：所述两级能量降压式DC-DC变换电路3包括若 干二极管、放大电路T、动态电容Cr、静态电容Cf、储存电容D、电感L、负载&和电源P;电源 P与整个电路串联，其中若干二极管组成整流桥后，与储存电容D、动态电容Cr、静态电容Cf、 负载&相互并联；动态电容Cr与储存电容D之间串联有放大电路T，储存电容D与静态电 容Cf之间串联有电感L。 本技术的进一步技术方案是：所述负载为稳压整流电路，所述电源P为压电 换能系统。 专利技术效果 本技术的技术效果在于：将行驶车辆的机械能转化为电能提供给照明系统， 不需要其他能源的供给；没有车辆及行人经过时，照明系统自动关闭，避免浪费多余的照明 电能；不需要人工控制系统，该照明系统可以实现自动开启关闭的功能。【附图说明】 图1 :是本技术应用在实际中的总体效果图。 图2 :是外力作用于压电式能量转换系统的结构示意图。 图3 :是钹型压电换能结构示意图。 图4 :是本技术结构示意图。 图5 :是压电式两级能量降压式DC-DC变换电路的电路图。 附图1标记说明：1_压电换能结构；2-路灯；3-两级能量降压式DC-DC变换电路； 4-电路回路；5-车轮载荷；6-路面；7-光学传感器；8-稳压整流电路；9-变压输出电路； 10-陶瓷片；11-钹型金属帽。【具体实施方式】 下面结合具体实施实例，对本技术技术方案进一步说明。 1、在图1中，埋在道路表面以下lcm-5cm范围内的压电式节能道路照明系统包括 压电换能结构1，两级能量降压式DC-DC变换电路3,光学传感器7,稳压整流电路8,以及变 压输出电路9五个部分组成。该系统通过电路回路4与道路两旁的路灯2相连接，且每一 组的压电换能结构1仅供能于相距前方0_50m的路灯2。光学传感器7主要用于对光照强 度的感应，当光照低于设定值时，则导通压电式能量转换系统，使其为照明系统供电。稳压 整流电路8主要用于对压电换能系统的输出电压进行稳压整流。变压输出电路9主要用于 根据负载照明系统所需的电压进行调节输出电压。当车辆以40km/h的速度行驶过道路时， 压电换能系统会立即对车辆前方的照明系统提供电能，使得前方50m范围的灯可以自动开 启，当车辆及行人离去后，照明系统自动关闭。灯亮可持续3. 5s，车辆可以在3. 5s内到达下 一个压电系统，此时该路灯关闭，下一个路灯开启。 2、在图2中，车轮载荷5作用到路面6表面，使得压电换能结构1受到垂直路面的 挤压应力，产生应变变形，继而产生变形能。高效率的压电换能结构1将应变能转换为可利 用的电能，电流分辨通过光学传感器7,稳压整流电路8,以及变压输出电路9流向路灯，从 而实现对照明系统电能的供应。 3、在图3中，表示压电换能结构1，即由两片钹型金属帽11，及它们之间夹的压电 陶瓷片10粘接组成。选取PZT-82为压电陶瓷材料，采用厚度为2mm;选取厚度为0. 5mm的 H62黄铜片制备钹型金属帽；粘铜万能胶为制作压电换能器的粘胶剂。钹型金属帽侧壁厚 度为0? 5mm，内腔高度为3mm，顶圆半径为2mm，帽端小圆半径为4mm。通过并联方式连接3 组压电换能结构1，两端口的钹型金属帽11各粘接一导电片，作为电极。 同时，通过电路回路4将压电换能系统，光学传感器7,稳压整流电路8,以及变压 输出电路9相串联。两级能量降压式DC-DC变换电路是能量接口电路，是连接钹式换能结 构和稳压整流电路的，串联于系统中。其作用是将钹式换能结构产生的交变电流转变为直 流电，并给储存电容充电供负载使用，这里的负载是稳压整流电路，即将其电流进行整流， 稳压。以及后续的放大。光学传感器相当于一个开关，用于开启和关闭整个系统，串联在整 个系统中。 4、在图4中，两级能量降压式DC-DC变换电路3由二极管串联组成的整流桥与储 存电容并联，在整流桥和储存电容之间串联放大电路T，以及在动态电容Cr和静态电容Cf 之间串联电感L，同时将负载与动态电容，静态电容相并联，从而可以延长充电时间，提高能 量转换效率。当机械能转化为电能时，储存电容Cr充电，收集电量，通过电路供电到负载Rl 上。 实际应用中，在道路表面下铺设压电式能量转换系统，并且将其与路灯照明系统 相连接。依据压电材料的性能和压电效应的原理，即在外力作用下，压电换能器的核心材料 压电陶瓷内部的正负电荷发生规律性相对位移，从而导致其表面出现异性极化电荷，形成 电位移，从而将机械能转化为电能。当车辆和行人在路面上经过时，交通荷载垂直于路面的 部分力作用于道路中的压电式能量转换系统中，转换为电能。产生的电能可以立即传送给 路灯照明系统，使得道路两旁的路灯自动开启，当车辆离开后，没有电能输入，路灯自动关 闭。 当载荷直接作用于该纵向极化的压电材料时，通过正压电效应使两端电极面极化 出现电荷，由于两级断路，电荷聚集形成高压，此时两个级面间产生的电压值为： 其中：V-F作用下压电材料产生的电压 g-压电电压常数 d-压电应变常数 t-压电材料厚度 A-压电材料面积 针对高频率，以及动态载荷作用，压电式能量转换系统由钹型（Cymbal)压电换 能结构，两级能量降压式DC-DC变换电路，光学传感器，稳压整流系统，以及变压输出系统 组成。其中，钹型（Cymbal)压电换能结构可以在频带范围为OHz~20Hz的环境中有效的 将振动机械能转换为电能，在频带范围内输出功率为155. 71uW左右。针对道路车载频率 1HZ-20HZ，应力幅值为0. 5Mpa的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电式节能道路照明系统，其特征在于，包括若干组压电换能结构(1)、两级能量降压式DC‑DC变换电路(3)、光学传感器(7)、稳压整流电路(8)和变压输出电路(9)；所述压电换能结构(1)包括两个钹型金属帽(11)和两个陶瓷片(10)；陶瓷片(10)与钹型金属帽(11)开口端相连接，且两片陶瓷片(10)未接触；若干组压电换能结构(1)相互并联，且并联后，两端的钹型金属帽(11)上各设有一导电片，作为电极；压电换能结构(1)将其所受到的挤压力变为电能后，通过两级能量降压式DC‑DC变换电路(3)将交流电转变为直流电，经过光学传感器(7)传入稳压整流电路(8)；经过稳压整流电路(8)稳压整流后，传入变压输出电路(9)，经过变压输出电路(9)调节输出电压后，通过电路回路传给路灯。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱相宇，赵天，张永杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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