具有摩擦纳米发电装置的防风障制造方法及图纸

本公开描述一种具有摩擦纳米发电装置的防风障，包括防风障主体、以及设置于防风障主体的摩擦纳米发电装置，摩擦纳米发电装置包括相对设置的第一电极和第二电极、设置于第一电极与第二电极之间的折纸结构、覆盖于折纸结构的摩擦层、以及与第一电极和第二电极连接的转化电路，摩擦纳米发电装置被构造为，在无侧风作用时，第一电极与第二电极处于分离状态；在侧风的作用下，折纸结构被压缩，折纸结构与摩擦层接触并摩擦以使第一电极与第二电极之间产生电势差，通过第一电极与第二电极周期性地接触和分离，转化电路输出交流电。由此，能够利用摩擦纳米发电装置将防风障主体受到的侧风转换为电能。转换为电能。转换为电能。

【技术实现步骤摘要】
具有摩擦纳米发电装置的防风障
[0001]本申请是申请日为2020年05月29日、申请号为CN202010475352.8、专利技术名称为一种使用折纸结构摩擦纳米发电机的防风障的专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及桥梁工程
，尤其是涉及一种具有摩擦纳米发电装置的防风障。

技术介绍

[0003]桥梁是现代交通运输系统中的重要组成部分，处于强风频发地区的桥梁道路，如新疆、内蒙以及沿海等地的公路，由于地理位置等原因，桥梁路面的风速要远远高于其他路面的风速，在该处道路行驶的车辆侧风行车安全问题凸显。为降低侧风对桥面行车安全的影响、避免发生车辆侧滑或侧倾事故，改善桥面行车环境、提高桥梁有效通行时间，通常需要在桥梁两侧或中央分隔带上设置防风障。通过加设防风障，能够降低桥面风速、增加桥面行车舒适性、是改善桥梁使用功能的一种主要手段。
[0004]现有的防风障大多采用“钢立柱+障条”的条式风障结构，其中，钢立柱起支撑作用，风障条起挡风作用，通过调节风障条的宽度、间距以及数量，可以控制风障的挡风效果。如图1所示，防风障主体7主要由风障立柱1、风障条2、风障拉索3、风障夹板与阻尼橡胶套4组成，风障立柱1为固定风障条2的柱状构件；风障条2固定在风障立柱1之间，是一种用于减小侧风风荷载的水平条形受力构件；风障拉索3用于保证桥梁风障的整体稳固性，其材料为不锈钢丝等，需施加预应力；风障夹板用于夹紧风障条2，并采用高强度螺栓固定在风障立柱1上；阻尼橡胶套4用于减小风障条2的震动。
[0005]在实际应用中，当出现大风天气时，风障条将会受到较大的侧风压力，使得整个防风障主体容易发生振动，容易发生损坏现象，甚至会带动桥梁整体振动。此外，现有的防风障并不能对桥面行驶车辆产生警示作用，在风速较大时，无法有效提醒行驶车辆注意安全行驶。

技术实现思路

[0006]本专利技术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使用折纸结构摩擦纳米发电机的防风障，基于现有的防风障主体结构，结合使用折纸结构的摩擦纳米发电机技术，以缓冲防风障受到的侧风压力，并通过风电转换，将电能用于警示灯板，以有效警示行驶车辆。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种使用折纸结构摩擦纳米发电机的防风障，包括防风障主体，所述防风障主体的外侧安装有摩擦纳米发电装置和风速传感器，所述摩擦纳米发电装置用于将风能转换为电能，所述摩擦纳米发电装置内部设有用于缓冲侧风压力以及增大摩擦面积的折纸结构，所述防风障主体上还安装有警示装置，所述风速传感器连接有处理器，所述摩擦纳米发电装置的输出端分别连接至风速传感器、通过
可控开关连接至警示装置，以分别提供电能给风速传感器和警示装置，所述处理器与可控开关相连接，以控制可控开关的导通与关断。
[0008]进一步地，所述摩擦纳米发电装置具体为垂直接触分离式摩擦纳米发电装置，所述摩擦纳米发电装置还包括摩擦层、TENG(TriboelectricNanogenerators，摩擦纳米发电机)电路和相互对称设置的电极，所述折纸结构位于电极之间，所述摩擦层覆盖在折纸结构的外表面，所述TENG电路的输入端与电极相连接，所述TENG电路的输出端分别连接至风速传感器、通过可控开关连接至警示装置。
[0009]进一步地，所述TENG电路的输出端依次连接有全波整流电路和滤波电容，所述滤波电容分别连接至风速传感器、通过可控开关连接至警示装置。
[0010]进一步地，所述摩擦层的负极采用全氟烷材料，所述摩擦层的正极采用弹性乳胶材料。
[0011]进一步地，所述电极采用金属铝材质。
[0012]进一步地，所述折纸结构采用类蜂窝胞壁形式，以产生缓冲和抗压作用。
[0013]进一步地，所述摩擦纳米发电装置以简支形式安装在防风障主体的外侧。
[0014]进一步地，所述警示装置安装在风障条的内侧。
[0015]进一步地，所述警示装置包括多个发光二极管。
[0016]进一步地，所述发光二极管得电后发出以预设频率进行闪烁的黄色灯光。
[0017]本专利技术的具体工作原理为：当无侧风作用时，摩擦纳米发电装置的电极处于分离状态，此时摩擦纳米发电装置不输出电能；
[0018]当有侧风作用时，侧风压力作用于位于风障条外侧的摩擦纳米装置，折纸结构压缩，折纸结构与摩擦层接触摩擦，通过摩擦起电以及静电感应，两个电极之间产生电势差，伴随侧风压力大小的不规则变化，形成电极之间周期性的接触分离过程，TENG电路依此将风能转换为电能，输出交流电，该交流电经过全波整流电路变换为直流电，再经过滤波电容输出平稳的直流电，该直流电输出给风速传感器，风速传感器检测当前侧风的风速，若处理器判断当前侧风的风速值是否超过预设的风速阈值，若判断为是，则控制可控开关导通，警示系统从摩擦纳米装置得电后，发出闪烁的黄色灯光，从而提醒桥梁路面的行驶车辆当前风速过大、需注意安全行驶；若判断为否，则控制可控开关关断，警示系统失电，不对桥梁路面的行驶车辆进行提醒。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]一、本专利技术结合设置折纸结构的摩擦纳米发电装置以及警示装置，利用摩擦纳米发电装置将风障条受到的侧风转换为电能，并将该电能输出给警示装置，不仅能够通过折纸结构缓冲减少桥梁防风障受到的侧风压力，同时能够对桥梁路面行驶车辆产生警示作用。
[0021]二、本专利技术将摩擦层覆盖在折纸结构的外表面，以有效增加摩擦层的接触表面积，从而显著放大接触摩擦带电和静电感应作用，形成可产生感应电荷的区域，增强能量转换效率，保证防风障受到的侧风能够有效地被转换为电能。
[0022]三、本专利技术通过风速传感器实时采集当前侧风风速，利用处理器进行危险风速的判断，从而控制警示装置是否得电，依次保证警示装置能够及时可靠地提醒桥梁路面行驶车辆注意安全行驶。
附图说明
[0023]现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开，其中：
[0024]图1防风障本体的示意图。
[0025]图2为本专利技术的结构示意图。
[0026]图3为本专利技术中摩擦纳米发电装置的结构示意图。
[0027]图4为本专利技术中TENG电路的连接示意图。
[0028]附图标记说明
[0029]1…
风障立柱，2
…
风障条，3
…
风障拉索，4
…
风障夹板和阻尼橡胶套，5
…
桥面，6
…
桥梁护栏，7
…
防风障主体，8
…
摩擦纳米发电装置，9
…
连接导线，10
…
风速传感器，101
…
处理器，11
…
可控开关，12
…
警示装置，13
…
折纸结构，14
…
电极，15
…
摩擦层，16
…
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有摩擦纳米发电装置的防风障，其特征在于，包括防风障主体、以及设置于所述防风障主体的摩擦纳米发电装置，所述摩擦纳米发电装置包括相对设置的第一电极和第二电极、设置于所述第一电极与所述第二电极之间的折纸结构、覆盖于所述折纸结构的摩擦层、以及与所述第一电极和所述第二电极连接的转化电路，所述摩擦纳米发电装置被构造为，在无侧风作用时，所述第一电极与所述第二电极处于分离状态；在侧风的作用下，所述折纸结构被压缩，所述折纸结构与所述摩擦层接触并摩擦以使所述第一电极与所述第二电极之间产生电势差，通过所述第一电极与所述第二电极周期性地接触和分离，所述转化电路输出交流电。2.根据权利要求1所述的防风障，其特征在于，还包括与所述转化电路的输出端连接的风速传感器，所述风速传感器用于检测当前的侧风的风速。3.根据权利要求1或2所述的防风障，其特征在于，还包括与所述转化电路的输出端连接的全波整流电路，所述交流电经所述全波整流电路转化为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丰，姜茗馨，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：