帶自發電的隔聲屏障的製作方法
2023-06-04 20:15:06 2
本發明涉及一種帶自發電的隔聲屏障。
背景技術：
隨著道路橋梁的大量興建，鐵路公路的交通噪聲汙染也日益嚴重，在道路(公路、鐵路)的兩側設置隔聲屏障是目前較多採用的一種降低交通噪聲的方法。隔聲屏障(soundinsulationscreen)是一個隔聲設施，它為了遮擋聲源和接收者之間直達聲，在聲源和接收者之間插入一個設施，使聲波傳播有一個顯著的附加衰減，從而減弱接收者所在的一定區域內的噪聲影響。
隔聲屏障常見的類型有四種，分別是阻性聲屏障，普通透明聲屏障，微孔板透明聲屏障以及複合式聲屏障。阻性隔聲屏障由前板，後板，側板構成一個封閉的箱式結構，形成一個模塊化單元。前板為穿孔率25％的鍍鋅鋼板，後板和側板為不穿孔的鍍鋅鋼板，(從美觀角度考慮，也可用彩色鋼板)，兩層板之間內填防潮離心玻璃棉板，吸聲材料用聚氟乙烯薄膜覆蓋。普通透明隔聲屏障採用透明的聚碳酸酯板(又稱pc板)，因為是透明，隔聲屏障的景觀感較好，比較容易溶入周圍的環境，顏色可選。微孔板透明隔聲屏障有2層，它應用了微孔吸聲原理，在1層聚碳酸酯板上穿許多直徑為0.8mm的小孔，穿孔率1％，另一層聚碳酸酯板不穿孔，兩層板之間的間距為100mm，它相當於一個單層微孔吸聲結構，解決了吸聲和透明之間的矛盾。由於聲波的作用，微孔並不會被灰塵堵塞。複合式隔聲屏障兼有透明和不透明隔聲屏障的優點。它的一半是阻性隔聲屏障，另一半是透明隔聲屏障，由一與二複合而成以上4種隔聲屏障的高度可根據設計要求自由組合，亦可根據需求定製路屏。目前國內用於交通隔聲屏障的吸聲材料主要是超細玻璃棉、礦棉等無機材料。
現有技術的缺點：1.目前國內的降噪關注點更多的是在噪聲源地減弱和在傳播路徑中做隔聲屏障，忽略了隔聲屏障本身承受循環荷載時的損壞而帶來的降噪效果減弱。國內現大量使用的超細玻璃棉類吸聲材料本身強度較低，性脆易斷，在長期的大流量的交通流振動產生的交變荷載、車輛經過產生的振動和風壓影響下，纖維材料的脆性斷裂和粉塵化使原來的均質結構不復存在，造成螺栓、連接件鬆動、失效、隔聲屏障單元板的破損，隔聲屏障未能起到有效的吸聲降噪。
2.日常維護工作量大，效率低。隔聲屏障日常維護和定期保養是確保聲屏障外觀整潔、設施完好、結構安全、保持其降噪功能必不可少的工作。但是隔聲屏障的內部損壞不易發現，加大了日常維護的難度，會造成維修更換不及時，費時費力。
3.國內現有隔聲屏障沿線缺乏良好的預警機制。鐵路、高速公路沿線的隔聲屏障一旦發生損壞，若未及時修復，在無顯眼標識預警的情況下，存在著一定的安全隱患。
4.公路(鐵路)沿線信號控制、照明需求、電子攝像頭等用電須單獨從附近供電局鋪設電纜，增加投資和運營成本，不符合環保理念。隨著我國鐵路的快速發展，鐵路網的覆蓋面也越來越廣，公共電力網不可能方便地向鐵路沿線所有用電地點供電，對於地點偏遠、規模不大、人員不多的中小型站點，從公共電力網接引電源會產生電網建設的高額費用並帶來維護工作的諸多不便。鐵路沿線雖然有鐵路專用供電接觸網，但因其為單相高壓交流電，且電壓波動範圍可達-30％～+24％之大，同時電力機車在運行過程中也會造成接觸網電壓畸變，其供電質量明顯低於公共電力網，用普通電力設備很難滿足電源變換要求。
技術實現要素：
為了克服上述的技術問題，本發明的目的在於提出一種帶自發電的隔聲屏障。
為了達到上述目的，本發明提供了一種技術方案：一種帶自發電的隔聲屏障，它包括隔音壁、連接在隔音壁的外側的拱形薄膜，隔音壁具有接觸起電部，拱形薄膜的凹陷的一側朝向接觸起電部，拱形薄膜具有與接觸起電部相互接觸起電的第一接觸起電層，拱形薄膜具有柔性使其自身在受風壓或聲波振動時產生形變，當拱形薄膜產生形變時，第一接觸起電層與接觸起電部相互接觸和脫離而產生電荷輸出。
進一步地，接觸起電部包括與第一接觸起電層相互接觸和脫離而產生電荷輸出的第二接觸起電層、能夠感應第一接觸起電層與第二接觸起電層相互接觸起電時所產生電荷的電極。
更進一步地，第二接觸起電層為隔音壁自身的外壁或貼附在隔音壁的外表面上的薄膜或貼附在電極表面上的薄膜，薄膜為聚合物材料、鋁箔或銅箔。
進一步地，接觸起電部為設置在隔音壁上的電極。
進一步地，拱形薄膜為單層結構，上述的第一接觸起電層為拱形薄膜自身。
進一步地，拱形薄膜為雙層結構，它包括拱形的基膜和貼附在拱形基膜的凹陷一側的聚合物薄膜，該聚合物薄膜即為上述的第一接觸起電層。
更進一步地，拱形薄膜的厚度不超過1mm。
進一步地，當拱形薄膜為單層結構時，拱形薄膜可採用聚合物材料，其厚度優選為50～150μm，以保證聚合物材料的拱形薄膜具有一定的彈性模量，且彈性模量又不會過大。
進一步地，當拱形薄膜為單層結構時，拱形薄膜可採用金屬材料，金屬材料的拱形薄膜，如果太薄，會過脆，當受風壓或聲波振動時，易損壞，而如果太厚，又會柔性不夠，從而導致當受風壓或聲波振動時產生的形變不夠，因金屬材料密度大，太厚還會過沉。因此，金屬材料的拱形薄膜的厚度優選為100～200μm。
進一步地，電極與外部負載相電連接，外部負載的與電極相連接一端相反的另一端接地。外部負載可採用led燈等。
通過採用上述技術方案，本發明帶自發電的隔聲屏障，具有以下優點：
1.在不減弱原有的降噪效果基礎上，利用壓電材料和吸噪材料將噪聲和振動對空氣地擠壓轉化為電能，滿足沿線的弱電需求，產生可再生的綠色能源。由於空氣擠壓和振動的能量被吸收，循環荷載減小，使屏障板單次振幅減小，減弱循環荷載帶來的對吸聲材料的損壞，增長隔聲屏障的使用年限。
2.通過電路中電壓的變化，自動形成一套維護系統，用於對公路(鐵路)沿線隔聲屏障的監管，可發現內部損壞、螺栓連接件的鬆動等不易發現的問題，節約人力物力，降低運營維護成本。
3.可在沿線隔聲屏障設置明顯的警示標誌，如led燈等，其電力由自發電產生，消除隱藏隱患。
4.自發電產生的電力可由蓄電池儲蓄，經一系列地轉換後滿足公路(鐵路)沿線的信號控制、gps定位、傳感器等用電，傳感器的應用包括設置振動傳感器來檢測隔聲屏障是否損壞、設置位置傳感器來檢測是否有障礙物進入道路等等，gps定位有助於對車輛(列車)的行駛狀況進行實時監控，能夠及時發現車輛(列車)的行駛異常，而自發電產生的多餘電力甚至可用於附近居民用電或其他方面，符合可持續發展的理念。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
附圖說明
圖1為本發明帶自發電的隔聲屏障的立體結構示意圖；
圖2為本發明實施例一中帶自發電的隔聲屏障的剖面結構示意圖；
圖3至圖6為本發明帶自發電的隔聲屏障的工作過程原理圖；
附圖7為本發明實施例二、實施例三中帶自發電的隔聲屏障的剖面結構示意圖。
圖中標號為：
1、隔音壁；2、拱形薄膜；3、電極；4、外部負載。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
實施例一
參照附圖1至附圖6，本實施例中的一種帶自發電的隔聲屏障，它包括隔音壁1、連接在隔音壁1的外側的拱形薄膜2，隔音壁1具有接觸起電部，拱形薄膜2的凹陷的一側朝向接觸起電部，拱形薄膜2具有與接觸起電部相互接觸起電的第一接觸起電層，拱形薄膜2具有柔性使其自身在受風壓或聲波振動時產生形變，當拱形薄膜2產生形變時，第一接觸起電層與接觸起電部相互接觸和脫離而產生電荷輸出。上述的隔音壁1的外側是指隔音壁1的面相道路的一側。
上述的接觸起電部包括與第一接觸起電層相互接觸和脫離而產生電荷輸出的第二接觸起電層、能夠感應第一接觸起電層與第二接觸起電層相互接觸起電時所產生電荷的電極3。更具體地，第二接觸起電層可以為隔音壁1自身的外壁，也可以為貼附在隔音壁1的外表面上的薄膜。
而上述的拱形薄膜2可以為單層結構，也可以為雙層結構。當拱形薄膜2為單層結構時，上述的第一接觸起電層即為拱形薄膜2自身；當拱形薄膜2為雙層結構時，它包括拱形的基膜和貼附在拱形基膜的凹陷一側的聚合物薄膜，該聚合物薄膜即為上述的第一接觸起電層。
拱形薄膜2的厚度不超過1mm。
第一接觸起電層和第二接觸起電層的材料的選用，理論上只要起電係數不同，都能夠接觸起電，具體材料如何選擇則依賴於起電係數。在本實施例中，提供幾種優選的實施方案，但需要說明的是，在具體實際應用過程中並不僅限於以下幾種方案。
方案一
參考附圖2，上述的第二接觸起電層為隔音壁1自身的外壁。其材料即為隔音壁1外壁的材料，如鍍鋅鋼板、聚碳酸酯板等。
拱形薄膜2為單層結構，上述的第一接觸起電層即為拱形薄膜2自身，可選材料為電介質材料或柔性金屬薄膜。當第二接觸起電層(隔音壁1外壁)為金屬材料時，拱形薄膜2的材料優選為電介質材料。當第二接觸起電層(隔音壁1外壁)為聚合物材料時，拱形薄膜2的材料可選擇電介質材料，也可選擇金屬材料，優選為金屬材料。
上述的電介質材料可為聚醯亞胺(kapton)、聚四氟乙烯(ptfe)等聚合物類薄膜，將其在拱形狀態下，放入高溫烘箱中烘烤定型，形成拱形的結構。為了保證聚合物材料的拱形薄膜2具有一定的彈性模量，且彈性模量又不會過大，其厚度優選為50～150μm。
若拱形薄膜2採用金屬材料時，拱形薄膜2如果太薄，會過脆，當受風壓或聲波振動時，易損壞，而如果太厚，又會柔性不夠，從而導致當受風壓或聲波振動時產生的形變不夠，因金屬材料密度大，太厚還會過沉。因此，金屬材料的拱形薄膜2的厚度優選為100～200μm。
方案二
上述的第二接觸起電層為貼附在隔音壁1的外表面上的薄膜。薄膜為聚合物材料、鋁箔或銅箔。
拱形薄膜2為單層結構，第一接觸起電層為拱形薄膜2自身。其材料的選擇可參照方案一。
方案三
上述的第二接觸起電層為隔音壁1自身的外壁。其材料參照方案一。
拱形薄膜2為雙層結構，它包括拱形的基膜和貼附在拱形基膜的凹陷一側的聚合物薄膜，該聚合物薄膜即為上述的第一接觸起電層，材料優選為聚醯亞胺(kapton)、聚四氟乙烯(ptfe)，其厚度可參考方案一中的電介質材料的拱形薄膜2的厚度。
而基膜的選材，要求其具有柔性，能夠在受風壓或聲波振動時產生形變使第一接觸起電層與第二接觸起電層接觸和分離。當基膜選用金屬材料時，其厚度可參考方案一中的金屬材料的拱形薄膜2的厚度，當基膜選用電介質材料時，其厚度可參考方案一中的電介質材料的拱形薄膜2的厚度。
方案四
上述的第二接觸起電層為貼附在隔音壁1的外表面上的薄膜。其材料參照方案二。
拱形薄膜2為雙層結構，其結構和材料選擇參照方案三。
在一種更為優選的實施方案中，電極3與外部負載4相電連接，外部負載4的與電極3相連接一端相反的另一端接地。本實施例中的外部負載4為led燈。
電極3採用感應電極3，優選為金屬電極，其設置位置應保證能夠感應到第二接觸起電層與第一接觸起電層相互接觸起電時所產生電荷。本實施例中的電極3設置在隔音壁1的內部，以避免雨、雪、霜、雹等對電極3造成損害。
以本實施例中方案一中的結構為例，結合附圖3至附圖6，說明本帶自發電的隔聲屏障工作原理：如附圖3所示，正常狀態下，拱形薄膜2相對第二接觸起電層拱起，第一接觸起電層和第二接觸起電層相互不接觸；如附圖4所示，當受風壓或聲波振動時，拱形薄膜2產生形變，第一接觸起電層與第二接觸起電層相互接觸起電而產生電荷，第一接觸起電層和第二接觸起電層的兩種材料所帶電荷一正一負，附圖中的電荷標示僅為示例，具體正負由材料決定；如附圖5所示，拱形薄膜2形變恢復後，第一接觸起電層與第二接觸起電層相脫離，電勢差出現，產生電流；如附圖6所示，拱形薄膜2再次產生形變，第一接觸起電層與第二接觸起電層相接觸，反向電流出現。以第一接觸起電層為kapton、接觸起電部為鋁箔為例，對於10cm×10cm的表面，通過接觸分離可以產生800v以上的開路輸出電壓以及25μa以上的短路輸出電流，最大輸出功率可達10mw。
實施例二
結合附圖7，本實施例中的帶自發電的隔聲屏障與實施例一的區別僅在於：電極3設置在隔音壁1的外側，第二接觸起電層為貼附在電極3外表面上的薄膜，該薄膜的材料同樣為聚合物材料、鋁箔或銅箔。
實施例三
結合附圖7，本實施例中的帶自發電的隔聲屏障與實施例一的區別僅在於：接觸起電部為設置在隔音壁1上的電極，該電極3設置在隔音壁1的外側，拱形薄膜2在受風壓或聲波振動時起伏產生形變，第一接觸起電層與電極3相互接觸和脫離而產生電荷輸出。電極3優選金屬電極，第一接觸起電層的選材可參考實施例一，優選電介質材料(聚合物薄膜)。
本帶自發電的隔聲屏障，具有以下優點：
1.在不減弱原有的降噪效果基礎上，利用壓電材料和吸噪材料將噪聲和振動對空氣地擠壓轉化為電能，滿足沿線的弱電需求，產生可再生的綠色能源。由於空氣擠壓和振動的能量被吸收，循環荷載減小，使屏障板單次振幅減小，減弱循環荷載帶來的對吸聲材料的損壞，增長隔聲屏障的使用年限。
2.通過電路中電壓的變化，自動形成一套維護系統，用於對公路(鐵路)沿線隔聲屏障的監管，可發現內部損壞、螺栓連接件的鬆動等不易發現的問題，節約人力物力，降低運營維護成本。
3.可在沿線隔聲屏障設置明顯的警示標誌，如led燈等，其電力由自發電產生，消除隱藏隱患。
4.自發電產生的電力可由蓄電池儲蓄，經一系列地轉換後滿足公路(鐵路)沿線的信號控制、gps定位、傳感器等用電，傳感器的應用包括設置振動傳感器來檢測隔聲屏障是否損壞、設置位置傳感器來檢測是否有障礙物進入道路等等，gps定位有助於對車輛(列車)的行駛狀況進行實時監控，能夠及時發現車輛(列車)的行駛異常，而自發電產生的多餘電力甚至可用於附近居民用電或其他方面，符合可持續發展的理念。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，並不用於限制本發明，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。