基于mems技术的振动发电无源乘车引导器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，包括站台，站台内包含有至少两个等候区，其特征在于：所述站台的每个等候区的地面埋有至少四个MEMS能源采集器，所述MEMS能源采集器按阵列方式分布，所述MEMS能源采集器的电压输出端接电源充电端，一个电源放电端接一个提示灯；所述站台的入口处设有指示屏，所述提示灯安装在指示屏上。该方案的显著效果是：采用以上技术方案的基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，利用人体走动时产生的振动来发电，无源节能；采集器埋于地下隐蔽不占空间，根据人走动的频繁程度来产生电量，从而在提示灯上显示，供乘客参考，从而选择合适的等候区，减少站台拥堵，缓解客流压力。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及测量客流量并显示的指示装置，具体涉及一种基于MEMS技术的 振动发电无源乘车引导器。 基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器
【背景技术】
[0002] 城市轨道交通是城市公共交通的骨干，它具有节能、省地、运量大、全天候、无污染 (或少污染）又安全等特点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则，特别适用于大 中城市。目前，国内外城市轨道交通发展十分迅速，就北京地铁来讲，轨道交通里程已经达 到336公里，预计到2015年运营里程将达到561公里，可见城市轨道交通正向着路网结构 复杂、客流需求增长的趋势发展。对于商场、车站等公共场所，客流量是极其重要的信息，利 用统计的客流量数据，管理人员可以合理调度人力、物力，合理配置资源，从而获得最佳的 运营效果。对于乘客来讲，总是希望第一时间找到等候人数最少的入口排队。
[0003] 早期发展的客流计数系统主要使用光电传感器，这种系统的实现过程简单。目前 比较成功的有南非Headcount公司的客流量统计系统，Headcount的全内置的检测器采用 多个红外传感器及多个高速的、具有人工智能技术的微处理器来连续监测客流模式，它可 以连续监测双向客流量，但无法知道具体在每个出口等候的人数多少。因此，只能作为客流 量统计，不能进行具体引导。因此现在迫切需要一个能够客流量多少的指示牌，用作提示刚 进站台的乘客。 实用新型内容
[0004] 为解决以上技术问题，本实用新型提供一种利用人走动产生的振动来发电的基于 MEMS技术的振动发电无源乘车引导器。
[0005] 具体技术方案如下：
[0006] -种基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，包括站台，站台内包含有至少两 个等候区，其关键在于：所述站台的每个等候区的地面埋有至少四个MEMS能源采集器，所 述MEMS能源采集器按阵列方式分布，所述MEMS能源采集器的电压输出端接电源充电端，一 个电源放电端接一个提示灯；所述站台的入口处设有指示屏，所述提示灯安装在指示屏上。 利用人体走动时产生的振动来发电，无源节能；采集器埋于地下隐蔽不占空间，根据人走动 的频繁程度来产生电量，从而在提示灯上显示，供乘客参考，从而选择合适的等候区，减少 站台拥堵，缓解客流压力。
[0007] 更进一步的技术方案是一个所述等候区中的所有MEMS能源采集器的电压输出端 接同一个电源充电端，一个等候区对应指示屏上一个提示灯。
[0008] 采用上述结构，一个等候区中的所有MEMS能源采集器对应一个提示灯，通过观察 该提示灯的明暗来得知客流量大小。
[0009] 更进一步的技术方案是一个等候区中的一个MEMS能源采集器的电压输出端对应 一个电源充电端，一个等候区上对应指示屏上一个提示灯组，提示灯组由阵列方式分布的 提示灯组成。
[0010] 采用上述结构，一个等候区中的每个MEMS能源采集器对应一个提示灯，多个提示 灯构成一个提示灯组，提示灯亮得越多，整体提示灯组看起来更亮，通过观察该提示灯组的 明暗来得知客流量大小。
[0011] 更进一步的技术方案是所述电源包括桥式整流二极管D和电容C，所述MEMS能源 采集器的正相输出端连桥式整流二极管D的正相输入端，桥式整流二极管D的负相输入端 与桥式整流二极管D的负相输出端相连，整流二极管D的正相输出端接电容C 一端，MEMS能 源采集器的负相输出端接电容C另一端，电容C两端为电源放电端。
[0012] 采用上述结构，对MEMS能源采集器产生的电压进行整流，整流后将电能存储在电 容中，从而为提示灯提供直流电。
[0013] 更进一步的技术方案是MEMS能源采集器是D33模式的压电式能源采集器。
[0014] 更进一步的技术方案是D33模式的压电式能源采集器包括Si架，所述Si架上固 定有复合悬臂梁，所述复合悬臂梁顶部是交错间隔分布的两组Pt/Ti叉指电极，在Pt/Ti叉 指电极之下依次是PZT压电层，Zr0 2层和Si02层，复合悬臂梁的末端固定有镍质量块。
[0015] 采用上述结构，通过复合悬臂梁的振动，拾取复合悬臂梁上PZT压电层的应力应 变产生的电荷。
[0016] 有益效果：采用以上技术方案的基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，利用 人体走动时产生的振动来发电，无源节能；采集器埋于地下隐蔽不占空间，根据人走动的频 繁程度来产生电量，从而在提示灯上显示，供乘客参考，从而选择合适的等候区，减少站台 拥堵，缓解客流压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型的实施例一的结构示意图；
[0018] 图2为本实用新型的实施例一的MEMS能源采集器（3)和电源（4)的连接示意图；
[0019] 图3为本实用新型的实施例一的电源（4)电路原理图；
[0020] 图4为本实用新型的实施例一的MEMS能源采集器结构侧视图；
[0021] 图5为本实用新型的实施例一的MEMS能源采集器结构俯视图；
[0022] 图6为本实用新型的实施例二的MEMS能源采集器（3)和电源（4)的连接示意图；
[0023] 图7为本实用新型的实施例二的提示灯（5)在指示屏（6)的分布图。
[0024] 其中1 --站台、2 -等候区、3 -MEMS能源米集器、4 -电源、5 -提不灯、6 -指不 屏、21-Si架、22-Pt/Ti叉指电极、23-PZT压电层、24-Zr02层、25-Si0 2层、26-镍质量 块。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
[0026] 如图1至图5所示，本实用新型的实施例--种基于MEMS技术的振动发电无源乘 车引导器，包括站台1，站台1内包含有至少两个等候区2,其关键在于：所述站台1的每个 等候区2的地面埋有至少四个MEMS能源采集器3,所述MEMS能源采集器3按阵列方式分 布，所述MEMS能源采集器3的电压输出端接电源4充电端，一个电源4放电端接一个提示 灯5 ;所述站台1的入口处设有指示屏6,所述提示灯5安装在指示屏6上。
[0027] 利用人体走动时产生的振动来发电，无源节能；采集器埋于地下隐蔽不占空间，根 据人走动的频繁程度来产生电量，从而在提示灯上显示，供乘客参考，从而选择合适的等候 区，减少站台拥堵，缓解客流压力。采集器可采集人体行走、运动时振动产生的能量，为充电 电池提供能量。整个采集器安装在地垫下方，只要有人在上面行走就会让采集器发生振动， 从而产生能量，而且通过的人越多，振动越频繁，产生的电量越多，电池电压越高。电池会驱 动LED发光，这样，如果在地垫上等候的人数很少或没有，LED灯就不发光，如果有人在地垫 上等候并来回走动，则LED发光，如果等候的人增多，则发光LED数量增多，亮度增大。从进 站口进来的乘客只需观察对应的LED指示灯就可以知道哪个入口人少，从而选择前往该入 口，实现运营效率的自动调节。
[0028] -个所述等候区2中的所有MEMS能源采集器3的电压输出端接同一个电源4充 电端，一个等候区2对应指示屏6上一个提示灯5。一个等候区中的所有MEMS能源采集器 对应一个提示灯，通过观察该提示灯的明暗来得知客流量大小。
[0029] 所述电源4包括桥式整流二极管D和电容C，所述MEMS能源采集器3的正相输出 端连桥式整流二极管D的正相输入端，桥式整流二极管D的负相输入端与桥式整流二极管 D的负相输出端相连，整流二极管D的正相输出端接电容C 一端，MEMS能源采集器3的负相 输出端接电容C另一端，电容C两端为电源4放电端。后续电路工作需要的是连续稳定的 电压，MEMS能源采集器3输出的电信号是交流电压，而交流电压是不能直接向电子器件供 能的，必须转换成直流电压。因此，交流电通过桥式整流电路转换为直流电，整流后将电 能存储在电容中，从而为提示灯提供直流电。
[0030] 提示灯5可以是LED灯，为了保护LED灯，可以在LED灯的供电回路上串联一个限 流电阻，如果无人走动或人少，电容C电量不足，LED灯不亮。如果走动人流量大，则电量充 足，LED灯会保持发光状态。
[0031] MEMS能源采集器3是D33模式的压电式能源采集器。压电型能源采集器的基本工 作原理是压电效应，即压电材料在外界振动激励作用下发生形变，引起材料内部应力的变 化，其内部电荷发生位移从而产生了电场。
[0032] D33模式的压电式能源采集器包括Si架21，所述Si架21上固定有复合悬臂梁， 所述复合悬臂梁顶部是交错间隔分布的两组Pt/Ti叉指电极22,在Pt/Ti叉指电极22之下 依次是PZT压电层23, Zr02层24和Si02层25,复合悬臂梁的末端固定有镍质量块26。本 系统采用D33模式，两组Pt/Ti叉指电极22在振动情况下产生感应电场，Zr0 2层24作为绝 缘层可以阻挡PZT压电层23产生的电荷泄漏；镍质量块26是用来降低复合悬臂梁的谐振 频率，以实现工作在低频的环境。通过复合悬臂梁的振动，拾取复合悬臂梁上PZT压电层 的应力应变产生的电荷。压电式能源采集器选用复合悬梁臂作为其结构类型，原因在于其 具有结构刚度低、结构简单、容易通过微细加工实现等优点。压电式能源采集器需要工作于 谐振状态，技术要求其谐振频率必须和人走动时产生的振动频率相匹配，但微型结构由于 尺寸较小，很难达到预期的低谐振频率，因此在复合悬臂梁固定了一定重量的质量块来降 低谐振频率。在质量块的选用上，考虑到谐振频率和质量块重量成反比的关系，因此采用了 密度较大的金属镍，制备和复合悬臂梁宽度一致的镍质量块26。
[0033] 如图6、7所示，本实用新型的实施例二，其与实施例一的区别在于：一个等候区2 中的一个MEMS能源采集器3的电压输出端对应一个电源4充电端，一个等候区2上对应指 示屏6上一个提示灯组，提示灯组由阵列方式分布的提示灯5组成。一个等候区中的每个 MEMS能源采集器对应一个提示灯，多个提示灯构成一个提示灯组，提示灯亮得越多，整体提 示灯组看起来更亮，通过观察该提示灯组的明暗来得知客流量大小。其他结构和实施例一 相同，在此不赘述。
[0034] 最后需要说明的是，本基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器最大的优点是 不但可以检测人流量的多少，而且整个系统无需外部供电。这种结构的压变电量检测与采 集装置还可以用于各种环保发电领域，如小区楼道、学校大门等场所的照明自供电。上述描 述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不 违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入 本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，包括站台（1)，站台⑴内包含有 至少两个等候区（2)，其特征在于：所述站台（1)的每个等候区（2)的地面埋有至少四个 MEMS能源采集器（3)，所述MEMS能源采集器（3)按阵列方式分布，所述MEMS能源采集器（3) 的电压输出端接电源⑷充电端，一个电源⑷放电端接一个提示灯（5);所述站台⑴的 入口处设有指示屏（6)，所述提示灯（5)安装在指示屏（6)上。
2. 根据权利要求1所述基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，其特征在于：一个 所述等候区⑵中的所有MEMS能源采集器（3)的电压输出端接同一个电源（4)充电端，一 个等候区（2)对应指示屏（6)上一个提示灯（5)。
3. 根据权利要求1所述基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，其特征在于：一个 等候区⑵中的一个MEMS能源采集器（3)的电压输出端对应一个电源（4)充电端，一个等 候区（2)上对应指示屏（6)上一个提示灯组，提示灯组由阵列方式分布的提示灯（5)组成。
4. 根据权利要求2或3所述基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，其特征在于： 所述电源（4)包括桥式整流二极管D和电容C，所述MEMS能源采集器（3)的正相输出端连 桥式整流二极管D的正相输入端，桥式整流二极管D的负相输入端与桥式整流二极管D的 负相输出端相连，整流二极管D的正相输出端接电容C 一端，MEMS能源采集器（3)的负相 输出端接电容C另一端，电容C两端为电源⑷放电端。
5. 根据权利要求2或3所述基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，其特征在于： MEMS能源采集器（3)是D33模式的压电式能源采集器。
6. 根据权利要求5所述基于MEMS技术的振动发电无源乘车引导器，其特征在于：D33 模式的压电式能源采集器包括Si架（21)，所述Si架（21)上固定有复合悬臂梁，所述复合 悬臂梁顶部是交错间隔分布的两组Pt/Ti叉指电极（22)，在Pt/Ti叉指电极（22)之下依次 是PZT压电层（23)，21〇 2层（24)和5102层（25)，复合悬臂梁的末端固定有镍质量块（26)。
【文档编号】G07C9/00GK203909879SQ201420343468
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】王丽, 邓思贵 申请人:重庆工业职业技术学院