带自发电的隔声屏障的制作方法

本发明涉及一种带自发电的隔声屏障。

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(soundinsulationscreen)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。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提出一种带自发电的隔声屏障。

为了达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：一种带自发电的隔声屏障，它包括隔音壁、连接在隔音壁的外侧的拱形薄膜，隔音壁具有接触起电部，拱形薄膜的凹陷的一侧朝向接触起电部，拱形薄膜具有与接触起电部相互接触起电的第一接触起电层，拱形薄膜具有柔性使其自身在受风压或声波振动时产生形变，当拱形薄膜产生形变时，第一接触起电层与接触起电部相互接触和脱离而产生电荷输出。

进一步地，接触起电部包括与第一接触起电层相互接触和脱离而产生电荷输出的第二接触起电层、能够感应第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电时所产生电荷的电极。

更进一步地，第二接触起电层为隔音壁自身的外壁或贴附在隔音壁的外表面上的薄膜或贴附在电极表面上的薄膜，薄膜为聚合物材料、铝箔或铜箔。

进一步地，接触起电部为设置在隔音壁上的电极。

进一步地，拱形薄膜为单层结构，上述的第一接触起电层为拱形薄膜自身。

进一步地，拱形薄膜为双层结构，它包括拱形的基膜和贴附在拱形基膜的凹陷一侧的聚合物薄膜，该聚合物薄膜即为上述的第一接触起电层。

更进一步地，拱形薄膜的厚度不超过1mm。

进一步地，当拱形薄膜为单层结构时，拱形薄膜可采用聚合物材料，其厚度优选为50～150μm，以保证聚合物材料的拱形薄膜具有一定的弹性模量，且弹性模量又不会过大。

进一步地，当拱形薄膜为单层结构时，拱形薄膜可采用金属材料，金属材料的拱形薄膜，如果太薄，会过脆，当受风压或声波振动时，易损坏，而如果太厚，又会柔性不够，从而导致当受风压或声波振动时产生的形变不够，因金属材料密度大，太厚还会过沉。因此，金属材料的拱形薄膜的厚度优选为100～200μm。

进一步地，电极与外部负载相电连接，外部负载的与电极相连接一端相反的另一端接地。外部负载可采用led灯等。

通过采用上述技术方案，本发明带自发电的隔声屏障，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。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明带自发电的隔声屏障的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一中带自发电的隔声屏障的剖面结构示意图；

图3至图6为本发明带自发电的隔声屏障的工作过程原理图；

附图7为本发明实施例二、实施例三中带自发电的隔声屏障的剖面结构示意图。

图中标号为：

1、隔音壁；2、拱形薄膜；3、电极；4、外部负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明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发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

参照附图1至附图6，本实施例中的一种带自发电的隔声屏障，它包括隔音壁1、连接在隔音壁1的外侧的拱形薄膜2，隔音壁1具有接触起电部，拱形薄膜2的凹陷的一侧朝向接触起电部，拱形薄膜2具有与接触起电部相互接触起电的第一接触起电层，拱形薄膜2具有柔性使其自身在受风压或声波振动时产生形变，当拱形薄膜2产生形变时，第一接触起电层与接触起电部相互接触和脱离而产生电荷输出。上述的隔音壁1的外侧是指隔音壁1的面相道路的一侧。

上述的接触起电部包括与第一接触起电层相互接触和脱离而产生电荷输出的第二接触起电层、能够感应第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电时所产生电荷的电极3。更具体地，第二接触起电层可以为隔音壁1自身的外壁，也可以为贴附在隔音壁1的外表面上的薄膜。

而上述的拱形薄膜2可以为单层结构，也可以为双层结构。当拱形薄膜2为单层结构时，上述的第一接触起电层即为拱形薄膜2自身；当拱形薄膜2为双层结构时，它包括拱形的基膜和贴附在拱形基膜的凹陷一侧的聚合物薄膜，该聚合物薄膜即为上述的第一接触起电层。

拱形薄膜2的厚度不超过1mm。

第一接触起电层和第二接触起电层的材料的选用，理论上只要起电系数不同，都能够接触起电，具体材料如何选择则依赖于起电系数。在本实施例中，提供几种优选的实施方案，但需要说明的是，在具体实际应用过程中并不仅限于以下几种方案。

方案一

参考附图2，上述的第二接触起电层为隔音壁1自身的外壁。其材料即为隔音壁1外壁的材料，如镀锌钢板、聚碳酸酯板等。

拱形薄膜2为单层结构，上述的第一接触起电层即为拱形薄膜2自身，可选材料为电介质材料或柔性金属薄膜。当第二接触起电层(隔音壁1外壁)为金属材料时，拱形薄膜2的材料优选为电介质材料。当第二接触起电层(隔音壁1外壁)为聚合物材料时，拱形薄膜2的材料可选择电介质材料，也可选择金属材料，优选为金属材料。

上述的电介质材料可为聚酰亚胺(kapton)、聚四氟乙烯(ptfe)等聚合物类薄膜，将其在拱形状态下，放入高温烘箱中烘烤定型，形成拱形的结构。为了保证聚合物材料的拱形薄膜2具有一定的弹性模量，且弹性模量又不会过大，其厚度优选为50～150μm。

若拱形薄膜2采用金属材料时，拱形薄膜2如果太薄，会过脆，当受风压或声波振动时，易损坏，而如果太厚，又会柔性不够，从而导致当受风压或声波振动时产生的形变不够，因金属材料密度大，太厚还会过沉。因此，金属材料的拱形薄膜2的厚度优选为100～200μm。

方案二

上述的第二接触起电层为贴附在隔音壁1的外表面上的薄膜。薄膜为聚合物材料、铝箔或铜箔。

拱形薄膜2为单层结构，第一接触起电层为拱形薄膜2自身。其材料的选择可参照方案一。

方案三

上述的第二接触起电层为隔音壁1自身的外壁。其材料参照方案一。

拱形薄膜2为双层结构，它包括拱形的基膜和贴附在拱形基膜的凹陷一侧的聚合物薄膜，该聚合物薄膜即为上述的第一接触起电层，材料优选为聚酰亚胺(kapton)、聚四氟乙烯(ptfe)，其厚度可参考方案一中的电介质材料的拱形薄膜2的厚度。

而基膜的选材，要求其具有柔性，能够在受风压或声波振动时产生形变使第一接触起电层与第二接触起电层接触和分离。当基膜选用金属材料时，其厚度可参考方案一中的金属材料的拱形薄膜2的厚度，当基膜选用电介质材料时，其厚度可参考方案一中的电介质材料的拱形薄膜2的厚度。

方案四

上述的第二接触起电层为贴附在隔音壁1的外表面上的薄膜。其材料参照方案二。

拱形薄膜2为双层结构，其结构和材料选择参照方案三。

在一种更为优选的实施方案中，电极3与外部负载4相电连接，外部负载4的与电极3相连接一端相反的另一端接地。本实施例中的外部负载4为led灯。

电极3采用感应电极3，优选为金属电极，其设置位置应保证能够感应到第二接触起电层与第一接触起电层相互接触起电时所产生电荷。本实施例中的电极3设置在隔音壁1的内部，以避免雨、雪、霜、雹等对电极3造成损害。

以本实施例中方案一中的结构为例，结合附图3至附图6，说明本带自发电的隔声屏障工作原理：如附图3所示，正常状态下，拱形薄膜2相对第二接触起电层拱起，第一接触起电层和第二接触起电层相互不接触；如附图4所示，当受风压或声波振动时，拱形薄膜2产生形变，第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电而产生电荷，第一接触起电层和第二接触起电层的两种材料所带电荷一正一负，附图中的电荷标示仅为示例，具体正负由材料决定；如附图5所示，拱形薄膜2形变恢复后，第一接触起电层与第二接触起电层相脱离，电势差出现，产生电流；如附图6所示，拱形薄膜2再次产生形变，第一接触起电层与第二接触起电层相接触，反向电流出现。以第一接触起电层为kapton、接触起电部为铝箔为例，对于10cm×10cm的表面，通过接触分离可以产生800v以上的开路输出电压以及25μa以上的短路输出电流，最大输出功率可达10mw。

实施例二

结合附图7，本实施例中的带自发电的隔声屏障与实施例一的区别仅在于：电极3设置在隔音壁1的外侧，第二接触起电层为贴附在电极3外表面上的薄膜，该薄膜的材料同样为聚合物材料、铝箔或铜箔。

实施例三

结合附图7，本实施例中的带自发电的隔声屏障与实施例一的区别仅在于：接触起电部为设置在隔音壁1上的电极，该电极3设置在隔音壁1的外侧，拱形薄膜2在受风压或声波振动时起伏产生形变，第一接触起电层与电极3相互接触和脱离而产生电荷输出。电极3优选金属电极，第一接触起电层的选材可参考实施例一，优选电介质材料(聚合物薄膜)。

本带自发电的隔声屏障，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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。