一种压电薄膜式路面融雪化冰装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桥面融雪化冰技术领域，尤其涉及一种压电薄膜式路面融雪化冰装置。
【背景技术】
[0002]交通运输是国民经济的大动脉，但道路路面降雪结冰问题，已成为道路工作者需重点解决的难题之一，而桥梁绝大部分是架设在江河和峡谷之间，甚至建设在跨海之间，因此解决这样的桥面融雪和化冰则是重中之重，否则会造成车毁人亡的交通事故，同事也会危及桥梁自身的安全。
[0003]目前，除冰雪的方法主要机械清除法和消融法。机械法适合于大面积机械化清除作业，但往往需在雪后完成，作业中有碍交通;路面结冰后，彻底清除困难;冰雪铲除机械受季节影响较大，利用率低。消融法包括化学消融法和热消融法。
[0004]化学消融法主要依托化学融化剂，该法虽然被普遍应用，但化学消融需要后期清理，环境污染严重，往往造成严重的水资源污染，同时化学试剂对钢筋、路面、行运工具腐蚀严重，需要巨额费用修复道路和桥梁，经济损失巨大。目前，许多国家和地区已经禁用化学消融法。热消融法主要通过加热电缆的方式使冰雪融化，但这需要强大的电力资源做后盾。现在又出现导电混凝土热消融，这种方法是通过在普通水泥混凝土中添加适当种类和适当含量的导电组分材料，使水泥混凝土变成具有良好导电性能的导电体。导电混凝土大体上分为三类，无机类(如导电水泥混凝土和水玻璃导电混凝土)，有机类(如沥青导电混凝土和树脂导电混凝土)和复合类(如聚合物导电混凝土和浸渍导电混凝土)。不管哪类都需要按一定的比例与水泥进行混合，一旦路面需要维修，大量的导电混凝土则被毁坏，就需重新配制该种混凝土，造成成本上升。同时需要安装复杂的管道，并通过诸如地能、太阳能等可再生能源提供导电混凝土发热达到融雪化冰的目的，但这些都面临使用条件和地区的限制，并且工艺复杂，经济性差，制约了导电混凝土的发展。
[0005]专利2013201857408公开了一种压电自发电的融雪化冰路面的方法，它是将多个压电陶瓷片叠堆成换能器埋伏在导电混凝土中，该方法同样存在路面因维修而毁坏压电陶瓷片等所有的技术问题。工艺、经济性等问题同样制约了该技术的应用。
【发明内容】
[0006]为了克服上述融雪化冰存在的技术缺点，本发明提供了一种能量转换效率高、融雪化冰效果好且结构轻便、方便拆装的压电薄膜式路面融雪化冰装置。
[0007]本发明所采用的技术方案包括压电薄膜堆，压电薄膜堆的输出端通过导线与能量存储器连接，能量存储器的输出端通过导线与碳纤维发热布连接，利用路面上行驶的车辆在压电薄膜堆上碾压产生周期性机械压缩与伸张而发电，经能量转换对碳纤维发热布供电，以热辐射方式向路面辐射能量，融雪化冰。
[0008]上述压电薄膜堆的外部设置有橡胶保护套，橡胶保护套的厚度为0.5?1.5mm。
[0009]上述压电薄膜堆是由至少6层压电薄膜层叠构成，每层压电薄膜的厚度为0.07?
0.09mm。
[0010]上述压电薄膜堆是由6?8层压电薄膜层叠构成，压电薄膜采用单晶PMN-PT/环氧1-3型复合材料制成，转换效率高，使用寿命长。
[0011]上述能量存储器是由倍压整流电路和LTC3588-1压电能量收集电源、负载电阻R、蓄电稳压电容Cl O连接构成，其中:
[0012]上述倍压整流电路的输出端与LTC3588-1压电能量收集电源的引脚PZ2以及负载电阻R的输入端相连，负载电阻的输出端与LTC3588-1压电能量收集电源的引脚PZl相连，蓄电稳压电容与LTC3588-1压电能量收集电源的输出端并联连接。
[0013]上述倍压整流电路是2?6倍放大的倍压整流电路。
[0014]上述负载电阻R的阻值为100?130kΩ，蓄电稳压电容ClO的电容量是30?60yF。
[0015]本发明的压电薄膜式路面融雪化冰装置是利用路面上行驶的车辆在压电薄膜堆上碾压产生周期性机械压缩与伸张而发电，经能量转换对碳纤维发热布供电，以热辐射方式向路面辐射能量，融雪化冰。与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016](I)利用压电薄膜堆的周期性机械压缩和伸张而发电，对碳纤维发热布供电，以热辐射方式向路面辐射能量，融雪化冰，把机械能转换成电能，无需外接电源即可完成融雪化冰的功能，节能环保。
[0017](2)本发明的压电薄膜厚度小、重量轻、使用寿命长，采用单晶PMN-PT/环氧1-3型复合材料制成，其回收的能量密度高达22.lmW/cm2，可以平铺在容易结冰或拐弯等事故多发的特殊路段或者供电设施不完善的偏远路段，不影响车辆正常行驶，此外，本发明的碳纤维发热布的柔韧性好，强度是普通钢的四倍而比重只约等于钢的1/4，不易损坏，拆卸方便，对于没有结冰或者下雪的季节可以收起来，根据实际使用需求而铺设，使用灵活、拆装方便。
[0018](3)本发明通过η倍的倍压整流电路先对压电薄膜产生的低频、弱交流电信号进行放大后利用LTC3588-1的压电式能量收集电源芯片，集成了低损失全波桥式整流器和高效率降压型转换器，从而实现高效率转换、保证输出电压稳定，此外其采用高能镍碳超级电容器Cll，使用温度范围从零下40摄氏度至零上70摄氏度，超低温特性好，而且该超级电容比表面积加大，可无数次充放电，而且不发热，在结构上实现了电池和传统电容的内并，实现了电池和电容的优点兼备，与储电池相比，成本低，充放电次数多，受外界环境影响小，适于室外蓄电用。
[0019 ] (4)本发明的碳纤维发热布以热辐射的方式向外辐射能量，碳纤维发热布电磁辐射量极小，比金属电阻发热丝进行电磁波屏蔽后还要小，对人体无害，热转换效率高，在热传导过程中热量损失少，融雪效果好，碳纤维发热布寿命长，适于大范围推广应用。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1的装置结构框图。
[0021]图2为图1中能量存储器2的电路图。
【具体实施方式】
[0022]现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是不发明不仅限于下述的实施情形。
[0023]实施例1
[0024]由图1可知，本实施例的压电薄膜式路面融雪化冰装置是由压电薄膜堆1、能量存储器2、碳纤维发热布3以及橡胶保护套组成。
[0025]本实施例设计两块并列的压电薄膜堆I联合对外供电，每块压电薄膜堆I是由6层长度为1.8m、宽度为40cm、厚度为0.09mm的压电薄膜层叠构成，本实施例的压电薄膜采用单晶PMN-PT/环氧1-3型复合材料制成，为了达到换能作用，在压电薄膜堆I的外部设置有绝缘橡胶保护套，对压电薄膜起到保护作用，该橡胶保护套的厚度为1.0mm，压电薄膜堆I的正、负电极延伸至橡胶保护套外，并与能量存储器2连接。
[0026]本实施例的能量存储器2是由倍压整流电路2-1和LTC3588-1压电能量收集电源2-2、负载电阻R、蓄电稳压电容ClO连接构成，参见图2，本实施例的倍压整流电路2-1是由电容Cl?C6和整流二极管Dl?D6按照极性相加的原理串接起来所形成的，将压电薄膜堆I所产生的高电压、低电流的交流电经倍压整流电路2-1后放大6倍。该倍压整流电路2-1的电压输出端与LTC3588-1压电能量收集电源2-2连接。
[0027]本实施例的LTC3588-1压电能量收集电源2-2是采用Linear公司产品，属于常用电路，其PZ2引脚与倍压整流电路2-1的电压输出端直接连接，PZl引脚通过负载电阻R与倍压整流电路2-1的电压输出端相连，S卩PZl引脚和PZ2引脚的两端并联负载电阻R起到分流作用，防止电流过大损坏芯片，LTC3588-1压电能量收集电源2-2的电容Cll采用高能镍碳超级电容器，实现了普通超级电容器与电池结合为一体，从而兼有一般超级电容器和蓄电池的优异性能。使用温度范围从零下40摄氏度至零上70摄氏度，超低温特性好，延长电源的使用寿命。在LTC3588-1压电能量收集电源2-2的输出存储端上并联连接有一个蓄电稳压电容C10，用于保持有稳定的电压输出作用，防止负载过大对电路造成损坏。
[0028]本实施例的电容(:1工2、03工4、05工6均采用是16￥，47(^%勺电容器，01、02、03、04、D5、D6均选用1N4004