一種壓電薄膜式路面融雪化冰裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于橋面融雪化冰技術領域，尤其涉及一種壓電薄膜式路面融雪化冰裝置。
【背景技術】
[0002]交通運輸是國民經濟的大動脈，但道路路面降雪結冰問題，已成為道路工作者需重點解決的難題之一，而橋梁絕大部分是架設在江河和峽谷之間，甚至建設在跨海之間，因此解決這樣的橋面融雪和化冰則是重中之重，否則會造成車毀人亡的交通事故，同事也會危及橋梁自身的安全。
[0003]目前，除冰雪的方法主要機械清除法和消融法。機械法適合于大面積機械化清除作業，但往往需在雪后完成，作業中有礙交通;路面結冰后，徹底清除困難;冰雪鏟除機械受季節影響較大，利用率低。消融法包括化學消融法和熱消融法。
[0004]化學消融法主要依托化學融化劑，該法雖然被普遍應用，但化學消融需要后期清理，環境污染嚴重，往往造成嚴重的水資源污染，同時化學試劑對鋼筋、路面、行運工具腐蝕嚴重，需要巨額費用修復道路和橋梁，經濟損失巨大。目前，許多國家和地區已經禁用化學消融法。熱消融法主要通過加熱電纜的方式使冰雪融化，但這需要強大的電力資源做后盾。現在又出現導電混凝土熱消融，這種方法是通過在普通水泥混凝土中添加適當種類和適當含量的導電組分材料，使水泥混凝土變成具有良好導電性能的導電體。導電混凝土大體上分為三類，無機類(如導電水泥混凝土和水玻璃導電混凝土)，有機類(如瀝青導電混凝土和樹脂導電混凝土)和復合類(如聚合物導電混凝土和浸漬導電混凝土)。不管哪類都需要按一定的比例與水泥進行混合，一旦路面需要維修，大量的導電混凝土則被毀壞，就需重新配制該種混凝土，造成成本上升。同時需要安裝復雜的管道，并通過諸如地能、太陽能等可再生能源提供導電混凝土發熱達到融雪化冰的目的，但這些都面臨使用條件和地區的限制，并且工藝復雜，經濟性差，制約了導電混凝土的發展。
[0005]專利2013201857408公開了一種壓電自發電的融雪化冰路面的方法，它是將多個壓電陶瓷片疊堆成換能器埋伏在導電混凝土中，該方法同樣存在路面因維修而毀壞壓電陶瓷片等所有的技術問題。工藝、經濟性等問題同樣制約了該技術的應用。

【發明內容】

[0006]為了克服上述融雪化冰存在的技術缺點，本發明提供了一種能量轉換效率高、融雪化冰效果好且結構輕便、方便拆裝的壓電薄膜式路面融雪化冰裝置。
[0007]本發明所采用的技術方案包括壓電薄膜堆，壓電薄膜堆的輸出端通過導線與能量存儲器連接，能量存儲器的輸出端通過導線與碳纖維發熱布連接，利用路面上行駛的車輛在壓電薄膜堆上碾壓產生周期性機械壓縮與伸張而發電，經能量轉換對碳纖維發熱布供電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰。
[0008]上述壓電薄膜堆的外部設置有橡膠保護套，橡膠保護套的厚度為0.5?1.5mm。
[0009]上述壓電薄膜堆是由至少6層壓電薄膜層疊構成，每層壓電薄膜的厚度為0.07?
0.09mm。
[0010]上述壓電薄膜堆是由6?8層壓電薄膜層疊構成，壓電薄膜采用單晶PMN-PT/環氧1-3型復合材料制成，轉換效率高，使用壽命長。
[0011]上述能量存儲器是由倍壓整流電路和LTC3588-1壓電能量收集電源、負載電阻R、蓄電穩壓電容Cl O連接構成，其中:
[0012]上述倍壓整流電路的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源的引腳PZ2以及負載電阻R的輸入端相連，負載電阻的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源的引腳PZl相連，蓄電穩壓電容與LTC3588-1壓電能量收集電源的輸出端并聯連接。
[0013]上述倍壓整流電路是2?6倍放大的倍壓整流電路。
[0014]上述負載電阻R的阻值為100?130kΩ，蓄電穩壓電容ClO的電容量是30?60yF。
[0015]本發明的壓電薄膜式路面融雪化冰裝置是利用路面上行駛的車輛在壓電薄膜堆上碾壓產生周期性機械壓縮與伸張而發電，經能量轉換對碳纖維發熱布供電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰。與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0016](I)利用壓電薄膜堆的周期性機械壓縮和伸張而發電，對碳纖維發熱布供電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰，把機械能轉換成電能，無需外接電源即可完成融雪化冰的功能，節能環保。
[0017](2)本發明的壓電薄膜厚度小、重量輕、使用壽命長，采用單晶PMN-PT/環氧1-3型復合材料制成，其回收的能量密度高達22.lmW/cm2，可以平鋪在容易結冰或拐彎等事故多發的特殊路段或者供電設施不完善的偏遠路段，不影響車輛正常行駛，此外，本發明的碳纖維發熱布的柔韌性好，強度是普通鋼的四倍而比重只約等于鋼的1/4，不易損壞，拆卸方便，對于沒有結冰或者下雪的季節可以收起來，根據實際使用需求而鋪設，使用靈活、拆裝方便。
[0018](3)本發明通過η倍的倍壓整流電路先對壓電薄膜產生的低頻、弱交流電信號進行放大后利用LTC3588-1的壓電式能量收集電源芯片，集成了低損失全波橋式整流器和高效率降壓型轉換器，從而實現高效率轉換、保證輸出電壓穩定，此外其采用高能鎳碳超級電容器Cll，使用溫度范圍從零下40攝氏度至零上70攝氏度，超低溫特性好，而且該超級電容比表面積加大，可無數次充放電，而且不發熱，在結構上實現了電池和傳統電容的內并，實現了電池和電容的優點兼備，與儲電池相比，成本低，充放電次數多，受外界環境影響小，適于室外蓄電用。
[0019 ] (4)本發明的碳纖維發熱布以熱輻射的方式向外輻射能量，碳纖維發熱布電磁輻射量極小，比金屬電阻發熱絲進行電磁波屏蔽后還要小，對人體無害，熱轉換效率高，在熱傳導過程中熱量損失少，融雪效果好，碳纖維發熱布壽命長，適于大范圍推廣應用。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1的裝置結構框圖。
[0021]圖2為圖1中能量存儲器2的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]現結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行進一步說明，但是不發明不僅限于下述的實施情形。
[0023]實施例1
[0024]由圖1可知，本實施例的壓電薄膜式路面融雪化冰裝置是由壓電薄膜堆1、能量存儲器2、碳纖維發熱布3以及橡膠保護套組成。
[0025]本實施例設計兩塊并列的壓電薄膜堆I聯合對外供電，每塊壓電薄膜堆I是由6層長度為1.8m、寬度為40cm、厚度為0.09mm的壓電薄膜層疊構成，本實施例的壓電薄膜采用單晶PMN-PT/環氧1-3型復合材料制成，為了達到換能作用，在壓電薄膜堆I的外部設置有絕緣橡膠保護套，對壓電薄膜起到保護作用，該橡膠保護套的厚度為1.0mm，壓電薄膜堆I的正、負電極延伸至橡膠保護套外，并與能量存儲器2連接。
[0026]本實施例的能量存儲器2是由倍壓整流電路2-1和LTC3588-1壓電能量收集電源2-2、負載電阻R、蓄電穩壓電容ClO連接構成，參見圖2，本實施例的倍壓整流電路2-1是由電容Cl?C6和整流二極管Dl?D6按照極性相加的原理串接起來所形成的，將壓電薄膜堆I所產生的高電壓、低電流的交流電經倍壓整流電路2-1后放大6倍。該倍壓整流電路2-1的電壓輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源2-2連接。
[0027]本實施例的LTC3588-1壓電能量收集電源2-2是采用Linear公司產品，屬于常用電路，其PZ2引腳與倍壓整流電路2-1的電壓輸出端直接連接，PZl引腳通過負載電阻R與倍壓整流電路2-1的電壓輸出端相連，S卩PZl引腳和PZ2引腳的兩端并聯負載電阻R起到分流作用，防止電流過大損壞芯片，LTC3588-1壓電能量收集電源2-2的電容Cll采用高能鎳碳超級電容器，實現了普通超級電容器與電池結合為一體，從而兼有一般超級電容器和蓄電池的優異性能。使用溫度范圍從零下40攝氏度至零上70攝氏度，超低溫特性好，延長電源的使用壽命。在LTC3588-1壓電能量收集電源2-2的輸出存儲端上并聯連接有一個蓄電穩壓電容C10，用于保持有穩定的電壓輸出作用，防止負載過大對電路造成損壞。
[0028]本實施例的電容(:1工2、03工4、05工6均采用是16￥，47(^%勺電容器，01、02、03、04、D5、D6均選用1N4004