[發明專利]高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法及裝置

在審

• 申請號: 201810231412.4
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108548601A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 劉曉日;仝暢;黎蘇;劉聯勝;張超
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;H02N2/18;H02J7/32;G08C17/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法，該方法的步驟是：

第一步、前期對高速列車沿線的重要觀測點的噪聲頻譜進行收集統計，確定各觀測點噪聲所屬的主要頻譜范圍；將多個共鳴器陣列按照收集統計的結果設置共鳴器腔的大小，獲得能夠采集相應觀測點的主要頻譜范圍的噪聲的共鳴器陣列；然后將共鳴器陣列安裝在相應的重要觀測點位置上，同時布置在高速列車的兩側，在不影響車輛運行和裝置結構穩定性的情況下盡量靠近高鐵線路；然后將多個共鳴器陣列連接電能收集單元、充電-工作控制電路、用于切換工作回路和充電回路的反饋控制模塊；

第二步、利用多個聲電轉換單元構成的共鳴器陣列將高鐵沿線噪聲所包含的能量轉化為電能，驅動聲級計完成噪聲的數據測量，再聯合采用物聯網傳輸技術實現噪聲數據的收集，經過長期觀測，對所收集數據進行統計分析，完成當地實時噪聲地圖的繪制。

2.一種高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸裝置，其特征在于該裝置包括聲電轉換單元、電能收集單元、充電-工作控制電路和反饋控制模塊，

所述聲電轉換單元為立方體式亥姆霍茲共鳴器，包括壓電薄膜、導電鍍膜、絕緣剛體外殼、正極導電片、負極導電片和共鳴器孔；所述導電鍍膜鍍在壓電薄膜上，絕緣剛體外殼為立方體式剛性外殼，壓電薄膜與絕緣剛體外殼固定連接，正極導電片、負極導電片直接由壓電薄膜引出，在絕緣剛體外殼上與壓電薄膜相對的平面中心上開設共鳴器孔，聲場中的噪聲波通過共鳴器孔進入共鳴器腔，經過共鳴器放大聲壓后作用在壓電薄膜上，產生壓電效應使聲能轉化為電能；

多個諧振頻率相同的聲電轉換單元構成一個共鳴器陣列，各種不同的諧振頻率組成多個共鳴器陣列，在高速列車兩側均安裝多個共鳴器陣列；

所述電能收集單元包括整流電路板和充電電池，所述整流電路板包括全波整流電路、濾波電路、穩壓電路，多個共鳴器陣列引出的極性相同的導線各自接到整流電路板同一輸入端，通過整流電路板實現整流、濾波、穩壓功能，將交流電轉變為穩定的直流電；充電電池的數量為兩個，一個充電電池供電，另一個充電電池充電；

所述充電-工作控制電路由充電電池、聲級計、雙聯按鈕、電壓表構成，采用雙支路結構，各支路均組成一套完整的充電回路和工作回路，采用一個雙聯按鈕控制其各部分的狀態；充電回路由雙聯按鈕的其中一個按鈕和充電電池組成，經過整流后的電流通過按鈕后為充電電池供電；工作回路由聲級計、雙聯按鈕中另一個按鈕及充電電池組成，電流從充電電池流出，通過相應按鈕后使聲級計通電工作；

所述電壓表連接反饋控制模塊，將所監測的相應充電電池的電壓傳輸到反饋控制模塊；反饋控制模塊為觸發器，充電電池兩端電壓值作為輸入信號，當電壓值超過初始設定的截止電壓或低于正常工作電壓時，觸發器動作，控制按動相應雙聯按鈕更換充電回路和工作回路；

所述聲級計輸出端與用于完成信號轉換并與遠程終端連接的處理器相連。

3.根據權利要求2所述的高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸裝置，其特征在于所述處理器為單片機。

4.根據權利要求2所述的高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸裝置，其特征在于所述整流電路板的電路連接是：多個共鳴器陣列的輸出正極分別連接二極管D2的正極、二極管D4的負極，多個共鳴器陣列的輸出負極分別連接二極管D1的正極、二極管D3的負極，二極管D1、二極管D2的負極相連，二極管D3、二極管D4的正極相連，四個二極管組成全波整流電路；濾波電容C1并聯在全波整流電路的兩端組成濾波電路；可調三端穩壓器LM117H的輸入端與連接二極管D2負極的濾波電容C1的一端相連，可調三端穩壓器LM117H的接地端分別連接電阻R2、電阻R3的一端，電阻R3的另一端與連接二極管D4正極的濾波電容C1的一端相連；可調三端穩壓器LM117H的輸出端分別與電阻R2的另一端、電容C2的一端連接，電容C2的另一端與不與電阻R2相連的電阻R3的一端連接；可調三端穩壓器LM117H與電阻R2、電阻R3、電容C2組成穩壓電路；穩壓電路的輸出端連接負載V2，負載V2即為充電電池。

5.根據權利要求2所述的高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸裝置，其特征在于所述壓電薄膜為柔性的壓電復合振膜，在復合振膜正反兩面鍍有銀膜。

6.根據權利要求2所述的高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸裝置，其特征在于所述處理器的輸出端信號通過4G模塊進行傳輸；4G模塊通過云端服務平臺與web遠程終端設備連接。