[發明專利]一種基于折紙-摩擦納米發電技術的路面自驅動抗滑性檢測裝置及其方法

有效

• 申請號: 202111609944.5
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN114324144B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 朱興一;龐亞鳳;杜豫川
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02;H02N1/04
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及一種基于折紙?摩擦納米發電技術的路面自驅動抗滑性檢測裝置及其方法，自驅動折紙?摩擦納米發電抗滑檢測結構采用折紙的多層結構，以顯著放大所采用的摩擦納米發電原理的輸出效果；電刷滑環結構用于防治輪胎旋轉時導線的相互纏繞；旋轉電機穩定架采用鋁合金材料，制作成穩定的三角結構，旋轉電機可調節頻率，以模擬車輛行駛時的不同車速；試驗測試板可根據實際路面設計不同的級配要求；信號采集裝置用于實時采集自驅動感知元件的電學輸出；信號處理軟件可對采集信號進行降噪、濾波和平滑等的處理。與現有技術相比，本發明具有抗滑性實時監測、信息感知靈敏、構造簡單、選材廣泛和成本低廉等優點。

技術領域

本發明涉及用于瀝青路面抗滑性檢測領域，尤其是涉及一種基于折紙-摩擦納米發電技術的路面自驅動抗滑性檢測裝置及檢測方法。

背景技術

抗滑性是路面表面特性的重要特征之一，而路面抗滑性不足是造成交通事故的主要原因，輪胎-路面間的摩擦系數是衡量抗滑性能的主要指標。瀝青路面的摩擦系數主要受到水膜、溫度、表面污染物及路面結構類型等多種因素的影響。其中，包括水膜、溫度和表面污染物在內的外界環境因素對路面抗滑性的影響遠超過路面結構本身。相比于干燥路面，潤濕狀態下的抗滑性成倍降低，瀝青路面由于污染物的存在抗滑性能也會降低7％～50％。

然而，瀝青路面抗滑性的直接檢測方法存在很大的不足，抗滑性測試設備價格昂貴、實驗數據難以做到可靠穩定，且單一室內實驗測試結果難以反映道路使用過程中抗滑性能的變化。因此，瀝青路面抗滑性能的間接測試對路面行車安全的提高具有重要意義。隨著物聯網信息技術的發展，利用自驅動無源傳感器的信號輸出解析摩擦系數為路面抗滑性能的實時監測提供了新的思路。

現階段，基于電磁感應、光電、壓電和熱釋電效應的自驅動傳感技術已被深入研究，但它們均具有能量轉換效率低、頻帶窄以及信號靈敏度過大等缺陷。自從摩擦納米發電技術被發現后，大量研究發現其開路電壓和瞬時能量轉換效率遠高于壓電、磁電等其他裝置。為進一步提高其能量輸出效率，結構優化設計被視為一種簡單有效的策略。而折紙結構的可展開性、負泊松比以及較大的剛度這些優異的性能成為提高摩擦納米發電輸出的最優選結構之一。綜上所述，能設計一種基于折紙-摩擦納米發電的路面抗滑性檢測裝置及其方法，在收集道路系統中車輛行駛浪費的機械能的同時，利用其輸出的電信號感知瀝青路面的抗滑性在道路工程檢測領域具有較大的應用前景。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種路面抗滑性檢測和高輸出電壓高、高轉化效率而低廉成本的基于折紙-摩擦納米發電的路面抗滑性檢測裝置及其方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于折紙-摩擦納米發電技術的路面自驅動抗滑性檢測裝置，其特征在于，包括：自驅動折紙-摩擦納米發電抗滑檢測結構(1)、電刷滑環結構(2)、旋轉電機及穩定架(3)、試驗測試板(4)、信號采集裝置(5)和信號處理軟件(6)；

所述的自驅動折紙-摩擦納米發電抗滑檢測結構(1)被固定于輪胎表面，通過輪胎與試驗測試板(4)接觸摩擦來感知抗滑性；

穩定架上的電機驅動自驅動折紙-摩擦納米發電抗滑檢測結構(1)跟隨輪胎一起旋轉；

電刷滑環結構(2)與試驗測試板(4)分別與信號采集裝置(5)連接；

信號采集裝置(5)將數據提供給PC中的信號處理軟件(6)進行處理、分析、顯示。

所述的自驅動折紙-摩擦納米發電抗滑檢測結構(1)，包括折紙基支撐結構、電極層結構和摩擦層結構；所述的折紙基結構作為電極層和摩擦層結構的載體，由內而外依次為折紙結構、電極層結構和摩擦層結構；

其中，在電極層結構的內部需連接導線用于與電刷滑環結構(2)外接電路一起構成回路。