[发明专利]一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统，其特征在于，包括压电陶瓷阵列、整流储能模块、DC-DC变换模块、检测模块、数据采集模块、微处理器信息处理模块、无线数据发送模块、上位机、井盖(8)和井圈(9)；压电陶瓷阵列与整流储能模块连接，检测模块、数据采集模块、微处理器信息处理模块和无线数据发送模块均通过DC-DC变换模块与整流储能模块连接；检测模块、数据采集模块和无线数据发送模块均与微处理器信息处理模块连接，无线数据发送模块与上位机连接，数据采集模块与整流储能模块输出端以及检测模块输出端连接；

压电陶瓷阵列包括若干相互连接的压电片单体，若干压电片单体设置于井盖(8)和井圈(9)之间并沿井圈(9)的周向呈阵列分布；

若干压电片单体进行混联，混联方式为压电片单体两两串联后再并联；

压电片单体包括压电陶瓷(1)和金属端帽(2)，压电陶瓷(1)两侧均设有金属端帽(2)，金属端帽(2)的形状为铜钹状，金属端帽(2)隆起部位(3)为圆台状；

所述上位机：用于根据所有压电片单体输出电压和井盖所受压力大小判定经过的车辆是否超重，根据压电陶瓷阵列中相邻位置压电片单体的输出电压差值是否过大判断井盖是否破损，根据压电片单体输出电压是否逐渐趋近于全体零输出判断井盖是否移位；

上位机根据所有压电片单体输出电压和井盖所受压力大小判定经过的车辆是否超重的过程包括：测得每个压电片单体电压V_i，由压电常数ε_i得到压力F_i＝(V_i-V₀)/ε_i，井盖上的总的压力F为：将汽车轮通过井盖过程中最大的压力值发送给道路监测终端，道路监测终端通过识别车牌，并由测得的最大压力值来判断驶离汽车是否超载；

其中i表示压电片单体的编号序号，M为压电片单体的总数；

上位机根据压电陶瓷阵列中相邻位置压电片单体的输出电压差值是否过大判断井盖是否破损以及根据压电片单体输出电压是否逐渐趋近于全体零输出判断井盖是否移位的过程包括：

当井盖(8)完整无破损时，汽车或人压在井盖的一侧，井盖(8)与井圈(9)之间的若干压电片单体之间输出电压平滑变化，如果相邻的压电片单体n_i和压电片单体n_i-1输出电压满足|V_i-V_i-1|(max(V_i,V_i-1)-V₀)/3，说明井盖在这两个压电片单体之间有破损；如果出现某个压电片单体输出电压小于V₀，且输出电压小于V₀压电片单体个数增加，最后全部小于V₀，则说明井盖被盗；

其中，Vn_i表示压电片单体n_i的输出电压，Vn_i-1表示压电片单体n_i-1的输出电压，V₀表示井盖自重在每个压电片单体上产生的电压，i表示压电片单体的编号顺序。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统，其特征在于，检测模块包括液位感知模块和下水道毒气检测模块，液位感知模块采用超声波测距传感器或电容式液位传感器，下水道毒气检测模块为硫化氢气体检测传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统，其特征在于，所述整流储能模块包括全波整流桥和储能电容，全波整流桥的输入端与压电陶瓷阵列的输出端连接，储能电容与全波整流桥连接，数据采集模块的输入端与储能电容两端以及检测模块输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统，其特征在于，若干压电片单体均匀的分布在井盖(8)上与井圈(9)接触的内边沿。