[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

说明书

本发明公开一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统及其工作方法，该系统包括：压电陶瓷阵列、整流储能模块、DC‑DC变换模块、液位感知模块、硫化氢气体检测模块、数据处理和发送模块。车辆驶向并驶离井盖为系统的一个运行周期，在一个运行周期内压电陶瓷阵列利用车辆压过井盖时井盖所受压力发电。同时作为整个系统的电源模块，压电陶瓷阵列驱动系统其他模块完成状态信息的监测、采集、处理和发送。本发明可以实现智能井盖的无源运行，并通过对压电陶瓷阵列中各压电片单体输出电压值的分析实现系统的智能化检测，即：实时监测并发送井盖的状态信息：包括井盖是否破损或移位，以及判定路经车辆是否超载；同时系统具有下水道毒气监测和污水倒逆监测功能。

技术领域

本发明涉及城市井盖管理、车辆超载检测领域，监测技术领域，特别涉及到一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统及其工作方法。

背景技术

随着城市基础设施建设的不断发展，地下天然气管道、排污管道等地下设施逐渐增多，由此导致城市中的井盖数量逐步上升。但目前城市井盖管理中仍普遍存在着：井盖数量多、难于实现统一管理、不能及时发现井盖损坏和被盗，下水道污水倒逆，存在毒气等问题。为了解决这些问题，许多城市采用人工巡查的方式来对井盖进行监测，这种方式不仅耗时耗力，成本高，而且不能全方位的监测井盖。现有的一些研究虽然能在一定程度上将井盖智能化，实现了一定的状态监测、信息交互和统一管理功能，但其最大的问题在于：检测、信息处理和信息交互单元的能源供给形式无法在实际应用中实现。虽然有的企业采用高能电池供电，但这种供电方式，一方面难以确定何时更换电池，另一方面更换电池的维护工作太费时费力，这大大限制了智能井盖的投产和普及应用；此外，现有技术难以准确探测井盖是否破损、也无法检测过往车辆的是否超重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统及其工作方法，其可以实现智能井盖的无源运行，避免采用电池，同时还能够监测车辆是否超重、井盖是否破损或移位。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于压电陶瓷的无源智能井盖系统，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、井盖和井圈；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和井圈之间并沿井圈的周向呈阵列分布。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，压电片单体包括压电陶瓷和金属端帽，压电陶瓷两侧均设有金属端帽，金属端帽的形状为铜钹状，金属端帽隆起部位为圆台状。

优选的，若干压电片单体均匀的分布在井盖上与井圈接触的内边沿。

本发明基于压电陶瓷的无源智能井盖系统的工作方法，包括如下过程：