[发明专利]一种基于压电发电的铁路路基自供电传感网络布置方法

权利要求书

1.一种基于压电发电的铁路路基自供电传感网络布置方法，其特征在于，包括：

确定能量采集器所处的各个路基深度、列车轴重范围以及车速范围；

针对不同的列车轴重和车速获得在不同路基深度的动力响应：包括针对不同的列车轴重和车速，进行现场实验，在不同的深度测试动应力幅值的变化和自振频率，作为动力响应；或者进行有限元建模，针对不同的列车轴重和车速，计算不同深度的动应力幅值的变化和自振频率，作为动力响应；

针对每一路基深度，基于所述动力响应获得不同轴重、不同车速下的应变能，包括：采用仿真的方式获得不同轴重、不同车速下的应变能，或者采用实验的方式获得不同轴重、不同车速下的应变能；由所述动力响应获得动应力幅值和路基自振频率作为能量采集器的外部荷载输入，获得能量采集器转化的电能：将能量采集器输出的电压进行整流和滤波后，由超级电容进行储能，采集超级电容电压计算获得电能；将对应轴重和车速下的应变能和电能进行比较，当存在差值超过阈值时重新优化该路基深度的能量采集器的结构，当不存在时，确定该路基深度的能量采集器的结构；

确定能量采集器的分布规律，布置各能量采集器，形成铁路路基自供电传感网络：根据获得的不同深度的能量采集器，在不同轴重、不同车速下获得的应变能；由每天通过铁路路基的列车轴重和预期车速，计算各个深度的能量采集器每天能够获得的理论电能，对各个理论电能求和后获得该自供电传感网络每日预期获得的能量，判断该能量是否大于自供电传感网络所需电量的50%，如果不大于则增加能量采集器的数量，如果该能量不足自供电传感网络所需电量的25%，则增加太阳能或者光伏发电设备；

优化该路基深度的能量采集器的结构，包括：选择压电常数更高的材料、增加压电片堆叠片数和/或提高压电片的高径比；

每个深度能量采集器的分布规律为：轨道下方能量采集器的密度轨道中心线下方能量采集器的密度路肩部分能量采集器的密度；进一步地，轨道下方，沿轨道每隔0.5～1m布设一个能量采集器，轨道中心线下方，沿轨道中心线每隔1～2m布设一个能量采集器，路肩部分，沿轨道方向每隔2～3m布设一个能量采集器；

布置各能量采集器，形成铁路路基自供电传感网络，包括：对能量采集器预留点进行定位；在预留点钻芯开槽；对槽内部进行清理；槽内部铺设粘结层；能量采集器分别布置于槽内部的粘结层上，进行密封；对各槽缝进行灌缝；将各个能量采集器的总线接入自供电传感网络的总线，对自供电传感网络供电；

槽内部进行清理后针对每一个能量采集器的布置点预先铺设一层隔离板，隔离板截面边长比能量采集器大，隔离板上铺设粘结层；对在预留点钻芯开槽包括，形成能量采集器的容纳空间，对总线槽和各能量采集器支线槽进行开槽。

2.根据权利要求1所述的基于压电发电的铁路路基自供电传感网络布置方法，其特征在于，所述能量采集器包括压电振子、整流电路、滤波电路以及超级电容；

压电振子在载荷的作用下产生电压，由所述整流电路进行整流，滤波电路进行滤波，电能存储到超级电容内，通过超级电容输出到自供电传感网络，自供电传感网络将采集到的电能供给路基形变监测的传感器并将监测到的数据传输给监控中心的智能大数据系统，智能大数据系统进行数据的分析，判断路基的健康状态。