基于mems技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，包括站臺，站臺內(nèi)包含有至少兩個等候區(qū)，其特征在于：所述站臺的每個等候區(qū)的地面埋有至少四個MEMS能源采集器，所述MEMS能源采集器按陣列方式分布，所述MEMS能源采集器的電壓輸出端接電源充電端，一個電源放電端接一個提示燈；所述站臺的入口處設(shè)有指示屏，所述提示燈安裝在指示屏上。該方案的顯著效果是：采用以上技術(shù)方案的基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，利用人體走動時產(chǎn)生的振動來發(fā)電，無源節(jié)能；采集器埋于地下隱蔽不占空間，根據(jù)人走動的頻繁程度來產(chǎn)生電量，從而在提示燈上顯示，供乘客參考，從而選擇合適的等候區(qū)，減少站臺擁堵，緩解客流壓力。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及測量客流量并顯示的指示裝置，具體涉及一種基于MEMS技術(shù)的 振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器。 基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器
【背景技術(shù)】
[0002] 城市軌道交通是城市公共交通的骨干，它具有節(jié)能、省地、運量大、全天候、無污染 (或少污染）又安全等特點，屬綠色環(huán)保交通體系，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，特別適用于大 中城市。目前，國內(nèi)外城市軌道交通發(fā)展十分迅速，就北京地鐵來講，軌道交通里程已經(jīng)達 到336公里，預(yù)計到2015年運營里程將達到561公里，可見城市軌道交通正向著路網(wǎng)結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、客流需求增長的趨勢發(fā)展。對于商場、車站等公共場所，客流量是極其重要的信息，利 用統(tǒng)計的客流量數(shù)據(jù)，管理人員可以合理調(diào)度人力、物力，合理配置資源，從而獲得最佳的 運營效果。對于乘客來講，總是希望第一時間找到等候人數(shù)最少的入口排隊。
[0003] 早期發(fā)展的客流計數(shù)系統(tǒng)主要使用光電傳感器，這種系統(tǒng)的實現(xiàn)過程簡單。目前 比較成功的有南非Headcount公司的客流量統(tǒng)計系統(tǒng)，Headcount的全內(nèi)置的檢測器采用 多個紅外傳感器及多個高速的、具有人工智能技術(shù)的微處理器來連續(xù)監(jiān)測客流模式，它可 以連續(xù)監(jiān)測雙向客流量，但無法知道具體在每個出口等候的人數(shù)多少。因此，只能作為客流 量統(tǒng)計，不能進行具體引導(dǎo)。因此現(xiàn)在迫切需要一個能夠客流量多少的指示牌，用作提示剛 進站臺的乘客。 實用新型內(nèi)容
[0004] 為解決以上技術(shù)問題，本實用新型提供一種利用人走動產(chǎn)生的振動來發(fā)電的基于 MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器。
[0005] 具體技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，包括站臺，站臺內(nèi)包含有至少兩 個等候區(qū)，其關(guān)鍵在于：所述站臺的每個等候區(qū)的地面埋有至少四個MEMS能源采集器，所 述MEMS能源采集器按陣列方式分布，所述MEMS能源采集器的電壓輸出端接電源充電端，一 個電源放電端接一個提示燈；所述站臺的入口處設(shè)有指示屏，所述提示燈安裝在指示屏上。 利用人體走動時產(chǎn)生的振動來發(fā)電，無源節(jié)能；采集器埋于地下隱蔽不占空間，根據(jù)人走動 的頻繁程度來產(chǎn)生電量，從而在提示燈上顯示，供乘客參考，從而選擇合適的等候區(qū)，減少 站臺擁堵，緩解客流壓力。
[0007] 更進一步的技術(shù)方案是一個所述等候區(qū)中的所有MEMS能源采集器的電壓輸出端 接同一個電源充電端，一個等候區(qū)對應(yīng)指示屏上一個提示燈。
[0008] 采用上述結(jié)構(gòu)，一個等候區(qū)中的所有MEMS能源采集器對應(yīng)一個提示燈，通過觀察 該提示燈的明暗來得知客流量大小。
[0009] 更進一步的技術(shù)方案是一個等候區(qū)中的一個MEMS能源采集器的電壓輸出端對應(yīng) 一個電源充電端，一個等候區(qū)上對應(yīng)指示屏上一個提示燈組，提示燈組由陣列方式分布的 提示燈組成。
[0010] 采用上述結(jié)構(gòu)，一個等候區(qū)中的每個MEMS能源采集器對應(yīng)一個提示燈，多個提示 燈構(gòu)成一個提示燈組，提示燈亮得越多，整體提示燈組看起來更亮，通過觀察該提示燈組的 明暗來得知客流量大小。
[0011] 更進一步的技術(shù)方案是所述電源包括橋式整流二極管D和電容C，所述MEMS能源 采集器的正相輸出端連橋式整流二極管D的正相輸入端，橋式整流二極管D的負(fù)相輸入端 與橋式整流二極管D的負(fù)相輸出端相連，整流二極管D的正相輸出端接電容C 一端，MEMS能 源采集器的負(fù)相輸出端接電容C另一端，電容C兩端為電源放電端。
[0012] 采用上述結(jié)構(gòu)，對MEMS能源采集器產(chǎn)生的電壓進行整流，整流后將電能存儲在電 容中，從而為提示燈提供直流電。
[0013] 更進一步的技術(shù)方案是MEMS能源采集器是D33模式的壓電式能源采集器。
[0014] 更進一步的技術(shù)方案是D33模式的壓電式能源采集器包括Si架，所述Si架上固 定有復(fù)合懸臂梁，所述復(fù)合懸臂梁頂部是交錯間隔分布的兩組Pt/Ti叉指電極，在Pt/Ti叉 指電極之下依次是PZT壓電層，Zr0 2層和Si02層，復(fù)合懸臂梁的末端固定有鎳質(zhì)量塊。
[0015] 采用上述結(jié)構(gòu)，通過復(fù)合懸臂梁的振動，拾取復(fù)合懸臂梁上PZT壓電層的應(yīng)力應(yīng) 變產(chǎn)生的電荷。
[0016] 有益效果：采用以上技術(shù)方案的基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，利用 人體走動時產(chǎn)生的振動來發(fā)電，無源節(jié)能；采集器埋于地下隱蔽不占空間，根據(jù)人走動的頻 繁程度來產(chǎn)生電量，從而在提示燈上顯示，供乘客參考，從而選擇合適的等候區(qū)，減少站臺 擁堵，緩解客流壓力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實用新型的實施例一的MEMS能源采集器（3)和電源（4)的連接示意圖；
[0019] 圖3為本實用新型的實施例一的電源（4)電路原理圖；
[0020] 圖4為本實用新型的實施例一的MEMS能源采集器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0021] 圖5為本實用新型的實施例一的MEMS能源采集器結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0022] 圖6為本實用新型的實施例二的MEMS能源采集器（3)和電源（4)的連接示意圖；
[0023] 圖7為本實用新型的實施例二的提示燈（5)在指示屏（6)的分布圖。
[0024] 其中1 --站臺、2 -等候區(qū)、3 -MEMS能源米集器、4 -電源、5 -提不燈、6 -指不 屏、21-Si架、22-Pt/Ti叉指電極、23-PZT壓電層、24-Zr02層、25-Si0 2層、26-鎳質(zhì)量 塊。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明。
[0026] 如圖1至圖5所示，本實用新型的實施例--種基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘 車引導(dǎo)器，包括站臺1，站臺1內(nèi)包含有至少兩個等候區(qū)2,其關(guān)鍵在于：所述站臺1的每個 等候區(qū)2的地面埋有至少四個MEMS能源采集器3,所述MEMS能源采集器3按陣列方式分 布，所述MEMS能源采集器3的電壓輸出端接電源4充電端，一個電源4放電端接一個提示 燈5 ;所述站臺1的入口處設(shè)有指示屏6,所述提示燈5安裝在指示屏6上。
[0027] 利用人體走動時產(chǎn)生的振動來發(fā)電，無源節(jié)能；采集器埋于地下隱蔽不占空間，根 據(jù)人走動的頻繁程度來產(chǎn)生電量，從而在提示燈上顯示，供乘客參考，從而選擇合適的等候 區(qū)，減少站臺擁堵，緩解客流壓力。采集器可采集人體行走、運動時振動產(chǎn)生的能量，為充電 電池提供能量。整個采集器安裝在地墊下方，只要有人在上面行走就會讓采集器發(fā)生振動， 從而產(chǎn)生能量，而且通過的人越多，振動越頻繁，產(chǎn)生的電量越多，電池電壓越高。電池會驅(qū) 動LED發(fā)光，這樣，如果在地墊上等候的人數(shù)很少或沒有，LED燈就不發(fā)光，如果有人在地墊 上等候并來回走動，則LED發(fā)光，如果等候的人增多，則發(fā)光LED數(shù)量增多，亮度增大。從進 站口進來的乘客只需觀察對應(yīng)的LED指示燈就可以知道哪個入口人少，從而選擇前往該入 口，實現(xiàn)運營效率的自動調(diào)節(jié)。
[0028] -個所述等候區(qū)2中的所有MEMS能源采集器3的電壓輸出端接同一個電源4充 電端，一個等候區(qū)2對應(yīng)指示屏6上一個提示燈5。一個等候區(qū)中的所有MEMS能源采集器 對應(yīng)一個提示燈，通過觀察該提示燈的明暗來得知客流量大小。
[0029] 所述電源4包括橋式整流二極管D和電容C，所述MEMS能源采集器3的正相輸出 端連橋式整流二極管D的正相輸入端，橋式整流二極管D的負(fù)相輸入端與橋式整流二極管 D的負(fù)相輸出端相連，整流二極管D的正相輸出端接電容C 一端，MEMS能源采集器3的負(fù)相 輸出端接電容C另一端，電容C兩端為電源4放電端。后續(xù)電路工作需要的是連續(xù)穩(wěn)定的 電壓，MEMS能源采集器3輸出的電信號是交流電壓，而交流電壓是不能直接向電子器件供 能的，必須轉(zhuǎn)換成直流電壓。因此，交流電通過橋式整流電路轉(zhuǎn)換為直流電，整流后將電 能存儲在電容中，從而為提示燈提供直流電。
[0030] 提示燈5可以是LED燈，為了保護LED燈，可以在LED燈的供電回路上串聯(lián)一個限 流電阻，如果無人走動或人少，電容C電量不足，LED燈不亮。如果走動人流量大，則電量充 足，LED燈會保持發(fā)光狀態(tài)。
[0031] MEMS能源采集器3是D33模式的壓電式能源采集器。壓電型能源采集器的基本工 作原理是壓電效應(yīng)，即壓電材料在外界振動激勵作用下發(fā)生形變，引起材料內(nèi)部應(yīng)力的變 化，其內(nèi)部電荷發(fā)生位移從而產(chǎn)生了電場。
[0032] D33模式的壓電式能源采集器包括Si架21，所述Si架21上固定有復(fù)合懸臂梁， 所述復(fù)合懸臂梁頂部是交錯間隔分布的兩組Pt/Ti叉指電極22,在Pt/Ti叉指電極22之下 依次是PZT壓電層23, Zr02層24和Si02層25,復(fù)合懸臂梁的末端固定有鎳質(zhì)量塊26。本 系統(tǒng)采用D33模式，兩組Pt/Ti叉指電極22在振動情況下產(chǎn)生感應(yīng)電場，Zr0 2層24作為絕 緣層可以阻擋PZT壓電層23產(chǎn)生的電荷泄漏；鎳質(zhì)量塊26是用來降低復(fù)合懸臂梁的諧振 頻率，以實現(xiàn)工作在低頻的環(huán)境。通過復(fù)合懸臂梁的振動，拾取復(fù)合懸臂梁上PZT壓電層 的應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生的電荷。壓電式能源采集器選用復(fù)合懸梁臂作為其結(jié)構(gòu)類型，原因在于其 具有結(jié)構(gòu)剛度低、結(jié)構(gòu)簡單、容易通過微細(xì)加工實現(xiàn)等優(yōu)點。壓電式能源采集器需要工作于 諧振狀態(tài)，技術(shù)要求其諧振頻率必須和人走動時產(chǎn)生的振動頻率相匹配，但微型結(jié)構(gòu)由于 尺寸較小，很難達到預(yù)期的低諧振頻率，因此在復(fù)合懸臂梁固定了一定重量的質(zhì)量塊來降 低諧振頻率。在質(zhì)量塊的選用上，考慮到諧振頻率和質(zhì)量塊重量成反比的關(guān)系，因此采用了 密度較大的金屬鎳，制備和復(fù)合懸臂梁寬度一致的鎳質(zhì)量塊26。
[0033] 如圖6、7所示，本實用新型的實施例二，其與實施例一的區(qū)別在于：一個等候區(qū)2 中的一個MEMS能源采集器3的電壓輸出端對應(yīng)一個電源4充電端，一個等候區(qū)2上對應(yīng)指 示屏6上一個提示燈組，提示燈組由陣列方式分布的提示燈5組成。一個等候區(qū)中的每個 MEMS能源采集器對應(yīng)一個提示燈，多個提示燈構(gòu)成一個提示燈組，提示燈亮得越多，整體提 示燈組看起來更亮，通過觀察該提示燈組的明暗來得知客流量大小。其他結(jié)構(gòu)和實施例一 相同，在此不贅述。
[0034] 最后需要說明的是，本基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器最大的優(yōu)點是 不但可以檢測人流量的多少，而且整個系統(tǒng)無需外部供電。這種結(jié)構(gòu)的壓變電量檢測與采 集裝置還可以用于各種環(huán)保發(fā)電領(lǐng)域，如小區(qū)樓道、學(xué)校大門等場所的照明自供電。上述描 述僅僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不 違背本實用新型宗旨及權(quán)利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入 本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，包括站臺（1)，站臺⑴內(nèi)包含有 至少兩個等候區(qū)（2)，其特征在于：所述站臺（1)的每個等候區(qū)（2)的地面埋有至少四個 MEMS能源采集器（3)，所述MEMS能源采集器（3)按陣列方式分布，所述MEMS能源采集器（3) 的電壓輸出端接電源⑷充電端，一個電源⑷放電端接一個提示燈（5);所述站臺⑴的 入口處設(shè)有指示屏（6)，所述提示燈（5)安裝在指示屏（6)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，其特征在于：一個 所述等候區(qū)⑵中的所有MEMS能源采集器（3)的電壓輸出端接同一個電源（4)充電端，一 個等候區(qū)（2)對應(yīng)指示屏（6)上一個提示燈（5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，其特征在于：一個 等候區(qū)⑵中的一個MEMS能源采集器（3)的電壓輸出端對應(yīng)一個電源（4)充電端，一個等 候區(qū)（2)上對應(yīng)指示屏（6)上一個提示燈組，提示燈組由陣列方式分布的提示燈（5)組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，其特征在于： 所述電源（4)包括橋式整流二極管D和電容C，所述MEMS能源采集器（3)的正相輸出端連 橋式整流二極管D的正相輸入端，橋式整流二極管D的負(fù)相輸入端與橋式整流二極管D的 負(fù)相輸出端相連，整流二極管D的正相輸出端接電容C 一端，MEMS能源采集器（3)的負(fù)相 輸出端接電容C另一端，電容C兩端為電源⑷放電端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，其特征在于： MEMS能源采集器（3)是D33模式的壓電式能源采集器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于MEMS技術(shù)的振動發(fā)電無源乘車引導(dǎo)器，其特征在于：D33 模式的壓電式能源采集器包括Si架（21)，所述Si架（21)上固定有復(fù)合懸臂梁，所述復(fù)合 懸臂梁頂部是交錯間隔分布的兩組Pt/Ti叉指電極（22)，在Pt/Ti叉指電極（22)之下依次 是PZT壓電層（23)，21〇 2層（24)和5102層（25)，復(fù)合懸臂梁的末端固定有鎳質(zhì)量塊（26)。
【文檔編號】G07C9/00GK203909879SQ201420343468
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王麗, 鄧思貴 申請人:重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院