基于压电效应的节能降噪公共座椅

本实用新型涉及节能降噪技术领域，具体为基于压电效应的节能降噪公共座椅。

背景技术：

20世纪90年代以来，广场舞开始流行，现已成为我国现阶段重要的群众体育活动，其受众群体主要为城市中老年尤其是中老年女性，对提升我国城镇居民身体素质和人文素质具有重要的意义，但同时也带来了噪音扰民等社会问题，据相关调查显示，广场舞噪音最高可达90分贝以上，严重超过《城市区域环境噪声标准》中，居民区、商业区白天的噪声不得超60分贝，夜间不得超过50分贝的规定。

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，我国能源资源总量比较丰富，但人均资源拥有量低于世界平均水平，近年来，随着节能环保型社会理念的普及，国家、政府及社会各职能部门在节能减排、建设节约型社会等方面采取了许多措施，但在城市公共照明方面仍存在有非常大的节能空间，据统计，目前城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例，约439×108kwh，以平均电价0.65元/kwh计算，一年开支达285亿元，折合成标煤54×108kg，二氧化碳排放量约为0.14亿吨，成为各地财政和环保部门的一大负。

目前常见的广场座椅只能供用户坐靠使用，难于满足使用者的需求，针对城市广场舞噪音扰民的社会热点问题，结合目前我国在公共照明节能方面仍有较大的发展空间，为此提出基于压电效应的节能降噪公共座椅。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于压电效应的节能降噪公共座椅，具备公共座椅便于使用的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于压电效应的节能降噪公共座椅，包括长椅，所述长椅的两侧均固定连接有挡板，所述挡板的背面固定连接有背板，所述背板的正面与长椅的背面固定连接，两个挡板之间固定连接有led灯，所述挡板的顶部固定连接有雨棚，所述雨棚的底部与背板的顶部固定连接，所述雨棚的底部固定连接有压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器的底部固定连接有共鸣器，所述长椅的内部分别设置有智能控制模块、供能储能模块和蓄电池，所述雨棚的内部设置有声波收集放大模块，所述压电薄膜传感器的内部设置有声电转化模块；

所述智能控制模块的输出端分别与声波收集放大模块、声电转化模块和供能储能模块电连接，所述声波收集放大模块的输出端与共鸣器电连接，所述声电转化模块的输出端与压电薄膜传感器电连接，所述供能储能模块的输出端分别与led灯和蓄电池电连接。

优选的，所述共鸣器采用亥姆霍兹共鸣器。

优选的，所述压电薄膜传感器采用pvdf压电薄膜传感器。

优选的，所述雨棚设计为上部向内弯曲，且采用拢音式结构。

优选的，所述背板由倾斜直板构成，且符合人体工程学。

优选的，所述智能控制模块以pic单片机为主体，且通过光敏电阻元件实现对led灯的开关控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型公共座椅包括压电薄膜传感器、共鸣器、led灯、智能控制模块，座椅上共鸣器对广场舞噪音具有收集作用，在路径上阻断了噪音向居民区传播，起到吸音降噪的效果，在为居民营造良好居住环境的同时满足了城市中老年群体对于广场舞的需求。与此同时，共鸣器还具有声波放大功能，压电薄膜传感器能利用声能进行发电，并供给led灯发亮，对广场进行照明，从而减少广场照明能耗，实现节能减排的效果，该座椅在降低噪音、创造巨大社会效益的同时兼具节能减排效益。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构右视图；

图3为本实用新型系统原理图。

图4为本实用新型分解结构示意图。

图中：1、长椅；2、挡板；3、雨棚；4、压电薄膜传感器；5、共鸣器；6、智能控制模块；7、光敏元件；8、市电；9、led灯；10、供能储能模块；11、电源接口；12、背板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，基于压电效应的节能降噪公共座椅，包括长椅1，长椅1的两侧均固定连接有挡板2，挡板2的背面固定连接有背板12，背板12由倾斜直板构成，且符合人体工程学，背板12的正面与长椅1的背面固定连接，两个挡板2之间固定连接有led灯9，挡板2的顶部固定连接有雨棚3，雨棚3的底部与背板12的顶部固定连接，雨棚3设计为上部向内弯曲，且采用拢音式结构，雨棚3的底部固定连接有压电薄膜传感器4，压电薄膜传感器4的底部固定连接有共鸣器5，压电薄膜传感器4采用pvdf压电薄膜传感器作为声电转化模块，pvdf压电薄膜传感器是一款用于监测振动和冲击等物理现象的多功能传感器，整个产品由压电薄膜、导电材料和mylar等叠加而成，为公知成熟技术。共鸣器5采用亥姆霍兹共鸣器作为声波收集放大装置，长椅1的内部分别设置有智能控制模块6、供能储能模块10，智能控制模块6以pic单片机为主体，单片机分别与光敏元件、led灯电连接，光敏电阻元件安装在led灯9附近，单片机获得光照情况后实现对led灯9的开关控制，智能控制模块6以pic单片机为主体，通过光敏电阻元件7实现对led灯9的开关控制，光敏元件自动检测光照强度，当天黑以后，广场需要照明，单片机获取光照情况后控制打开led灯9，供能储能模块10为单片机、led灯供电，同时能将多余的电能储存起来，在天亮后单片机控制自动关闭led灯，实现能源的合理利用，达到节能减排的最大化。供能储能模块采用蓄电池。

智能控制模块6同时与市电8连接，作为备用电源，在供能储能模块10电量不够时为广场夜间供电，共鸣器5作为声波收集放大模块，压电薄膜传感器4作为声电转化模块；通过利用亥姆霍兹共鸣器吸收传来的噪音能量，由柔性的压电复合振膜取代亥姆霍兹共鸣器的刚性板，在复合振膜面镀上一层很薄的银膜或其他导电性能优异的材料，将压电薄膜传感器安装在雨棚3上，可使得传来的噪音得到有效衰减，当入射声波频率达到晶体的共振频率时声波被驻留在声学晶体腔体内，压电薄膜传感器4将之转换为电能，且随着腔体内声压增大压电薄膜的电压输出也增大，选择较大的压电常数，将压电薄膜传感器4的共振频率、入射声波的频率和声学晶体腔体的固有频率设计为相同值时，能提高输出电能，以亥姆霍兹共鸣器为声压放大器，精细加工的柔性压电复合振膜为换能元件，在亥姆霍兹共鸣器内产生一个耦合共振系统，再由压电效应将声能转换为电能，产生的电流由与导电银膜连接的导线输出。

当广场舞噪音中的声波经共鸣器5收集扩大，压电薄膜传感器4转化为电能之后通过导线为led灯9供能，当广场中的噪音较大，压电薄膜传感器4产生的多余电能可储存在供能储能模块10内，可用于在无人跳广场舞情况下广场照明，在电量不足时也可切换备用电(市电8)供电。

本申请在长椅1上还预留电源接口，为方便市民充电用电使用。

本申请可以将公共座椅环绕安装在广场的周围边缘处，座椅中心有较大空间供广场舞或人员活动使用，其中优先选择在靠近居民区的一侧进行安装，以保证最大程度上消除噪音，为城市居民营造良好的居住环境。

公共座椅上共鸣器5对广场舞噪音具有收集作用，在路径上阻断了噪音向居民区传播，起到吸音降噪的效果，在为居民营造良好居住环境的同时满足了城市中老年群体对于广场舞的需求，妥善解决了两者间的矛盾，为居民创造了更美好的生活，社会效益巨大，与此同时，共鸣器5还具有声波放大功能，压电薄膜传感器4能利用声能进行发电，并供给led灯9发亮，对广场进行照明，从而减少广场照明能耗，实现节能减排的效果，该座椅在降低噪音、创造巨大社会效益的同时兼具节能减排效益。

本申请公共座椅尤其适用于安装在公园等宽敞且人员聚集的地方，优先选择在靠近居民区的一侧进行安装，使用时，广场舞产生的噪音经过空气传播到该座椅处，经共鸣器5收集扩大，引起压电薄膜传感器4振动，将声能转化为电能，既吸收降低了噪音，同时将声能转化，产生一定量电能，用于为led灯9供电，为附近的区域提供照明服务，通过压电效应产生的电能向灯管供电，起到为广场照明的作用，减少了广场照明的能耗，节能效果显著。

此外，挡板2和背板上均可设置透明窗，供休息者观察或欣赏周围环境、与周围人员交流。

所述光敏元件可为光照传感器，能将光照强度值转为电压值，当检测的光照强度低于晴朗天空傍晚时强度时，单片机获取该电压值后控制led灯开启，也可通过单片机设置led灯持续开启时长(5～6个小时左右)，夜间关闭，节约能源；反之则关闭led灯。光敏元件还可为光敏电阻，无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小，此时单片机与led灯连接的线路断开；当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大，此时单片机与led灯连接的线路导通。

经计算，75db左右的广场舞噪音经共鸣器扩音，到达压电薄膜处可达约130db。声功率级的计算公式为：

式中，

lw：声功率级(单位：分贝)；

w：声功率(单位：瓦)；

w0：基准声功率，w0＝10^-12瓦，即1皮瓦。

由声功率级计算公式可得，单位面积压电薄膜可产生约10w的电能，足够供市场常规的额定功率为9w的led灯带使用，设计合理。

节电量计算实例：

以天津市日华里小区为例，其中心广场是中老年人进行广场舞的主要场所，半径为20-30m，这里取中间值25m，则中心广场面积为1963.49㎡，周长为157.08m。根据广场面积和周长，在广场周围边缘安装30个节能降噪座椅较合理。广场舞噪音主要分为晨间噪音和晚间噪音，经调研，每天广场舞产生噪音的持续时间约为4.5h，每个座椅安装有单位面积(1平方米)的压电薄膜，则每个座椅每天的产电量为0.045kwh，30个座椅每天的总产电量为1.35kwh，转换成能量约为4860kj。

以天津市市区为例，根据其风景名胜poi数据，筛选其中的城市广场、公园，得到其市内六区(和平区、河北区、河东区、河西区、南开区、红桥区)共有广场135个，在不考虑市区存在较大型的广场的情况下，若市区广场均安装本设计的节能降噪座椅，则其每年的节电量约为66521.25千瓦时，天津高峰电价约为1.31元/kwh，则每年可节省政府财政电费开支87142.83元。

经济性计算实例

以一个1.8m×0.8m×2.0m(长×宽×高)尺寸的本申请公共座椅计算其成本，如表1所示：

表1成本核算

经计算，一个1.8m×0.8m×2.0m(长×宽×高)尺寸的新型节能降噪座椅一年节约电量16.43kwh，一年节约费用21.52元。按照静态回收期计算其回收期为15.33年。虽然回收期较长，但是有助于缓解广场舞噪音扰民引发的社会矛盾，而且使用年限较长，其所创造的社会效益巨大。

需要说明的是，本实用新型为基于压电效应的节能降噪公共座椅，所使用的压电薄膜传感器、共鸣器、智能控制模块、led灯、供能储能模块等部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。