一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统 |
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| 申请号 | CN202210187451.5 | 申请日 | 2022-02-28 | 公开(公告)号 | CN114561903A | 公开(公告)日 | 2022-05-31 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 张明; 李丁晨; 李家玮; 李传; 肖梦涵; 杨文迪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，属于公路辅助设备领域，包括：放电模 块 和电源模块；放电模块设置有多个，且沿公路间隔设置；放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路中间指向公路两侧的第一 电场 ，以及在道路两侧产生从公路内指向公路外的第一离子 风 ；或者，放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路第一侧指向公路第二侧的第二电场，以及在公路第二侧从公路内指向公路外的第二离子风；电源模块，与各放电模块相连，用于为各放电模块供电。本发明在电晕放电作用下，公路内的雾滴被荷电并在电场作用下在地面和防护网上沉积；公路外的雾被电晕放电产生的离子风阻挡，切断雾源，保证路面持续保持高的能见度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，其特征在于，包括：放电模块和电源模块； |
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| 说明书全文 | 一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统技术领域[0001] 本发明属于公路辅助设备领域，更具体地，涉及一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统。 背景技术[0002] 悬浮在大气中的小液滴或者小冰晶形成雾，它可以降低能见度，并且极易携带颗粒物造成大气污染。能见度的降低可能会使影响人类活动的安全系数，尤其在高速公路上，大雾天气的能见度很低，路况不明会导致车辆容易发生追尾，造成人员和财产损失。大雾天气还会使高速公路停运，造成不可估量的经济损失。 发明内容[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，包括：放电模块和电源模块； [0006] 放电模块设置有多个，且沿公路间隔设置；放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路中间指向公路两侧的第一电场，以及在道路两侧产生从公路内指向公路外的第一离子风；或者，放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路第一侧指向公路第二侧的第二电场，以及在公路第二侧从公路内指向公路外的第二离子风； [0007] 电源模块，与各放电模块相连，用于为各放电模块供电。 [0008] 本发明所提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，其在工作时，由电源模块为放电模块供电，使放电模块产生从公路中间指向公路两侧的第一电场，以及在道路两侧产生从公路内指向公路外的第一离子风；或者，放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路第一侧指向公路第二侧的第二电场，以及在公路第二侧从公路内指向公路外的第二离子风；一方面，公路内部的雾滴在电晕放电的作用下荷电，通过第一电场的作用向公路两侧路面和防护网沉积，或者通过第二电场的作用向公路一侧路面和防护网沉积，从而消除公路上的雾；另一方面，在第一离子风/第二离子风的作用下，会阻拦公路外部的雾向公路内部扩散，切断雾源；两方面相互配合，能够持续清除路面上的雾，长时间提高路面能见度。 [0011] 若放电模块产生的电场和离子风分别为第一电场和第一离子风，则绝缘子支柱设置在公路中间，低压放电电极设置有两个，且分别设置在公路两侧的防护网以内； [0012] 若放电模块产生的电场和离子风分别为第二电场和第二离子风，则绝缘子支柱设置在公路第一侧，低压放电电极仅设置有一个，且设置在公路第二侧的防护网以内。 [0013] 本发明中，放电模块的放电部分由高压放电电极和低压放电电极共同组成，由高压电极放电产生第一电场或第二电场，由低压放电电极放电产生第一离子风或第二离子风，同时高压放电电极和低压放电电极之间的电势差，能够强化电场，进一步提高除雾效果。 [0014] 进一步地，绝缘子支柱设置在公路中间时，高压放电电极包括第一电极框以及平行、间隔安装于第一电极框内的多个双刃刀片；第一电极框内的各双刃刀片的两个刀刃分别朝向公路两侧； [0015] 绝缘子支柱设置在公路第一侧时，高压放电电极包括第二电极框以及平行、间隔安装与第二电极框内的多个单刃刀片，第二电极框内的各单刃刀片的刀刃朝向公路第二侧。 [0016] 本发明中，当高压放电电极设置于公路中间时，高压放电电极主要由双刃刀片组成，这使得高压放电电极能够同时向公路两侧放电，相比于分别设置两个朝不同方向放电的电极，本发明能够降低电极成本和重量，并且避免了两个电极之间的干扰，进一步保证放电效果。 [0017] 进一步地，低压放电电极包括第三电极框以及平行、间隔安装于第三电极框内的多个单刃刀片；第三电极框内的各单刃刀片的刀刃朝向公路外侧。 [0018] 进一步地，第一电极框内各双刃刀片的间距、第二电极框内各单刃刀片的间距以及第三电极框内各单刃刀片的间距，均为4cm，由此能够在保证有足够的放电密度的情况下，刀片之间的干扰最弱。 [0019] 进一步地，电源模块包括相互连接的高压电源和分压器； [0020] 分压器的高压输出端与高压放电电极相连，分压器的低压输出端与低压放电电极相连，分压器用于将高压电源输出的电压分为两个不同的电压，以向高压放电电极提供较高的电压，而向低压放电电极提供较低的电压。 [0021] 本发明中，在电源模块中设置分压器，使得放电模块中的高压放电电极和低压放电电极能够共用一个高压电源，从而大大降低除雾系统的成本。 [0022] 进一步地，绝缘子支柱包括绝缘子及设置于绝缘子顶端的U型连接件，U型连接件用于固定高压放电电极。 [0023] 本发明中，绝缘子支柱顶端设置U型连接件，可以有效实现高压放电电极的固定；绝缘子支柱底端设置绝缘子，则可以保证高压放电电极的放电安全。 [0024] 进一步地，绝缘子底端距离路面高度为4～5m。 [0025] 由于公路路况复杂，且无法对公路上行驶的车辆进行统一调度，本发明将绝缘子支柱中绝缘子底端距离路面的高度设置为4～5m，能够在保证放电安全的同时，保证放电效果并避免放电对公路上行驶的汽车造成影响。 [0026] 进一步地，本发明提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，还包括：与电源模块相连的控制模块； [0027] 控制模块，用于实时采集影响电晕放电的环境参数，并根据环境参数对电源模块的电压和输出功率进行调节，使公路除雾系统持续运行。 [0028] 本发明中，由控制模块实时采集影响电晕放电的环境参数，并根据环境参数对电源模块的电压和输出功率进行调节，形成了闭环控制，从而在影响电晕放电的环境参数发生变化时，整个除雾系统能够自适应做出调节，保证系统的持续运行。 [0029] 进一步地，环境参数包括能见度、温度、风速和风向。 [0030] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果： [0031] (1)本发明提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，在电晕放电作用下，公路内的雾滴被荷电并在电场作用下在地面和防护网上沉积；公路外的雾被电晕放电产生的离子风阻挡，切断雾源，保证路面持续保持高的能见度。 [0032] (2)本发明提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，其中的控制模块实时采集能见度、温度、风速和风向等环境因素信号，用于控制电源模块的电压和输出功率，可以保证系统可以低功率、高效、持续运行，实现除雾系统的闭环控制。附图说明 [0033] 图1为本发明一实施例提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统示意图； [0034] 图2为本发明一实施例提供的绝缘子支柱的结构示意图； [0035] 图3为本发明一实施例提供的高压放电电极的结构示意图； [0036] 图4为本发明一实施例提供的低压放电电极的结构示意图； [0037] 图5为本发明一实施例提供的工作原理示意图； [0038] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： [0039] 1‑放电模块； [0040] 2‑电源模块； [0041] 3‑控制模块。 具体实施方式[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0043] 在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 [0044] 为了实现对公路的持续除雾，长时间提高公路能见度，本发明提供了一种基于空间大尺寸电晕放电的公路除雾系统，其整体思路在于：通过大尺寸空间电晕放电，形成从公路中间指向公路两侧的电场，或者从公路一侧指向另一侧的电场，使公路上的雾滴荷电，并在电场作用下沉积在地面和公路两侧的防护网上，有效清除公路内部的雾；通过电晕放电产生从公路内侧指向公路外侧的离子风，阻挡公路外侧的雾滴向公路内扩散，阻断雾的补充，实现对公路的持续除雾，长时间提高公路能见度。 [0045] 以下为实施例。 [0046] 实施例1： [0047] 一种基于空间大尺寸电晕放电的公路除雾系统，本实施例中，所适用的公路包含双向行驶车道，且中间设置有隔离带，公路两侧均设置有防护网。 [0048] 如图1和图5所示，本实施例包括：放电模块1、电源模块2和控制模块3； [0049] 放电模块1设置有多个，且沿公路间隔设置；放电模块1，用于通过电晕放电，产生从公路中间指向公路两侧的第一电场，以及在道路两侧产生从公路内指向公路外的第一离子风； [0050] 电源模块2，与各放电模块1相连，用于为各放电模块1供电； [0051] 控制模块3，与电源模块2相连，用于实时采集影响电晕放电的环境参数，并根据环境参数对电源模块的电压和输出功率进行调节，使公路除雾系统持续运行。 [0052] 参阅图1和图5，本实施例中，放电模块1包括：绝缘子支柱、高压放电电极和低压放电电极； [0053] 绝缘子支柱的底端高于地面，且高压放电电极固定于绝缘子支柱的顶端；高压放电电极和低压放电电极分别与电源模块相连，且工作时，高压放电电极的电压高于低压放电电极的电压； [0054] 本实施例中，绝缘子支柱设置于公路中间的隔离带上；其结构如图2所示，包括绝缘子及设置于绝缘子顶端的U型连接件，U型连接件用于固定高压放电电极； [0055] 本实施例中，通过将绝缘子支柱顶端连接件设置为U型，可以有效实现高压放电电极的固定；绝缘子支柱底端设置绝缘子，则可以保证高压放电电极的放电安全，本实施例所使用的绝缘子具体是户外橡胶绝缘子； [0056] 考虑到公路路况复杂，且无法对公路上行驶的车辆进行统一调度，为了在保证放电安全的同时，保证放电效果并避免放电对公路上行驶的汽车造成影响，本实施例中，绝缘子底端距离路面高度为4～5m。 [0057] 本实施例中，放电模块1中的高压放电电极如图3所示，包括第一电极框以及平行、间隔安装于第一电极框内的多个双刃刀片；第一电极框内的各双刃刀片的两个刀刃分别朝向公路两侧；本实施例通过将向公路两侧放电的电极集成为双面电极，这使得高压放电电极能够同时向公路两侧放电，相比于分别设置两个朝不同方向放电的电极，能够降低电极成本和重量，并且避免了两个电极之间的干扰，进一步保证放电效果；应当说明的是，高压放电电极中采用双刃刀片，仅为本发明优选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定； [0058] 为了保证电极有足够的放电密度，且避免刀片之间的干扰太强，本发明通常将高压放电电极中刀片之间的间距设置为4～10cm；本实施例中，具体将高压放电电极中双刃刀片的间距设置为4cm，保证有足够的放电密度，并且刀片之间的干扰最弱； [0059] 本实施例中，放电模块1中，低压放电电极设置有两个，且分别设置在公路两侧的防护网以内；低压放电电极的结构如图4所示，包括第三电极框以及平行、间隔安装于第三电极框内的多个单刃刀片；第三电极框内的各单刃刀片的刀刃朝向公路外侧，同样地，为了保证有足够的放电密度，并且刀片之间的干扰最弱，本实施例中，低压放电电极中的担任刀片的间距也设置为4cm； [0060] 为便于集成，本实施例中，高压放电电极的和低压放电电极的电极框尺寸均为1×1m；在实际应用中，放电模块1的设置间隔可根据单个放电模块1的除雾范围相应设置，确保能够实现对整个路面中雾滴的有效清除，可选地，本实施例中，放电模块1的设置间隔为1～ 2m。 [0061] 本实施例中，如图5所示，电源模块2包括相互连接的高压电源和分压器； [0062] 分压器的高压输出端与高压放电电极相连，分压器的低压输出端与低压放电电极相连，分压器用于将高压电源输出的电压分为两个不同的电压，以向高压放电电极提供较高的电压，而向低压放电电极提供较低的电压； [0063] 由于高压电源成本较大，本实施例中，在电源模块中设置分压器，使得放电模块中的高压放电电极和低压放电电极能够共用一个高压电源，从而大大降低除雾系统的成本。 [0064] 由于能见度、温度、风速和风向对于电晕放电影响较为明显，本实施例中，控制模块3所采集的环境参数包括能见度、温度、风速和风向，相应地，如图1和图5所示，本实施例中，控制模块包括能见度检测仪、温度计、风速仪等测量装置；本实施例中，由控制模块实时采集影响电晕放电的环境参数，并根据环境参数对电源模块的电压和输出功率进行调节，形成了闭环控制，从而在影响电晕放电的环境参数发生变化时，整个除雾系统能够自适应做出调节，保证系统的低功率、高效、持续运行。 [0065] 如图5所示，本实施例所提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，其在工作时，由电源模块2为放电模块1供电，使放电模块1中的高压放电电极发生电晕放电，并产生从公路中间指向公路两侧的第一电场，同时低压放电电极发生电晕放电，从而在公路两侧产生从低压放电电极指向防护网的离子风；一方面，公路内部的雾滴在电晕放电的作用下荷电，通过第一电场的作用向公路两侧路面和防护网沉积，另一方面，在第一离子风的作用下，会阻拦公路外部的雾向公路内部扩散，切断雾源；两方面相互配合，能够持续清除路面上的雾，长时间提高路面能见度。 [0066] 应当说明的是，防护网为公路系统原有的设施，若在实际应用中，公路两侧未设置防护网，则可以先架设防护网；对于具有双向形式车道的公路，中央隔离带也为常见设施，若在实际应用中，公路中间没有隔离带，则直接在公路中间选取合适位置架设绝缘子支柱即可。 [0067] 实施例2： [0068] 一种基于空间大尺寸电晕放电的公路除雾系统，本实施例中，所适用的公路包含仅包含单向行驶车道，公路两侧均设置有防护网。 [0069] 与上述实施例1类似，本实施例包括：放电模块、电源模块和控制模块； [0070] 放电模块设置有多个，且沿公路间隔设置；放电模块，用于通过电晕放电，产生从公路第一侧指向公路第二侧的第二电场，以及在公路第二侧从公路内指向公路外的第二离子风； [0071] 电源模块，与各放电模块相连，用于为各放电模块供电； [0072] 控制模块，与电源模块相连，用于实时采集影响电晕放电的环境参数，并根据环境参数对电源模块的电压和输出功率进行调节，使公路除雾系统持续运行； [0073] 本实施例中，电源模块和控制模块的设置方式，与上述方法实施例相同，在此将不做复述。 [0074] 与实施例1类似，本实施例中，放电模块1包括：绝缘子支柱、高压放电电极和低压放电电极；绝缘子支柱的底端高于地面，且高压放电电极固定于绝缘子支柱的顶端；高压放电电极和低压放电电极分别与电源模块相连，且工作时，高压放电电极的电压高于低压放电电极的电压； [0075] 所不同的是，本实施例中，绝缘子支柱设置于公路的一侧，其结构同样如图2所示，包括绝缘子及设置于绝缘子顶端的U型连接件，U型连接件用于固定高压放电电极； [0076] 本实施例中，低压放电电极仅设置有一个，且设置在公路另一侧的防护网以内；低压放电电极与上述实施例1中的低压放电电极结构相同，具体如图4所示，可参考上述实施例1中的描述； [0077] 本实施例中，高压放电电极的结构与低压放电电极的结构相同，具体如图4所示，可参考上述实施例1中的描述。 [0078] 本实施例所提供的基于大尺寸空间电晕放电的公路除雾系统，其在工作时，由电源模块为放电模块供电，使放电模块中的高压放电电极发生电晕放电，并产生从公路一侧指向另一侧的第二电场，同时低压放电电极发生电晕放电，从而在公路一侧产生从低压放电电极指向防护网的离子风；一方面，公路内部的雾滴在电晕放电的作用下荷电，通过第一电场的作用向公路两侧路面和防护网沉积，另一方面，在第二离子风的作用下，会阻拦公路外部的雾向公路内部扩散，切断雾源；两方面相互配合，能够持续清除路面上的雾，长时间提高路面能见度。 [0079] 应当说明的是，防护网为公路系统原有的设施，若在实际应用中，公路两侧未设置防护网，则可以先架设防护网。 [0080] 容易理解的是，在实际应用中，对于包含双向行驶车道的公路，若路面较窄，在保证除雾效果的情况下，也可采用上述实施例2中的方式设置除雾系统；对于包含单相行驶车道的公路，若路面较宽，将高压放电电极和低压放电电极分别设置于公路两侧不足满足所需的除雾效果，则为了保证除雾效果，也可以采用上述实施例1中的方式设置除雾系统。 |
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