技术摘要：
本发明为隧道火灾自供电照明系统及使用方法，隧道路面采用分区分段设置，每个区内设置有独立的照明系统，该系统包括压电柱装置、整流装置、电流电压变送器、储电设备、气体浓度检测传感器、单片机、照明装置。汽车经过隧道路面时，压电柱装置受到外力，利用正压电效应  全部
背景技术：
伴随着交通事业的发展和城市现代化进程的加快，隧道工程日益增多，由于隧道 开挖段地质条件复杂，开挖山体难度大，导致隧道内部空间狭窄、通风不便、信号能源等传 输困难；另外，隧道本身的隐蔽性、空间封闭性，使得一旦发生隧道火灾，不仅会出现难发 现、难排烟、难救援的情况，特别需要注意的是，由于隧道电路统一铺设，在火灾发生时一旦 部分电路被烧毁，将导致整个照明系统瘫痪，增加救援难度。不仅造成人员伤亡、车辆损毁、 隧道结构和隧道内辅助设施严重损坏等直接损失，也会中断通信和能源的供给，造成大量 的间接损失。因此，在隧道火灾中，照明系统至关重要，不仅能起到提供视野、减轻事故人员 恐慌的作用；更重要的是，能够帮助救援，指引逃生路线，增加有效救援时间。 传统技术中，隧道照明系统采用国家电网统一供电，电路统一布设(无分段、分 区)，现有的路政电网以中低压电为主，保证全天供电，因此存在耗电量巨大，需要经常维修 等不足。其次，由于隧道多开设在山区、河道底部等远离市区，因此远距离架设管线，工程繁 杂，投资巨大，加之长距离输电的电力损耗很大，将造成了巨大的能源浪费。而且一旦发生 火灾，隧道中统一布置的电路如若烧毁，则整个隧道的照明系统将无法使用，为隧道救援和 清理带来不便。现有技术中，缺乏一种能够自主供电的隧道照明系统，特别是实现火灾中照 明系统的正常使用，这将是我们当前的重要研究课题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种隧道火灾自供电照 明系统及使用方法。该系统采用压电技术，将车辆经过隧道路面时产生的机械能转化为电 能为照明系统供电，实现了隧道照明系统的自主供电，另外，在压电柱等的布置上采取分区 分段布置的理念(电力布置分区分段，避免部分线路烧毁导致整个系统瘫痪)，合理划分区 域，确保火灾发生时照明系统的正常供电，有效解决隧道照明供电存在的能源浪费，避免隧 道发生火灾时照明系统无法使用的问题。 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： 一种隧道火灾自供电照明系统，该系统包括压电柱装置、整流装置、电流电压变送 器、储电设备、气体浓度检测传感器、单片机及照明装置；其特征在于， 将隧道沿隧道长度方向分成多个单位区域，每个单位区域内均安装一套所述的隧 道火灾自供电照明系统；汽车经过隧道路面时，压电柱装置受到外力，利用正压电效应将机 械能转换成电能，与整流装置连接收集单位区域内多个压电柱产生的电能，整流装置与电 流电压变送器的电力输入端连接进行电压和电流的交换；变送器的电力输出端和储电设备 的电力输入端连接，储存压电柱装置产生的电能；储电设备为气体浓度检测传感器、照明装 4 CN 111594797 A 说　明　书 2/7 页 置和单片机供电，气体浓度检测传感器同时连接单片机，单片机连接照明装置。 所述气体浓度检测传感器能够随CO气体浓度的变化改变气体浓度检测传感器的 输出电压，进而影响单片机的输出电流，最终改变照明灯的灯光颜色；单片机将气体浓度检 测传感器输出的电压信号进行A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度 来判断是否超过报警上限。 所述压电柱装置包括若干个压电柱构成；压电柱装置安装步骤是： (1)选取压电柱装置预埋点，预埋点开设大于压电柱装置尺寸开槽，使该开槽能完 全包裹容纳压电柱装置，且能在压电柱装置周围有设置柔性缓冲层的空间；在开槽靠近隧 道路面边缘的一侧开有线槽，线槽导通连接在总线槽上； (2)开槽中填入沥青胶砂后，将压电柱装置置于开槽内，压电柱装置的导线采用并 联连接方式由线槽引出汇总于总线槽，通过总线槽连接整流装置； (3)开槽壁与压电柱装置之间缝隙以及线槽缝隙通过沥青胶砂填充并压实，再利 用改性沥青对坑槽进行灌缝封闭处理，使压电柱装置所在路面与隧道整体道路表面齐平； (4)齐平后再在压电柱装置所在路面上表面加铺抗滑涂层或缓冲层。 所述压电柱装置的单车道布置方式为，将单位区域分成等距离的多段，每间隔一 段布置一组压电柱装置；双车道中压电柱装置错落布置。 单位区域长度为100m，每段长度为10m，每间隔10m布置一组压电柱装置，单位区域 内一共布置5组压电柱装置；压电柱装置距离隧道路面两边边缘0.3m布置，每两组压电柱之 间10m距离为中间隔离区。 所述整流装置、电流电压变送器、储电设备、气体浓度检测传感器的布置方式为， 每单位区域内布置一个。 报警上限为CO气体浓度为50mmp；所述单片机中气体浓度未超过报警上限时，电流 正常，红、绿、蓝三种LED灯同时点亮，发出白光，超过报警上限时，单片机使输出电流减小， 仅使红、绿两种LED灯点亮，发出黄光。 所述照明装置由若干个LED灯组成，在隧道入口处每隔6m、过渡段每隔10m、基本段 每隔14m设置一个LED隧道灯。 气体浓度检测传感器选用美国SPEC  Sensors一氧化碳传感器3SP-CO-1000，单片 机采用MCS51单片机，一组压电柱装置由若干个压电柱构成10m×6m的阵列，所述压电柱型 号使用PCrN-4Φ14*H10MM；整流装置的能量采集电路使用全桥整流电路。 一种隧道火灾自供电照明系统的使用方法，该方法的步骤为： (1)隧道路面采用分区分段设置，每个区内设置有独立的照明系统，区域内分段设 置压电柱装置，车辆经过路面，挤压压电柱装置，压电柱装置通过正压电效应将机械能转换 成电能； (2)整流装置收集单位区域内多个压电柱装置产生的电能，电能通过电流电压变 送器输入储电设备进行储存； (3)储电设备为照明装置进行供电，保证隧道照明的正常使用； (4)当隧道发生火灾时，燃烧产生的一氧化碳气体急剧增加，气体浓度检测传感器 实时监测CO气体浓度，并由单片机将传感器输出的电压值转换为气体浓度来判断是否超过 报警上限，当气体浓度未超过报警上限时，电流正常，红、绿、蓝三种LED灯同时点亮，发出白 5 CN 111594797 A 说　明　书 3/7 页 光，超过报警上限时，单片机使输出电流减小，仅使红、绿两种LED灯点亮，发出黄光； (5)若火灾时部分电路被烧毁，由于电路设计采用分区分段的方式，灯光、电以及 其他装置分区布设，烧毁其中一区，其余区段照明系统正常供电，继续提供视野，指导逃生 救援。 本发明解决了隧道的自供电照明，以及隧道发生火灾时照明系统无法使用的问 题，与现有技术相比，具有以下优点： 1、本发明照明系统利用压电柱装置将隧道内车辆对路面产生的机械能转化为电 能，并合理划分布设压电柱装置的区域范围，确保此段隧道区域范围发生火灾后，其他隧道 路段的电力系统仍能正常供电，保证隧道照明设备正常使用。 2、本发明照明系统中照明装置采用LED灯节能环保，且发生火灾时，烟雾浓度达到 气体传感器阈值(50mmp)时，单片机使输出电流减小，仅使红、绿两种LED灯点亮，LED灯颜色 改变为在浓雾下穿透力强的黄色光(单片机将气体浓度检测传感器输出的电压信号进行A/ D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度来判断是否超过报警上限。未超过 报警上限(50mmp)，电流正常，红、绿、蓝三种LED灯同时点亮，发出白光；超过报警上限 (50mmp)，单片机使输出电流减小，仅使红、绿两种LED灯点亮，发出黄光)，在火灾发生时提 供更佳的视野。 3、与传统隧道线路布设不同，本发明实现了隧道照明系统的电能自给，改善了现 有国家电网供电的诸多不足，避免了电能的严重浪费，具有显著的经济价值和社会价值。 4、本发明隧道火灾自供电照明系统及使用方法结构完整，适用性强。运用压电柱 装置进行隧道自给供电的同时，通过将隧道合理划分区域，不仅实现了隧道内部的自供电 照明，而且避免了区域范围火灾导致隧道整体照明设备的损坏，为火灾中隧道照明的研究 提供了科学的指导。克服了单纯依赖太阳能供电而存在的转换效率低，间歇性工作，受天气 影响大的问题。 附图说明 图1为本发明隧道火灾自供电照明系统的整体结构示意图； 图2为本发明隧道火灾自供电照明系统的剖面图； 图中，1为压电柱装置；2为整流装置；3为电流电压变送器；4为储电设备；5为气体 浓度检测传感器；6为单片机；7为照明装置。