Sensor TENG de nanofibras utilizado en la detección de seguridad de sujetadores de rieles
Los sujetadores de rieles son componentes críticos de las vías férreas y deben inspeccionarse regularmente para garantizar la operación segura de las vías férreas. Un artículo de periódico de prueba previa nano energía presenta un sensor de vibración de nanofibras autoalimentado (SNVS) con un excelente rendimiento de salida para el monitoreo de seguridad de sujetadores de rieles de rutina.
Estudiar: Sensor de vibración flexible autoalimentado de nanofibra para detección de seguridad de tirantez de sujetadores de rieles. Haber de imagen: SB7/Shutterstock.com
Detección de seguridad de sujetadores de rieles: importancia y limitaciones
Como parte fundamental de la infraestructura de las líneas ferroviarias, el mantenimiento y la conservación de las sujeciones de los rieles se han convertido en partes esenciales de la inspección de seguridad de las líneas ferroviarias de rutina. Actualmente, la inspección manual y el reconocimiento visual por computadora son las técnicas más comunes para determinar la resistencia de los sujetadores de rieles.
Sin embargo, la inspección manual es ineficiente, requiere mucha mano de obra y tiene un alto porcentaje de detecciones perdidas. De manera similar, la tecnología de reconocimiento de visión por computadora es costosa y tiene poca adaptabilidad. Estas restricciones impiden significativamente el despliegue general de las tecnologías actuales de detección de seguridad.
Por lo tanto, es crucial diseñar un sensor de vibración altamente sensible, fácil de fabricar y adaptable para mejorar la confiabilidad y eficiencia en tiempo real del monitoreo de seguridad de sujetadores de rieles.
Sensor de vibración autoalimentado: el futuro de la detección de seguridad
Un sensor de vibración autoalimentado que obtiene su energía de las vibraciones de las vías del tren puede resolver de manera efectiva el problema de la detección de seguridad confiable y rentable.
Un nanogenerador triboeléctrico (TENG) es un innovador dispositivo de conversión de energía que convierte la energía mecánica en electricidad a partir de la conexión de triboelectrificación y procesos inductivos electrostáticos. Las TENG son adecuadas para aplicaciones de detección autoalimentadas debido a su amplia variedad de materiales, bajo costo y excelente eficiencia en comparación con las baterías convencionales.
Sin embargo, el rendimiento de salida del sensor de vibración basado en un nanogenerador triboeléctrico (TENG) debe mejorarse para lograr una mayor eficiencia de conversión de energía para las aplicaciones de autodetección de próxima generación.
Nanofibra electrohilada para mejorar el sensor de vibración basado en TENG
Anteriormente, los investigadores intentaron mejorar la salida de electricidad del sensor de vibración basado en TENG mejorando las sustancias triboeléctricas, cambiando la construcción del dispositivo y ampliando el área de contacto funcional.
Sin embargo, la mayoría de estas soluciones propuestas son complicadas y costosas. Por lo tanto, siempre es muy deseable mejorar el nivel de rendimiento del sensor de vibración basado en TENG por medios prácticos y rentables.
Recientemente se ha desarrollado una variedad de sensores de vibración autoalimentados basados en TENG para recolectar energía de vibración ferroviaria. Sin embargo, estos sensores de vibración aún tienen problemas que resolver, como su gran tamaño, interfaces difíciles e incapacidad para cubrir uniformemente la superficie del ferrocarril, lo que les impide cumplir con los requisitos de control de estanqueidad de los sujetadores ferroviarios.
Investigaciones recientes han demostrado que una nanofibra electrohilada es un material rentable para crear un sensor de vibración de alto rendimiento. La finura, la adaptabilidad y la permeabilidad de una nanofibra electrohilada pueden aumentar significativamente el área funcional y la rugosidad de la superficie de las sustancias triboeléctricas.
Aspectos destacados del estudio actual
En este trabajo, los investigadores presentaron un sensor de vibración de nanofibras (SNVS) autoalimentado adaptable, transportable y rentable para detectar la seguridad y la estanqueidad de los sujetadores ferroviarios. Se creó una nanofibra versátil y de alto rendimiento electrohilando una sustancia dieléctrica fuerte de titanato de bario (BTO) con una sustancia triboeléctrica relativamente negativa de fluoruro de polivinilideno (PVDF).
Se utilizó la técnica de difracción de rayos X (XRD) para determinar la estructura cristalina de la nanofibra híbrida y se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM) para examinar la microestructura y la topología de la nanofibra preparada. Un electrómetro programado evaluó el voltaje de circuito abierto, la carga de transferencia de cortocircuito y la corriente de cortocircuito del SNVS.
Los investigadores también crearon un sistema de detección de hermeticidad basado en el sensor de vibración de nanofibras tal como se fabricó al absorber con éxito la energía de vibración del ferrocarril y evaluar las señales de vibración sueltas de los sujetadores del ferrocarril.
Desarrollos clave
El sensor de vibración de nanofibras autoalimentado (SNVS) genera electricidad con un potencial de circuito abierto de 185 V, una densidad de potencia de 4,28 Wm-2y una corriente de cortocircuito de 5,68 A-cm-2. También se caracteriza por una excelente fiabilidad operativa, adaptabilidad ecológica y rápido tiempo de reacción.
Como resultado, el sensor de vibración de nanofibras autoalimentado (SNVS) puede recolectar energía de vibración ferroviaria de manera eficiente y determinar correctamente el apriete de los sujetadores de riel en función de las cualidades de vibración, lo que garantiza la seguridad de las líneas ferroviarias.
El proceso de producción del sensor de vibración es simple, rentable y factible, y se prevé que el sensor de vibración de nanofibras autoalimentado (SNVS) creado en este trabajo proporcione una herramienta de detección útil para mantener seguras las líneas ferroviarias.
Referencia
Meng, Y. et al. (2022). Sensor de vibración flexible, autoalimentado y basado en nanofibras para la detección de seguridad de estanqueidad de sujetadores de rieles. nano energía. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522007455?via%3Dihub
