本發(fā)明涉及新型能量采集裝置領(lǐng)域，特別涉及一種聲能回收裝置。

背景技術(shù)：

近年來無線傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)等低功耗無線電子器件得到了快速發(fā)展，如何為其供能成為了目前需要解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前電池增容技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于無線電子器件的發(fā)展，無法滿足特殊領(lǐng)域微電子器件供電的需要。目前，開展新的供能(能量自給)技術(shù)研究，尋求一種可以代替電池的自供能新能源成為當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

近年來人們把研究的目光集中在環(huán)境中可利用的潛在能源，包括聲能、太陽能、熱能、潮汐能、生物能和機(jī)械振動(dòng)能等。其中聲能較為廣泛的存在于自然環(huán)境中，且不像光能、熱能等受到自然條件的限制，所以將環(huán)境中的聲能直接轉(zhuǎn)換成低功耗微型器件的供能能源具有廣闊的應(yīng)用前景，自然環(huán)境中聲能無處不在，因此如何將自然環(huán)境中的聲能量進(jìn)行回收成為了急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何將自然環(huán)境中的聲能量進(jìn)行回收轉(zhuǎn)化為電能。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種聲能回收裝置，包括聲音放大裝置和聲電轉(zhuǎn)換裝置；

其中，所述聲音放大裝置包括由錐形聲波導(dǎo)管和聲波共振腔組成的霍爾姆茲共鳴器；

所述聲電轉(zhuǎn)換裝置包括圓盤振子，所述圓盤振子位于聲波共振腔底部，所述圓盤振子遠(yuǎn)離錐形聲波導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)有圓形壓電片，另一側(cè)設(shè)有基座，所述基座上設(shè)有壓電懸臂梁，所述壓電懸臂梁上設(shè)有壓電片，所述壓電片遠(yuǎn)離基座且遠(yuǎn)離壓電懸臂梁的一側(cè)設(shè)有質(zhì)量塊；

所述聲波導(dǎo)管、聲波共振腔、圓盤振子和圓形壓電片的對(duì)稱軸在同一直線上，且所述基座位于圓盤振子圓心處。

進(jìn)一步的，所述圓形壓電片與圓盤振子之間通過導(dǎo)電膠粘結(jié)。

進(jìn)一步的，所述基座與圓盤振子之間以及質(zhì)量塊和壓電片之間均通過絕緣膠粘結(jié)，所述壓電片與壓電懸臂梁之間通過導(dǎo)電膠粘結(jié)。

進(jìn)一步的，所述錐形聲波導(dǎo)管的長度等于聲波共振腔上壁的厚度。

進(jìn)一步的，所述圓盤振子的直徑等于聲波共振腔的外徑。

進(jìn)一步的，所述基座和質(zhì)量塊均為金屬塊。

進(jìn)一步的，所述壓電懸臂梁為薄金屬條。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

聲音入射到錐形聲波導(dǎo)管時(shí)，入射聲波經(jīng)錐形聲波導(dǎo)管傳播，經(jīng)過聲波共振腔對(duì)聲壓放大，被放大的聲波作用在圓盤振子上，圓盤振子振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)圓形壓電片與壓電懸臂梁振動(dòng)彎曲，產(chǎn)生形變，則粘貼在圓盤振子與粘貼在懸臂梁上表面的壓電片也隨之產(chǎn)生形變，由于壓電片是具有壓電效應(yīng)的壓電材料，當(dāng)壓電片產(chǎn)生形變時(shí)會(huì)引起壓電片表面上產(chǎn)生等量正負(fù)電荷，進(jìn)而壓電片的上下表面就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，圓形壓電片和壓電片可以采用并聯(lián)的形式也可以采用串聯(lián)的形式，并聯(lián)時(shí)可以增加輸出電壓，串聯(lián)時(shí)可以增加輸出電流，因此通過聲音放大裝置和聲電轉(zhuǎn)換裝置的配合可以將聲能回收并轉(zhuǎn)換為電能。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例用于體現(xiàn)錐形波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)施例用于體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)施例用于體現(xiàn)基座的截面示意圖；

圖4為本實(shí)施例用于體現(xiàn)壓電片的截面示意圖。

圖中，1、錐形聲波導(dǎo)管；2、聲波共振腔；3、圓盤振子；4、圓形壓電片；5、基座；6、質(zhì)量塊；7、懸臂梁；8、壓電片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：一種聲能回收裝置，如圖1所示，包括聲音放大裝置和聲電轉(zhuǎn)換裝置。

如圖1所示，其中，聲音放大裝置包括由錐形聲波導(dǎo)管1和聲波共振腔2組成的霍爾姆茲共鳴器。

如圖3所示，錐形聲波導(dǎo)管1的內(nèi)徑由上至下逐漸變小，錐形聲波導(dǎo)管1的長度等于聲波共振腔2上壁的厚度，且錐形聲波導(dǎo)管1的管璧厚度等于聲波共振腔2外徑與錐形聲波導(dǎo)管1的半徑之差。

如圖2所示，聲電轉(zhuǎn)換裝置包括圓盤振子3，圓盤振子3位于聲波共振腔2底部，且圓盤振子3的直徑等于聲波共振腔2的外徑，在圓盤振子3遠(yuǎn)離錐形聲波導(dǎo)管1的一側(cè)設(shè)有圓形壓電片4，圓形壓電片4與圓盤振子3之間通過導(dǎo)電膠粘結(jié)，另一側(cè)設(shè)有基座5。

如圖1所示，錐形聲波導(dǎo)管1、聲波共振腔2、圓盤振子3和圓形壓電片4的對(duì)稱軸在同一直線上，且基座5位于圓盤振子3圓心處。

如圖3所示，在基座5上方設(shè)有壓電懸臂梁7，壓電懸臂梁7的一端與基座5遠(yuǎn)離圓盤振子3的一側(cè)連接，在壓電懸臂梁7上方設(shè)有壓電片8，壓電片8遠(yuǎn)離基座5且遠(yuǎn)離壓電懸臂梁7的一側(cè)設(shè)有質(zhì)量塊6。

如圖4所示，基座5和質(zhì)量塊6均為金屬塊，壓電懸臂梁7為薄金屬條。

如圖4所示，基座5與圓盤振子3之間以及質(zhì)量塊6和壓電片8之間均通過絕緣膠粘結(jié)，壓電片8與壓電懸臂梁7之間通過導(dǎo)電膠粘結(jié)。

具體實(shí)施說明如下：

聲音入射到錐形聲波導(dǎo)管1時(shí)，入射聲波經(jīng)錐形聲波導(dǎo)管1傳播，經(jīng)過聲波共振腔2對(duì)聲壓放大，被放大的聲波作用在圓盤振子3上，圓盤振子3振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)圓形壓電片4與壓電懸臂梁7振動(dòng)彎曲，產(chǎn)生形變，則粘貼在圓盤振子3與粘貼在懸臂梁7上表面的壓電片8也隨之產(chǎn)生形變，由于壓電片8是具有壓電效應(yīng)的壓電材料，當(dāng)壓電片8產(chǎn)生形變時(shí)會(huì)引起壓電片8表面上產(chǎn)生等量正負(fù)電荷，進(jìn)而壓電片8的上下表面就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，圓形壓電片4和壓電片8可以采用并聯(lián)的形式也可以采用串聯(lián)的形式，并聯(lián)時(shí)可以增加輸出電壓，串聯(lián)時(shí)可以增加輸出電流，因此通過聲音放大裝置和聲電轉(zhuǎn)換裝置的配合可以將聲能回收并裝換為電能。

另外，可以根據(jù)裝置環(huán)境中聲源的主頻帶設(shè)計(jì)錐形聲波導(dǎo)管1、聲波共振腔2、壓電懸臂梁7和圓盤振子3的結(jié)構(gòu)尺寸，使霍爾姆茲共鳴器的共振頻率、圓盤振子3及壓電懸臂梁7組成的壓電轉(zhuǎn)換裝置的固有頻率處于該主頻頻帶內(nèi)，則該裝置工作時(shí)換能器處于諧振狀態(tài)，諧振情況下，錐形聲波導(dǎo)管1和聲波共振腔2組成的聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器比傳統(tǒng)霍爾姆茲共鳴器對(duì)聲波的放大倍數(shù)更大，有效帶寬更寬，在粘有圓形壓電片4的圓盤振子3上粘貼壓電懸臂梁7不僅降低壓電圓盤振子3的諧振頻率，而且提高了聲電耦合效率，具有較高的輸出電壓和電功率，是一種頻帶可選、可集成的高效聲能量回收裝置，解決了由于壓電圓盤振子3諧振頻率高無法與霍爾姆茲共鳴器發(fā)生共振的技術(shù)問題。

本具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，其并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種聲能回收裝置，屬于新型能量采集裝置領(lǐng)域，旨在能夠回收聲能并將聲能轉(zhuǎn)換為電能，包括聲音放大裝置和聲電轉(zhuǎn)換裝置；其中，所述聲音放大裝置包括由錐形聲波導(dǎo)管和聲波共振腔組成的霍爾姆茲共鳴器；所述聲電轉(zhuǎn)換裝置包括圓盤振子，所述圓盤振子位于聲波共振腔底部，所述圓盤振子遠(yuǎn)離錐形聲波導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)有圓形壓電片，另一側(cè)設(shè)有基座，所述基座上設(shè)有壓電懸臂梁，所述壓電懸臂梁上方設(shè)有壓電片，所述壓電片遠(yuǎn)離基座且遠(yuǎn)離壓電懸臂梁的一側(cè)設(shè)有質(zhì)量塊；所述聲波導(dǎo)管、聲波共振腔、圓盤振子和圓形壓電片的對(duì)稱軸在同一直線上，且所述基座位于圓盤振子圓心處。

技術(shù)研發(fā)人員：王曉輝;袁明;王強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.08
技術(shù)公布日：2017.09.08