CN107147329A - 一种声能回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声能回收装置，属于新型能量采集装置领域，旨在能够回收声能并将声能转换为电能，包括声音放大装置和声电转换装置；其中，所述声音放大装置包括由锥形声波导管和声波共振腔组成的霍尔姆兹共鸣器；所述声电转换装置包括圆盘振子，所述圆盘振子位于声波共振腔底部，所述圆盘振子远离锥形声波导管的一侧设有圆形压电片，另一侧设有基座，所述基座上设有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁上方设有压电片，所述压电片远离基座且远离压电悬臂梁的一侧设有质量块；所述声波导管、声波共振腔、圆盘振子和圆形压电片的对称轴在同一直线上，且所述基座位于圆盘振子圆心处。
Description
技术领域
本发明涉及新型能量采集装置领域，特别涉及一种声能回收装置。
背景技术
近年来无线传感器、微机电系统等低功耗无线电子器件得到了快速发展，如何为其供能成为了目前需要解决的一项关键技术。当前电池增容技术的发展远远落后于无线电子器件的发展，无法满足特殊领域微电子器件供电的需要。目前，开展新的供能(能量自给)技术研究，寻求一种可以代替电池的自供能新能源成为当前需要解决的关键技术问题。
近年来人们把研究的目光集中在环境中可利用的潜在能源，包括声能、太阳能、热能、潮汐能、生物能和机械振动能等。其中声能较为广泛的存在于自然环境中，且不像光能、热能等受到自然条件的限制，所以将环境中的声能直接转换成低功耗微型器件的供能能源具有广阔的应用前景，自然环境中声能无处不在，因此如何将自然环境中的声能量进行回收成为了急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何将自然环境中的声能量进行回收转化为电能。
本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实现的：一种声能回收装置，包括声音放大装置和声电转换装置；
其中，所述声音放大装置包括由锥形声波导管和声波共振腔组成的霍尔姆兹共鸣器；
所述声电转换装置包括圆盘振子，所述圆盘振子位于声波共振腔底部，所述圆盘振子远离锥形声波导管的一侧设有圆形压电片，另一侧设有基座，所述基座上设有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁上设有压电片，所述压电片远离基座且远离压电悬臂梁的一侧设有质量块；
所述声波导管、声波共振腔、圆盘振子和圆形压电片的对称轴在同一直线上，且所述基座位于圆盘振子圆心处。
进一步的，所述圆形压电片与圆盘振子之间通过导电胶粘结。
进一步的，所述基座与圆盘振子之间以及质量块和压电片之间均通过绝缘胶粘结，所述压电片与压电悬臂梁之间通过导电胶粘结。
进一步的，所述锥形声波导管的长度等于声波共振腔上壁的厚度。
进一步的，所述圆盘振子的直径等于声波共振腔的外径。
进一步的，所述基座和质量块均为金属块。
进一步的，所述压电悬臂梁为薄金属条。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
声音入射到锥形声波导管时，入射声波经锥形声波导管传播，经过声波共振腔对声压放大，被放大的声波作用在圆盘振子上，圆盘振子振动会带动圆形压电片与压电悬臂梁振动弯曲，产生形变，则粘贴在圆盘振子与粘贴在悬臂梁上表面的压电片也随之产生形变，由于压电片是具有压电效应的压电材料，当压电片产生形变时会引起压电片表面上产生等量正负电荷，进而压电片的上下表面就会产生电势差，圆形压电片和压电片可以采用并联的形式也可以采用串联的形式，并联时可以增加输出电压，串联时可以增加输出电流，因此通过声音放大装置和声电转换装置的配合可以将声能回收并转换为电能。
附图说明
图1为本实施例用于体现锥形波导管的结构示意图；
图2为本实施例用于体现的结构示意图；
图3为本实施例用于体现基座的截面示意图；
图4为本实施例用于体现压电片的截面示意图。
图中，1、锥形声波导管；2、声波共振腔；3、圆盘振子；4、圆形压电片；5、基座；6、质量块；7、悬臂梁；8、压电片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种声能回收装置，如图1所示，包括声音放大装置和声电转换装置。
如图1所示，其中，声音放大装置包括由锥形声波导管1和声波共振腔2组成的霍尔姆兹共鸣器。
如图3所示，锥形声波导管1的内径由上至下逐渐变小，锥形声波导管1的长度等于声波共振腔2上壁的厚度，且锥形声波导管1的管璧厚度等于声波共振腔2外径与锥形声波导管1的半径之差。
如图2所示，声电转换装置包括圆盘振子3，圆盘振子3位于声波共振腔2底部，且圆盘振子3的直径等于声波共振腔2的外径，在圆盘振子3远离锥形声波导管1的一侧设有圆形压电片4，圆形压电片4与圆盘振子3之间通过导电胶粘结，另一侧设有基座5。
如图1所示，锥形声波导管1、声波共振腔2、圆盘振子3和圆形压电片4的对称轴在同一直线上，且基座5位于圆盘振子3圆心处。
如图3所示，在基座5上方设有压电悬臂梁7，压电悬臂梁7的一端与基座5远离圆盘振子3的一侧连接，在压电悬臂梁7上方设有压电片8，压电片8远离基座5且远离压电悬臂梁7的一侧设有质量块6。
如图4所示，基座5和质量块6均为金属块，压电悬臂梁7为薄金属条。
如图4所示，基座5与圆盘振子3之间以及质量块6和压电片8之间均通过绝缘胶粘结，压电片8与压电悬臂梁7之间通过导电胶粘结。
具体实施说明如下：
声音入射到锥形声波导管1时，入射声波经锥形声波导管1传播，经过声波共振腔2对声压放大，被放大的声波作用在圆盘振子3上，圆盘振子3振动会带动圆形压电片4与压电悬臂梁7振动弯曲，产生形变，则粘贴在圆盘振子3与粘贴在悬臂梁7上表面的压电片8也随之产生形变，由于压电片8是具有压电效应的压电材料，当压电片8产生形变时会引起压电片8表面上产生等量正负电荷，进而压电片8的上下表面就会产生电势差，圆形压电片4和压电片8可以采用并联的形式也可以采用串联的形式，并联时可以增加输出电压，串联时可以增加输出电流，因此通过声音放大装置和声电转换装置的配合可以将声能回收并装换为电能。
另外，可以根据装置环境中声源的主频带设计锥形声波导管1、声波共振腔2、压电悬臂梁7和圆盘振子3的结构尺寸，使霍尔姆兹共鸣器的共振频率、圆盘振子3及压电悬臂梁7组成的压电转换装置的固有频率处于该主频频带内，则该装置工作时换能器处于谐振状态，谐振情况下，锥形声波导管1和声波共振腔2组成的声学霍尔姆兹共鸣器比传统霍尔姆兹共鸣器对声波的放大倍数更大，有效带宽更宽，在粘有圆形压电片4的圆盘振子3上粘贴压电悬臂梁7不仅降低压电圆盘振子3的谐振频率，而且提高了声电耦合效率，具有较高的输出电压和电功率，是一种频带可选、可集成的高效声能量回收装置，解决了由于压电圆盘振子3谐振频率高无法与霍尔姆兹共鸣器发生共振的技术问题。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种声能回收装置，其特征是：包括声音放大装置和声电转换装置；
其中，所述声音放大装置包括由锥形声波导管(1)和声波共振腔(2)组成的霍尔姆兹共鸣器；
所述声电转换装置包括圆盘振子(3)，所述圆盘振子(3)位于声波共振腔(2)底部，所述圆盘振子(3)远离锥形声波导管(1)的一侧设有圆形压电片(4)，另一侧设有基座(5)，所述基座(5)上设有压电悬臂梁(7)，所述压电悬臂梁(7)上方设有压电片(8)，所述压电片(8)远离基座(5)且远离压电悬臂梁(7)的一侧设有质量块(6)；
所述锥形声波导管(1)、声波共振腔(2)、圆盘振子(3)和圆形压电片(4)的对称轴在同一直线上，且所述基座(5)位于圆盘振子(3)圆心处。
2.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述圆形压电片(4)与圆盘振子(3)之间通过导电胶粘结。
3.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述基座(5)与圆盘振子(3)之间以及质量块(6)和压电片(8)之间均通过绝缘胶粘结，所述压电片(8)与压电悬臂梁(7)之间通过导电胶粘结。
4.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述锥形声波导管(1)的长度等于声波共振腔(2)上壁的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述圆盘振子(3)的直径等于声波共振腔(2)的外径。
6.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述基座(5)和质量块(6)均为金属块。
7.根据权利要求1所述的一种声能回收装置，其特征是：所述压电悬臂梁(7)为薄金属条。
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