一種聲能回收裝置的制作方法

本發明涉及新型能量采集裝置領域，特別涉及一種聲能回收裝置。

背景技術：

近年來無線傳感器、微機電系統等低功耗無線電子器件得到了快速發展，如何為其供能成為了目前需要解決的一項關鍵技術。當前電池增容技術的發展遠遠落后于無線電子器件的發展，無法滿足特殊領域微電子器件供電的需要。目前，開展新的供能(能量自給)技術研究，尋求一種可以代替電池的自供能新能源成為當前需要解決的關鍵技術問題。

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

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是如何將自然環境中的聲能量進行回收轉化為電能。

本發明的上述技術問題是通過以下技術方案得以實現的：一種聲能回收裝置，包括聲音放大裝置和聲電轉換裝置；

其中，所述聲音放大裝置包括由錐形聲波導管和聲波共振腔組成的霍爾姆茲共鳴器；

所述聲電轉換裝置包括圓盤振子，所述圓盤振子位于聲波共振腔底部，所述圓盤振子遠離錐形聲波導管的一側設有圓形壓電片，另一側設有基座，所述基座上設有壓電懸臂梁，所述壓電懸臂梁上設有壓電片，所述壓電片遠離基座且遠離壓電懸臂梁的一側設有質量塊；

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

進一步的，所述圓形壓電片與圓盤振子之間通過導電膠粘結。

進一步的，所述基座與圓盤振子之間以及質量塊和壓電片之間均通過絕緣膠粘結，所述壓電片與壓電懸臂梁之間通過導電膠粘結。

進一步的，所述錐形聲波導管的長度等于聲波共振腔上壁的厚度。

進一步的，所述圓盤振子的直徑等于聲波共振腔的外徑。

進一步的，所述基座和質量塊均為金屬塊。

進一步的，所述壓電懸臂梁為薄金屬條。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

聲音入射到錐形聲波導管時，入射聲波經錐形聲波導管傳播，經過聲波共振腔對聲壓放大，被放大的聲波作用在圓盤振子上，圓盤振子振動會帶動圓形壓電片與壓電懸臂梁振動彎曲，產生形變，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生形變，由于壓電片是具有壓電效應的壓電材料，當壓電片產生形變時會引起壓電片表面上產生等量正負電荷，進而壓電片的上下表面就會產生電勢差，圓形壓電片和壓電片可以采用并聯的形式也可以采用串聯的形式，并聯時可以增加輸出電壓，串聯時可以增加輸出電流，因此通過聲音放大裝置和聲電轉換裝置的配合可以將聲能回收并轉換為電能。

附圖說明

圖1為本實施例用于體現錐形波導管的結構示意圖；

圖2為本實施例用于體現的結構示意圖；

圖3為本實施例用于體現基座的截面示意圖；

圖4為本實施例用于體現壓電片的截面示意圖。

圖中，1、錐形聲波導管；2、聲波共振腔；3、圓盤振子；4、圓形壓電片；5、基座；6、質量塊；7、懸臂梁；8、壓電片。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

實施例：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換裝置。

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

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

如圖2所示，聲電轉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遠離錐形聲波導管1的一側設有圓形壓電片4，圓形壓電片4與圓盤振子3之間通過導電膠粘結，另一側設有基座5。

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

如圖3所示，在基座5上方設有壓電懸臂梁7，壓電懸臂梁7的一端與基座5遠離圓盤振子3的一側連接，在壓電懸臂梁7上方設有壓電片8，壓電片8遠離基座5且遠離壓電懸臂梁7的一側設有質量塊6。

如圖4所示，基座5和質量塊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之間以及質量塊6和壓電片8之間均通過絕緣膠粘結，壓電片8與壓電懸臂梁7之間通過導電膠粘結。

具體實施說明如下：

聲音入射到錐形聲波導管1時，入射聲波經錐形聲波導管1傳播，經過聲波共振腔2對聲壓放大，被放大的聲波作用在圓盤振子3上，圓盤振子3振動會帶動圓形壓電片4與壓電懸臂梁7振動彎曲，產生形變，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也隨之產生形變，由于壓電片8是具有壓電效應的壓電材料，當壓電片8產生形變時會引起壓電片8表面上產生等量正負電荷，進而壓電片8的上下表面就會產生電勢差，圓形壓電片4和壓電片8可以采用并聯的形式也可以采用串聯的形式，并聯時可以增加輸出電壓，串聯時可以增加輸出電流，因此通過聲音放大裝置和聲電轉換裝置的配合可以將聲能回收并裝換為電能。

另外，可以根據裝置環境中聲源的主頻帶設計錐形聲波導管1、聲波共振腔2、壓電懸臂梁7和圓盤振子3的結構尺寸，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組成的壓電轉換裝置的固有頻率處于該主頻頻帶內，則該裝置工作時換能器處于諧振狀態，諧振情況下，錐形聲波導管1和聲波共振腔2組成的聲學霍爾姆茲共鳴器比傳統霍爾姆茲共鳴器對聲波的放大倍數更大，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生共振的技術問題。

本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其并不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書后可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的權利要求范圍內都受到專利法的保護。

技術特征：

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

技術研發人員：王曉輝;袁明;王強
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發日：2017.06.08
技術公布日：2017.09.08