[发明专利]一种基于局域共振板阵列的低频宽带振动能汇聚方法有效
申请号: | 201710818885.X | 申请日: | 2017-09-12 |
公开(公告)号: | CN107676236B | 公开(公告)日: | 2019-04-09 |
发明(设计)人: | 张燕妮;曾向阳;陈克安;徐颖;高南沙;王海涛;雷烨;马玺越;王璐 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学 |
主分类号: | F03G7/08 | 分类号: | F03G7/08 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 姚咏华 |
地址: | 710072 陕西*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 共振板 汇聚 低频宽带振动 基板振动 几何参数 空间分布 弯曲波 振动能 敷设 排布 入射 低频宽带 工作参数 共振特性 结构参数 矩形栅格 平面阵列 相干耦合 振动能量 振动波 阵单元 反演 | ||
本发明公开了一种基于局域共振板阵列的低频宽带振动能汇聚方法,包括确定等间距矩形栅格排布的局域共振板平面阵列结构参数和工作参数;确定出局域共振板阵列各单元的位置;计算在简谐弯曲波入射下敷设单个局域共振板单元的基板振动能的空间分布;计算局域共振板阵单元的最优几何参数;计算在简谐弯曲波入射下敷设局域共振板阵列的基板振动能的空间分布;根据振动波的理想汇聚效率反演局域共振板阵列的最优几何参数。通过局域共振板单元的局域共振特性实现振动能汇聚于局域共振板附近,并通过阵列的排布实现各局域共振板单元的相干耦合,实现振动能的最大汇聚。该方法可实现1Hz‑1kHz低频宽带范围内振动能量的有效汇聚。
技术领域
本发明涉及振动能的收集和汇聚,具体涉及一种基于局域共振板阵列的低频宽带振动能汇聚方法。
背景技术
振动能有效汇聚和收集对于能量采集具有重要意义。传统的能量汇聚方法有平面透镜法、透镜阵列法、或双曲透镜法及局域共振方法。前两种方法容易损失亚波长信息使得能量汇聚频带较窄,汇聚效率不高,曲面透镜法弥补了平面透镜法汇聚效率的缺陷,通过对各种波长波的有效捕捉可显著提高汇聚效率,但汇聚频带仍有待提高。另外,以上三种方法对低频振动能汇聚效果较差。局域共振法通过局域共振单元在其共振频率处的局域振动来汇集振动能,可实现低频能量汇聚且效率高,但仍存在频带窄的问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术的不足,本发明目的在于提供一种基于局域共振板阵列的低频宽带振动能汇聚方法,通过局域共振板单元的局域共振特性实现振动能汇聚于局域共振板附近,并通过阵列的排布实现各局域共振板单元的相干耦合,实现振动能的最大汇聚。该方法可实现1Hz-1kHz低频宽带范围内振动能量的有效汇聚。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种基于局域共振板阵列的低频宽带振动能汇聚方法,包括如下步骤:
(1)根据等间距矩形栅格排布的局域共振板平面阵列的基本结构,确定局域共振板平面阵列的结构参数和工作参数,并得到入射弯曲波的空间分布;
(2)根据局域共振板平面阵列的结构参数确定矩形平面阵的窗函数,并在等间距矩形格栅阵列中利用窗函数,确定出局域共振板阵列各单元的位置;
(3)根据局域共振板阵列单元的结构位置参数,计算在简谐弯曲波入射下敷设单个局域共振板单元的基板振动能的空间分布;
(4)根据基板振动能的理想汇聚效率,计算局域共振板阵列单元的最优几何参数;
(5)根据理想汇聚效率下局域共振板阵列单元的最优几何参数,结合局域共振板平面阵列的结构参数,计算在简谐弯曲波入射下敷设局域共振板阵列的基板振动能的空间分布;
(6)根据振动波的理想汇聚效率反演局域共振板阵列的最优几何参数。
优选的,所述步骤(1)中,局域共振板平面阵列的结构参数包括阵列在x、y两个方向的周期lx,ly、单元间距dx,dy;工作参数包括入射弯曲波的振幅Fo、频率f、x方向和y方向的波数k、k’,可确立入射弯曲波的空间分布F(x,y)=Foe-jkx-jk'x,其中,j为虚数单位。
优选的,所述步骤(2)中,确定等间距矩形栅格局域共振板阵列的单元位置,通过下述步骤实现:
(2a)设矩形局域共振板的尺寸为Lx,Ly,据此确定出用于生成矩形局域共振板矩形栅格阵列在x向和y向格栅数分别为2Nx+1和2Ny+1;
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