[实用新型]一种低频声能量回收装置

说明书

本实用新型公开了一种低频声能量回收装置，包括共振腔，共振腔的顶部开设的条状开口处设置有悬臂梁，悬臂梁的一端连接在条状开口位于共振腔的侧壁上端，另一端与条状开口之间形成通口，该通口位置设置有第一声波导管管壁和第二声波导管管壁，第一声波导管管壁与第二声波导管管壁形成朝向共振腔外的通道结构，悬臂梁上安装有压电片。与现有技术相比，当声音入射到第一声波导管管壁与第二声波导管管壁形成的声波导管时，经过共振腔对声波放大，被放大的声波作用在悬臂梁上，悬臂梁振动弯曲产生应变，此时粘贴在悬臂梁上的矩形压电片也随之产生应变，根据压电效应，进而压电片的上下表面就会产生电势差，实现了声能向电能的转换。

技术领域

本实用新型涉及一种低频声能量回收装置，属于新型环境能量采集装置领域。

背景技术

近年来微机电系统与物联网等技术的飞速发展，使得无线传感器、射频识别(RFID)、无线通讯和嵌入式系统等为代表的低功耗高新技术突飞猛进。越来越多的传感器与微控制器不断涌现。这些装置具有低功耗、耗材小、体积小等优点，但它们面临的最大挑战是供能问题。

这是由于微型器件体积的限制，供电电池可以持续供应的能量十分有限，其次，对于工作在恶劣环境的传感器节点来说，为其更换电池、再次充电非常困难甚至不可能实现。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，包括太阳能、热能、潮汐能、声能、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，且不像太阳能、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，将自然环境中的声能进行回收是有效的能量回收方法之一。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是针对目前现有的声能量回收装置低频适应性差、发电效率低的问题，提出一种基于含压电悬臂梁的声共振器完成声能量回收，使声能量回收装置能够在低频、低分贝的环境以具有较好的能量收集效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种低频声能量回收装置，包括共振腔，所述共振腔的顶部开设有条状开口，该条状开口的一端朝向共振腔的顶部的中心，另一端位于共振腔的侧壁上端，条状开口处设置有悬臂梁，所述悬臂梁的一端连接在条状开口位于共振腔的侧壁上端，另一端与条状开口之间形成通口，该通口位置设置有第一声波导管管壁和第二声波导管管壁，所述第一声波导管管壁安装在通口的条状开口边缘，所述第二声波导管管壁安装在通口的悬臂梁边缘，第一声波导管管壁与第二声波导管管壁形成朝向共振腔外的通道结构，第一声波导管管壁与第二声波导管管壁的同侧管壁之间存在间隙，所述悬臂梁上安装有压电片。

作为进一步的优选方案，所述第一声波导管管壁和第二声波导管管壁的截面均为弧形结构，第一声波导管管壁和第二声波导管管壁合并形成截面呈圆形的管道。

作为进一步的优选方案，所述第一声波导管管壁与第二声波导管管壁的同侧管壁之间存在间隙均大于或等于悬臂梁侧部与共振腔条状开口边缘的间隙。

作为进一步的优选方案，所述压电片贴附在悬臂梁底部。

作为进一步的优选方案，所述压电片的面积小于悬臂梁的面积。

与现有技术相比，本实用新型的一种低频声能量回收装置，当声音入射到第一声波导管管壁与第二声波导管管壁形成的声波导管时，经过共振腔对声压放大，在共振声腔内会产生较高的声压。声腔内的高声压与声腔外部之间产生的压力差，作为激励力，对顶面上的悬臂梁产生简谐激励。悬臂梁在激励力下将产生受迫振动，结构内将产生应变能。由于压电片粘贴在悬臂梁上，也随之产生应变。根据压电效应，压电片内的应变能可进一步转换为电能，在压电片上下表面会产生电势差，当其正负电极外接负载装置时，电路导通，实现对负载的供电。