[发明专利]一种多方向宽频带超声能量收集器

说明书

本发明公开了超声能量收集器技术领域的一种多方向宽频带超声能量收集器。旨在解决现有技术中能量收集方向单一，谐振频带较窄，能量收集效率低的技术问题。亥姆霍兹谐振腔A和B是两个大小相等的八分之一球体结构，通过共用一个四分之一球面状的腔壁构成一个四分之一球体结构，亥姆霍兹谐振腔A设有朝向Z轴的谐振腔A颈部，亥姆霍兹谐振腔B设有朝向X轴的谐振腔B颈部，所述球面状的腔壁的外侧依次设置金属电极和压电材料。亥姆霍兹谐振腔结构，具有显著地超声放大效果，谐振腔颈部分别为x方向和z方向，谐振腔颈部厚度不同，可以实现环境中超声的多方向、宽频带收集，能量收集效率较高。

技术领域

本发明属于超声能量收集器技术领域，具体涉及一种多方向宽频带超声能量收集器。

背景技术

在环境能量收集领域中，能量收集效率是一个很重要的评估因素。其中包括利用环境中振动能的能量收集器，通过将振动外壳固定在振动源上并填充振动介质，使外壳中的悬臂梁结构接收振动，利用压电效应保持较高的能量收集能力，这种压电能量收集器在共振频率下具有较高的能量收集能力。除此之外还可以利用环境中电磁能产生电能输出，通过天线单元可以从环境中接收外部电磁辐射，收集单元将电磁能转化为电能，并通过整流输出DC电功率，最后输入信号适配电路，将DC电功率转换并积累成表示所收集能量的电荷。然而振动能、电磁能等能量在环境中分布不是特别广泛，并且存在谐振频带较窄，能量收集效率比较低的问题。因此，超声能量作为一种环境中分布广泛且能量收集效率高的能量，逐渐得到了人们的关注，利用腔体将声共振放大，能够高效地将声音能量转换为电能。但是现有结构的能量收集方向单一，谐振频带较窄，能量收集效率还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多方向宽频带超声能量收集器，以解决现有技术中能量收集方向单一，谐振频带较窄，能量收集效率低的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多方向宽频带超声能量收集器，包括亥姆霍兹谐振腔A和亥姆霍兹谐振腔B，所述亥姆霍兹谐振腔A和亥姆霍兹谐振腔B是两个大小相等的八分之一球体结构，通过共用一个四分之一球面状的腔壁构成一个四分之一球体结构，所述亥姆霍兹谐振腔A在四分之一球体结构的其中一个平面腔壁上设有朝向Z轴的谐振腔A颈部，所述亥姆霍兹谐振腔B在四分之一球体结构的另一个平面腔壁上设有朝向X轴的谐振腔B颈部，所述球面状的腔壁的外侧依次设置金属电极和压电材料。

所述谐振腔A颈部和谐振腔B颈部的半径相等，厚度不同。

所述金属电极是四分之一球面结构，紧贴在球面状的腔壁外侧；所述压电材料是四分之一球面结构，紧贴在球面状的金属电极外侧。

所述金属电极的材质为钛、铂、金、铝或铜。

所述压电材料的材质是PZT-5系列陶瓷、ZnO 、AlN或Al2N3。

所述亥姆霍兹谐振腔A和亥姆霍兹谐振腔B的材质为铜、铝、钴、镍或者高掺杂多晶硅。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明采用亥姆霍兹谐振腔结构，谐振腔颈部分别为x方向和z方向，具有显著地超声放大效果，可以实现环境中超声的多方向收集，能量收集效率较高；

（2）本发明中亥姆霍兹谐振腔颈部结构直径相同、厚度不同，因此可以实现宽频带超声能量的收集；

（3）本发明基于PZT薄膜d31模式的压电效应，压电效应可以实现电信号的直接测量，降低了转换电路的复杂度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种多方向宽频带超声能量收集器的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种多方向宽频带超声能量收集器的剖面示意图；