[发明专利]基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器

说明书

本发明公开了一种基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器，包括多个耦合的亥姆霍兹谐振腔，亥姆霍兹谐振腔包括颈部结构和腔体结构；腔体结构包括圆弧形压电层、铜板；铜板在三维空间内两两相互垂直设置，颈部结构为铜板上开设圆形贯通孔；圆弧形压电层包括由内向外依次固定设置的压电材料层和金属电极。本发明可以同时对三个方向进行能量收集（x正负方向，y正负方向，z正负方向），并通过六个谐振腔耦合可以更大的实现输出。因此本发明相比于传统的压电能量收集器，具有多方向收集、拓宽频带，超高输出、效率高、器件稳定性强等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器，属于能量收集器技术领域。

背景技术

能量收集效率是环境能量收集领域中的一个非常重要的评估因素，而衡量能量收集效率的指标包含方向性，宽频带以及高输出。现有技术中有利用光能产生电能输出的结构，如利用泵浦光控制装置系统的专利号ZL 201920726100.0，通过接收泵浦光，并对泵浦光的光斑尺寸和偏振方向进行调节，包括双色镜，并将调节后的泵浦光通过双色镜导出。然而光能在环境中分布不是特别广泛，谐振频带较窄、能量收集效率比较低，尤其是光能存在严重散射问题。因此，人们开始关注并利用环境中分布广泛、能量收集效率高、可主动调频的超声能量，如一种声栅-反射面压电超声能量收集器及其制备方法专利号ZL201810901975.X，该系统通过压电反射层和压电声栅对于超声波的相互反射/吸收作用，实现了超声能量收集利用效率的最大化。但是现有技术中的超声能量收集器仅能在二维平面范围内进行能量收集，无法实现在三维立体空间内进行能量收集。因此需要设计一种能够实现三维立体空间内能量收集的能量收集器，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的超声能量收集器无法实现在三维立体空间内收集能量的不足，提供一种基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器，技术方案如下：

一种基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器，包括多个耦合的亥姆霍兹谐振腔，亥姆霍兹谐振腔包括包括颈部结构和腔体结构；腔体结构包括圆弧形压电层、铜板；铜板在三维空间内两两相互垂直设置，颈部结构为铜板上开设圆形贯通孔；

圆弧形压电层包括由内向外依次固定设置的压电材料层和金属电极。

进一步地，金属电极的材质为钛、铂、铜或铝。

进一步地，颈部结构的圆形贯通孔的直径d相同，厚度h不同。

进一步地，亥姆霍兹谐振腔有6个，分别为亥姆霍兹谐振腔A、亥姆霍兹谐振腔B、亥姆霍兹谐振腔C、亥姆霍兹谐振腔D、亥姆霍兹谐振腔E、亥姆霍兹谐振腔F；

圆弧形压电层包括第一压电层和第二压电层；

亥姆霍兹谐振腔A、亥姆霍兹谐振腔B和亥姆霍兹谐振腔C共用第一压电层；

亥姆霍兹谐振腔D、亥姆霍兹谐振腔E、亥姆霍兹谐振腔F共用第二压电层。

优选地，亥姆霍兹谐振腔A、亥姆霍兹谐振腔B和亥姆霍兹谐振腔C上的谐振腔颈的轴线两两空间垂直；

亥姆霍兹谐振腔D、亥姆霍兹谐振腔E、亥姆霍兹谐振腔F的谐振腔颈的轴线两两空间垂直。

进一步地，压电材料层为PZT-5H材质。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明可以同时对三个方向进行能量收集（x正负方向，y正负方向，z正负方向），并通过六个谐振腔耦合可以更大的实现输出。因此本发明相比于传统的压电能量收集器，具有多方向收集、拓宽频带，超高输出、效率高、器件稳定性强等优点。

附图说明

图1为本发明的基于亥姆霍兹谐振腔的球形超声能量收集器的立体结构示意图（正面）；