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The Research of Sound Energy Harvesters based on Helmholtz Resonator and Acoustic Metamaterial

The Research of Sound Energy Harvesters based on Helmholtz R...

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作者： felicien terence ruddy gredibert bida 湖南大学

学位级别：硕士

声能采集是低功率设备供电的有效方案之一,作为符合环保标准的可再生能源的一部分,声能一旦转化为电能,就可用于为低功率设备供电。虽然在我们的环境中分布着大量的声能,但这种能量的密度很低,给其回收和转换带来了挑战。基于此,本论文... 详细信息

声能采集是低功率设备供电的有效方案之一,作为符合环保标准的可再生能源的一部分,声能一旦转化为电能,就可用于为低功率设备供电。虽然在我们的环境中分布着大量的声能,但这种能量的密度很低,给其回收和转换带来了挑战。基于此,本论文分别研究了基于亥姆霍兹腔和声学超材料的声能放大采集方案,用于改善声能到电能的回收和转换效果。研究了基于亥姆霍兹谐振腔的声能采集器。首先在Solid Works下设计了由锥形腔、压电板、永磁体和线圈构成的亥姆霍兹谐振腔声能采集器,该结构可以同时在压电板和线圈两处采集声能。然后在建模软件COMSOL Multiphysics下进行有限元仿真,研究了亥姆霍兹谐振腔的声压放大效果。分析了不同亥姆霍兹谐振腔结构参数对声能采集的影响。研究结果表明:两个不同结构参数的锥形腔亥姆霍兹收集器在1 Pa压力(90d B)下的共振频率分别为1634 Hz和1745 Hz,各自锥形腔内的声压放大分别达到192 d B SPL和189 d B SPL,实现了声能的有效放大。两种不同结构参数的亥姆霍兹谐振腔声能采集器分别通过压电片和永磁体获得了22 m W、48 m W和18 m W、36 m W的功率。研究了基于声学超材料的声能采集器。首先对比分析圆柱、三角形和方形晶胞对声学超材料声能放大效果的影响。圆柱形晶胞的声学超材料获得了595Hz-756Hz,宽度为161 Hz的带隙,三角形晶胞获得了555 Hz-700 Hz,宽度为145Hz的带隙,方形晶胞的声学超材料获得了584Hz-748 Hz,宽度为164 Hz的带隙。然后,基于宽频采集的需求,选择方形晶胞构造声学超材料板,进行了声能放大效果仿真,结果表明,方形晶胞构成的声学超材料能够有效的实现声能在中间区域的聚集和放大。

关键词：声能采集亥姆霍兹谐振器声学超材料

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