[发明专利]一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置及方法

说明书

本发明提供一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置及方法，属于噪声控制以及新型能源发电的技术领域，降噪换能装置包括声能发电降噪板和压电片，声能发电降噪板内设置有由亥姆霍兹共振器和文丘里通道构成的工作单元；亥姆霍兹共振器竖向设置，包括连通的亥姆霍兹共振腔和颈部，亥姆霍兹共振腔的顶部由设置在声能发电降噪板顶面开口上的压电片封闭；文丘里通道横向贯穿声能发电降噪板的正面和背面，包括连通的入口段、喉口和出口段，喉口与亥姆霍兹共振器的颈部连通。将亥姆霍兹共振效应和文丘里效应结合在一个器件中，能够同时收集环境中的噪声和气流，提高能量转换效率，在降噪的同时，将噪音变废为宝，利用噪音发电。

技术领域

本发明属于噪声控制以及新型能源发电的技术领域，具体公开了一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置及方法。

背景技术

人类利用地球上的能量为自身提供便利已有数千年的历史，风能、热能以及光能的使用极大程度上便利了人类的生活发展。然而进入21世纪，随着人类科技不断发展以及世界人口的不断增长，人类对于能源的需求日益加大，一味的使用不可再生能源已不是长久之计。尽管人类对可再生能源收集技术已经进行了广泛的研究，但我们周围仍然存在着被忽视和浪费的能源，而声能就是其中的一种，声能的产生随处可见，却很少被利用。并且目前人们将噪声视为一种危害而加以抑制，对于噪声的处理只专注于对于噪声的抑制方面，忽略了噪声作为一种广泛存在的能量可以被人类利用的可能性。这种方法虽能有效的隔绝或降低了噪声，但是噪声能量却转化为热能，造成了资源的浪费。

随着微电子设备、无线传感网络技术的飞速发展，它们的使用规模呈几何级数增长，但是对于这些设备的能量供应问题一直限制着它们的应用，目前大部分小型便携电子设备以及无线传感器的能量供应一直以电池供电为主，虽然电池技术成产工艺成熟，使用方便简单，但电池的寿命对于这些电子设备来说是很短的，并且在某些场合下更换电池的成本昂贵，甚至难以实现，而且大量废弃的电池还会对周围的环境产生长时间的污染，电池的缺陷阻碍了小型便携电子以及无线传感器的发展，因此，研究新的能量供应技术，有着十分重要的意义。

中国专利CN201911395052.2，此专利公开了一种双腔耦合型噪声发电机及发电方法，其中包括赫姆霍兹谐振腔以及压电单元、延长颈和交直流转换电路；压电单元设置在赫姆霍兹谐振腔的内腔侧壁上，赫姆霍兹谐振腔包括至少2个并列的闭合谐振空腔，利用双腔顶壁的开孔孔径不同，相邻的两个亥姆霍兹共振腔中声压相位可以达到完全相反，从而处在两腔之间侧壁上与电极片相连的的压电陶瓷片受到推拉力的作用，实现了声波发电机的电压输出。但是其声音收集模块只利用亥姆霍兹谐振器的颈部，其进颈部直径分别为1.2mm、1.9mm，收集效率较低，同时其压电片不易固定，安装困难，不易生产。

中国专利CN200920316562.1，此专利公开了一种声能发电装置，包含一储电单元，一基座，基座上设有单个或多个声电转换器，声电转换器包含导音管，导音管内部分为前腔和后腔，前腔接收外界声波产生共振推动后腔的声电转换器产生感应电流。此装置利用感应线圈、感应磁铁，进行切割磁感线运动发电，其装置较为复杂，成本较高，同时声能收集模块效率较低。

中国专利CN201620788162.0，此专利公开了一种声能发电装置，包含亥姆霍兹共鸣器、压电陶瓷片、整流桥、无极性电容和电解电容；亥姆霍兹共鸣器收集扬声器发出的声音，压电陶瓷片设置于亥姆霍兹共鸣器上，通过亥姆霍兹共鸣器驱动其换能，所述压电陶瓷片输出端连接滤波储能模块的输入端。该发明只利用亥姆霍兹共鸣器收集声能，收集效率较低，同时压电陶瓷片使用胶粘方式固定在亥姆霍兹共鸣器上，这种固定方式不稳定，容易脱落，且不易更换压电陶瓷片。

现有的声能发电装置，基本都是利用单一的物理效应进行能量的转换，未将多种物理效应集成在一个器件上进行能量的转换和噪声的抑制。而且现有技术中，压电片、压电悬臂梁大都采用胶粘的方式，这种固定方式受人为因素影响较大，导致个体之间的性能差异较大。

发明内容