亥姆霍兹共振式声电换能系统研究

摘要

为了利用环境噪声进行发电,提出了一种基于亥姆霍兹共振效应的声电换能系统。声电换能结构将亥姆霍兹共振效应与压电效应相结合,采用多个亥姆霍兹共鸣器串联共振吸声,驱动压电陶瓷变形发电,通过信号转换与能量收集电路将电能存储。利用COMSOL软件的声固耦合模块、静电模块研究了声电换能结构的声学性能与电学性能。仿真结果表明,在亥姆霍兹共振频率附近传递损失最高可达10.47 dB,同时系统产生的电能也最大。试验结果表明,当声电换能结构工作于共振频率365 Hz时,产生的电压最大值为20 V,声电换能结构发电功率为3 mW,平均功率密度为13.58μW/cm^(3),能量转化效率为42.01%。该声电换能系统在噪声控制的同时实现了声电能量的转换与储存。