基于压电效应的声波发电机实验研究.docx
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基于压电效应的声波发电机实验研究赤丰华高国柱杜康( 西北工业大学 教育实验学院,西安710129)摘 要:噪声在人类的生产生活中随处可见,而至今还没有有效的手段对声音能量来进行收集与利用。本实验通过亥姆霍兹共鸣器对声音能量进行收集,并利用压电陶瓷进行声电转换,得到的微小电流利用 LTC3588- 1 进行收集并加以利用。得 出结论:虽然通过亥姆霍兹共鸣器可以有效收集声波能量,但压电陶瓷的低效阻碍了声波发电的进一步推广。关键词:压电陶瓷;亥姆霍兹共鸣器;声电转换;微小能量收集EXPERIMENT AND STUDY ON SONIC GENERATOR BASED ON THE PIEZOELECTRIC EFFECTChi Fenghua Gao Guozhu Du Kang( Honor College,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710129,China)Abstract: Noise can be heard everywhere in human life,and so far there is no effective means of sound energy to becollected and utilized. In this experiment Helmholtz resonator was used to collect energy,and piezoelectric ceramics were also used to accomplish acoustic - electric conversion,LTC3588 - 1 was used to collect and utilize the obtained slight energy. Get a conclusion: Although by Helmholtz resonator,acoustic energy can be effectively collected,but inefficient piezoelectric ceramics hindered the further promotion of sonic generator.Keywords:piezoelectric ceramic; Helmholtz resonator; acoustic - electric conversion; slight energy collection0引言在当今传统石化能源面临枯竭,新型清洁能源不 断发展的背景下,压电发电技术的研究已成为目前国 际上的一个热点。与传统的石化能源相比,压电发电 技术有无污染、成本低、来源极其广泛的优点。但由于 压电陶瓷的机电能量转换效率较低 ,压电发电装置收 集环境能量时的发电能力及功率依然有限 ,严重阻碍 了这一技术的广泛应用。本文试图利用亥姆霍兹共鸣器的声波加强特性来 加强压电陶瓷上的声音能量,来使压电陶瓷的振动幅 度增加;选择合适的声电转换装置;利用 Linear 公司的 完整的能量采集方案 LTC3588 - 1 来进行电能收集。图 1 亥姆霍兹共呜器示意声音就会大大加强,甚至可以在一般噪声,如交通声、 喧哗声中选听个别频率。选择性非常尖锐。普通容器 都能共鸣,一个普通酒瓶的共鸣频率大约是 100 Hz 左 右,一斤的茅台酒瓶在 200 Hz 左右共鸣。亥姆霍兹共鸣器的固有频率为式(1)亥姆霍兹共鸣器作为声波收集装置的原理与实验11. 1亥姆霍兹共鸣器的原理一个空心的玻璃球或金属球,前面加一短管( 颈) 通到外边,后面做成漏斗形可放在耳壳内并加以密封, 这就是亥姆霍兹共鸣器了( 图 1 ). 形状也不限于圆球,任何形状、有颈无颈都可以。亥姆霍兹共鸣器可受外 声场的激发并消耗其能量成为吸声体。空腔内的振动 又可以通过短管发出声波加强外面的声场。声源在共鸣器前发声时,如果频率合适 ,听到的 c s (1)f =2π 槡1Vr式中: c 是声速(340m/ s);s 是颈的截面积,m;V 是容器的容积,m;l 是颈长,m;r 是圆颈的半径,m[1]。1. 2对亥姆霍兹共鸣器性能的测试 为了测试亥姆霍兹共鸣器对外界声场的加强作用,我环 境 工 程2014 年第 32 卷增刊1038根据公式(1) 可以得出该亥姆霍兹共鸣器的固有们选用图 2 的瓶子来作为亥姆霍兹共鸣器来进行测试。频率为 fr = 61. 187Hz。为此,选取此频率附近 56 ~ 70 Hz 的固定声强级的正弦声波来分别测试瓶口处和瓶颈处的声强级,以 此来算出该亥姆霍兹共鸣器在固有频率附近的声波放 大能力( 表 1—表 2)。由图 3 可得,亥姆
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