本發(fā)明屬于能量回收裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種寬頻聲能回收裝置。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)、無(wú)線傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的使用，其電源多由化學(xué)電池供給，需要定期更換?；厥窄h(huán)境中能量為無(wú)線傳感器供電可減少化學(xué)電池使用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)環(huán)境效益。聲能是一種廣泛存在，可持續(xù)獲取的綠色聲源。將環(huán)境中蘊(yùn)藏的巨大聲能量進(jìn)行有效回收，為自供電傳感器提供可靠的能量來(lái)源、營(yíng)造健康的聲學(xué)環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，可服務(wù)于國(guó)家微能源戰(zhàn)略。聲子晶體是一種具有周期結(jié)構(gòu)的新型功能材料，憑借其豐富且優(yōu)越的聲學(xué)和振動(dòng)特性，引起了廣泛關(guān)注。根據(jù)帶隙產(chǎn)生機(jī)理聲子晶體可分為Bragg散射型聲子晶體和局域共振型聲子晶體。對(duì)于前者，適當(dāng)?shù)匾朦c(diǎn)缺陷或線缺陷，就可以在結(jié)構(gòu)中形成高Q值共振腔或者聲波導(dǎo)，這一特性使其具有應(yīng)用于各種聲學(xué)器件和裝置中的潛在優(yōu)勢(shì)；對(duì)于后者，合理地匹配結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可在中、低頻范圍內(nèi)開(kāi)辟若干個(gè)帶隙，利用其帶邊模態(tài)可實(shí)現(xiàn)聲能或振動(dòng)能的局域化。目前，聲能量回收裝置主要是通過(guò)赫姆霍茲共振原理或Bragg聲子晶體缺陷態(tài)共振原理實(shí)現(xiàn)聲能局域化，再經(jīng)由壓電換能器實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。上述兩種裝置僅對(duì)個(gè)別頻段上的窄帶聲敏感，而環(huán)境聲多分布在較寬的頻帶上，這一特性決定了其將錯(cuò)失大部分環(huán)境聲能量，難以實(shí)現(xiàn)高效回收。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的寬頻聲能回收裝置，將局域共振聲子晶體特性與共鳴器共振機(jī)理結(jié)合，設(shè)計(jì)出對(duì)中、低頻范圍寬頻聲敏感程度較高的聲能回收裝置，可用于回收工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空航天和社會(huì)生活中所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種寬頻聲能回收裝置，該聲能回收裝置利用1/4波長(zhǎng)管聲子晶體將聲波局域化，實(shí)現(xiàn)局域共振效應(yīng)，即實(shí)現(xiàn)聲波在局部區(qū)域的聲壓放大、聲能聚焦，所述的1/4波長(zhǎng)管聲子晶體包括聲波導(dǎo)管和多個(gè)1/4波長(zhǎng)管，所述的1/4波長(zhǎng)管固定在所述的聲波導(dǎo)管的外壁面上，所述的1/4波長(zhǎng)管上設(shè)有壓電振子充當(dāng)換能器，將聲能轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)聲能回收裝置的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。所述的聲波導(dǎo)管外壁面上設(shè)有至少一排1/4波長(zhǎng)管。所述的一排上相鄰的1/4波長(zhǎng)管之間距離相等。所述的聲波導(dǎo)管的壁面上設(shè)有多排通孔，所述的通孔的形狀與所述的1/4波長(zhǎng)管的截面形狀相同，所述的1/4波長(zhǎng)管的一端開(kāi)口與所述的通孔通過(guò)粘合劑密封對(duì)接，另一端為封閉端，并在封閉端上通過(guò)粘合劑固定所述的壓電振子，用于接收聲壓波動(dòng)以產(chǎn)生電能。所述的1/4波長(zhǎng)管為剛性壁面圍成的空心管。相鄰兩個(gè)通孔的中心距相等。所述的聲波導(dǎo)管截面形狀為正方形、矩形、三角形或六邊形等多邊形。所述的1/4波長(zhǎng)管截面形狀為圓形、正方形、矩形、三角形或六邊形等多邊形。優(yōu)先選擇截面形狀為正方形的1/4波長(zhǎng)管，所述的1/4波長(zhǎng)管以一維陣列的形式排布于聲波導(dǎo)管的外側(cè)壁面上。所述的壓電振子為壓電單晶片、壓電雙晶片或PVDF壓電薄膜等。所述的壓電單晶片的基板為矩形磷銅薄片，壓電層為PZT-5H壓電陶瓷圓形薄片。壓電振子宜采用厚度較薄、剛度較小的壓電單晶片或PVDF壓電薄膜以獲得更大的變形量，產(chǎn)生更多的電能。所述的1/4波長(zhǎng)管和聲波導(dǎo)管由鋁合金、有機(jī)玻璃或鑄鐵等聲學(xué)阻抗較大的材料制成，壁面厚度大于5mm，避免結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生能量耗散。所述的有機(jī)玻璃的密度為ρPMMA＝1190kg/m3，縱波波速為cPMMA＝2694m/s。所述的壓電振子優(yōu)先選擇為壓電單晶片，其下層基板為矩形，上層壓電陶瓷為圓形，下層基板由磷銅制成，質(zhì)量密度為ρPVDF＝1780kg/m3，楊氏彈性模量為ECu＝120GPa，泊松比為vCu＝0.32。所述壓電陶瓷由PZT-5H制成，質(zhì)量密度為ρPZT-5H＝7400kg/m3，楊氏彈性模量為EPZT-5H＝40GPa，泊松比為vPZT-5H＝0.3，d31模態(tài)下壓電常數(shù)為d31＝750pC/N。本發(fā)明1/4波長(zhǎng)管聲子晶體的聲局域化效果主要受以下因素影響：1/4波長(zhǎng)管的幾何結(jié)構(gòu)、1/4波長(zhǎng)管之間的距離、1/4波長(zhǎng)管聲子晶體中所包含的單元個(gè)數(shù)、1/4波長(zhǎng)管截面積與聲波導(dǎo)管截面積的相對(duì)大小、1/4波長(zhǎng)管的排列結(jié)構(gòu)、壓電振子結(jié)構(gòu)及布置形式。通過(guò)調(diào)節(jié)和改變上述因素可獲得滿足頻率要求、具有良好聲局域化效果的1/4波長(zhǎng)管聲子晶體，為壓電振子上施加更大的激振力，提高電能回收效率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明通過(guò)構(gòu)造1/4波長(zhǎng)管聲子晶體，在1000Hz下可以獲得一個(gè)低頻局域共振帶隙，利用其帶隙邊界模態(tài)下的共振特性可實(shí)現(xiàn)聲波局域化，即實(shí)現(xiàn)聲音在局部區(qū)域的聲壓放大、聲能聚焦；(2)本發(fā)明利用壓電效應(yīng)，即在1/4波長(zhǎng)管聲子晶體的局域共振區(qū)域置入壓電振子，將聲能轉(zhuǎn)化成電能，可用于回收工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空航天和社會(huì)生活中所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲；(3)本發(fā)明通過(guò)改變1/4波長(zhǎng)管聲子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)回收聲能的頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)1000Hz以下多個(gè)分立頻段上聲能量的回收；(4)本發(fā)明聲波導(dǎo)管和1/4波長(zhǎng)管的壁面厚度大于5mm，避免結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生能量耗...