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声电换能超材料设计与性能

吕海峰 余瀚海 叶俊杰 马智宇 张景惠 李静

吕海峰, 余瀚海, 叶俊杰, 马智宇, 张景惠, 李静. 声电换能超材料设计与性能[J]. 航空动力学报, 2022, 37(1): 87-94. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210064
引用本文: 吕海峰, 余瀚海, 叶俊杰, 马智宇, 张景惠, 李静. 声电换能超材料设计与性能[J]. 航空动力学报, 2022, 37(1): 87-94. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210064
LÜ Haifeng, YU Hanhai, YE Junjie, MA Zhiyu, ZHANG Jinghui, LI Jing. Design and performance of metamaterials for acoustic-electric energy conversion[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 87-94. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210064
Citation: LÜ Haifeng, YU Hanhai, YE Junjie, MA Zhiyu, ZHANG Jinghui, LI Jing. Design and performance of metamaterials for acoustic-electric energy conversion[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 87-94. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210064

声电换能超材料设计与性能

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210064
基金项目: 国家自然科学基金(51305409); 山西省重点研发计划项目(201903D221025)
详细信息
    作者简介:

    吕海峰(1981-),男,副教授、硕士生导师,博士,主要研究方向为振动与噪声控制研究。

  • 中图分类号: V216.5+4;TB535+.2

Design and performance of metamaterials for acoustic-electric energy conversion

  • 摘要: 设计了一种将Helmholtz共振效应与压电效应结合的声电换能超材料结构及电路系统,通过传递矩阵法对超材料的能带结构进行了分析。以压电片作为Helmholtz共振器基底通过阵列形成超材料结构。当入射噪声频率与共振频率一致时,声电转换效率最高。利用COMSOL分别对超材料单元及系统进行仿真,验证了超材料单元对于噪声的抑制作用;研究了超材料单元串并联方式对声电换能效率的影响规律;采用整流桥设计了交直流转换电路,采用超级电容设计了储能电路。测试结果表明:所设计的声电换能超材料系统的最优直流负载为250 kΩ。当声波以共振频率入射驱动时,系统的声电功率最大为1 523 μW,实现了声电的能量转换、调理与储能。

     

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  • 收稿日期:  2021-02-09
  • 刊出日期:  2022-01-28

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