一种压电式声子晶体吸振电采集装置的制作方法

本实用新型属于建筑设备吸振技术领域，具体涉及一种压电式声子晶体吸振电采集装置。

背景技术：

随着建筑业的发展，现有的土木结构如桥梁、建筑等在施工中，在自然环境和施工作业的影响下，通常会存在规律性的振动。现有的土木施工中，忽略了振动对土木结构的稳定性的影响，也没有针对土木结构振动做出有效的防护，更没有基于土木结构振动而进行能量回收的技术方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种压电式声子晶体吸振电采集装置，通过在振动结构上设置具备振动吸收转换为电能的基体及其内部的散射体，减小了振动结构的振动情况，并且将振动能量转换为可利用的电能。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种压电式声子晶体吸振电采集装置，其特征在于，包括基体和底座，所述基体固定设置在所述底座上，所述底座连接在振动结构上；其中，所述基体内设置有若干呈空心腔状的散射体，所述散射体内依次设置有橡胶层、金属层以及压电层，所述橡胶层的外表面贴置在所述散射体的顶面或底面。

所述基体内设置有若干谐振腔，每个所述谐振腔由两个反向对称设置的所述散射体构成。

所述谐振腔中两个所述散射体内的所述橡胶层设置在相邻的一侧。

所述基体呈方形结构，所述谐振腔在所述基体内呈声子晶体周期结构排布且中心位置空缺。

所述橡胶层、所述金属层、所述压电层为圆柱状结构。

所述橡胶层的横截面积小于所述金属层和所述压电层的横截面积。

所述橡胶层为高阻尼橡胶层。

所述压电层包括位于上、下两侧的极板和位于中间的压电材料板，所述极板连接外部的整流装置。

所述压电材料板为压电陶瓷板。

所述基体为弹性钢材质。

本实用新型的优点是：（1）设备结构简单，制造便捷；（2）能够同时实现吸振以及振动能量向电能的转化；（3）能够用于降低土工结构的振动响应，实现振动能量的回收再利用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中压电式声子晶体吸振电采集装置的纵剖面的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中压电式声子晶体吸振电采集装置的横剖面的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中散射体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中压电层的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中存在点缺陷的声子晶体周期结构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中各标记分别为：基体1、底座2、散射体3、谐振腔4、橡胶层5、金属层6、压电层7、压电材料板8、极板9。

实施例：如图1-4所示，本实施例具体涉及一种压电式声子晶体吸振电采集装置，通过在振动结构上设置具备振动吸收转换为电能的基体1及其内部的散射体3，减小了振动结构的振动情况，并且将振动能量转换为可利用的电能。

如图1-4所示，本实施例中的压电式声子晶体吸振电采集装置包括基体1和底座2，基体1内设置有若干散射体3，散射体3为空心腔体结构，每个散射体3内从下至上设置有橡胶层5、金属层6、压电层7，橡胶层5底面贴置在基体1上，基体1固定设置在底座2上，底座2连接振动结构上。底座2与振动结构直接接触，振动结构上的振动直接传导到基体1内，由散射体3对基体1中的振动能量进行吸收和转化。其中，基体1为弹性钢材质，使得基体1能够具备更好的振动传导性能；橡胶层5为高阻尼橡胶层5，能够将基体1中的振动经过减振在进入至金属层6和压电层7，避免振动过大导致设备损坏。

如图3、图4所示，本实施例中，上述的散射体3结构内的橡胶层5、金属层6、压电层7实质上构成了质量-弹簧阻尼系统，实现了将振动能量导入到压电层7中进行转化。压电层7包括上下两侧的极板9和中间的压电材料板8，极板9连接外部的整流装置。压电材料板8为压电陶瓷板。压电层7贴置在金属层6上，橡胶层5传导振动至金属层6在上，进而使得压电层7与金属层6发生共振，使得压电层7发生微量形变，压电材料板8在形变作用下在压电材料板8两侧产生等量异号电荷，实现机械能向电能的转换，在通过两侧的极板9和整流装置处理后进行存储。

如图1-4所示，本实施例中，橡胶层5、金属层6、压电层7为圆柱状结构。橡胶层5的横截面积小于金属层6和压电层7的横截面积。圆柱状能够使得散射体3内各组件相对稳定不易发生不受控的变形，且加工简单。

如图1-5所示，本实施例中，基体1内设置有若干谐振腔4，每个谐振腔4由两个反向对称设置的散射体3构成，谐振腔4中两个散射体3的橡胶层5设置在相邻的一侧。基体1呈方形结构，谐振腔4在基体1内呈声子晶体周期结构排布且中心位置空缺。本实施例中的散射体3是以谐振腔4的形式在基体1内设置的，能够最大程度地吸收基体1中的振动。谐振腔4的设置位置是基于点缺陷声子晶体理论进行排布的，通过谐振腔4至排布时将声子晶体周期结构中心处空缺出来，从而引入点缺陷结构，使得基体1内的振动转换为各散射体3处的谐振，进而使得振动能够在各处均匀地被吸收。图5为存在点缺陷10的声子晶体周期结构的结构示意图。

如图1-4所示，本实施例中，上述散射体3的数目，也就是周期数是依据振动等级进行调整的。此外，通过改变橡胶层5的刚度和金属层6的厚度能够将上述各散射体3处的谐振的频率进行调整。针对不同的振动结构中的振动情况，设置不同数目的散射体3、橡胶层5的刚度及金属层6的厚度，实现最大效率的能量吸收和降振效果。

本实施例具有如下优点：设备结构简单，制造便捷，能够同时实现吸振以及振动能量向电能的转化，能够用于降低土工结构的振动响应，实现振动能量的回收再利用。