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

背景技術(shù)：
近年來，微機電系統(tǒng)、無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測領域得到廣泛的使用，其電源多由化學電池供給，需要定期更換?；厥窄h(huán)境中能量為無線傳感器供電可減少化學電池使用量，具有顯著的經(jīng)濟價值和社會環(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)境中蘊藏的巨大聲能量進行有效回收，為自供電傳感器提供可靠的能量來源、營造健康的聲學環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟價值和社會效益，可服務于國家微能源戰(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)越的聲學和振動特性，引起了廣泛關注。根據(jù)帶隙產(chǎn)生機理聲子晶體可分為Bragg散射型聲子晶體和局域共振型聲子晶體。對于前者，適當?shù)匾朦c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，這一特性使其具有應用于各種聲學器件和裝置中的潛在優(yōu)勢；對于后者，合理地匹配結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可在中、低頻范圍內(nèi)開辟若干個帶隙，利用其帶邊模態(tài)可實現(xiàn)聲能或振動能的局域化。目前，聲能量回收裝置主要是通過赫姆霍茲共振原理或Bragg聲子晶體缺陷態(tài)共振原理實現(xiàn)聲能局域化，再經(jīng)由壓電換能器實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。上述兩種裝置僅對個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失大部分環(huán)境聲能量，難以實現(xiàn)高效回收。

技術(shù)實現(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理結(jié)合，設計出對中、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)、交通運輸、航空航天和社會生活中所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種寬頻聲能回收裝置，該聲能回收裝置利用1/4波長管聲子晶體將聲波局域化，實現(xiàn)局域共振效應，即實現(xiàn)聲波在局部區(qū)域的聲壓放大、聲能聚焦，所述的1/4波長管聲子晶體包括聲波導管和多個1/4波長管，所述的1/4波長管固定在所述的聲波導管的外壁面上，所述的1/4波長管上設有壓電振子充當換能器，將聲能轉(zhuǎn)換成電能，通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)可實現(xiàn)聲能回收裝置的動態(tài)調(diào)節(jié)。所述的聲波導管外壁面上設有至少一排1/4波長管。所述的一排上相鄰的1/4波長管之間距離相等。所述的聲波導管的壁面上設有多排通孔，所述的通孔的形狀與所述的1/4波長管的截面形狀相同，所述的1/4波長管的一端開口與所述的通孔通過粘合劑密封對接，另一端為封閉端，并在封閉端上通過粘合劑固定所述的壓電振子，用于接收聲壓波動以產(chǎn)生電能。所述的1/4波長管為剛性壁面圍成的空心管。相鄰兩個通孔的中心距相等。所述的聲波導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波長管，所述的1/4波長管以一維陣列的形式排布于聲波導管的外側(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波長管和聲波導管由鋁合金、有機玻璃或鑄鐵等聲學阻抗較大的材料制成，壁面厚度大于5mm，避免結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生能量耗散。所述的有機玻璃的密度為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波長管的幾何結(jié)構(gòu)、1/4波長管之間的距離、1/4波長管聲子晶體中所包含的單元個數(shù)、1/4波長管截面積與聲波導管截面積的相對大小、1/4波長管的排列結(jié)構(gòu)、壓電振子結(jié)構(gòu)及布置形式。通過調(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：(1)本發(fā)明通過構(gòu)造1/4波長管聲子晶體，在1000Hz下可以獲得一個低頻局域共振帶隙，利用其帶隙邊界模態(tài)下的共振特性可實現(xiàn)聲波局域化，即實現(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，即在1/4波長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)、交通運輸、航空航天和社會生活中所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲；(3)本發(fā)明通過改變1/4波長管聲子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)實現(xiàn)回收聲能的頻率動態(tài)調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)對1000Hz以下多個分立頻段上聲能量的回收；(4)本發(fā)明聲波導管和1/4波長管的壁面厚度大于5mm，避免結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生能量耗...