[发明专利]一种基于微穿孔板结构的噪声发电器件

说明书

技术领域

本发明涉及降噪技术与能量收集技术领域，是一种基于微穿孔板结构的噪声发电器件。

背景技术

噪声对人们的正常作息，机器设备的使用寿命以及军事装备的生存能力都有着很大的影响。常用的降噪方法主要有吸声材料法和吸声结构法。吸声材料法通常是指利用多孔性吸声材料降低噪音的方法，主要包括有机纤维、无机纤维、金属纤维、泡沫金属、泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫聚合物等；吸声结构法主要是使用亥姆霍兹共振器以及在其基础上发展得到的微孔板等共振吸声结构来吸声降噪。吸声材料对中低频噪声的吸收效果较差，而共振吸声结构则对其有很好的吸收，适当设计共振结构的参数，可以实现微穿孔板降噪结构的宽频噪声吸收。目前制作微穿孔板主要采用的是机械加工方法，小孔孔径难以进一步缩小，当制备的小孔密度较高时，制作成本高，误差大，共振腔吸声带宽小，难以满足实际应用的需要。

另一方面，随着各种微传感器、微执行器和其它微系统的不断发展，人们希望能够将微能源以某种方式与各种微器件集成起来。使用微电子机械系统技术(MEMS)研究和制造降噪与声能收集器件，就是为了将环境中的声能转化为电能，为微型系统收集能量。目前振动能量收集器件主要采用悬臂梁、薄膜、静电、纳米线阵列等特殊结构，然而这些器件在设计的时候往往只是注重能量收集，而没能兼顾到吸声降噪的需要。

噪声吸收的实质是声能逐渐衰减和转化的过程。在现有吸声结构的基础上，增加将噪声的声能转化为电能的部分，则可以提高声能的转化，提升结构的降噪性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种既能有效降低噪音，又能实现噪声能量向电能的转化，降噪与能量收集二者互相促进的基于微穿孔板结构的噪声发电器件。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于微穿孔板结构的噪声发电器件，包括微穿孔硅片(1)、导电支架(2)、敏感压电薄膜(3)、引出电极(4)、薄膜支撑体(5)；其微穿孔硅片(1)和薄膜支撑体(5)分别封闭式固接于筒状导电支架(2)两端，共同围成一封闭空间，形成共振腔；微穿孔硅片(1)上设有多个均布的通孔，微穿孔硅片(1)固置于导电支架(2)的上方，朝向声波入射的方向；薄膜支撑体(5)固置于导电支架(2)的下方，处于共振腔的底部；

多个敏感压电薄膜(3)固接于薄膜支撑体(5)内侧面，排成阵列；多个敏感压电薄膜(3)的上下表面分别与引出电极(4)电连接，多个引出电极(4)分别与外电路电连接，将电荷传导出去；

微穿孔硅片(1)、导电支架(2)、敏感压电薄膜(3)与薄膜支撑体(5)共同围成的封闭空间，使之成为微穿孔硅片(1)的共振吸声结构；敏感压电薄膜(3)、引出电极(4)与薄膜支撑体(5)构成薄膜式振动能量收集结构。

所述的降噪与能量收集器件，其所述敏感压电薄膜(3)，为压电材料层；引出电极(4)包括上、下电极，上电极的下表面与敏感压电薄膜(3)的上表面相连接，敏感压电薄膜(3)的下表面与下电极的上表面相连接，敏感压电薄膜(3)在两个电极层之间，将二者隔开；敏感压电薄膜(3)、引出电极(4)形成上下两层为导电体，中间层为压电体的夹层结构；

每个敏感压电薄膜(3)下方的薄膜支撑体(5)硅材料被刻蚀掉，使敏感压电薄膜(3)形成悬空的薄膜结构。

所述的降噪与能量收集器件，其所述微穿孔硅片(1)的通孔为圆形、方形或三角形其中之一或它们的组合；根据不同的需要，通孔的直径为从数十微米到数个厘米之间。

所述的降噪与能量收集器件，其所述导电支架(2)为任意形状的空心筒状支撑体，微穿孔硅片(1)和薄膜支撑体(5)的周边形状与导电支架(2)的横截面相适配。

所述的降噪与能量收集器件，其所述敏感压电薄膜(3)为方形、圆形或三角形其中之一。

所述的降噪与能量收集器件，其所述敏感压电薄膜(3)、引出电极(4)形成的夹层结构，是在薄膜支撑体(5)上分别采用磁控溅射技术依次淀积下电极层、压电材料层和上电极层，分步制备而成。

所述的降噪与能量收集器件，其所述薄膜支撑体(5)的上表面与引出电极(4)下电极的下表面相连，作为敏感压电薄膜(3)的支撑。

本发明的优点：采用微电子机械系统(MEMS)技术制作，结构简单，能批量制备，可实现宽频带的噪声吸收，可同时实现吸声降噪与振动能量收集两种功能，且二者相互促进。

本发明所述的降噪与声能收集器件可以广泛地应用于噪声控制、微系统与物联网等领域。

附图说明