一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置，包括：通过在二维薄板上设置集中质量球的方式，使二维薄板内弯曲波的传播沿着预设的轨迹弯曲并最终聚焦于一点来进行能量采集工作；其中，二维薄板上设置的集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。呈周期性排布。呈周期性排布。

【技术实现步骤摘要】
一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置


[0001]本专利技术属于能量采集
，特别涉及一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置。

技术介绍

[0002]波作为自然界中存在的一种自然现象，很早被人们利用和捕捉。对波的操控，一直是科研的热门话题。声子晶体、超材料等概念的提出使人们对波的操控和利用有了新的研究方向。分析声子晶体能带特性可以实现对波传播的调控、成像、波导等功能。板作为工程中的一种常见结构，板波的调控一直热门的话题。
[0003]梯度功能透镜是光学领域提出的对光路有特殊调控能力的结构。参考光学透镜的概念，学者将透镜的概念引入对声波、弹性波的研究中，并拓展了丰富的应用。
[0004]能量采集方法也在近几十年被广泛研究，以适用于自供电电子设备、结构健康监测和穿戴电子元件等。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不足，本专利技术提供了一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：本专利技术实施例的第一方面提供了一种利用集中质量进行能量采集的方法，所述方法包括：通过在二维薄板上设置集中质量球的方式，使二维薄板内弯曲波的传播沿着预设的轨迹弯曲并最终聚焦于一点来进行能量采集工作；其中，二维薄板上设置的集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。
[0007]本专利技术实施例的第二方面提供了一种利用集中质量进行能量采集的装置，用于实现上述的利用集中质量进行能量采集的方法，所述装置包括二维薄板，以及二维薄板上设置的集中质量球；集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。
[0008]进一步地，质量球的尺寸和数量的选取需要符合梯度折射透镜的设计原则，具体设计如下：
[0009]根据二维薄板的厚度h，选择直径d的钢珠作为参考尺寸钢珠，其中直径d的长度为二维薄板厚度的2
‑
3倍；将二维薄板和一质量球作为一透镜单元；设定透镜单元的长度a，长度a为二维薄板厚度的4倍；利用有限元计算透镜单元的频散曲线，再通过频散曲线计算弯曲波的相速度，与透镜单元的折射率；
[0010]改变钢珠直径来计算不同直径下弯曲波的相速度，与不同钢珠直径下每个透镜单元的折射率；
[0011]设定一个目标聚焦位置L(透镜起始位置与目标聚焦点的距离)，选取折射率符合双曲正割曲线对应的透镜单元；对所有透镜单元进行排列，使透镜单元上的钢珠呈中间大
四周小的梯度排布。
[0012]进一步地，透镜单元的折射率的计算过程包括：
[0013]根据第一阶弯曲波的频率范围选定一目标频率；将设有钢珠的透镜单元对应的目标频率下弯曲波的相速度除以光板对应的目标频率下弯曲波的相速度，得到透镜单元的折射率；
[0014]所述光板为不设置钢珠的二维薄板。
[0015]进一步地，改变钢珠直径包括：以0.1倍的二维薄板的厚度为步长，依次改变钢珠直径。
[0016]进一步地，聚焦位置L为n倍的透镜单元长度a。
[0017]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种利用集中质量进行能量采集的方法与装置，采用集中质量附加的方式形成的周期二维板，不需要对板结构本身造成损伤，是一种无损的能量采集方法。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本实施例提供的透镜单元的尺寸和参数的示意图；
[0020]图2为本实施例提供的附有集中质量的梯度折射透镜的示意图；
[0021]图3为精准设计的透镜信号采集点的位移信号仿真结果的示意图；
[0022]图4为非精准设计的透镜信号采集点的位移信号实验测量结果。
具体实施方式
[0023]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0024]在本专利技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0025]应当理解，尽管在本专利技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本专利技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0026]下面结合附图，对本专利技术进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
[0027]本专利技术提出了一种利用集中质量进行能量采集的方法，通过在二维薄板上施加集中质量球的方式，使板内弯曲波的传播沿着预设的轨迹弯曲并最终聚焦于一点来进行能量采集工作。其中，所设置的集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。附有集中质量球的二维薄板的设计基于特定频率的弯曲波，且在一定频率范围内能实现弯曲波的聚焦与能量采集。对于频率远高于设计频率的弯曲波在二维薄板中传播会受到抑制，可以起到隔振降噪的目的。本专利技术采用集中质量附加的方式形成的周期二维板，不需要对板结构本身造成损伤，是一种无损的能量采集方法。
[0028]本专利技术在二维平板上设置集中质量球来实现波的定向弯曲和聚焦，以达到能量采集的目的。所施加集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。其尺寸和数量的选取需要符合梯度折射透镜的设计原则。
[0029]具体设计如下：
[0030](1)根据二维薄板的厚度h，选择直径d的钢珠作为参考尺寸钢珠。其中，直径d的长度为二维薄板厚度的2
‑
3倍。同时选择4倍的板厚作为透镜单元尺寸a。利用有限元计算如图1所示透镜单元的频散曲线，再通过频散曲线计算弯曲波的相速度，同时根据第一阶弯曲波的频率范围选定一目标频率。
[0031]将附有钢珠的透镜单元结构计算得到目标频率下的相速度除光板(即不设置钢珠的二维薄板)中对应频率下的相速度，所得结果即为该尺寸下附有钢珠单元的折射率。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用集中质量进行能量采集的方法，其特征在于，所述方法包括：通过在二维薄板上设置集中质量球的方式，使二维薄板内弯曲波的传播沿着预设的轨迹弯曲并最终聚焦于一点来进行能量采集工作；其中，二维薄板上设置的集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。2.一种利用集中质量进行能量采集的装置，用于实现权利要求1所述的利用集中质量进行能量采集的方法，其特征在于，所述装置包括二维薄板，以及二维薄板上设置的集中质量球；集中质量球的空间分布原则为垂直弯曲波传播方向球的尺寸呈对称梯度分布、沿着弯曲波传播方向呈周期性排布。3.根据权利要求1所述的利用集中质量进行能量采集的装置，其特征在于，质量球的尺寸和数量的选取需要符合梯度折射透镜的设计原则，具体设计如下：根据二维薄板的厚度h，选择直径d的钢珠作为参考尺寸钢珠，其中直径d的长度为二维薄板厚度的2
‑
3倍；将二维薄板和一质量球作为一透镜单元；设定透镜单...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄国志，王丹凤，许著龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：