声学黑洞能量采集器

低频碰撞提高输出

一种利用声学黑洞结构与碰撞非线性提高低频振动能量采集效率的压电能量采集器。

Peng, Wang · Liu, Yunfei · Zhu, Runze · Lichang, Qin · 邓杰 · 杨征保 · 秦朝烨 · 褚福磊

International Journal of Mechanical Sciences 2025

技术优势

低频段输出更高

声学黑洞梁能汇聚弯曲波，使压电片所在区域的应变增大，从根源上提高低频段的能量转换效率。

碰撞频带更宽

引入限位碰撞后，系统的非线性响应能够把能量分布到更宽的频率范围，适应波动较大的实际振动环境。

设计参数明确

论文系统地给出了压电片位置、外接电阻、冲击距离、冲击位置、激励频率和幅度对输出的影响，为样机调优提供了直接依据。

应用场景

• 振动能量采集：把环境中的低频振动（如车辆、桥梁、人体运动）直接转换为电能，为无线节点供电。
• 自供能传感器：省去电池更换，让传感器从所在结构的振动中取电，实现长期免维护。
• 结构健康监测：可安装在桥梁、管道等结构上，利用结构自身振动发电驱动监测节点，实现长期在线监测。
• 可穿戴设备供电：将人体日常活动的低频运动（如行走、摆臂）转化为电能，为可穿戴电子设备补充电力。