随着科技的快速发展,大量的能源应用导致了能源短缺和环境污染问题越来越严重。当前,改善环境条件的一个热点问题是节能减排。到目前为止,大多数噪声治理技术仅能满足减排的要求。因此,一种可行的方法是利用能量转换技术将噪声变废为宝,对于改善环境和节能减排具有重要意义。随着电路与储能技术的不断成熟,以及压电材料的飞速发展,在噪声污染治理中发挥重要作用的技术一定是噪声发电技术。由于噪声发电技术具有环保、便利、安全等优点,已经成为噪声污染治理领域的研究重点。本文对国内外关于噪声发电技术的相关文献进行调研后发现,由于各种条件的制约,目前研究人员设计的噪声发电装置收集环境中噪声能量的效率很低。为了提高能量收集效率,设计了一种可以汇聚噪声能量的噪声发电装置。本文主要从反射罩的数学模型和MATLAB仿真分析、压电陶瓷的数学模型和有限元分析、结构设计、电路设计及实验测试等方面对噪声发电装置进行了研究。本文主要研究内容包括:(1)根据声波聚焦理论和Kirchhoff公式,开展了轴向反射声场的时域理论解的求解。然后本文在卷积形式的Kirchhoff公式中引入DR算法,获得了反射声场的三维数值解,为分析反射罩的声波聚焦效果提供理论基础。最后分析了抛物面反射罩“深焦比”的变化对声波聚焦效果的影响,并对反射罩的结构进行了设计。(2)基于压电发电理论开展了压电陶瓷的特性研究,并分析了压电材料的种类和性能参数,为噪声发电装置的性能分析提供参考。构建了压电陶瓷的数学模型,并分析其振动特征,建立微分方程。为下一步压电陶瓷的有限元分析奠定基础。(3)利用有限元软件ANSYS对压电陶瓷进行仿真分析,分析了压电陶瓷的结构参数对其输出电压和固有频率的影响。然后分析了噪声发电装置的使用环境(公路交通)的噪声频率。根据上述分析结果,最后进行噪声发电装置的结构与固有频率设计。(4)为了对噪声发电装置的发电能力进行评估,对其输出电压和输出功率的计算公式进行了推导,并完成了能量存储电路和充电控制电路的设计。(5)搭建了噪声发电装置的发电性能测试实验平台,然后在实验平台上进行了装置的发电性能测试实验。测试结果表明:有反射罩的噪声发电装置输出功率明显高于无反射罩的输出功率,反射罩能对环境中的噪声能量实现有效汇聚。