[發(fā)明專利]一種數(shù)字聲學(xué)超常材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710139776.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106887224B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁彬;范旭東;朱一凡;楊京;程建春
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G10K11/18
• 分類號: G10K11/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

本發(fā)明公開了一種數(shù)字聲學(xué)超常材料，包括若干個(gè)等效單元拼接而成，所述等效單元均由n×n個(gè)方格組成，n為正整數(shù)，方格內(nèi)設(shè)有剛性邊界單元和第一細(xì)槽單元或第二細(xì)槽單元，每個(gè)等效單元中僅包含第一細(xì)槽單元或第二細(xì)槽單元，第一細(xì)槽單元深度為第一細(xì)槽單元的槽的截面積為S，第二細(xì)槽單元深度為第二細(xì)槽單元的槽的截面積為S，其中，λ為入射聲波波長。本發(fā)明的一種數(shù)字聲學(xué)超常材料，僅采用兩種元件在矩形陣列中的不同排列，從而實(shí)現(xiàn)對于聲場的任意操控并且能夠大大簡化現(xiàn)有的傳統(tǒng)聲學(xué)超常材料面臨的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字聲學(xué)超常材料，屬于聲學(xué)材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聲學(xué)超常材料具有傳統(tǒng)聲學(xué)材料不具有的性質(zhì)，可以對聲波進(jìn)行任意操控。聲學(xué)超常材料廣泛應(yīng)用在聲學(xué)顆粒懸浮或遷移、聲學(xué)顯示設(shè)備、醫(yī)學(xué)超聲檢測和超聲手術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。目前傳統(tǒng)的聲學(xué)超常材料通常為模擬的聲學(xué)超常材料，通過改變復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的聲學(xué)超常材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、維護(hù)成本，且不可以重復(fù)使用、一個(gè)裝置只能應(yīng)用于一種場合，不利于應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種數(shù)字聲學(xué)超常材料，僅采用兩種元件在矩形陣列中的不同排列，從而實(shí)現(xiàn)對于聲場的任意操控并且能夠大大簡化現(xiàn)有的傳統(tǒng)聲學(xué)超常材料面臨的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種數(shù)字聲學(xué)超常材料，包括若干個(gè)等效單元拼接而成，所述等效單元均由n×n個(gè)方格組成，n為正整數(shù)，方格內(nèi)設(shè)有剛性邊界單元和第一細(xì)槽單元或第二細(xì)槽單元，每個(gè)等效單元中僅包含第一細(xì)槽單元或第二細(xì)槽單元，第一細(xì)槽單元深度為第一細(xì)槽單元的槽的截面積為S，第二細(xì)槽單元深度為第二細(xì)槽單元的槽的截面積為S，其中，λ為入射聲波波長，每個(gè)等效單元中第一細(xì)槽單元的個(gè)數(shù)N或第二細(xì)槽單元的個(gè)數(shù)P由以下公式求得：

其中，m＝N(P)/M，M為每個(gè)等效單元內(nèi)的方格的總數(shù)，M＝n²，為剛性邊界單元反射(注：阻抗遠(yuǎn)大于空氣阻抗可以成為剛性邊界單元，一般至少為100倍)的相位改變，值為0，為等效單元的等效相位，A是等效單元的等效反射振幅，值為1，i為虛數(shù)單位，通過N和P在0到M之間連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)等效單元的等效相位在2π范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)。

作為優(yōu)選，所述細(xì)槽單元為矩形波導(dǎo)管。

作為優(yōu)選，所述矩形波導(dǎo)管的寬度d₁f/2c，其中，f為所述數(shù)字聲學(xué)超常材料的工作頻率，c為空氣中聲速。

作為優(yōu)選，若干個(gè)細(xì)槽單元排列成矩形陣列。

作為優(yōu)選，所述矩形波導(dǎo)壁厚小于七分之一矩形波導(dǎo)寬度。

有益效果：本發(fā)明的數(shù)字聲學(xué)超常材料，僅通過將兩種不同深度的細(xì)槽插入到矩形陣列內(nèi)，從而構(gòu)成等效單元，通過控制兩種細(xì)槽在矩形塊內(nèi)的排列實(shí)現(xiàn)等效單元相位在2π范圍內(nèi)的連續(xù)改變；僅采用兩種元件在矩形陣列中的不同排列，從而實(shí)現(xiàn)對于聲場的任意操控并且能夠大大簡化現(xiàn)有的傳統(tǒng)聲學(xué)超常材料面臨的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。

附圖說明

圖1為第一細(xì)槽單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一個(gè)等效單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1相位分布示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1等效單元排列示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1示意圖。

具體實(shí)施方式