[實(shí)用新型]一種采用多層耦合聲子晶體的聲波諧振器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720536536.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206862489U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊愛(ài)超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)江西省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00;H03H9/02
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 吳稱生

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于新型聲學(xué)功能器件領(lǐng)域，具體涉及一種采用多層耦合聲子晶體的聲波諧振器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱聲波的高效探測(cè)、感應(yīng)及捕獲。

背景技術(shù)

聲子晶體作為一種新型的人工合成材料或結(jié)構(gòu)，因其具有獨(dú)特的聲波帶隙特性而被用以設(shè)計(jì)、研制隔音降噪材料(比如：中國(guó)實(shí)用新型專利CN104389935A、CN104141722A、CN104538019A等)。此外，近期相關(guān)研究表明聲子晶體的通帶特性蘊(yùn)含著豐富的物理效應(yīng)，其中聲波局域化效應(yīng)受到廣泛關(guān)注。因?yàn)槁暡ň钟蚧?yīng)具有聲波俘獲、聲壓放大的特點(diǎn)，所以可以利用該效應(yīng)研制基于聲子晶體的聲波諧振器。當(dāng)前聲子晶體聲波局域化效應(yīng)的產(chǎn)生主要有三種方式：(1)制造空位缺陷，即移除若干散射體，破壞聲子晶體內(nèi)散射體的周期性；(2)摻入雜質(zhì)或者其他散射體，打破聲子晶體的純潔性及空間對(duì)稱性；(3)設(shè)計(jì)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因?yàn)檩^強(qiáng)的聲壓放大能力是聲波諧振器良好性能的重要指標(biāo)之一，所以需要增強(qiáng)聲子晶體的聲波局域化能力。針對(duì)以上三種類型產(chǎn)生的聲波局域化效應(yīng)，增加散射體的數(shù)目是目前相對(duì)較有效的手段。然而，散射體增多意味著聲子晶體整體體積的增大，此外隨著散射體數(shù)目的增多，聲波局域化和聲壓放大能力的增強(qiáng)效果不斷減弱。如何在有限的器件體積范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的聲波局域化效應(yīng)、聲波放大能力是利用聲子晶體研制聲波諧振器的重要難題之一。

實(shí)用新型內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的上述狀況，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用多層耦合聲子晶體的聲波諧振器，以此實(shí)現(xiàn)微弱聲波的高效探測(cè)、感應(yīng)及捕獲。

本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種采用多層耦合聲子晶體的聲波諧振器，由多個(gè)不同散射體尺寸和不同晶格系數(shù)的二維聲子晶體嵌套而成。

特別的是，包括四層二維聲子晶體，從內(nèi)至外，第一層聲子晶體是由中心為單點(diǎn)空位缺陷的3×3散射體陣列構(gòu)成，第二層聲子晶體是由2×2散射體陣列構(gòu)成，第三層聲子晶體是由中心為單點(diǎn)空位缺陷的3×3散射體陣列構(gòu)成，第四層聲子晶體是由中心為多點(diǎn)空位缺陷的5×5散射體陣列構(gòu)成。

四層聲子晶體結(jié)構(gòu)選用的散射體都為聲學(xué)剛性材料PMMA且橫截面積都為圓形，其晶格形狀為正方形，基底為空氣。當(dāng)聲波傳播進(jìn)入該聲波諧振器時(shí)，第一、二層聲子晶體的通帶與第三、四層聲子晶體的缺陷帶發(fā)生交叉耦合作用，導(dǎo)致多重散射的聲波在第一層聲子晶體中心空腔內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的同相疊加作用，且該處聲壓被強(qiáng)烈地放大、聲能被匯聚，從而形成了極強(qiáng)的聲波局域化效應(yīng)、聲壓放大能力。

本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中，聲子晶體散射體的橫截面形狀可另選為三角形、十字板型。

本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中，聲子晶體散射體材料可另選為鋼、塑料、木板。

本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中，聲子晶體的晶格形狀可另選為三角形、長(zhǎng)方形。

本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中，聲子晶體的空間維數(shù)可另選為三維，將各聲子晶體三維嵌套在一起。

本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中，聲子晶體層數(shù)可以增加至五層、六層。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在于：

(1)采用多層耦合聲子晶體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)微弱聲波的高效探測(cè)與俘獲。與同體積的單一聲子晶體相比，多層耦合聲子晶體具有更強(qiáng)的聲波局域化效應(yīng)、更高的聲壓放大倍數(shù)。

(2)與具有相同聲壓放大能力的單一聲子晶體結(jié)構(gòu)相比，采用的多層耦合聲子晶體結(jié)構(gòu)具有更小的體積，節(jié)約了空間和成本。

(3)由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，采用的多層耦合聲子晶體結(jié)構(gòu)可以有效響應(yīng)多個(gè)方向的聲波。

根據(jù)上述特點(diǎn)，它可以應(yīng)用于微弱聲波的高效探測(cè)、感應(yīng)及捕獲。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的聲波諧振器三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的聲波諧振器二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型中第一層聲子晶體的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型中第二層聲子晶體的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型中第三層聲子晶體的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型中第四層聲子晶體的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中：第一層聲子晶體1、第二層聲子晶體2、第三層聲子晶體3、第四層聲子晶體4。第一層聲子晶體1包含散射體1-1、1-2、…、1-8和空腔1-9，第二層聲子晶體2包含散射體2-1、2-2、2-3、2-4和空腔2-5，第三層聲子晶體3包含散射體3-1、3-2、…、3-8和空腔3-9，第四層聲子晶體4包含散射體4-1、4-2、…、4-16和空腔4-17。

具體實(shí)施方式