[發(fā)明專利]一種超模式數(shù)的合成渦旋聲場產(chǎn)生方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110065122.9
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112911464B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣海波;何欣洋;宮玉彬;唐聃;楊陽;陳子君;付江南;高源
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院成都生物研究所;電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04R1/40
• 分類號: H04R1/40;H04R3/00;H04B13/02
• 代理公司: 成都高遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51222
• 代理人: 張娟;鄭勇力

1.一種超模式數(shù)的合成渦旋聲場產(chǎn)生方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）構(gòu)建由N個換能器單元構(gòu)成的換能器陣列，每個換能器單元發(fā)射聲場，產(chǎn)生初始聲場；

（2）同時改變換能器單元的位置以及每個換能器單元發(fā)射聲場的相位，每改變一次產(chǎn)生一個聲場，改變s次，產(chǎn)生s個聲場，其中，改變換能器單元位置的方式是整體旋轉(zhuǎn)換能器陣列；

（3）將步驟（1）產(chǎn)生的初始聲場與步驟（2）產(chǎn)生的s個聲場疊加，得到超模式數(shù)的合成渦旋聲場；

其中N、s為大于0的整數(shù)，N*s不小于4。

2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：換能器陣列在旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后共同構(gòu)成虛擬的合成換能器陣列，合成換能器陣列中的陣元個數(shù)為N_S，N_S=(s+1)×N。

3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述合成換能器陣列的陣元排列在一個圓環(huán)上或至少兩個圓環(huán)形成的同心圓環(huán)上。

4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：每個圓環(huán)上的陣元均勻排列。

5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述合成換能器陣列的陣元排列在一個圓環(huán)上，合成換能器陣列中第m個陣元產(chǎn)生的聲場的相位為：，其中1 ≤ m ≤ N_S，m為整數(shù)，α′為所述合成渦旋聲場的模式數(shù)，。

6.按照權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：所述換能器陣列中，換能器單元排列在一個圓環(huán)上，所述換能器陣列旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸為圓環(huán)的軸線。

7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：第n個換能器單元在初始位置產(chǎn)生的聲場相位為： ，其中1 ≤ n ≤ N，n為整數(shù)，α′為被合成渦旋聲場的模式數(shù)，；

和/或，換能器陣列每次旋轉(zhuǎn)的角度為，第n個換能器單元旋轉(zhuǎn)第i次后，產(chǎn)生的聲場的相位為：，其中，1≤i≤s、1 ≤ n ≤ N，i、n為整數(shù)，α′為被合成渦旋聲場的模式數(shù)，。

8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，所述方法應(yīng)用于水下通信或聲學(xué)成像。

9.一種超模式數(shù)的合成渦旋聲場的產(chǎn)生裝置，用于實(shí)施如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：包括旋轉(zhuǎn)裝置和至少一個換能器單元構(gòu)成的換能器陣列，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于帶動換能器陣列轉(zhuǎn)動。

10.按照權(quán)利要求9所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述換能器陣列中，換能器單元的排列方式為等距排列在一個圓環(huán)上；所述旋轉(zhuǎn)裝置帶動換能器陣列轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸通過換能器單元排列形成的圓環(huán)的圓心；所述旋轉(zhuǎn)裝置為精密旋轉(zhuǎn)臺，用于對換能器陣列的每次旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行精確控制。

11.如權(quán)利要求9或10所述的產(chǎn)生裝置，所述產(chǎn)生裝置應(yīng)用于水下通信或聲學(xué)成像。