[發明專利]基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置

在審

• 申請號: 202110361460.7
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN115188361A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 江雪;何佳杰;他得安
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26;G10K11/28;A61B8/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置，屬于聲學領域，具有這樣的特征，包括：底部基座，為圓盤結構；以及多個凸起單元，連接在底部基座的同一個側面上，并且沿底部基座的徑向依次排布，每個凸起單元均為環繞底部基座的中心軸線設置的閉合結構，其中，凸起單元的縱截面為三角形。該裝置結構緊湊、設計簡單、制作成本低，不需要任何的電路調控手段，僅靠自身的結構特性就可以實現三維聚焦功能。該裝置還具有聚焦分辨率高、有效頻率范圍寬、焦距可調節等優點，在醫學超聲檢測、超聲成像、超聲治療等領域具有非常重要的應用價值，為多功能緊湊型聲學元件的設計提供了新思路。

技術領域

本發明屬于聲學領域，具體涉及一種基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置。

背景技術

超聲聚焦具有良好的組織穿透性和生物相容性，可以在較深層的生物組織中傳播，具有無損、安全、便攜等優勢，被廣泛應用在生物醫學檢測、成像及治療中。近年來，隨著超聲人工材料的發展，設計以實現多樣化超聲聚焦為目標的新型超聲聚焦器件已成為國內外研究的一個熱點。傳統的超聲聚焦方法主要包括球面自聚焦、聲學透鏡聚焦和主動有源相控陣聚焦。但是，球面自聚焦方法利用幾何球面曲線實現聚焦，制造難度大，難以實現寬帶聚焦；聲學透鏡聚焦方法利用聲波的折射性質通過改變聲束傳播路徑實現聚焦，但結構復雜、魯棒性差；主動有源相控陣聚焦方法需要大量的換能器和復雜的電路系統，維護成本高。此外，常規的超聲聚焦方法受到傳統自然材料屬性的限制，難以實現對超聲波的自由及任意操控，這在很大程度上限制了超聲聚焦的分辨率和在實際應用中的靈活性。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置，能夠對聲波形成集中反射，使得反射聲波會聚于同一點，從而高效地實現水下三維寬帶聚焦。

本發明提供了一種基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置，具有這樣的特征，包括：底部基座，為圓盤結構；以及多個凸起單元，連接在底部基座的同一個側面上，并且沿底部基座的徑向依次排布，每個凸起單元均為環繞底部基座的中心軸線設置的閉合結構，其中，凸起單元的縱截面為三角形。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，凸起單元具有底面、第一斜面以及第二斜面，底面與底部基座相連接，第一斜面比第二斜面更靠近中心軸線，第一斜面與第二斜面垂直。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，第一斜面與底面的夾角為α，

上式中F表示基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置到焦點的距離，焦點位于中心軸線上，x表示凸起單元到中心軸線的距離。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，第一斜面和第二斜面的交點，與底面之間的距離為h，h＝0.5λ₀，λ₀為參考波長，底面的外徑和內徑之差為d，

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，底部基座的厚度為l，l＝2λ₀。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，所有的凸起單元沿底部基座的徑向依次連接。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，底部基座與所有的凸起單元一體成型。

在本發明提供的基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，基于超聲人工材料實現水下三維聚焦的裝置的材料為聲阻抗大于水的聲阻抗20倍的材料。

發明的作用與效果