[實用新型]基于迷宮結構的平面聲單向器件

有效

• 申請號: 202220746787.6
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN217086129U
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 錢宇航;匡盼盼;李明月;胡潔
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26
• 代理公司: 南京科闊知識產權代理事務所(普通合伙) 32400
• 代理人: 王清義

本實用新型提供一種基于迷宮結構的平面聲單向器件，具有工作頻帶內正反向對比度高、正向透射率較高、能夠在18500Hz?22500Hz之間達到聲單向傳輸效果，并且結構平整化、輕薄化，是一種平面、寬帶的聲單向器件。它包括內部填充有甲烷的殼體層，殼體層一側具有迷宮結構層，迷宮結構層包括依次排列在殼體一側面上的至少6個結構相同的迷宮單元；迷宮單元具有多個平行于殼體側面的、并在垂直于殼體側面的方向上依次排列的空隙層，一空隙層的兩端分別與其相鄰的左右兩個空隙層的端部相通，連通的各空隙層形成了迷宮。

技術領域

本實用新型涉及實現聲波單向導通的聲學器件-聲單向器件。

背景技術

聲學是經典而常新的學科，然而，根據經典聲學理論，聲能量僅能對稱傳播，這反映在線性體系必須滿足的聲學互易原理，亦與日常生活形成的直覺一致：交換聲源與聽音者位置，似乎并不改變聽音效果。作為標量波，聲波缺乏電磁波特有的自旋等內稟自由度，無法簡便的利用偏振效應實現單向操控。因此盡管聲學是一個經典學科，聲波的單向操控始終是一個基本難題。

電二極管是第一個實現對交流電壓整流的器件，二極管的出現標志著現代電子學的開始，同時 也引發了人們對其他形式能量進行整流的研究。對于熱能與孤立波的整流已經取得了顯著成果，此后，對其他能量的整流現象的研究開始受到關注，因此，若能像電子二極管控制電流一樣實現聲波的整流，即聲波分別由系統兩側入射時具有類似電子二極管一樣的“單向導通”的透射特性，將成為聲學研究一次意義重大的理論創新，其學術意義及應用價值的重要性是顯而易見的。

隨著科學技術的不斷發展和科研技術的迅速提高，聲二極管的研究開始引起學術界的廣泛關注。2009年，由超晶格結構與強聲學非線性媒質組成的“聲二極管”理論模型首次被提出,該模型雖結構簡單卻可有效產生聲整流效應，沿特定方向入射的聲波可部分透過整個系統，而反向入射的聲波則基本被反射，且透射聲能量與入射聲壓間的關系與電子二極管的伏安關系極為相似。2010年，聲二極管的示意性樣品被成功制備，該樣品由超聲造影劑微泡溶液與一個超晶格結構水與玻璃層疊而成構成，實驗結果證明其在醫學超聲常用的頻段附近產生了近萬倍的聲整流效率。雖然前人已對聲二極管進行了模型架構和理論建立，但對于其具體的應用和智能優化等相關方面的研究仍然非常欠缺，因此進行這方面研究的開展是非常必要的。

發明內容

本實用新型提供一種基于迷宮結構的平面聲單向器件，具有工作頻帶內正反向對比度高、正向透射率較高、能夠在18500Hz-22500Hz之間達到聲單向傳輸效果，并且結構平整化、輕薄化，是一種平面、寬帶的聲單向器件。

為實現上述目的，本實用新型的基于迷宮結構的平面聲單向器件，包括內部填充有甲烷的殼體層，殼體層一側具有迷宮結構層，迷宮結構層包括依次排列在殼體一側面上的至少6個結構相同的迷宮單元；迷宮單元具有多個平行于殼體側面的、并在垂直于殼體側面的方向上依次排列的空隙層，一空隙層的兩端分別與其相鄰的左右兩個空隙層的端部相通，連通的各空隙層形成了迷宮。

上述的平面聲單向器件，迷宮單元在垂直于殼體側面的方向上的長度為p，各空隙層在垂直于殼體側面的方向上的寬度為d=0.067p，相鄰空隙層之間的隔板厚度w=0.03p，隔板在平行于殼體側面上的長度為l=p，相鄰空隙層的端部相通部分在平行于殼體側面的方向上的長度為d，迷宮單元在平行于殼體側面上的寬度a=l+d+2w。

上述的平面聲單向器件，迷宮單元是密度1300kg/m3、聲速2500m/s的固體材料。

上述的平面聲單向器件，所述甲烷密度0.78 kg/m3，聲速467 m/s。

本實用新型的有益效果：本器件放置在空氣中，在18500Hz-22500Hz之間，聲波從迷宮結構層一側入射時，無法透射，在殼體層一側無聲波。但聲波從殼體層一側入射時，可以透射，在迷宮結構層一側有聲波，本器件實現了以空氣為背景的聲單向傳輸效果。

附圖說明

圖1是平面聲單向器件的示意圖；