声二极管和使用该声二极管的方法技术

公开了声二极管、并入了这种二极管的装置、以及使用这些装置的方法。该声二极管可以包括周期性声栅和均匀板。周期性声栅可以包括多个栅。均匀板可以通过共振腔与周期性声栅分离。声二极管可以被配置为，具有比针对入射在均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在周期性声栅上的声波的第一透射效率。该声波可以具有在一波长范围内的波长。并入了声二极管的装置可以包括医学成像装置(诸如超声装置)和噪声降低装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
电气二极管(允许电流在仅一个方向上流动的组件)在电气和计算机系统中是普通的。然而，直到最近一直缺乏声领域中的类似物(analogue)。声二极管(acousticdiode)使得声波能够在第一方向上通过二极管传播，但是阻止声波在相反方向上传播。尽管针对演示声二极管构思已经做出了相当多的努力，但是在理论和实验两者上，障碍在本领域中被有限地实际突破。特别地，迄今一直缺少制作简单且能够被以小尺寸制成的声二极管。
技术实现思路
本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为这些可以变化。本说明书中使用的术语仅用于描述特定版本或实施方式的目的，而不旨在限制范围。如本文档中所使用的，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与由本领域普通技术人员所通常理解的相同的意义。本公开中没有物件将被解释为这样的承认，即本公开所描述的实施方式无权借助于现有专利技术先于本公开。如本文档中所使用的，术语“包括”意指“包括但不限于”。在实施方式中，声二极管可以包括具有多个栅的周期性声栅以及通过共振腔与所述周期性声栅分离的均匀板。所述声二极管可以被配置为，具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率。所述声波可以具有一波长范围内的波长。在实施方式中，医学成像装置可以包括被配置为产生声波的声波生成器和声二极管。所述声二极管可以包括具有多个栅的周期性声栅以及通过共振腔与所述周期性声栅分离的均匀板。所述声二极管可以被配置为，具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率。所述声波可以具有在一波长范围内的波长。在实施方式中，噪声降低装置可以包括声二极管。所述声二极管可以包括具有多个栅的周期性声栅以及通过共振腔与所述周期性声栅分离的均匀板。所述声二极管被配置为，具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率。所述声波可以具有在一波长范围内的波长。在实施方式中，执行医学成像的方法可以包括以下步骤：由超声装置中的声波生成器产生具有一波长的声波；通过声二极管透射所述声波，其中所述声波穿过所述声二极管的周期性声栅和所述声二极管的均匀板，所述周期性声栅包括多个栅，所述均匀板通过共振腔与所述周期性栅分离，并且所述声二极管被配置为，具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率；在传感器处接收所透射的声波；以及使用所接收的声波来产生图像。在实施方式中，降低噪声的方法可以包括以下步骤：产生具有周期性声栅和均匀板的声二极管，其中所述周期性声栅包括多个栅，并且所述均匀板通过共振腔与所述周期性声栅分离；透射利用所述周期性声栅入射的第一多个声波的至少一部分；以及反射利用所述声二极管的所述均匀板入射的第二多个声波中的基本上全部，由此在所述声二极管的由所述周期性栅面对的面上降低噪声水平。附图说明图1描绘了根据实施方式的例示性声二极管的示意图。图2描绘了根据实施方式的并入了例示性声二极管的医学成像装置的框图。图3描绘了根据实施方式的使用医学成像装置的例示性方法的流程图。图4描绘了根据实施方式的并入了例示性声二极管的噪声降低装置的框图。图5描绘了根据实施方式的降低噪声的例示性方法的流程图。图6A至图6C例示了根据实施方式的、针对入射在声二极管的栅面上、在声二极管的均匀板面上和在均匀板上的声波的声场的空间强度和总位移场分布的图形描绘。图7A描绘了根据实施方式的声二极管的测量和模拟功率透射光谱的曲线图。图7B描绘了根据实施方式的声二极管的测量和模拟对比率的曲线图。具体实施方式在本公开中，公开了声二极管，所述声二极管包括具有被共振腔分离的周期性声栅和均匀板的双层结构。声二极管的操作基于与先前标识的声二极管内在地不同的声学的吻合效应(coincidenceeffect)。本文所描述的声二极管可以被集成到诸如许多领域(诸如临床诊断和治疗、噪声降低等)中的超声应用这样的其它系统中。出于本申请的目的，以下术语将具有下面所阐述的相应意义。“声二极管”是指这样的装置，所述装置使得声波能够在第一方向上通过装置传播，同时阻止声波在与第一方向相反的第二方向上通过装置传播。换句话说，声二极管在第一方向上比在第二方向上具有基本上更高的透射效率。图1描绘了根据实施方式的例示性声二极管的示意图。如图1所示，声二极管100可以包括周期性声栅105和均匀板110。周期性声栅105可以通过共振腔115与均匀板110分离。声二极管100可以被配置为，具有大于针对入射在均匀板110上的声波的第二透射效率的、针对入射在周期性声栅105上的声波的第一透射效率。在实施方式中，声波可以具有在一波长范围内的波长。在实施方式中，声波可以具有大约499kHz至大约678kHz的频率。在实施方式中，可以基于周期性声栅105的周期和/或声二极管100的其它特性来对声波的频率进行调制。第一透射效率和第二透射效率中的每一个可以相对于声波的频率而变化。然而，第一透射效率可以在一波长范围内的任何波长下大于或显著地大于第二透射效率。第一透射效率的特定示例可以根据声波的波长而包括大约2％、大约5％、大约10％、大约15％、大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约60.8％以及这些值中的任何两个值之间的范围。在实施方式中，第一透射效率对于与声波关联的声波的至少一部分来说可以大于大约10％。通常，第一透射效率对于声波的至少一部分(诸如具有大约499kHz至大约678kHz的频率的声波)来说可以大于大约20％。相反，第二透射效率的特定示例可以根据声波的波长而包括大约0％、大约0.25％、大约0.5％、大约0.75％、大约1％、大约1.25％、大约1.5％、大约1.75％、大约2％以及这些值中的任何两个值之间的范围。在实施方式中，第二透射效率对于与声波关联的波长的至少一部分(诸如具有大约499kHz至大约678kHz的频率的声波)来说可以小于大约1％。第一透射效率与第二透射效率之间的差表示声二极管在允许声波在第一方向上通过并阻止声波在相反方向上通过时的有效性。第一透射效率描述入射在周期性声栅105上的声波通过声二极管1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声二极管，该声二极管包括：周期性声栅，该周期性声栅具有多个栅；从及均匀板，该均匀板通过共振腔与所述周期性声栅分离，其中，所述声二极管被配置为具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率，其中，所述声波具有在一波长范围内的波长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种声二极管，该声二极管包括：
周期性声栅，该周期性声栅具有多个栅；从及
均匀板，该均匀板通过共振腔与所述周期性声栅分离，
其中，所述声二极管被配置为具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二透射
效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率，
其中，所述声波具有在一波长范围内的波长。
2.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述多个栅中的至少一个栅具有大
约1.5毫米的宽度。
3.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述多个栅中的相邻栅之间的距离
是大约6毫米。
4.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述周期性声栅具有基本上等于在
所述波长范围内的波长的厚度。
5.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述周期性声栅具有大约3毫米的
厚度。
6.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述均匀板具有基本上等于在所述
波长范围内的波长的一半的厚度。
7.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述均匀板具有大约1.5毫米的厚度。
8.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述共振腔具有基本上等于在所述
波长范围内的波长的一半的厚度。
9.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述共振腔具有大约1.5毫米的厚度。
10.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述周期性声栅由黄铜制成。
11.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述均匀板由黄铜制成。
12.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述声波具有大约499kHz至大约
678kHz的频率。
13.根据权利要求1所述的声二极管，其中，所述声二极管对于入射在所述周期
性声栅上的声波展现出吻合效应。
14.根据权利要求13所述的声二极管，其中，所述声波的出射角等于其中，cf是所述声波在所述共振腔中的速度，并且cp是所述声波在所述均匀板中的速
度。
15.根据权利要求1所述的声二极管，其中，对于具有大约499kHz至大约678
kHz的频率的声波，所述第一透射效率是大约10％至大约60.8％。
16.根据权利要求1所述的声二极管，其中，对于具有大约499kHz至大约678
kHz的频率的声波，所述第一透射效率平均地大于大约20％。
17.根据权利要求1所述的声二极管，其中，对于具有大约499kHz至大约678
kHz的频率的声波，所述第二透射效率平均地小于1％。
18.一种医学成像装置，该医学成像装置包括：
声波生成器，该声波生成器被配置为产生声波；以及
声二极管，该声二极管包括：
周期性声栅，该周期性声栅具有多个栅；以及
均匀板，该均匀板通过共振腔与所述周期性声栅分离，
其中，所述声二极管被配置为具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第二
透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率，
其中，所述声波具有在一波长范围内的波长。
19.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述多个栅中的至少一个栅
具有大约1.5毫米的宽度。
20.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述多个栅中的相邻栅之间
的距离是大约6毫米。
21.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述周期性声栅具有基本上
等于在所述波长范围内的波长的厚度。
22.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述周期性声栅具有大约3
毫米的厚度。
23.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述均匀板具有基本上等于
在所述波长范围内的波长的一半的厚度。
24.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述均匀板具有大约1.5毫米

\t的厚度。
25.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述共振腔具有基本上等于
在所述波长范围内的波长的一半的厚度。
26.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述共振腔具有大约1.5毫米
的厚度。
27.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述周期性声栅由黄铜制成。
28.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述均匀板由黄铜制成。
29.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述声波具有大约499kHz
至大约678kHz的频率。
30.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述声波的波长包括超声波
长。
31.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，所述声二极管对于入射在所
述周期性声栅上的声波展现出吻合效应。
32.根据权利要求31所述的医学成像装置，其中，所述声波的出射角等于
其中，cf是所述声波在所述共振腔中的速度，并且cp是所述声波在所述
均匀板中的速度。
33.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，对于具有大约499kHz至大
约678kHz的频率的声波，所述第一透射效率是大约10％至大约60.8％。
34.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，对于具有大约499kHz至大
约678kHz的频率的声波，所述第一透射效率平均地大于大约20％。
35.根据权利要求18所述的医学成像装置，其中，对于具有大约499kHz至大
约678kHz的频率的声波，所述第二透射效率平均地小于1％。
36.一种噪声降低装置，该噪声降低装置包括：
声二极管，该声二极管包括：
周期性声栅，该周期性声栅具有多个栅；以及
均匀板，该均匀板通过共振腔与所述周期性声栅分离，
其中，所述声二极管被配置为具有比针对入射在所述均匀板上的声波的第
二透射效率大的、针对入射在所述周期性声栅上的声波的第一透射效率，
其中，所述声波具有在一波长范围内的波长。
37.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述多个栅中的至少一个栅
具有大约1.5毫米的宽度。
38.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述多个栅中的相邻栅之间
的距离是大约6毫米。
39.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述周期性声栅具有基本上
等于在所述波长范围内的波长的厚度。
40.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述周期性声栅具有大约3
毫米的厚度。
41.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述均匀板具有基本上等于
在所述波长范围内的波长的一半的厚度。
42.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述均匀板具有大约1.5毫米
的厚度。
43.根据权利要求36所述的噪声降低装置，其中，所述共振腔具有基本上等于
在...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彬，屠娟，程建春，章东，李勇，郭霞生，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32