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一种声学共振聚焦透镜及其设计方法技术

技术编号:19967301 阅读:118 留言:0更新日期:2019-01-03 14:26
本发明专利技术公开了一种声学共振聚焦透镜及其设计方法,属于物理声学领域。本声学共振聚焦透镜是一种由基体、多个局域共振型散射体单元和底座所组成的人工周期性声学结构,其中基体材料可以为空气和水,散射共振体单元形状呈“十”字形。共振聚焦透镜内部元胞按正方晶格形式进行周期性地排列,透镜主体外围轮廓呈一个“长方体”,主体安放在透镜底座上。本发明专利技术利用了声子晶体局域共振腔和声波负折射的基本原理设计了一种声学共振聚焦透镜,使本发明专利技术的声学共振聚焦透镜相比于现有的声学聚焦透镜结构简单、厚度更薄,可以在多种介质中对平面波和球面波均实现很好的声波聚焦效果。

An Acoustic Resonance Focusing Lens and Its Design Method

The invention discloses an acoustic resonance focusing lens and a design method thereof, belonging to the field of physical acoustics. The acoustic resonance focusing lens is an artificial periodic acoustic structure consisting of a matrix, a number of local resonance scatterer units and a base. The matrix material can be air and water, and the shape of the scattering resonance unit is a \ten\ shape. The inner cells of the resonant focusing lens are arranged periodically in the form of square lattice. The outline of the main body of the lens is a \cuboid\ and the main body is placed on the base of the lens. The present invention designs an acoustic resonance focusing lens by utilizing the basic principle of local resonant cavity of phononic crystal and negative refraction of acoustic wave. Compared with the existing acoustic focusing lens, the acoustic resonance focusing lens of the present invention has simple structure and thinner thickness, and can achieve good acoustic focusing effect on plane wave and spherical wave in various media.

【技术实现步骤摘要】
一种声学共振聚焦透镜及其设计方法
本专利技术涉及一种声学共振聚焦透镜的设计方法,属于物理声学领域。
技术介绍
2000年J.B.Pendry提出了利用负折射制作光学完美透镜的思想。2008年AlexeySuckhovich首先在实验上证实了超声波负折射现象存在于二维棱镜形状的声子晶体中,并且声波的传播方向可由元胞等频线图的梯度变化方向来判断。由此表明利用声子晶体和负折射原理同样可以实现声学完美透镜,从而实现声波聚焦。自2008年以来声学完美透镜和声学超透镜成为了声波聚焦领域的研究热点。到2015年,NadègeKaina1在《自然》杂志上发表文章,首次设计出一种单负超材料实现了负折射和声学超透镜。利用声子晶体散射和共振的原理是制作声学超透镜的重要手段,其一般是由两种或两种以上的不同介质在空间上交替排列所构成的人工周期性结构。当声波传入周期性结构中,波数在布里渊区内周期性出现,甚至波数方向与声波相速度相反,从而发生负折射现象,由此改变了声波的传播特性产生了新的特征。在后续的研究中,人们不断通过调整声子晶体散射共振体的结构形式和材料参数等方法来调控声波的传播。这些方法为减振降噪、声学隐身本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声学共振聚焦透镜,其特征在于包括:元胞和底座,所述元胞为周期性结构中用于排列的最小结构单元,元胞以正方晶格的形式排列在底座上,元胞进行周期性排列所构成的共振聚焦透镜的主体外围轮廓呈长方体,长方体的长宽高之比为3.4:1:3.47,所述元胞包括:一个散射共振体单元,作为元胞的主体,周期性排列在底座上;基体材料,作为声波的传播介质,充满在散射共振体单元的周围。

【技术特征摘要】
1.一种声学共振聚焦透镜,其特征在于包括:元胞和底座,所述元胞为周期性结构中用于排列的最小结构单元,元胞以正方晶格的形式排列在底座上,元胞进行周期性排列所构成的共振聚焦透镜的主体外围轮廓呈长方体,长方体的长宽高之比为3.4:1:3.47,所述元胞包括:一个散射共振体单元,作为元胞的主体,周期性排列在底座上;基体材料,作为声波的传播介质,充满在散射共振体单元的周围。2.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜,其特征在于所述的散射共振体单元呈对称的“十”字型长柱体结构,其左右对称,且上下对称,散射共振体单元可以在元胞内旋转任意角度后排列在底座上,但所有元胞内的散射共振体单元的旋转角度均需相同;散射共振体单元之间按固定间距进行周期性排列。3.根据权利要求1或2所述的声学共振聚焦透镜,其特征在于所述散射共振体单元的高度h大于或等于15倍元胞晶格常数a,并且小于或等于35倍的元胞晶格常数a。4.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜,其特征在于所述的基体材料为水或空气。5.根据权利要求1所述的声学共振聚焦透镜,其特征在于所述的散射共振体单元材料的声阻抗大于或等于25倍基体材料的声阻抗。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁旭阮永都吕恒邓禹王体涛王玉红
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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