用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，具有这样的特征，包括：底部基座，为圆盘结构；以及多个凸起单元，连接在底部基座的同一个侧面上，并且沿底部基座的径向依次排布，其中，凸起单元的纵截面为三角形，凸起单元具有底面、第一斜面以及第二斜面，底面与底部基座相连接，第一斜面比第二斜面更靠近底部基座的中心轴线，所有的底面中最靠近中心轴线的底面为圆形，其余的底面为圆环形，所有的底面同轴。该装置结构紧凑、设计简单、制作成本低，不需要任何的电路调控手段，仅靠自身的结构特性就可以实现三维聚焦功能，还具有聚焦分辨率高、有效频率范围宽、焦距可调节等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置


[0001]本技术属于声学领域，具体涉及一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置。

技术介绍

[0002]超声聚焦具有良好的组织穿透性和生物相容性，可以在较深层的生物组织中传播，具有无损、安全、便携等优势，被广泛应用在生物医学检测、成像及治疗中。近年来，随着超声人工材料的发展，设计以实现多样化超声聚焦为目标的新型超声聚焦器件已成为国内外研究的一个热点。传统的超声聚焦方法主要包括球面自聚焦、声学透镜聚焦和主动有源相控阵聚焦。但是，球面自聚焦方法利用几何球面曲线实现聚焦，制造难度大，难以实现宽带聚焦；声学透镜聚焦方法利用声波的折射性质通过改变声束传播路径实现聚焦，但结构复杂、鲁棒性差；主动有源相控阵聚焦方法需要大量的换能器和复杂的电路系统，维护成本高。此外，常规的超声聚焦方法受到传统自然材料属性的限制，难以实现对超声波的自由及任意操控，这在很大程度上限制了超声聚焦的分辨率和在实际应用中的灵活性。

技术实现思路

[0003]本技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，能够对声波形成集中反射，使得反射声波会聚于同一点，从而高效地实现水下三维宽带聚焦。
[0004]本技术提供了一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，具有这样的特征，包括：底部基座，为圆盘结构；以及多个凸起单元，连接在底部基座的同一个侧面上，并且沿底部基座的径向依次排布，其中，凸起单元的纵截面为三角形，凸起单元具有底面、第一斜面以及第二斜面，底面与底部基座相连接，第一斜面比第二斜面更靠近底部基座的中心轴线，所有的底面中最靠近中心轴线的底面为圆形，其余的底面为圆环形，所有的底面同轴。
[0005]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面与第二斜面垂直。
[0006]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面与底面的夹角为α，
[0007][0008]上式中F表示用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置到焦点的距离，预定焦点位于中心轴线上，x表示凸起单元到中心轴线的距离。
[0009]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面和第二斜面的交点，与底面之间的距离为h，h＝0.5λ0，λ0为参考波
长，底面的外径和内径之差为d，
[0010]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，底部基座的厚度为l，l＝2λ0。
[0011]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，所有的凸起单元沿底部基座的径向依次连接。
[0012]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，底部基座与所有的凸起单元一体成型。
[0013]在本技术提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置为不锈钢超表面装置。
[0014]技术的作用与效果
[0015]根据本技术所涉及的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，包括底部基座和多个凸起单元，底部基座为圆盘结构，多个凸起单元连接在底部基座的同一个侧面上，并且沿底部基座的径向依次排布，凸起单元的纵截面为三角形，凸起单元具有底面，所有的底面中最靠近中心轴线的底面为圆形，其余的底面为圆环形，所有的底面同轴。在具体使用时，将该装置置于水中，并使入射超声波垂直向下传播至该装置，该装置能够对入射声波形成集中反射，使得反射声波会聚于同一点，从而达到显著的三维聚焦效果。
[0016]此外，该装置结构紧凑、设计简单、制作成本低，不需要任何的电路调控手段，仅靠自身的结构特性就可以实现上述功能。该装置具有聚焦分辨率高、有效频率范围宽、焦距可调节等优点，在医学超声检测、超声成像、超声治疗等领域具有非常重要的应用价值，为多功能紧凑型声学聚焦元器件的设计提供了新思路。
附图说明
[0017]图1是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的使用原理示意图；
[0018]图2是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的立体结构示意图；
[0019]图3是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的俯视图；
[0020]图4是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的侧剖视图；
[0021]图5是图4中A部分的放大示意图；
[0022]图6是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置在入射超声频率为1MHz时焦点区域的归一化声强分布的三维剖面图；
[0023]图7是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置在入射超声频率为1MHz时焦点的径向归一化声强曲线；
[0024]图8是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置在入射超声频率为1MHz时焦点的轴向归一化声强曲线；
[0025]图9是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置在入射超
声频率为0.5
‑
1.4MHz范围内的焦距分布曲线。
具体实施方式
[0026]为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本技术用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置作具体阐述。
[0027]<实施例>
[0028]图1是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的使用原理示意图。
[0029]如图1所示，本实施例中的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置100用于在水下对超声波进行聚焦。当垂直向下传播的超声波入射至用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置100时，该装置能够对声波形成集中反射，使得反射声波会聚于同一点，从而达到三维聚焦的效果。图1中实线箭头指示入射超声波的传播方向，虚线箭头指示反射超声波的传播方向，反射声波的聚焦区域为焦点。
[0030]图2是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的立体结构示意图；图3是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的俯视图；图4是本技术的实施例中用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置的侧剖视图；图5是图4中A部分的放大示意图。
[0031]如图2
‑
5所示，本实施例中的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置100包括底部基座10和多个凸起单元20。
[0032]底部基座10为圆盘结构，具有两个平整的侧面。
[0033]多个凸起单元20均连接在底部基座10的同一个侧面上，并且沿底部基座10的径向依次排布。所有的凸起单元20沿底部基座10的径向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，其特征在于，包括：底部基座，为圆盘结构；以及多个凸起单元，连接在所述底部基座的同一个侧面上，并且沿所述底部基座的径向依次排布，其中，所述凸起单元的纵截面为三角形，所述凸起单元具有底面、第一斜面以及第二斜面，所述底面与所述底部基座相连接，所述第一斜面比所述第二斜面更靠近所述底部基座的中心轴线，所有的所述底面中最靠近所述中心轴线的所述底面为圆形，其余的所述底面为圆环形，所有的所述底面同轴。2.根据权利要求1所述的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，其特征在于：其中，所述第一斜面与所述第二斜面垂直。3.根据权利要求2所述的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，其特征在于：其中，所述第一斜面与所述底面的夹角为α，上式中F表示用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置到焦点的距离，预定焦点位于所述中心轴线上，x表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：江雪，何佳杰，他得安，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：