基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构及方法，该探测结构整体为一中空的正方形筒体，位于筒体下部的边界探测器由自下而上交替设置的多个窄谐振腔和多个宽谐振腔构成，位于最下层的窄谐振腔的截面尺寸小于位于其上方的窄谐振腔的截面尺寸。与现有技术相比，本发明专利技术具有宽频带高分辨率等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构及方法


[0001]本专利技术涉及物理声学成像领域，尤其是涉及一种基于捕获共振(Trapped Resonances)实现宽频带高分辨率的声学边界探测结构及方法。

技术介绍

[0002]声学成像在各种应用中都有重要的潜力，比如：无损探测、医疗超声诊断、和光声成像等。对于任何基于波的成像系统，成像分辨率都要受到衍射极限的限制，由于高空间频率沿波传播方向呈指数衰减，成像物体的精细特征或者小于半波长的细节无法在最终图像中恢复，为了克服这种衍射极限，目前存在各种实现超分辨率成像的方法，包括但不限于超透镜、时间反转技术、Fabry
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Perot
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type型共振和声学负折射，在一些实际成像情况中，有时只需要提取物体的边缘信息，因为在这些边缘携带着物体的关键信息，这样也会使得需要处理的数据量大大减少。
[0003]通过激发不同大小腔体中的共振捕获模式，在该情境下，倏逝波可以与捕获模式耦合并转换为传播波，结构周期性所带来的平面波模式的带隙可以去除较低的空间频率信息。然而，以往基于这种捕获模式的边缘检测技术面临着带宽较窄的问题，而且并没有说明这种探测器件的哪些因素对成像分辨率具有较大影响，这在一定程度上限制了该边界成像技术的应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构及方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，该探测结构整体为一中空的正方形筒体，位于筒体下部的边界探测器由自下而上交替设置的多个窄谐振腔和多个宽谐振腔构成，位于最下层的窄谐振腔的截面尺寸小于位于其上方的窄谐振腔的截面尺寸。
[0007]该探测结构的可探测最小宽度略小于最下层的窄谐振腔的截面尺寸。
[0008]通过扩展位于最下层窄谐振腔上方的窄谐振腔的截面尺寸大小以拓宽该探测结构的探测频带带宽。
[0009]该探测结构还包括在筒体上部两相对侧壁上开设放置有声探头的探测小孔、与最下层窄谐振腔紧密接触的待探测器件以及位于待探测器件下方的声源。
[0010]所述的待探测器件以步进方式沿探测方向移动。
[0011]所述的边界探测器由自下而上设置的第一窄谐振腔、第一宽谐振腔、第二窄谐振腔、第二宽谐振腔和第三窄谐振腔构成，所述的第一窄谐振腔、第二窄谐振腔和第三窄谐振腔的结构尺寸分别为w1×
w1×
l、w2×
w2×
l、w3×
w3×
l，且w1<w2，w1<w3，所述的第一宽谐振腔和第二宽谐振腔的结构尺寸均为W
×
W
×
L，且l<L，w1、w2、w3均小于W，W为正方形筒体内部正
方形空腔的边长。
[0012]所有谐振腔的中心均位于同一条轴线上。
[0013]所述的声探头具体采用麦克风，所述的声源具体采用扬声器。
[0014]一种声学边界探测方法，包括以下步骤：
[0015]1)搭建无回声环境：将待探测器件、探测结构和声源置于一个箱子内，并在箱内壁铺满吸声棉，将待探测器件固定在步进机上，使探测结构紧贴待探测器件；
[0016]2)通过步进机以进动方式按照设定的步长移动待探测器件，并记录两个探测小孔的声压；
[0017]3)获取两个探测小孔的声压曲线中两个峰值间的距离，并以此作为待探测器件的边界长度。
[0018]当测量待探测器件的二维边界时，在完成一维边界的探测后将测量待探测器件旋转90度进行探测，完成另一维边界的探测。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]本专利技术是一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法，该方法通过非对称的宽窄谐振腔体耦合实现了声学边界探测，该探测器件的横截面是宽窄不一的正方形，通过周期排列这些宽窄谐振腔体，能够在设定条件下激发捕获共振，本专利技术通过缩小第一个横截面的大小，在一定程度上提高该器件的边界成像分辨率，并且扩大后两个窄谐振腔的横截面的面积，进而拓宽边界探测的测量带宽，通过这种窄宽谐振腔体的并联设计，打破结构周期性，能够同时获得高分辨率和宽频带测量的特性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的探测结构、原理和成像过程的示意图。
[0022]图2为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中宽频带模式转化示意图，其中，图(2a)为结构参数为w1＝6.5mm、w2＝6.5mm、w3＝6.5mm的宽频带模式转化示意图，图(2b)为结构参数为w1＝6.5mm、w2＝10mm、w3＝10mm的宽频带模式转化示意图。
[0023]图3为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中的待探测器件的结构图，其中，图(3a)为侧视图，图(3b)为剖视图。
[0024]图4为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中待探测的一维结构。
[0025]图5为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中的实验放置示意图。
[0026]图6为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中固定于步进机上紧贴着探测器件且移动方向向左的5mm宽的被探测结构。
[0027]图7为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中一维结构边界探测的实验结果，其中，图(7a)为5mm宽的一维结构边界探测的实验结果，图(7b)为6.5mm宽的一维结构边界探测的实验结果，图(7c)为10mm宽的一维结构边界探测的实验结果。
[0028]图8为本专利技术一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测方法中5mm宽的
一维结构在不同频率处数据各自归一化的边界探测实验和仿真对比图，其中，图(8a)为5mm宽的一维结构在7790Hz处数据各自归一化的边界探测实验和仿真对比图，图(8b)为5mm宽的一维结构在8046Hz处数据各自归一化的边界探测实验和仿真对比图，图(8c)为5mm宽的一维结构在8837Hz处数据各自归一化的边界探测实验和仿真对比图。
具体实施方式
[0029]为了使专利技术实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本专利技术。
[0030]实施例
[0031]本专利技术提供了一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构及方法，兼顾了成像分辨率、成像质量和成像带宽，在本专利技术中，给出了捕获模式的特性和对倏逝波捕获效率的关键影响因素，通过增大边界检测器的窄谐振腔与宽谐振腔的边长比，能够扩大检测带宽，通过打破结构的周期性，收缩第一个窄谐振腔，将成像分辨率提高到0.11λ，理论上可在7400Hz
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9400Hz的频带范围内实现一维二维物体边界探测，只要存在模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，该探测结构整体为一中空的正方形筒体，位于筒体下部的边界探测器由自下而上交替设置的多个窄谐振腔和多个宽谐振腔构成，其特征在于，位于最下层的窄谐振腔的截面尺寸小于位于其上方的窄谐振腔的截面尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，其特征在于，该探测结构的可探测最小宽度略小于最下层的窄谐振腔的截面尺寸。3.根据权利要求1所述的一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，其特征在于，通过扩展位于最下层窄谐振腔上方的窄谐振腔的截面尺寸大小以拓宽该探测结构的探测频带带宽。4.根据权利要求1所述的一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，其特征在于，该探测结构还包括在筒体上部两相对侧壁上开设放置有声探头的探测小孔、与最下层窄谐振腔紧密接触的待探测器件以及位于待探测器件下方的声源。5.根据权利要求4所述的一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，其特征在于，所述的待探测器件以步进方式沿探测方向移动。6.根据权利要求1所述的一种基于捕获共振的宽频带高分辨率声学边界探测结构，其特征在于，所述的边界探测器由自下而上设置的第一窄谐振腔、第一宽谐振腔、第二窄谐振腔、第二宽谐振腔和第三窄谐振腔构成，所述的第一窄谐振腔、第二窄谐振腔和第三窄谐振腔的结构尺寸分别为w1×
w1×
l、w2×

【专利技术属性】
技术研发人员：解书欢，郝彤，李勇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：