一种可调的多功能超构声栅结构制造技术

本发明专利技术公开了一种可调的多功能超构声栅结构，包括若干组等间距排列的单元结构以及布置在所述单元结构一侧的反射板，一组单元结构包含三个C型管亚单元结构，每个亚单元都可以通过旋转调节开口位置。本发明专利技术能够根据实际需求调节亚单元结构来实现不同的波前调控功能，可以在工作频率下实现异常反射、完美分束、任意比例的多通道能量分配等功能，克服了现有声学超材料一经打印就局限于单一功能的技术瓶颈。该多功能超构声栅结构灵活可调,可以实现多种不同功能波前调控,有很高的实用价值。多种不同功能波前调控,有很高的实用价值。多种不同功能波前调控,有很高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可调的多功能超构声栅结构


[0001]本专利技术涉及声学超材料领域，特别涉及一种可调的多功能超构声栅结构。

技术介绍

[0002]声学超构材料的出现使人们可以实现更精准而多样的声波操控，如声聚焦、声吸收、声全息和非对称传输等。基于广义斯涅尔定律的相位梯度超表面对声波进行定向操控处理的技术越发成熟,但是相位梯度超表面存在功率效率低的问题，更多地是对声波能量进行定向过滤，导致其应用范围有限，功能较为单一，实用性不足。

技术实现思路

[0003]为了克服现有声学超构材料存在的功率效率低、功能单一等不足，本专利技术提供一种可调的多功能超构声栅结构，能够对既定频率的声波进行多样化的操控，包括异常反射、完美分束、多通道任意比例能量分配等功能。该结构不仅能量损耗小，又具有精确和灵活的特性，符合实际需求。
[0004]技术方案：为解决上述技术问题，本申请提供一种可调的多功能超构声栅结构，包括反射板和多个依次排列在所述反射板一侧的单元结构，相邻两个单元结构之间保持相等距离，且每个单元结构与反射板保持距离相等。
[0005]优选的，每个单元结构由3个C型管亚单元构成，其中一个位于上方，另外两个位于下方。
[0006]优选的，位于上方的所述C型管外半径为1.30cm，管壁厚度为0.20cm，开口角度43.90
°
；位于下方的两个所述C型管尺寸相同，其外半径为0.57cm，管壁厚度为0.20cm，开口角度43.06
°
。
[0007]优选的，所述单元结构内的C型管均可以绕轴线旋转。
[0008]优选的，在所述单元结构的横截面方向，上方的C型管轴线与位于下方的两个C型管轴线之间的间距一致，且位于下方的两个C型管至所述反射板之间的间距一致。
[0009]优选的，位于上方的C型管与位于下方的两个C型管距离均为0.79cm，位于下方的两个C型管距离之间的距离为0.42cm，位于下方的两个C型管与反射板之间的距离为0.52cm。
[0010]优选的，所述单元结构和所述反射板的原材料的壁面声学阻抗远大于背景媒质，至少为100倍的背景媒质声阻抗。
[0011]优选的，所述吸声结构单元的材料为金属或有机塑料。
[0012]本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
[0013]1.本专利技术提供的超构声栅结构，由于亚单元颈部的开口以及非对称的几何分布，声波和单元结构相互作用会激发耦合的极化响应，通过合理地调整C型管亚单元的转角可以有效地将声能量定向反射到规定的衍射级，并抑制能量通过其他衍射级。同时，这种可调的单元结构又确保了非对称散射的多样性，可以根据需要调节声栅各个衍射级的能量效
率，进而实现多种不同功能波前调控。
[0014]2.本专利技术结构简单，制造方便，生产成本较低，且具有能够根据实际需要调节内部组件来实现不同的声波调控功能，克服了现有声学超材料一经打印就局限于单一功能的技术瓶颈,具有较高的实用价值。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的整体结构正视图；
[0016]图2为单个结构单元的结构示意图；
[0017]图3为声栅结构的衍射示意图；
[0018]图4(a)为异常反射功能的单元结构示意图；
[0019]图4(b)为异常反射功能的衍射效率图；
[0020]图4(c)为异常反射功能的入射声场图；
[0021]图4(d)为异常反射功能的反射声场图；
[0022]图5(a)为完美分束功能的单元结构示意图；
[0023]图5(b)为完美分束功能的衍射效率图；
[0024]图5(c)为完美分束功能的入射声场图；
[0025]图5(d)为完美分束功能的反射声场图；
[0026]图6(a)为多通道任意比例能量分配功能的单元结构示意图；
[0027]图6(b)为多通道任意比例能量分配功能的衍射效率图；
[0028]图6(c)为多通道任意比例能量分配功能的入射声场图；
[0029]图6(d)为多通道任意比例能量分配功能的反射声场图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。另外，本专利技术中的“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术限制。
[0032]在设计上述结构参数时，可根据实际的环境要求调整参数。而在本实施例中，以工作频率为6860Hz为例，说明本申请的技术方案。
[0033]如图1所示，本申请实施例公开一种多功能超构声栅结构，包括若干个依次排列的单元结构以及布置在所述单元结构一侧的反射板，相邻两个单元结构之间保持相等距离，每个单元结构与反射板保持距离相等。
[0034]在本实施例中，参照图2，超构声栅的周期(相邻单元结构之间的距离)为a＝
5.77cm。每个单元结构由3个C型管亚单元构成，一个位于上方，另外两个位于下方。位于上方的C型管外半径r1＝1.30cm，管壁厚度为t1＝0.20cm，开口角度α1＝43.90
°
。
[0035]参照图2，位于下方的两个C型管尺寸相同，其外半径为r2＝0.57cm，管壁厚度为t2＝t1＝0.20cm，开口角度α2＝43.06
°
。其C型管可以绕圆心旋转，位于上方的C型管设为β1，位于下方的两个C型管设为β2和β3，β1，β2和β3根据所需的波前调控功能进行设置。位于上方的C型管与位于下方的两个C型管距离均为d1＝0.79cm，位于下方的两个C型管距离之间的距离为d2＝0.42cm，位于下方的两个C型管与反射板之间的距离为d3＝0.52cm。
[0036]参照图1，超构声栅的结构单元为41组，通过3D打印制备，所述单元结构和所述反射板的原材料的壁面声学阻抗远大于背景媒质，至少为100倍的背景媒质声阻抗，可选为铜金属或有机塑料。
[0037]本实施例仿真分析的工作频率为f＝6860Hz，入射波类型设置为高斯平面波，声压的幅值分布满足平面波从垂直于声栅表面的方向入射，入射端距结构左侧110cm，对该结构进行声压响应分析。
[0038]对于正入射的平面波来说，声栅衍射方程为k0sinθ
n
·
a＝n
·
2π本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调的多功能超构声栅结构，其特征在于，包括反射板和若干个依次排列在所述反射板一侧的单元结构，相邻两个单元结构之间保持相等距离，且每个单元结构与反射板保持距离相等。2.根据权利要求1所述的一种可调的多功能超构声栅结构，其特征在于，每个单元结构由3个C型管亚单元构成，其中一个位于上方，另外两个位于下方。3.根据权利要求2所述的一种可调的多功能超构声栅结构，其特征在于，位于上方的所述C型管外半径为1.30cm，管壁厚度为0.20cm，开口角度43.90
°
；位于下方的两个所述C型管尺寸相同，其外半径为0.57cm，管壁厚度为0.20cm，开口角度43.06
°
。4.根据权利要求2所述的一种可调的多功能超构声栅结构，其特征在于，所述单元结构内的C型管均可以绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨京，高昊，王泽伟，徐自翔，梁彬，程建春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：