一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面制造技术

一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面属于声学超表面技术领域，解决了声学超表面的单元结构尺寸较大，水中低频声波难以调控，对材料要求高的技术问题，包括第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质、第八均匀介质、隔板以及底板；本装置通过改变介质高度来设计超表面，结构简单。通过调节周期宽度d与波长λ的关系来调节反射波的角度，变化参量少。本装置有效减小了超表面的尺寸，厚度较小。本装置在任意入射角度均可以实现异常反射现象。现异常反射现象。现异常反射现象。

【技术实现步骤摘要】
一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面


[0001]本专利技术属于声学超表面
，具体涉及一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面。

技术介绍

[0002]声波是一种为人们所熟悉的纵波，是能量在空间传递的一种重要表现形式，广泛存在于自然界中并与人类日常生活息息相关。声学超表面是一种特殊的声学超材料，它由超材料单元组成，目前多种超材料单元已经被用于超表面，例如迷宫结构单元，亥姆霍兹共振腔结构单元，五模结构单元等等。亚波长尺寸的结构是声学超表面最显著的特征，可以看出，相对于超构材料，超构表面具有结构简单、效率高、体积小以及易加工等优点，这使得超表面更易于集成和制作，因此掀起了波束调控的研究热潮，如异常反射和透射，声聚焦，声隐身，完美声吸收等，它们在医疗、通信、检测以及军事等方面均有广泛的应用前景。
[0003]目前最常见的声学超表面结构包括：(1)折叠空间结构(Li Y,Liang B,Gu Z,et al.Reflected wavefront manipulation based on ultrathin planar acoustic metasurfaces[J].Scientific Reports,2013,3(7464):2546.)。该结构使用折叠空间延长声波的传播路径，达到延迟反射相位的目的。(2)亥姆霍兹共振腔结构(Liu B,Zhao W,Jiang Y.Apparent Negative Reflection with the Gradient Acoustic Metasurface by Integrating Supercell Periodicity into the Generalized Law of Reflection[J].Scientific Reports,2016,6(1):38314.)。通过改变亥姆霍兹共振腔的腔体容积实现对声波相位的调控。(3)“螺丝
‑
螺母”结构(Fan S W,Zhao S D,Chen A L,et al.Tunable Broadband Reflective Acoustic Metasurface[J].Physical Review Applied,11,044038(2019))。通过调节螺丝的旋拧深度改变反射相位，从而实现异常反射等声学现象。
[0004]以上结构均可实现对反射波的任意调控功能，但是大多数超表面都是应用与空气之中的，目前关于水中超表面的研究较少，并且由于同频率下水中的波长是空气中波长的5倍，在水中制作的超表面尺寸较大，导致水中的低频声波难以调控；与空气超表面不同的是，在水中很难寻找到可以视为绝对硬边界的材料，对材料要求较高，因此折叠空间型以及亥姆霍兹共振腔型超表面很难应用与水中。因此，制作一种结构轻薄、制作简单的超表面的结构用于水下反射声波的调控，是非常有必要的。

技术实现思路

[0005]为解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术提供了一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，解决了声学超表面的单元结构尺寸较大，水中低频声波难以调控，对材料要求高的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，包括第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质、第八均匀
介质、隔板以及底板；所述第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质和第八均匀介质呈周期性排列；第一均匀介质、第三均匀介质、第五均匀介质、第七均匀介质分别位于第二均匀介质、第四均匀介质、第六均匀介质、第八均匀介质的上方并组成一个单元，每两个单元之间用隔板隔开，第二均匀介质、第四均匀介质、第六均匀介质、第八均匀介质和隔板的底部附有底板。
[0008]优选的，所述第一均匀介质和第二均匀介质组成一个单元，第三均匀介质和第四均匀介质组成一个单元，第五均匀介质和第六均匀介质组成一个单元，第七均匀介质和第八均匀介质组成一个单元；所述四个单元水平排布，且所述四个单元的上表面在同一个水平面，四个单元的下表面在同一个水平面。
[0009]优选的，所述第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质、第八均匀介质的尺寸均相同，宽度范围w为0.0085m至0.011m，高度h为0.0035m。
[0010]优选的，第一均匀介质的阻抗为Z1＝9.75
×
106Pa
·
s/m，第二均匀介质的阻抗为Z2＝1.5
×
106Pa
·
s/m，第三均匀介质的阻抗为Z3＝4.13
×
106Pa
·
s/m，第四均匀介质的阻抗为Z4＝1.5
×
106Pa
·
s/m，第五均匀介质的阻抗为Z5＝1.93
×
106Pa
·
s/m，第六均匀介质的阻抗为Z6＝1.93
×
106Pa
·
s/m，第七均匀介质的阻抗为Z7＝4.56
×
106Pa
·
s/m，第八均匀介质的阻抗为Z8＝9.07
×
106Pa
·
s/m。
[0011]优选的，所述隔板的宽度范围p为0.002m至0.004m，高度H为0.007m，材料为钢，阻抗为46.8
×
106Pa
·
s/m。
[0012]优选的，所述底板的厚度t为0.02m，底板材料选用钢。
[0013]优选的，所述第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质、第八均匀介质构成的四个单元以及四个隔板由粘接剂粘合构成一个周期，周期宽度d为4(w+p)，每个周期之间再由粘合剂互相粘合构成声学超表面，所述声学超表面至少包括2个周期。
[0014]优选的，所述第一均匀介质、第二均匀介质、第三均匀介质、第四均匀介质、第五均匀介质、第六均匀介质、第七均匀介质、第八均匀介质、隔板以及底板的横截面形状均为矩形。
[0015]优选的，声学超表面能够对f＝50000Hz频率的声波实现调控，并且声学超表面的总高度为0.027m。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1、本装置通过改变介质高度来设计超表面，结构简单。
[0018]2、通过调节周期宽度d与波长λ的关系来调节反射波的角度，变化参量少。
[0019]3、本装置有效减小了超表面的尺寸，厚度较小。
[0020]4、本装置在任意入射角度均可以实现异常反射现象。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面结构示意图；
[0022]图2为实施例1时的入射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，其特征在于：包括第一均匀介质(1)、第二均匀介质(2)、第三均匀介质(3)、第四均匀介质(4)、第五均匀介质(5)、第六均匀介质(6)、第七均匀介质(7)、第八均匀介质(8)、隔板(9)以及底板(10)；所述第一均匀介质(1)、第二均匀介质(2)、第三均匀介质(3)、第四均匀介质(4)、第五均匀介质(5)、第六均匀介质(6)、第七均匀介质(7)和第八均匀介质(8)呈周期性排列；第一均匀介质(1)、第三均匀介质(3)、第五均匀介质(5)、第七均匀介质(7)分别位于第二均匀介质(2)、第四均匀介质(4)、第六均匀介质(6)、第八均匀介质(8)的上方并组成一个单元，每两个单元之间用隔板(9)隔开，第二均匀介质(2)、第四均匀介质(4)、第六均匀介质(6)、第八均匀介质(8)和隔板(9)的底部附有底板(10)。2.根据权利要求1所述的一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，其特征在于：所述第一均匀介质(1)和第二均匀介质(2)组成一个单元，第三均匀介质(3)和第四均匀介质(4)组成一个单元，第五均匀介质(5)和第六均匀介质(6)组成一个单元，第七均匀介质(7)和第八均匀介质(8)组成一个单元；所述四个单元水平排布，且所述四个单元的上表面在同一个水平面，四个单元的下表面在同一个水平面。3.根据权利要求1所述的一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，其特征在于：所述第一均匀介质(1)、第二均匀介质(2)、第三均匀介质(3)、第四均匀介质(4)、第五均匀介质(5)、第六均匀介质(6)、第七均匀介质(7)、第八均匀介质(8)的尺寸均相同，宽度范围w为0.0085m至0.011m，高度h为0.0035m。4.根据权利要求1所述的一种可调控水下声波反射角的超薄声学超表面，其特征在于：第一均匀介质(1)的阻抗为Z1＝9.75
×
106Pa
·
s/m，第二均匀介质(2)的阻抗为Z2＝1.5
×
106Pa
·
s/m，第三均匀介质(3)的阻抗为Z3＝4.13
×
106Pa
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，赵思缘，李松，时洁，时胜国，王世博，王思源，潘琳琳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：