一种声波异常透射装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种声波异常透射装置及方法，包括超构声栅结构和二维波导，所述二维波导为两块具有一定间距的平行板，所述超构声栅结构设置在二维波导的两块平行板之间，所述超构声栅结构包含至少三个旁开亥姆赫兹共振腔单元，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元之间依次连续排列，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元包含若干个开口共振腔，所述开口共振腔的侧面依次连接，所述开口共振腔内设置有与其底面平行的薄板，通过调整薄板的高度可以调控透射相位，实现了同一结构在不同入射角度下声波异常透射调控。利用简单结构调控声波透射特性，避免了基于相位梯度超构表面的众多单元结构排列，实现了波束异常透射调控器件小型化和简单化。现了波束异常透射调控器件小型化和简单化。现了波束异常透射调控器件小型化和简单化。

【技术实现步骤摘要】
一种声波异常透射装置及方法


[0001]本专利技术属于声学超构表面
，尤其是一种声波异常透射装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，用人工微结构调控波束传播已经引起众多研究学者的关注。超构表面仅仅通过亚波长尺寸厚度的单元结构可以实现波前幅值和相位的任意调控。通过合理利用折叠型结构、亥姆赫兹共振器、膜型结构等，可以实现许多自然界材料无法实现的现象，超构表面为调控声波波前带来了全新的自由度，其在吸声、隐身和超透镜等方面具有广泛的应用价值。
[0003]在以往的大量研究中对声波进行波前调控大多基于广义斯涅耳定律，当设计的超构表面相位覆盖了0到2π相位分布时，根据不同波束调控需求可沿表面适当引入所需的相位，进而控制波束的传播方向。但是，由于阻抗不匹配，基于相位梯度的超构表面在效率上受到限制，复杂而众多结构单元之间的耦合效应，也会限制工作效率，除此之外，基于这种原理设计超构表面需要多个结构单元在亚波长尺寸上进行排布，不利于结构简单化。为了打破调控限制，直接工作于高衍射级(通常为正、负1级)的单一超构声栅应运而生。超构声栅调控波束传输主要是通过寻找合适的共振基元结构，通过单元间耦合作用可将入射波束直接导向所需的衍射级方向不需要具有线性梯度的渐变相位分布，为波前形貌调控和波束传输提供了更为简便有效的方式。基于此，一些研究工作探讨了超构声栅在声波波束调控方面的应用，但多数工作都是针对单一角度调控，波束指向单一，实际场景应用受限。除此之外，以往的研究工作多数探讨了斜入射波束直接工作于高衍射级，关于调控垂直入射波束研究较少，当声波垂直入射时，不可避免地会产生较多衍射级，实际调控更为复杂，但在实际应用中更为广泛。因此如何实现一种多角度入射(尤其针对垂直入射波束)的声波异常透射调控显得至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种声波异常透射装置及方法，基于超构声栅实现了同一个结构下多种入射角度下异常透射行为。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种声波异常透射装置，包括超构声栅结构和二维波导，所述二维波导为两块具有一定间距的平行板，所述超构声栅结构设置在二维波导的两块平行板之间，所述超构声栅结构包含至少三个旁开亥姆赫兹共振腔单元，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元之间依次连续排列，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元包含若干个开口共振腔，所述开口共振腔的侧面依次连接，所述开口共振腔内设置有与其底面平行的薄板。
[0007]进一步的，所述开口共振腔的两端设置有挡板。
[0008]进一步的，所述开口共振腔的顶部开设有开口，所述开口为一条与开口共振腔侧面平行的狭缝。
[0009]进一步的，所述开口共振腔中的薄板距离开口共振腔底面的高度可调节。
[0010]进一步的，每个所述旁开亥姆赫兹共振腔单元中的若干个薄板距离开口共振腔底面的高度相同。
[0011]进一步的，不同旁开亥姆赫兹共振腔单元中的薄板距离开口共振腔底面的高度不同。
[0012]进一步的，所述二维波导为两块硬质玻璃板或亚克力板。
[0013]进一步的，所述超构声栅结构为3D打印成型结构，所述超构声栅结构的材料为聚乳酸材料、树脂材料或ABS塑料材料。
[0014]一种基于所述装置的声波异常透射方法，包括：
[0015]根据声波的波长和工作频率确定声栅常数；
[0016]根据声栅常数确定旁开亥姆赫兹共振腔单元的数量和开口共振腔的数量，组成超构声栅结构，并将该超构声栅结构置于二维波导中；
[0017]调整开口共振腔内部薄板的高度进行声波透射相位调控。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供一种声波异常透射装置，通过将旁开亥姆赫兹共振腔单元连续排列组成的超构声栅结构置于二维波导中，通过合理的设计超构声栅结构的声栅常数与波长时，衍射声场中可以仅存在0级、+1级和
‑
1级衍射，旁开亥姆赫兹共振腔单元对相位进行调控可以尽可能消除不需要的衍射级，保留特定衍射级，实现波束异常调控行为，旁开亥姆赫兹共振腔单元中的开口共振腔中设置有与底面平行的薄板，通过调整薄板的高度实现了同一结构在不同入射角度下声波异常透射调控。利用简单结构调控声波透射特性，避免了基于相位梯度超构表面的众多单元结构排列，实现了波束异常透射调控器件小型化和简单化。
附图说明
[0020]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021]图1为本专利技术的声波异常透射装置的结构示意图。
[0022]图2为本专利技术的声波异常透射装置中的开口共振腔结构示意图。
[0023]图3为本专利技术的实施例1的透射声波中衍射级归一化占比仿真图。
[0024]图4为本专利技术的实施例1工作频率处的透射声压图。
[0025]图5为本专利技术的实施例1的案例实物图。
[0026]图6为本专利技术的实施例1在二维波导中测试的实验结果图。
[0027]图7为本专利技术的实施例1在不同入射角度下的透射声压图。
[0028]图8为本专利技术的实施例2工作频率处的透射声压图。
[0029]图9为本专利技术的实施例2工作频率处不同入射角度下的透射声压图。
[0030]图10为本专利技术的实施例3工作频率处的透射声压图。
[0031]图11为本专利技术的实施例3工作频率处不同入射角度下的透射声压图。
[0032]其中：1
‑
第一旁开亥姆赫兹共振腔，2
‑
第二旁开亥姆赫兹共振腔，3
‑
第三旁开亥姆
赫兹共振腔，4
‑
二维波导，5
‑
薄板，101
‑
开口共振腔，102
‑
挡板。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0034]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0036]在本专利技术实施例的描述中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声波异常透射装置，其特征在于，包括超构声栅结构和二维波导(4)，所述二维波导(4)为两块具有一定间距的平行板，所述超构声栅结构设置在二维波导(4)的两块平行板之间，所述超构声栅结构包含至少三个旁开亥姆赫兹共振腔单元，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元之间依次连续排列，所述旁开亥姆赫兹共振腔单元包含若干个开口共振腔(101)，所述开口共振腔(101)的侧面依次连接，所述开口共振腔(101)内设置有与其底面平行的薄板(5)。2.根据权利要求1所述的一种声波异常透射装置，其特征在于，所述开口共振腔(101)的两端设置有挡板(102)。3.根据权利要求1所述的一种声波异常透射装置，其特征在于，所述开口共振腔(101)的顶部开设有开口，所述开口为一条与开口共振腔(101)侧面平行的狭缝。4.根据权利要求1所述的一种声波异常透射装置，其特征在于，所述开口共振腔(101)中的薄板(5)距离开口共振腔(101)底面的高度可调节。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张富利，孙康瑶，杨帆，樊元成，付全红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：