[发明专利]一种具有实现自修复特性的声学聚焦的声学材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有实现自修复特性的声学聚焦的声学材料，属于声学材料领域。

背景技术

声学聚焦在无损检测、医学诊断及治疗领域具有广泛的应用前景，声子晶体以及声学超材料均可以实现声学聚焦。但是已有方法实现的声学聚焦在实际应用中存在一些问题，例如，高强度聚焦超声治疗过程中，若在超声的传播路径中存在障碍物，聚焦的效果会被严重干扰，影响治疗的效果。因此，需要实现一种具有自修复特性的声学聚焦来解决上述问题。艾里波束是非衍射波束的一种，具有自弯曲及自修复等特性，其自修复特性可以使声波绕过障碍物继续传播，因此可以利用艾里波束的该特性来实现具有自修复特性的声学聚焦。零折射率材料具有无限大的波长和相速度以及恒定的相位分布，离开零折射率材料的波前的形状取决于该材料出口面的形状。因此，通过设计一系列管道的形状，并填充相应深度的零折射率材料，以满足艾里波束所需的相位分布，从而获得上述所需的具有自修复特性的艾里波束。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有实现自修复特性的声学聚焦的声学材料，利用零折射率材料产生艾里波束，并根据艾里波束的自弯曲及自修复特性，通过使用一对由零折射率材料产生的艾里波束实现具有自修复特性的声学聚焦。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种具有实现自修复特性的声学聚焦的声学材料，包括左右对称分布的艾里波束产生装置，所述艾里波束产生装置包括若干个沿直线紧贴排列的管道单元，每个管道单元总包含p个沿直线紧贴排列的管道，p为正整数，所有管道的长度相同，均为一定频率下的空气中的声波波长，每个管道单元中的p个管道的宽度相同，p个管道的总宽度为对应位置处的艾里波束半波长，在每个管道中填充有不同深度零折射率材料，每个管道中材料的深度为H，0≤H≤λ₀，当Ai(10x)≥0时，H＝(2m+1)λ₀/2-10hsinθ；当Ai(10x)＜0时，H＝nλ₀-10hsinθ，其中，沿管道的长度方向为y轴，零点位于声学材料的对称中心点，x轴为管道排列的方向，λ₀为空气中的声波波长，m和n是用来控制零折射率材料深度在0到λ₀范围内的整数，每个管道的h等于其中心与y轴的水平距离，θ是用来调节艾里波束的弯曲方向，Ai(10x)=1/π∫0∞cos(t3/3+10xt)dt.]]>

作为优选，所述θ＝0.9°。

在本发明中，艾里波束是非衍射波束的一种，具有自修复的特性，因此对称放置的一对艾里波束也是具有自修复特性的。本发明中的声学材料可以产生一对对称的艾里波束，其实现的声学聚焦理论上来说是具有自修复功能的。

有益效果：本发明的实现具有实现自修复特性的声学聚焦的声学材料，巧妙的利用了艾里波束的自修复特性以及零折射率材料恒定的相位分布特性，简单的在对称位置上放置一对艾里波束实现了具有自修复特性的声学聚焦，该特性使声波在传播过程中绕过路径中存在的一些障碍物继续传播，很大程度上削弱了障碍物对聚焦效果的影响。

附图说明

图1为实施例中选取的艾里函数Ai(10x)随x的变化曲线；

图2为本发明中用来产生图1的艾里波束的结构示意图；

图3为由图2所示结构产生的声强数值模拟图；

图4为本发明中用来实现声学聚焦的透镜示意图；

图5为由图4所示透镜产生的声强数值模拟图；

图6为在图5所示结构中加入障碍物后的声强数值模拟图。

具体实施方式