[实用新型]用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置

说明书

本实用新型提供了一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，具有这样的特征，包括：底部基座，为圆盘结构；以及多个凸起单元，连接在底部基座的同一个侧面上，并且沿底部基座的径向依次排布，其中，凸起单元的纵截面为三角形，凸起单元具有底面、第一斜面以及第二斜面，底面与底部基座相连接，第一斜面比第二斜面更靠近底部基座的中心轴线，所有的底面中最靠近中心轴线的底面为圆形，其余的底面为圆环形，所有的底面同轴。该装置结构紧凑、设计简单、制作成本低，不需要任何的电路调控手段，仅靠自身的结构特性就可以实现三维聚焦功能，还具有聚焦分辨率高、有效频率范围宽、焦距可调节等优点。

技术领域

本实用新型属于声学领域，具体涉及一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置。

背景技术

超声聚焦具有良好的组织穿透性和生物相容性，可以在较深层的生物组织中传播，具有无损、安全、便携等优势，被广泛应用在生物医学检测、成像及治疗中。近年来，随着超声人工材料的发展，设计以实现多样化超声聚焦为目标的新型超声聚焦器件已成为国内外研究的一个热点。传统的超声聚焦方法主要包括球面自聚焦、声学透镜聚焦和主动有源相控阵聚焦。但是，球面自聚焦方法利用几何球面曲线实现聚焦，制造难度大，难以实现宽带聚焦；声学透镜聚焦方法利用声波的折射性质通过改变声束传播路径实现聚焦，但结构复杂、鲁棒性差；主动有源相控阵聚焦方法需要大量的换能器和复杂的电路系统，维护成本高。此外，常规的超声聚焦方法受到传统自然材料属性的限制，难以实现对超声波的自由及任意操控，这在很大程度上限制了超声聚焦的分辨率和在实际应用中的灵活性。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，能够对声波形成集中反射，使得反射声波会聚于同一点，从而高效地实现水下三维宽带聚焦。

本实用新型提供了一种用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置，具有这样的特征，包括：底部基座，为圆盘结构；以及多个凸起单元，连接在底部基座的同一个侧面上，并且沿底部基座的径向依次排布，其中，凸起单元的纵截面为三角形，凸起单元具有底面、第一斜面以及第二斜面，底面与底部基座相连接，第一斜面比第二斜面更靠近底部基座的中心轴线，所有的底面中最靠近中心轴线的底面为圆形，其余的底面为圆环形，所有的底面同轴。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面与第二斜面垂直。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面与底面的夹角为α，

上式中F表示用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置到焦点的距离，预定焦点位于中心轴线上，x表示凸起单元到中心轴线的距离。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一斜面和第二斜面的交点，与底面之间的距离为h，h＝0.5λ₀，λ₀为参考波长，底面的外径和内径之差为d，

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，底部基座的厚度为l，l＝2λ₀。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，所有的凸起单元沿底部基座的径向依次连接。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，底部基座与所有的凸起单元一体成型。

在本实用新型提供的用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置中，还可以具有这样的特征：其中，用于实现水下宽带超声聚焦的超表面装置为不锈钢超表面装置。

实用新型的作用与效果