[发明专利]用于声学透镜的基本人造单元

说明书

本发明提供了一种用于操纵声波的单元，所述单元包括多个辐条，所述多个辐条从毂辐射开来；以及多个同心地布置的叶片。每个叶片由至少一个辐条支撑并且由多个沿周向分布的指状物形成。每个指状物连接到至少一个辐条。

发明领域

本公开涉及声学传感器以及制造这类声学传感器并将其用于包括声学测井工具的各种工具的方法。

发明背景

用于研究地下特征的井下声学测井工具可以包括一个或多个声学发射器或源以及多个声学接收器。这些工具还可以包括可以用作发射器和接收器的收发器。在任一种情况下，发射器将声能发射到井筒周围的地下环境中。由与井筒、井结构和/或地层相关联的界面反射声学信号。所反射的声学信号由测井工具中的接收器检测并且经过处理来提供对井筒、井结构和/或地层的一个或多个性质的估计。本公开提供利用透镜来操纵这类声波的声学和振动传感器。

发明内容

在各方面，本公开提供一种用于操纵声波的单元。单元可以包括多个辐条，所述多个辐条从毂辐射开来。每个辐条可以具有多个接合点，并且多个指状物可以围绕毂沿周向分布。至少一个指状物连接在各自的接合点处。

仍然在其他方面，本公开提供一种声学工具。声学工具可以包括换能器，所述换能器被配置用来产生和检测声波；以及透镜。透镜可以与声源间隔开来。透镜可以具有由多个边缘限定的平坦表面。声波经由至少一个边缘进入透镜并且沿着平行于平坦表面的轴线行进。透镜可以包括至少一个透镜元件，所述至少一个透镜元件具有多个辐条，所述多个辐条从毂辐射开来。每个辐条可以包括多个指状物，所述多个指状物围绕毂沿周向分布。毂和多个辐条可以是平行于平坦表面布置的平坦构件。

为了可以更好地理解本公开的以下具体实施方式以及为了可以了解它们对本领域的贡献，对本公开的示例特征进行了相当广泛地概括。

附图简述

为了详细理解本公开，应结合附图对以下实施方案的具体实施方式进行参考，其中相同元件具有相同编号，其中：

图1是根据本公开的实施方案的示例性圆形单元的示意图；

图2是根据本公开的实施方案的示例性八边形单元的示意图；

图3是根据本公开的实施方案的使用具有突起的指状物的示例性单元的示意图；

图4是在图2的实施方案进行保角映射之后所得的示例性八边形单元的示意图；

图5示出包括根据本公开的实施方案制得的单元的透镜；

图6示出使用根据本公开制得的单元且设置在穿过地球地层的钻孔中的声学工具；并且

图7是利用图4的保角映射对图3实施方案的声场强度进行的模拟的曲线图。

具体实施方式

超材料的特性来源于以聚集作用发生来影响超出自然范围的材料性质的形成的共振的基本动力机制。在声学超材料的特定情况下，这些特性直接开始于以下两个基本材料参数的频率响应行为：有效质量密度和有效体积模量。尤其是在反共振的接近度内存在特定类型的共振过渡区的情况下，这两个材料参数可以呈现负属性以及甚至各向异性行为。这些各向异性和负性质在某些频带内会产生广泛范围的频谱特征，包括负折射和超透镜作用(hyperlensing)，这可以开拓在平坦透镜中实现射束聚焦和放大的可能性。操作诸如聚焦和放大通常会被称为操纵声波。

可能会在非常窄的频谱带宽内出现因频带内晶胞共振而引起的负指数性质，所述非常窄的频谱带宽的范围是晶胞的共振特性以及基质和/或背景流体的性质的结果。为了在较宽频率范围内影响这些负性质，基本单元中的多个相容共振必须相长地耦合。这可以通过本公开的超材料晶胞设计来实现。