[发明专利]一种全向宽带声聚能装置

说明书

本发明公开了一种全向宽带声聚能装置，该装置由一个多面反射腔壁，多面反射腔壁上开设有若干侧面开孔和若干顶角开孔，以及一个由反射腔壁围成的反射腔组成，声波从这些开孔进入反射腔内实现聚能。本发明可以对各个方向入射的声波实现聚能，且其工作频带是宽频的。本发明声聚能装置利用了半封闭空间结构腔壁的非共振多重反射特性，可以通过几何反射增强的方式获得较宽的工作带宽。由于装置的工作频带依赖于结构的几何尺寸，可以直接通过结构的等比例缩放，实现工作频带的灵活调节。本发明声聚能装置边长仅为对应工作波长的0.8到1.47倍，结构尺寸紧凑。本发明声聚能装置可广泛应用于声能量回收、微弱声信号检测、水下目标探测等众多民用和国防领域。

技术领域

本发明属于声学器件领域，具体涉及一种全向宽带声聚能装置。

背景技术

准确探测水下地形信息，以及尽可能高精度的获取水下目标的位置、形状等细节信息，具有重要的意义。由于电磁波无法在水中远距离传播，所以声波是水下探测和通讯等应用中的核心媒质。基于声波的水下探测设备，一直是水下目标探测的主流装备。声学聚能装置可以将声能聚集到特定区域，实现声能量幅值的大幅提升，广泛应用于声能量回收、微弱声信号检测、水下目标探测等领域。声聚能可以通过声源阵列或各种声聚焦透镜实现，声聚焦透镜除了包括传统的具有厚度渐变的声学凹/凸透镜和菲涅尔透镜外，还包括各类基于声子晶体、声学超材料和声学超表面的声学超透镜。

声聚能器的工作原理是通过功能结构的设计，将声波引导至特定区域，实现将较大区域的声波压缩至较小区域，进而实现声能增强。大多数声聚能器都是通过变换声学的方法设计的，但也有少量工作中采用了沿径向具有梯度参数的结构或各向异性声学超材料结构。从工作介质来分，目前的声聚能器既有在空气中工作的，也有在水中工作的。从结构形式来看，大多数是二维的，但也有少量结构可以实现三维全向声聚能。水声聚能器方面，只有美国海军实验室的Naify等人的工作中加工了样品并进行了实验验证，其它工作中并未进行试验验证。总体而言，一方面，通过变换方法设计的声学聚能器的尺寸一般也会达到波长的数倍，结构依然不够紧凑；另一方面，目前还没有水声三维全向声聚能器的实验报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全向宽带声聚能装置，可以对从开孔入射的声波进行多重反射和共振增强，获得较高的声能增益。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种全向宽带声聚能装置，包括一个多面反射腔壁，多面反射腔壁上开设的若干侧面开孔和若干顶角开孔，以及一个由多面反射腔壁围成的反射腔，声波从这些开孔进入反射腔内实现聚能。

本发明进一步的改进在于，该装置能够在以空气为代表的气体介质中实现聚能，或者在以水为代表的液体介质中实现聚能，在不同介质中工作时反射腔内填充相应的工作介质。

本发明进一步的改进在于，多面反射腔壁由设定厚度的多面体壁面构成。

本发明进一步的改进在于，多面反射腔壁的材料的阻抗至少比反射腔内的填充介质的阻抗高5倍。

本发明进一步的改进在于，该装置对各个方向入射的声波实现聚能，且其工作频带是宽频的。

本发明进一步的改进在于，反射腔是单层的，或者是逐层嵌套在一起的。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、本发明声聚能装置既可以在空气等气体介质中实现聚能，也可以在水等液体介质中实现聚能，具有广泛的应用前景；

2、本发明声聚能装置利用了半封闭空间结构腔壁的非共振多重反射特性，可以通过几何反射增强的方式获得较宽的工作带宽；

3、本发明声聚能装置中声波可以从各个方向进入反射腔体中，可以实现全向声聚能；

4、本发明声聚能装置的工作频带依赖于结构的几何尺寸，可以直接通过结构的等比例缩放，实现工作频带的灵活调节；