發(fā)布時間：2018-08-31 13:50

【摘要】：聲子晶體利用其獨特的負(fù)折射特性能夠?qū)崿F(xiàn)對聲波的聚焦,這一奇特的物理現(xiàn)象引起了廣大科研工作者的關(guān)注。在海洋探索,開發(fā)和防衛(wèi)上,利用聲學(xué)聚焦可以實現(xiàn)高分辨率成像聲吶;醫(yī)學(xué)上,聲學(xué)聚焦能夠為治療腫瘤提供更安全有效的治療手段,聲學(xué)聚焦技術(shù)的應(yīng)用具有很大的技術(shù)優(yōu)勢和實用價值,利用聲學(xué)物理透鏡實現(xiàn)聲波的聚焦是更先進(jìn)的科技前沿,所以聲學(xué)透鏡的理論與設(shè)計有極其重要的研究價值。本文在局域共振型聲子晶體、負(fù)折射理論等相關(guān)知識的基礎(chǔ)上,結(jié)合聲學(xué)聚焦技術(shù)的應(yīng)用前景、聲透鏡發(fā)展現(xiàn)狀和聲成像的需要,提出并設(shè)計了一種新型的管狀聲學(xué)超透鏡結(jié)構(gòu)并建立了其簡易模型;詳細(xì)的闡釋了聲波在聲子晶體中的傳輸過程以及負(fù)折射的形成;通過分析聲子晶體元胞振動特性得出了負(fù)折射形成的理想頻率范圍,運用層多散射法得出了透鏡的能帶結(jié)構(gòu)圖,最終利用COMSOL Multiphysics軟件模擬了近場點聲源在理想頻率下通過不同厚度的管狀聲學(xué)超透鏡后的聲波傳輸和聚焦情況,得到了透射率和反射率的關(guān)系曲線,確定了最佳成像效果時透鏡的厚度;并且在理想厚度下,模擬了不同入射頻率下管狀聲學(xué)超透鏡的聚焦效果,得到了半峰全寬(FWHM)曲線,確定了最佳入射頻率。在仿真結(jié)果中,都觀察到入射波和出射波的波形基本接近,彌散現(xiàn)象很弱,仿真結(jié)果與理論達(dá)成了很好的一致,很好的驗證了該管狀聲學(xué)超透鏡可以對近場點聲源實現(xiàn)良好的聚焦成像。
[Abstract]:Phononic crystals can focus acoustic waves with their unique negative refraction characteristics. This strange physical phenomenon has attracted the attention of many researchers. In ocean exploration, development and defense, high-resolution imaging sonar can be achieved by using acoustic focusing; in medicine, acoustic focusing can provide a safer and more effective treatment for tumors. The application of acoustic focusing technology is of great technological advantage and practical value. It is a more advanced technology frontier to focus acoustic waves with acoustic physical lenses. So the theory and design of acoustic lenses are of great research value. Based on the application prospect of acoustic focusing technology, the development status of acoustic lens and the need of acoustic imaging, a new tubular acoustic superlens structure is proposed and designed, and its simple model is established. The ideal frequency range of the negative refraction is obtained. The band structure of the lens is obtained by using the layer multiple scattering method. Finally, the transmission and focusing of the near-field sound source through a tubular acoustic superlens with different thickness are simulated by using COMSOL Multiphysics software. The optimum thickness of the lens is determined by the curve, and the focusing effect of the tubular acoustic superlens is simulated under the ideal thickness at different incident frequencies. The FWHM curve is obtained and the optimum incident frequency is determined. The simulation results are in good agreement with the theory, which proves that the tubular acoustic superlens can achieve good focusing imaging for near-field acoustic sources.
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O735;TH74

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本文編號：2215186