一种声学超构材料的超声动态观测方法及装置

技术领域

本发明涉及声学超构材料超声动态观测领域，特别是涉及一种声学超构材料的超声动态观测方法及装置。

背景技术

声学超构材料是一种人工结构材料，通过人工设计材料的结构使其整体上表现为具备奇异声学性质的材料，如负折射、声隐身、超常透射、亚波长成像等。声学超构材料在特定频率处会产生单极共振和偶极共振，单极共振会出现负等效弹性模量参数；偶极共振会出现负等效质量密度参数。但是，这些等效声学参数均为动态参数，静态无法测量。

现有技术中均是观测低频声波对声学超构材料的共振，并不存在超声波对声学超构材料的共振的动态观测。

发明内容

本发明的目的是提供一种声学超构材料的超声动态观测方法及装置，实现超声波对声学超构材料的共振的动态观测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，一种声学超构材料的超声动态观测方法，包括：

获取超声波作用于声学超构材料时所述声学超构材料的图像信息；

记录存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

可选地，一种声学超构材料的超声动态观测方法，还包括：

测定目标频率值处的所述声学超构材料的透射系数和反射系数；所述目标频率值为存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值；

根据所述透射系数和所述反射系数，计算所述声学超构材料的负等效弹性模量参数和负等效质量密度参数。

第二方面，一种声学超构材料的超声动态观测装置，包括：超声波换能器、显微镜和处理器；

所述超声波换能器用于输出超声波；所述超声波换能器的输出端口与所述声学超构材料在同一水平面上，且所述声学超构材料设置在所述显微镜上；

所述显微镜用于当所述超声波作用于所述声学超构材料时，采集所述声学超构材料的图像信息；

所述处理器，用于：

获取超声波作用于声学超构材料时所述声学超构材料的图像信息；

记录存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

可选地，所述处理器，还用于：

测定目标频率值处的所述声学超构材料的透射系数和反射系数；所述目标频率值为存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值；

根据所述透射系数和所述反射系数，计算所述声学超构材料的负等效弹性模量参数和负等效质量密度参数。

可选地，所述显微镜包括：目镜和载物台；

所述目镜用于当所述超声波作用于所述声学超构材料时，采集所述声学超构材料的图像信息；所述载物台用于放置所述声学超构材料。

可选地，一种声学超构材料的超声动态观测装置，还包括：信号发生器和功率放大器；

所述信号发生器用于产生正弦信号，所述功率放大器的输入端与所述信号发生器连接，所述功率放大器用于对所述正弦信号进行放大处理；所述功率放大器的输出端与所述超声波换能器的输入端连接；所述超声波换能器用于根据放大后的正弦信号输出超声波。

可选地，一种声学超构材料的超声动态观测装置，还包括；液晶显示器；所述液晶显示器与所述显微镜连接，所述液晶显示器用于显示所述目镜采集的所述声学超构材料的图像信息。

可选地，一种声学超构材料的超声动态观测装置，还包括：装有水的水槽；

所述超声波换能器、所述声学超构材料和所述显微镜设置在所述水槽内，且所述水槽中的水漫过所述超声波换能器和所述声学超构材料。

可选地，所述声学超构材料包括：材料基底和微球；

所述微球设置在所述材料基底内。

可选地，所述超声波的频率范围为0-10MHz。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种声学超构材料的超声动态观测方法及装置，该方法包括：获取超声波作用于声学超构材料时所述声学超构材料的图像信息；记录存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。本发明通过获取声学超构材料产生共振时的超声波频率，实现超声波对声学超构材料的共振的动态观测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种声学超构材料的超声动态观测装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的声学超构材料的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的声学超构材料产生共振时的图像信息；

图4为本发明实施例二提供的一种声学超构材料的超声动态观测方法流程示意图。

符号说明：

信号发生器—1，功率放大器—2，超声波换能器—3，声学超构材料—4，显微镜—5，水槽—6，液晶显示器—7，微球—8，材料基底—9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种声学超构材料的超声动态观测方法及装置，实现超声波对声学超构材料的共振的动态观测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

图1为本发明一种声学超构材料超声动态观测的装置示意图。

如图1所示，本发明实施例一提供一种声学超构材料的超声动态观测装置，包括：超声波换能器3、显微镜5和处理器。

所述超声波换能器3用于输出超声波；所述超声波换能器3的输出端口与所述声学超构材料4在同一水平面上；且所述声学超构材料4设置在所述显微镜5上。

所述显微镜5用于当超声波作用于声学超构材料4时，采集所述声学超构材料4的图像信息。

所述处理器，用于：

获取超声波作用于声学超构材料4时所述声学超构材料4的图像信息。

记录存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

其中，如图2所示，所述声学超构材料4包括：材料基底9和微球8。

所述微球8设置在所述材料基底9内。

所述共振为单级共振、偶极共振或单级共振与偶极共振同时存在。

图3为本发明声学超构材料4产生共振时的图像信息。

如图3所示，所述单极共振的表现形式为：微球8发生膨胀或收缩；所述偶极共振的表现形式为：所述微球8向四周移动；所述单极共振与所述偶极共振同时存在的表现形式为：所述微球8既出现膨胀或收缩，又向四周移动。

进一步地，所述处理器还用于测定目标频率值处的所述声学超构材料4的透射系数和反射系数；所述目标频率值为存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

根据所述透射系数和所述反射系数，计算所述声学超构材料4的负等效弹性模量参数和负等效质量密度参数。

具体地，所述显微镜5包括：目镜和载物台。

所述目镜用于当超声波作用于声学超构材料4时，采集所述声学超构材料4的图像信息；所述载物台用于放置所述声学超构材料4。

具体地，本发明实施例一提供的一种声学超构材料的超声动态观测装置还包括：信号发生器1和功率放大器2。

所述信号发生器1用于产生正弦信号，所述功率放大器2的输入端与所述信号发生器1连接，所述功率放大器2用于对所述正弦信号进行放大处理；所述功率放大器2的输出端与所述超声波换能器3的输入端连接；所述超声波换能器3用于根据放大后的正弦信号输出超声波。所述超声波的频率值与所述正弦信号的频率值一致。

具体地，还包括；液晶显示器7；所述液晶显示器7与所述显微镜5连接，所述液晶显示器7用于显示所述目镜采集的所述声学超构材料4的图像信息。

具体地，该装置还包括：装有水的水槽6。

所述超声波换能器3、所述声学超构材料4和所述显微镜5设置在所述水槽6内；且所述水槽6中的水漫过所述超声波换能器3和所述声学超构材料4。所述水用于提高所述超声波的传播速度。

由于所述材料基体9与所述微球8之间的声速差异大(10倍以上)，在超声波作用下会在特定频率处产生单极共振，出现负等效弹性模量参数；而大密度的微球堆叠会产生偶极共振，出现负等效质量密度参数。

具体地，所述超声波的频率范围为0-10MHz。

所述超声波换能器3为水浸式超声波换能器；所述目镜为水浸目镜；所述显微镜5为光学显微镜；所述水为脱气蒸馏水。

图4为本发明一种声学超构材料的超声动态观测方法流程示意图。

如图4所示，本发明实施例二提供一种声学超构材料的超声动态观测方法，包括：

步骤100：获取超声波作用于声学超构材料4时所述声学超构材料4的图像信息。

步骤200：记录存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

具体地，还包括：测定目标频率值处的所述声学超构材料4的透射系数和反射系数；所述目标频率值为存在共振现象时的所述图像信息对应的所述超声波的频率值。

根据所述透射系数和所述反射系数，计算所述声学超构材料4的负等效弹性模量参数和负等效质量密度参数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。