一種實時可調的聲匹配復合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實時可調的聲匹配復合材料。該復合材料包括固體層、支撐件以及間距調整機構。間距調整機構和固體層安裝于支撐件之上。固體層有多個，固體層之間相互平行，固體層與層之間的間距相相同。間距調整機構包括動力機構、控制單元、指令接口以及間距聯(lián)動機構。本發(fā)明通過間距調整機構調整固體層之間的間距，當該材料放置于具有不同阻抗的流體界面時，固體層之間的間距可依據(jù)兩種不同流體之間的特性以及聲波頻率進行實時調整，從而使得該材料能夠適用于不同的流體界面和不同的聲波頻率。
【專利說明】—種實時可調的聲匹配復合材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及聲學領域，特別涉及一種用于提高媒質間聲波透射率的材料。
【背景技術】
[0002]眾所周知，當聲波傳輸至兩種不同媒質間時會發(fā)生反射和透射效果。不同媒質間產生的反射效果減少了透射效率，特別是當兩種媒質具有很大的聲波阻抗差異時，聲波能量反射的多，透射的少。比如，當聲波從空氣傳入水中時，聲波能量損耗很大，透射率低。如何在具有大阻抗差異的流體界面處提高聲能量的透射效率是超聲領域的研究熱點之一。
[0003]本案申請的發(fā)明人在物理學報(62(20)，204302, 2013)上發(fā)表的題目為《全向入射條件下一維固流周期結構中低頻聲裂隙變化特性研究》的文章中公開了一種周期性層狀體結構。當這種周期性層狀體結構布置在媒質界面時，通過該結構的聲波可激起表面共振態(tài)，從而增強聲波能量的透射效果。但該結構是固化了的結構，只能適用于特定的媒質界面和特定的頻率的聲波，不能實現(xiàn)對不同的媒質界面和不同頻率的聲波進行調整。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種聲匹配復合材料使得其在不同的流體界面和不同頻率的聲波下進行實時調整而適用于不同的流體界面和不同頻率的聲波。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用的方案如下:
一種實時可調的聲匹配復合材料，包括固體層、支撐件以及間距調整機構；所述間距調整機構和固體層安裝于支撐件之上；所述固體層有多個，固體層之間相互平行，固體層的層與層之間間距相同；所述間距調整機構用于調整固體層之間的間距。
[0006]進一步，根據(jù)本發(fā)明的實時可調的聲匹配復合材料，所述間距調整機構包括動力機構、控制單元；所述動力機構與所述固體層相連；所述控制單元包括計算單元、存儲器、控制接口和指令接口 ；所述計算單元與存儲器、控制接口以及指令接口相連；所述控制接口與所述動力機構相連。
[0007]進一步，根據(jù)本發(fā)明的實時可調的聲匹配復合材料，所述支撐件包括層板框架和固定桿；所述層板框架有多個，數(shù)量與固體層相同；所述固體層安裝在層板框架內；所述固定桿有多根，固體桿之間相互平行；所述固定桿穿過所述層板框架使得固定桿與各固體層垂直；固體層的第一層與固定桿固定，其他層可沿著固定桿移動。
[0008]進一步，根據(jù)本發(fā)明的的實時可調的聲匹配復合材料，所述間距調整機構包括間距聯(lián)動機構；所述間距聯(lián)動機構連接各個固體層，當固體層的第一層和最后一層之間的間距調整時，間距聯(lián)動機構調整其他固體層之間的間距，且保持各固體層之間的間距相同。
[0009]進一步，根據(jù)本發(fā)明的的實時可調的聲匹配復合材料，所述間距聯(lián)動機構包括聯(lián)動桿；所述聯(lián)動桿與固定層之間通過轉軸相連；所述可動層邊緣設有滑動槽；所述聯(lián)動桿上設有多個間距相同的滑體；所述滑體設于所述滑動槽內；所述滑體可沿著滑動槽滑動；所述固定層為固體層的第一層，所述可動層為除固定層外的固體層。[0010]進一步，根據(jù)本發(fā)明的實時可調的聲匹配復合材料，所述固體層材料為橡膠。
[0011]進一步，根據(jù)本發(fā)明的實時可調的聲匹配復合材料，所述計算單元可執(zhí)行如下步驟:接收來自指令接口的指令；根據(jù)指令內的聲波頻率和流體材質計算固體層之間的間距；通過控制接口、動力機構調整固體層之間的間距。
[0012]本發(fā)明的技術效果如下:本發(fā)明通過間距調整機構調整固體層之間的間距，當該材料放置于具有不同阻抗的流體界面時，固體層之間的間距可依據(jù)兩種不同流體之間的特性以及聲波頻率進行實時調整，從而使得該材料能夠適用于不同的流體界面和不同的聲波頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的滑體、聯(lián)動桿、滑動槽的結構示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的控制單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合說明書附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0017]如圖1所示，一種實時可調的聲匹配復合材料，包括固體層1、支撐件以及間距調整機構。間距調整機構和固體層I安裝于支撐件之上。固體層I有多個，固體層I之間相互平行，固體層I的層與層之間的間距相同。支撐件包括層板框架21和固定桿22。層板框架21有多個，數(shù)量與固體層I相同。固體層為板狀體，層板框架21為方形框架，如圖1、2所示，固體層I安裝在層板框架21內。固定桿22有四根，為方柱體，分別設于層板框架21的四角。固體桿22之間相互平行。固定桿22穿過層板框架21使得固定桿22與各固體層I垂直。固體層I的數(shù)量為5，厚度為50mm，滿足固-流周期結構中的表面共振態(tài)條件，使頻率為12.21kHz至23.89kHz的聲波在此結構中達到有效匹配，其透射率可達到最佳。固體層的第一層定義為固定層11，其他層定義為可動層。距離固定層11最遠的可動層為主動層12，其他可動層定義為中間層13。主動層12也即為固體層I的最后一層。固定層11與固定桿22固定?？蓜訉?，也即主動層12和中間層13，可沿著固定桿22移動。
[0018]間距調整機構包括間距聯(lián)動機構、動力機構和控制單元3。其中，間距聯(lián)動機構有四個，分別位于復合材料的四邊。間距聯(lián)動機構包括聯(lián)動桿41 ;聯(lián)動桿41與固定層11之間通過轉軸42相連。轉軸42安裝在固定層11的層板框架的邊上，聯(lián)動桿41可沿著轉軸42轉動。聯(lián)動桿41上設有間距相同的滑體43?？蓜訉拥倪吘?，也即主動層12和中間層13的邊緣，設有滑動槽44。如圖2所示，滑動槽44設置于可動層的層板框架21的邊上?；w43為滾輪431。滾輪431位于滑動槽44內。滾輪431的軸心432通過鉚釘?shù)姆绞焦潭ㄔ诼?lián)動桿41上，滾輪431可沿著軸心432轉動。滾輪431轉動時可沿著滑動槽44移動。在本實施例的間距聯(lián)動機構下，當動力機構作用于主動層12而調整主動層12與固定層11之間的間距時，聯(lián)動桿41與固體層I之間的夾角發(fā)生改變，從而使得各個固體層之間的間距都發(fā)生改變，且保持各固體層之間的間距相同；當動力機構作用于聯(lián)動桿41而轉動聯(lián)動桿
41時，也可以調整固體層I的層與層之間的間距。也即是動力機構可以與主動層12相連或者與聯(lián)動桿41相連。[0019]控制單元3，如圖3所示，包括殼體31、計算單元32、存儲器33、指令接口 34和控制接口 35。計算單元32、存儲器33、指令接口 34和控制接口 35設于殼體31內。計算單元32與存儲器33、控制接口 35以及指令接口 34相連。指令接口 34用于連接控制主機，控制接口 35與動力機構相連。計算單元32可執(zhí)行如下步驟:接收來自指令接口 31的指令；根據(jù)指令內的聲波頻率和流體材質計算固體層之間的間距；通過控制接口 35、動力機構調整固體層之間的間距。本實施例中計算單元32和存儲器33可以通過FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)。通過聲波頻率和流體材質計算固體層之間的間距的方法可參考文獻《全向入射條件下一維固流周期結構中低頻聲裂隙變化特性研究》(物理學報62(20)，204302, 2013)。特別地，在本發(fā)明固體層材料、固體層厚度以及周期數(shù)確定的情形下，假如流體界面確定，則聲波頻率和固體層間距之間存在一一對應關系。可以將上述聲波頻率和固體層間距數(shù)據(jù)制作一份表單，然后在計算單元32計算固體層之間的間距時只需要通過查表即可獲得固體層之間的間距。這種查表的方法大大減少了計算單元32的設計難度，特別是以FPGA實現(xiàn)計算單元32時，F(xiàn)PGA芯片編程復雜度大大降低。此外還需要說明的是聲波頻率和固體層間距對應關系的表單未必需要通過數(shù)學方法計算得到，也可以通過實際測量得到。
【權利要求】
1.一種實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，包括固體層、支撐件以及間距調整機構；所述間距調整機構和固體層安裝于支撐件之上；所述固體層有多個，固體層之間相互平行，固體層的層與層之間間距相同；所述間距調整機構用于調整固體層之間的間距。
2.如權利要求1所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述間距調整機構包括動力機構、控制單元；所述動力機構與所述固體層相連；所述控制單元包括計算單元、存儲器、控制接口和指令接口 ；所述計算單元與存儲器、控制接口以及指令接口相連；所述控制接口與所述動力機構相連。
3.如權利要求1或2所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述支撐件包括層板框架和固定桿；所述層板框架有多個，數(shù)量與固體層相同；所述固體層安裝在層板框架內；所述固定桿有多根，固體桿之間相互平行；所述固定桿穿過所述層板框架使得固定桿與各固體層垂直；固體層的第一層與固定桿固定，其他層可沿著固定桿移動。
4.如權利要求1或2所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述間距調整機構包括間距聯(lián)動機構；所述間距聯(lián)動機構連接各個固體層，當固體層的第一層和最后一層之間的間距調整時，間距聯(lián)動機構調整其他固體層之間的間距，且保持各固體層之間的間距相同。
5.如權利要求4所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述間距聯(lián)動機構包括聯(lián)動桿；所述聯(lián)動桿與固定層之間通過轉軸相連；所述可動層邊緣設有滑動槽；所述聯(lián)動桿上設有多個間距相同的滑體；所述滑體設于所述滑動槽內；所述滑體可沿著滑動槽滑動；所述固定層為固體層的第一層，所述可動層為除固定層外的固體層。
6.如權利要求1或2所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述固體層材料為橡膠。
7.如權利要求2所述的實時可調的聲匹配復合材料，其特征在于，所述計算單元可執(zhí)行如下步驟:接收來自指令接口的指令；根據(jù)指令內的聲波頻率和流體材質計算固體層之間的間距；通過控制接口、動力機構調整固體層之間的間距。
【文檔編號】G05D5/00GK104035452SQ201410229996
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】徐曉東, 劉聰, 程立平, 劉曉峻 申請人:南京大學