平面梯度聲透鏡的數(shù)值仿真和實驗研究.pdf

1、本文基于等效介質(zhì)理論和多重散射理論，介紹了平面梯度聲透鏡的設(shè)計原理。根據(jù)COMSOL MULTIPHYSICS有限元仿真軟件，建立了聲透鏡的數(shù)值計算模型，研究了聲透鏡的聚焦帶寬和聚焦機理，并分析了幾何參數(shù)和不同類型缺陷對聲透鏡聚焦效果的影響。加工了四排散射體聲透鏡，進行了聲透鏡聚焦實驗。采用線陣掃描方法，測量了聲透鏡軸向、橫向以及水平平面上的聲場分布。
　　仿真研究結(jié)果表明，平面梯度聲透鏡具有良好地聚焦效果，并且聚焦具有寬頻帶特性

2、。對于仿真中的四排散射體聲透鏡，最大增益為4.6dB，通帶頻率為2000Hz-7000Hz。增加聲透鏡的口徑可以在保持增益不變的情況下，增大聲透鏡的聚焦距離。增加聲透鏡的厚度使得聚焦通帶變寬，依次增大的峰值的數(shù)目增加，同時能夠?qū)崿F(xiàn)的最大增益也相應(yīng)增大。減小晶格單元的尺寸使得聚焦通帶變寬，同時聲透鏡的頻響特性曲線將變得更加平滑。對于四排散射體聲透鏡，軸向線缺陷使得聚焦頻響曲線向高頻發(fā)生略微移動，增益大小變化不大，焦距變大；第二排線缺陷使得

3、聚焦效果和兩排散射體聲透鏡類似，只是頻響特性曲線向低頻發(fā)生了很大的移動，并且增益和焦距都變??；出射端面9個對稱點缺陷使得聚焦效果和三排散射體聲透鏡比較類似，只是聚焦頻響特性曲線變得更加平緩。最后，聲透鏡聚焦的產(chǎn)生和聲波能量在散射體之間的能量局域隨頻率以及空間的分布有直接關(guān)系。
　　實驗結(jié)果表明，在不同頻率下，軸向的增益隨距離的變化驗證了聲透鏡具有較好的聚焦效果，橫向的增益隨距離的變化說明了聲透鏡的寬頻帶特性，平面聚焦聲場分布更進一