一种增强的声学聚焦装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于声信号强化及声能聚焦的技术领域，具体来说，涉及一种增强的声学 聚焦装置。
【背景技术】
[0002] 声学聚焦技术可以将声能聚集到焦点，实现焦点处的声压幅度、质点振动速度幅 度和声功率达到最大值。声学聚焦技术广泛应用在声学颗粒悬浮或迀移、声学显示设备、医 学超声检测和超声手术等领域。目前传统的声聚焦装置通常利用环形阵列布置的多个电声 换能器单元实现电信号和声信号的转变进而根据环形构造产生声学聚焦效果，或者利用声 学透镜达到对平面声束聚焦的目的。
[0003] 对于环形阵列布置的多个电声换能器而言，在声学聚焦装置的制作、维护过程中 由于换能器阵列的阵元数量较大，难以满足聚焦装置中多个部件整体实现最佳耦合的条 件，同时也给维护和更换合适的部件增加了困难；而在使用过程中，相比单个换能器的聚焦 装置，多个换能器无疑会增加电声转换过程中的电功消耗。另外，在装置的实际制作过程 中，由于结构制作存在的不可控因素（如机械运行状态的不稳定性、材料不同位置物性的 非等同性等），任意两个电声换能器的结构不可能完全相同，因而不可能产生完全相同的声 波，也就难以产生理想的声聚焦效果。
[0004] 对于声学透镜而言，声学透镜的结构精度对声学透镜的制作过程要求很高，因此 在透镜的制备中不能轻易达到足够的精度等级，无疑增加了制作过程的复杂性。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种增强的声学聚焦装置，利用 Helmholtz共振器在共振频率条件下通过通孔向外界辐射高强度声波的功能，在弧面上设 计环形阵列排列的多个通孔，实现增强的声学聚焦的功能。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种增强的声学聚焦装置， 包括信号源和导线，其特征在于，包括电声换能器和半封闭空间结构；所述导线将信号源和 电声换能器组成闭合回路；
[0007] 所述半封闭空间结构包括空腔、电声换能器和凹曲面；按照凹曲面的中心轴线依 次紧密串联凹曲面、空腔和电声换能器；
[0008] 所述半封闭空间结构通过弧面上的η个通孔与外界相通，所述各通孔的孔壁光滑 且与通孔中心轴线平行，所有的通孔中心轴线相交于同一焦点〇 ;
[0009] 所述电声换能器位于空腔的Al端接口处，所述凹曲面位于空腔的Α2端接口处；
[0010] 所述半封闭空间结构为Helmholtz共振器结构；
[0011] 所述空腔的空腔最大横向截面的特征长度和空腔最大纵向截面的特征长度均小 于聚焦声波的波长。
[0012] 进一步的，凹曲面包括弧面，弧面上环形阵列分布η个通孔，其中，η取不小于3的 整数。
[0013] 进一步的，凹曲面是凹形的球面结构。
[0014] 进一步的，凹曲面是抛物面结构。
[0015] 进一步的，电声换能器的工作频率、半封闭空间结构的共振频率和凹曲面聚焦声 波的频率相等。
[0016] 有益效果：在半封闭空间结构内，电声换能器产生与Helmholtz共振器相同频率 的声波，能够实现在Helmholtz共振器的共振放大作用下声波经弧面上环形阵列分布的各 通孔朝着焦点处向外界辐射多束高强度的声波并在焦点处干涉，构成增强的声学聚焦效 果。
[0017] 1)利用Helmholtz共振器实现小振幅声波向大振幅声波的转换，因而在需要产生 强聚焦效果时，可以减小电声换能器的电功消耗。
[0018] 2)装置能够使用单个电声换能器，避免在多个电声换能器产生聚焦声波时，因电 声换能器之间实际存在的结构差异而阻碍了各个电声换能器同时产生完全相同的声波。避 免如多个电声换能器之间实际存在的电声转换效果差异。
[0019] 3)装置能够使用单个电声换能器，避免在使用组合控制时带来的问题，如采用何 种手段能够实现各电声换能器在电声转换时应该具有的同步，或者如何避免电信号传输到 每个电声换能器时因多个回路之间的阻抗差异而存在的信号失谐。
[0020] 4)相比多个电声换能器的聚焦装置，使用单个电声换能器能减少或避免多个换能 器可能带来的过多电功消耗，并且减小装置因电声换能器损坏而出现故障的概率。
[0021] 5)装置结构简单，便于制作和运行维护。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的装置在η = 81时的一个二维剖面示意图。
[0023] 图2是本发明的装置在η = 81时的装配示意图。
[0024] 图3是本发明的装置在η = 81时的焦点和凹曲面顶点示意图。
[0025] 图4是本发明的装置在η = 81时的球面形凹曲面的设计示意图。
[0026] 图5是本发明的装置在η = 81时的半封闭空间结构的俯视示意图。
[0027] 图6是本发明的装置在η = 81时的球面形凹曲面的局部三维示意图。
[0028] 图7是本发明的装置在η = 81时的通孔位置以及通孔中心轴线方向示意图。
[0029] 图8是本发明的一种2个焦点的声学聚焦示意图。
[0030] 图9是本发明的一种扩张形空腔结构示意图。
[0031] 图中：1-信号源，2-导线，3-电声换能器，4-空腔，41-空腔Al端接口，42-空腔 A2端接口，43-扩张形空腔，44-空腔最大横向截面的特征长度，45-空腔最大纵向截面的 特征长度，5-凹曲面，51-通孔，52-弧面，511-通孔孔壁，6-半封闭空间结构，7-装配定位 线，71-电声换能器和空腔的装配方向，72-凹曲面和空腔的装配方向，8-焦点0,80-焦点的 横向定位线，81-焦点O 1，82-焦点O2，9-凹曲面的顶点P，91-顶点P的横向定位线，92-凹 曲面中心轴线 L，10-通孔中心轴线，101、102、103、104、105、106、107、108-第一、二、三、 四、五、六、七、八通孔中心轴线，1011、1021、1071、1081-相交于焦点81的通孔中心轴线， 1031、1041、1051、1061-相交于焦点81的通孔中心轴线，11-通孔中心轴线方向，111、112、 113、114、115、116、117、118-第一、二、三、四、五、六、七、八通孔中心轴线方向，12-通孔孔 径，13-第i个通孔到凹曲面中心轴线的距离R1 (i = 1，2,... 8)，14-焦点O到顶点P的距 离D0
【具体实施方式】
[0032] 本发明提供一种增强的声学聚焦装置，包括信号源1和导线2,其特征在于，包括 电声换能器3和半封闭空间结构6 ;所述导线2将信号源1和电声换能器3组成闭合回路；
[0033] 所述半封闭空间结构6包括空腔4、电声换能器3和凹曲面5 ;按照凹曲面5的中 心轴线依次紧密串联凹曲面5、空腔4和电声换能器3 ;
[0034] 所述半封闭空间结构6通过弧面上的η个通孔51与外界相通，所述各通孔51的 孔壁511光滑且与通孔中心轴线10平行，所有的通孔中心轴线10相交于同一焦点0 ;
[0035] 所述电声换能器3位于空腔4的Al端接口 41处，所述凹曲面5位于空腔4的Α2 端接口 42处；
[0036] 所述半封闭空间结构6为Helmholtz共振器结构；半封闭空间结构6内部的半封 闭空间的空腔最大横向截面的特征长度44和空腔最大纵向截面的特征长度45均小于聚焦 声波的波长。根据Helmholtz共振器的结构参数特征设计；
[0037] 所述空腔4的空腔最大横向截面的特征长度44和空腔最大纵向截面的特征长度 45小于聚焦声波的波长。
[0038] 进一步的，凹曲面5包括弧面52,弧面52上环形阵列分布η个通孔51，其中，η取 不小于3的整数。
[0039] 进一步的，凹曲面5是凹形的球面结构。
[0040] 进一步的，凹曲面5是抛物面结构。
[0041] 进一步的，电声换能器3的工作频率、半封闭空间结构6的共振频率和凹曲面5聚 焦声波的频率相等。
[0042] 所述信号源1是具有调节输出功率功能的信号发生器，所述电声换能器3是电磁 式或压电式电声换能器。
[0043] 实施例：
[0044] 本发明的一种增强的声学聚焦装置，包括信号源1、导线2、电声换能器3和半封闭 空间结构6,所述半封闭空间结构6由空腔4、电声换能器3和凹曲面5按照凹曲面5的中 心轴线依次紧密串联组成（如图2所示），所述凹曲面5的弧面52上环形阵列分布η个通 孔51，η取不小于3的整数（如图4、图5和图6所示，取η = 81);所述半封