一种声单向传播主控操控方法与流程

1.本发明属于声传播操控领域，具体涉及一种声单向传播主控操控方法。


背景技术：

2.电子二极管作为第一个可对能量产生整流作用的器件，其发明不仅具有里程碑式的重要意义，而且引发了全世界范围内的半导体和信息产业革命，极大地影响了人类的生活。此后，研究人员相继开展了对热流及孤波进行整流以实现单向传导的研究。声波作为人类最早认识的经典波形式之一，其研究历史悠久且在自然界的存在形式也更普遍。因此，若能像电子二极管控制电流一样对声波进行整流，实现声波的单向导通，其学术意义及应用价值是显而易见的。
3.目前实现单向声传播主要采用无源方法实现，但是该方法存在结构庞大，存在频带有限的问题，容易受到工作频率带宽的影响，以及受到空间尺寸厚度的限制。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种声单向传播主控操控方法，实现了声波单向传播控制，且该方法不受工作频率带宽的影响，不受空间尺寸厚度的限制，具有极好的推广应用价值。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种声单向传播主控操控方法，包括如下步骤：
6.s1：选取一个空间面，获取声波平面上的质点声压p和所需控制的声传播方向a上的振速u；
7.s2：根据质点声压p，对声波平面上的声压进行锁定；根据振速u，对声波平面上的振速进行锁定；
8.s3：当声波穿过介质时，由于步骤s2的锁定关系，导致在空间面的声传播方向a上呈现声单向传播的特性。
9.进一步地，所述步骤s2中锁定后的声压为p
′
＝(p-uρc)/2，其中ρ是介质密度，c是介质声速。
10.进一步地，所述步骤s2中锁定后的振速为u
′
＝(uρc-p)/2ρc，其中ρ是介质密度，c是介质声速。
11.进一步地，所述步骤s2中对声波平面上的声压和振速进行锁定的方法为：
12.a1：选取一个边界，将边界上的线段均匀划分成若干个离散的点；
13.a2：取其中任意一个点作为对象，获取这个位置点的声压p和三维振速u
x
、uy、uz；
14.a3：修改步骤a2中选取位置点的声压为p
′
＝(p-u
x
ρc)/2，修改选取位置点x方向上的振速为u
′
x
＝(u
x
ρc-p)/2ρc；
15.a4：将线段上其余的点按照步骤a3的方法进行处理。
16.进一步地，所述步骤a2中采用声压传感器和振速传感器分别获取声压p和三维振
速u
x
、uy、uz。
17.进一步地，所述步骤a3中使用声压源(普通声源)和振速源(偶极子声源)分别对选取位置点的声压和振速进行修改。
18.本发明理论上不存在带宽上的限制，能够形成超颖表面结构，具有结构轻薄，适用频带宽的特点。这里超颖表面结构具体可参考超颖材料，指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。
19.有益效果：本发明与现有技术相比，通过锁定声压和振速，实现了声波单向传播控制，且该方法控制的是材料的声压和振速关系，本质上是对介质运动与力的控制，从原理上说与频率无关，所以该方法不受工作频率带宽的影响，不受空间尺寸厚度的限制，具有极好的推广应用价值。
附图说明
20.图1为本发明方法的流程示意图；
21.图2为本发明仿真场景1的时刻1示意图；
22.图3为本发明仿真场景1的时刻2示意图；
23.图4为本发明仿真场景1的时刻3示意图；
24.图5为本发明仿真场景2的时刻1示意图；
25.图6为本发明仿真场景2的时刻2示意图；
26.图7为本发明仿真场景2的时刻3示意图；
27.图8为本发明仿真场景2的时刻4示意图；
28.图9为本发明仿真场景2的时刻5示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
30.本发明提供一种声单向传播主控操控方法，如图1所示，包括如下步骤：
31.s1：选取一个空间面，获取声波平面上的质点声压p和所需控制的声传播方向a上的振速u；
32.s2：根据质点声压p，对声波平面上的声压进行锁定；根据振速u，对声波平面上的振速进行锁定：
33.本实施例中对声波平面上的声压和振速进行锁定的方法为：
34.a1：如图2所示，选取一个边界(图中纵向线段)，将边界上的线段均匀划分成20个离散的点；
35.a2：取其中任意一个点作为对象，采用声压传感器获取这个位置点的声压p，采用振速传感器获取三维振速u
x
、uy、uz；
36.a3：使用声压源(普通声源)修改步骤a2中选取位置点的声压为p
′
＝(p-u
x
ρc)/2，使用振速源(偶极子声源)修改选取位置点x方向上的振速为u
′
x
＝(u
x
ρc-p)/2ρc，其中ρ是介质密度，c是介质声速；
37.a4：将线段上其余的点按照步骤a3的方法进行处理，这样整个线段形成了超颖表面结构。
38.s3：当声波穿过介质时，由于步骤s2的锁定关系，导致在空间面的声传播方向a上呈现声单向传播的特性。
39.为了验证上述方案的有效性，进行如下仿真实验1和仿真实验2：
40.仿真实验1：
41.如图2所示，本实施例中将线段的两边分别放置一个点声源，通过图3和图4可以看出，右边声源发出的声能够穿透边界，左边声源的声波无法穿透边界，从而实现了声波的单向传播。
42.仿真实验2：
43.图5-图9是两列瞬态平面波通过边界时的情景，同样能够观察到声波呈单向穿透的情景，从而证明了本发明方法的有效性。


技术特征：
1.一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：选取一个空间面，获取声波平面上的质点声压p和所需控制的声传播方向a上的振速u；s2：根据质点声压p，对声波平面上的声压进行锁定；根据振速u，对声波平面上的振速进行锁定；s3：当声波穿过介质时，由于步骤s2的锁定关系，导致在空间面的声传播方向a上呈现声单向传播的特性。2.根据权利要求1所述的一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，所述步骤s2中锁定后的声压为p
′
＝(p-uρc)/2，其中ρ是介质密度，c是介质声速。3.根据权利要求1所述的一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，所述步骤s2中锁定后的振速为u
′
＝(uρc-p)/2ρc，其中ρ是介质密度，c是介质声速。4.根据权利要求1所述的一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，所述步骤s2中对声波平面上的声压和振速进行锁定的方法为：a1：选取一个边界，将边界上的线段均匀划分成若干个离散的点；a2：取其中任意一个点作为对象，获取这个位置点的声压p和三维振速u
x
、u
y
、u
z
；a3：修改步骤a2中选取位置点的声压为p
′
＝(p-u
x
ρc)/2，修改选取位置点x方向上的振速为u
′
x
＝(u
x
ρc-p)/2ρc；a4：将线段上其余的点按照步骤a3的方法进行处理。5.根据权利要求1所述的一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，所述步骤a2中采用声压传感器和振速传感器分别获取声压p和三维振速u
x
、u
y
、u
z
。6.根据权利要求5所述的一种声单向传播主控操控方法，其特征在于，所述步骤a3中使用声压源和振速源分别对选取位置点的声压和振速进行修改。

技术总结
本发明公开了一种声单向传播主控操控方法，包括如下步骤：选取一个空间面，获取声波平面上的质点声压p和所需控制的声传播方向A上的振速u；根据质点声压p，对声波平面上的声压进行锁定；根据振速u，对声波平面上的振速进行锁定；当声波穿过介质时，由于步骤S2的锁定关系，导致在空间面的声传播方向A上呈现声单向传播的特性。本发明通过锁定声压和振速，实现了声波单向传播控制，且该方法不受工作频率带宽的影响，不受空间尺寸厚度的限制，具有极好的推广应用价值。的推广应用价值。的推广应用价值。


技术研发人员：何呈 陈志鹏 黄佳文 黄楠 余浩 张嘉诚 罗成名 王彪
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2022/1/14