一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114900772A(43)申请公布日2022.08.12(21)申请号202210403966.4(22)申请日2022.04.18(71)申请人华南师范大学地址511400广东省广州市番禺区外环西路378号物理与电信工程学院(72)发明人顾敏王泉森刘冬梅(74)专利代理机构广州科粤专利商标代理有限公司44001专利代理师劳剑东刘明星(51)Int.Cl.H04R3/00(2006.01)G10K11/162(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置(57)摘要本发明公开了一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，包括具有特定拓扑荷数的超结构，并与轴承固定，通过传送带与电机相连实现轴向转动，超结构两侧与圆形波导相连，同时声波由一侧波导激发。当超结构转速为恰当值时，声波将无法从另一侧波导输出，实现其隔离功能。因此，在不需要较高输入能量、特定材料或庞大装置的情况下，系统实现了非互易传输功能。同时系统具有结构简单，隔离速度快，高转化率，高隔离率的优点，并且可以在较宽的频率范围内实现声学非互易和声学隔离。CN114900772ACN114900772A权利要求书1/1页1.一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：包括：声学超结构，其内部具有螺旋梯度；圆形波导，其设置在所述声学超结构的两侧；以及，传动件，其用于驱动所述声学超结构绕其轴心转动，其中，入射声波透过轴向旋转的所述声学超结构后，形成具有确定拓扑荷数的涡旋声束。2.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：旋转的所述声学超结构用于产生旋转多普勒效应。3.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：旋转的所述声学超结构用于同时实现拓扑荷数的转化和波矢的偏置。4.根据权利要求3述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：所述偏置按照如下方式施加：沿一方向传播的平面波通过静止或与涡旋声束反向旋转的超结构时完全透射，沿相反方向传播的平面波通过与涡旋声束同向旋转的超结构时完全阻断。5.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：所述声学超结构固定于轴承中，所述轴承通过传送带与电机相连，所述电机通过所述传送带传动从而带动所述声学超结构旋转。6.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：沿一个方向传播的平面波通过旋转的所述声学超结构后，形成与所述声学超结构相同的拓扑荷数的涡旋声束。7.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：所述声学超结构旋转的方向与产生涡旋声束旋转的方向相同为波矢减小方向，相反为波矢增加方向。8.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：还具有二端口声学隔离器的功能。9.根据权利要求1所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其特征在于：所述声学超结构的一侧设有扬声器，另一侧设有麦克风。2CN114900772A说明书1/3页一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置技术领域[0001]本发明涉及声学领域，具体涉及一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置。背景技术[0002]波的非互易性是一种打破时间反演对称性(Time‑reversalsymmetry)的一种特殊性质。非互易性的产生也为控制波的传输和波与物质间的相互作用提供了可能，例如探测、信息交流和成像等领域。[0003]传统的非互易装置或非对称声学装置，通常利用非线性材料，超声波波源或共振结构等方式实现，但其装置结构庞大，对入射声源、介质材料要求较高，并且对于特定结构、特定材料，仅仅只适用于特定频率的声波。发明内容[0004]针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，具有结构简单，隔离速度快，高转化率，高隔离率等优点，改善了传统非互易装置对材料，声源，结构的要求，减小了非互易装置的体积。[0005]为实现上述目的，本发明可以采取以下技术方案：[0006]一种基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，其包括：[0007]声学超结构，其内部具有螺旋梯度；[0008]圆形波导，其设置在所述声学超结构的两侧；以及，[0009]传动件，其用于驱动所述声学超结构绕其轴心转动，其中，入射声波透过轴向旋转的所述声学超结构后，形成具有确定拓扑荷数的涡旋声束。[0010]如上所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，进一步地：旋转的所述声学超结构用于产生旋转多普勒效应。[0011]如上所述的基于旋转多普勒效应的非互易声学装置，进一步地：旋转的所述声学超结构用于同时实现拓扑荷数的转化和波矢的偏置。[0012]如上所述的基于旋转多