[發明專利]一種對聲音探測的光纖聲傳感器

無效

• 申請號: 200910080216.2
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101504312A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 伊小素;李瑞;姚東;魏博;許秉時;常君磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種光纖聲傳感器，更特別地說，是指一種能夠將探測得到的聲音進行聲-光-電轉換處理的光纖聲傳感器。

背景技術

光纖聲傳感器由于其結構簡單、受外界環境影響較小，在強電磁干擾環境、強腐蝕環境，以及易燃易爆等高危險性環境中具有很廣闊的應用前景。根據報道，該類聲傳感器已用于醫療CT及核磁共振成像等高電磁干擾環境中的通話，以及高電磁干擾環境中的無金屬化語音偵聽。同時將光纖聲傳感器用于輸油管道監測、飛行器監測等無損探傷領域，也取得了一定的成果。目前，光纖聲傳感技術主要基于兩種原理：干涉式和強度式。干涉式光纖聲傳感方法由于其易受環境的影響，外界溫度、壓力等因素很容易引起干涉光信號相位的改變，造成測量信號的漂移，因而很難滿足在實際中的應用。強度式光纖聲傳感方法直接采用光強度調制，因而受環境影響較小。目前反射式強度調制型光纖聲傳感中接收光纖和發射光纖通常都采用平行式結構，該結構由于光信號耦合效率較低，因而構成的系統探測靈敏度和信噪比都較低，難以滿足實際應用要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠將探測的聲音進行聲-光-電轉換處理的光纖聲傳感器，該光纖聲傳感器應用了反射式光強調制傳感原理，通過敏感單元與光電探測器的組合將聲音信號轉化成光強信息，并對光強信息進行信號處理，從而還原出被測聲音信號。

本發明的一種光纖聲傳感器是將光源發出的光信號耦合進發射光纖中，通過發射光纖投射在反射振動膜片上。反射振動膜片敏感待測的振動信號，通過膜片的振動對投射到其上的光信號進行強度調制，經膜片反射后的光信號由接收光纖接收，并傳導到后續的光電探測器進行光電轉換，轉換后的電信號經信號處理電路處理后還原成聲音信號。其中包括有：

一光源，是為光纖聲傳感器提供中心波長為850nm的出射光P_in；

一敏感單元，是通過發射光纖接收光源輸出的出射光P_in，該出射光P_in經發射光纖入射到反射振動膜片上并形成反射光P_out，該反射光P_out由接收光纖接收并傳輸到光電探測器上；

一光電探測器，是將接收到的反射光P_out轉換成表征光強信息的電壓信號V輸出給信號處理電路；

一信號處理電路，其由信號放大電路、濾波電路和音頻輸出電路組成，該信號處理電路用于實現將電信號轉換成聲信號，并輸出。

所述的對聲音探測的光纖聲傳感器，其敏感單元由上蓋板、基座和反射振動膜片組成，上蓋板安裝在基座上形成夾緊兩根光纖的夾具，該夾具與反射振動膜片的間距記為d，d＝10～200μm；反射振動膜片是一圓片，厚度為0.1～2μm；基座上設有A斜槽、B斜槽，該A斜槽、B斜槽能夠保證發射光纖(1B)的發射終端與接收光纖的接收起端形成一個夾角，該夾角記為光纖夾角β，β＝30°～90°。

所述的對聲音探測的光纖聲傳感器，其發射光纖采用芯徑為62.5μm外徑為125μm的多模光纖，接收光纖采用芯徑為100μm外徑為125μm的多模光纖。

本發明光纖聲傳感器的優點在于：

(1)在敏感單元中，利用反射振動膜片敏感待測聲音信號，并對反射光信號的強度進行調制，通過光電探測器再將調制后的光強信號轉換成電信號，從而實現聲-光-電的轉換。

(2)在敏感單元中，利用夾角式光纖排列結構，以及調整夾具與膜片之間的間距，提升了傳感器的探測靈敏度和信噪比，使本發明能夠更好的滿足實際應用要求。

(3)在傳感領域中，中心波長為850nm的光源能夠有較大的輸出強度，因此本發明采用中心波長為850nm的光源，有利于通過強度提高光纖聲傳感器的靈敏度。

(4)采用光信號做為載體，使得本發明傳感器不受電磁干擾影響。

(5)采用鈮酸鋰基片上刻蝕槽道安裝光纖，采用光纖作為光信號的傳導介質，有效地減小了本發明傳感器的尺寸，減化了整體結構，實現了微小結構對于聲音信號的高靈敏度探測。

附圖說明

圖1是本發明光纖聲傳感器的結構圖。

圖2是本發明敏感單元的結構分解圖。

圖2A是本發明敏感單元中兩根光纖的夾角

圖3A是本發明信號處理電路中信號放大電路的原理圖。

圖3B是本發明信號處理電路中濾波放大電路和音頻輸出電路的原理圖。