[發明專利]基于多模干涉的聲光轉換方法及光學麥克風

有效

• 申請號: 200910311675.7
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN101729967A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 鄭丹瑩;劉群;李恩邦
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04R23/00
• 分類號: H04R23/00;G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及聲光轉換、聲振動的光學檢測方法及麥克風，具體講涉及基于多模干涉的聲光轉換方法及光學麥克風。?

背景技術

麥克風作為一種最常見的聲音信號采集工具在國民生產生活的各個方面有著廣泛的應用。最早的麥克風主要用在電話上進行遠距離的通信。從1962年麥克風發明至今，經過近五十年的發展，傳統電學麥克風的技術已經日趨完善和成熟，各種各樣不同用途的產品不斷問世。隨著科學技術的不斷發展，麥克風已經不再僅僅應用于遠距離的通話，在語音記錄，聲級振動測量和環境噪聲級測量等領域發揮著越來越大的作用。?

傳統型麥克風是基于聲波振動到電學信號的轉換，再通過有線或者無線的方式進行傳輸。這種麥克風存在著一定的局限性和潛在的應用隱患，如面臨著易受干擾、易引入噪聲、保密性差等問題。此外，在一些復雜的環境下，如核磁共振儀的強磁場和水下等環境，傳統電學麥克風無法使用。為解決上述問題，光學麥克風應運而生。?

光學麥克風是指應用光學方法將聲音的振動信號先轉換為光信號進行傳輸，在接受端再將光信號還原為聲音信號。與傳統的電學麥克風相比，光學麥克風有以下的明顯優勢：第一，不受電磁環境的影響。由于直接將聲音振動轉換為光信號，通過光纖傳輸到接收端，因此可以工作在各種復雜的電磁環境中。第二，前端無源。可以長時間工作在獨立環境中，無需人工補給，可靠性，穩定性高。第三，保密性好。由于光信號本身所具有的特點，信號在傳輸過程中不易被竊取，能夠很好的適應國防應用的需要。?

基于光纖傳感器的光學麥克風不僅具有良好的抗電磁干擾特性、穩定性以及保密性，而且體積小，結構簡單，安全可靠，成為光學麥克風領域的研究熱門。其實現光聲轉換的核心思想是將聲波振動所產生的聲壓作用于光纖傳感器，從而引起光纖中光信號強度、相位等參數的變化。按照調制方式的不同，光纖型光學麥克風可分為強度調制型、相位調制型和波長調制型。?

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種制作成本低廉，靈敏度高，具有商?業化的潛在可能并易于實現批量化生產的基于多模干涉的光學麥克風及其振動檢測方法。?

為達到上述目的本發明采用的技術方案是，基于多模干涉的聲光轉換方法，包括下列步驟：使寬帶光源通過可調諧濾波器輸出窄帶光；使所述的窄帶光通過黏貼在振膜上的多模干涉光纖傳感器，當振膜感受聲波信號發生振動時，將使附著于其上的多模光纖傳感器發生形變，從而引起出射光的變化，實現聲波振動到光信號的轉化；使所述光信號經過光電轉換后進行濾波放大處理，驅動揚聲器發聲，還原聲音信號。?

所述使所述的窄帶光通過黏貼在振膜上的多模干涉光纖傳感器進一步細化為，使窄帶光的中心波長固定在多模干涉傳感器透射光譜斜率最大處。?

基于多模干涉的光學麥克風，包括：寬帶光源輸出到可調諧濾波器，可調諧濾波器輸出到黏貼在振膜上的多模干涉光纖傳感器，多模干涉光纖傳感器輸出到用于對光信號進行光電轉換的光電二極管，光電二極管輸出的電信號經濾波放大驅動揚聲器。?

本發明可帶來以下技術效果：?

本發明采用基于多模干涉原理的新型聲波振動測量方法和聲光轉換方法，實現以光信號作為載體的光學麥克風，不僅結構簡單，制作方便而且成本低廉，為光學麥克風的商業化和批量化生產提供潛在可能。本發明采用光波傳感聲音信號，可以解決傳統麥克風易受干擾、保密性差以及在復雜環境下無法使用的問題。?

附圖說明

圖1多模干涉光纖傳感器結構。?

圖2多模干涉光纖傳感器透射光譜。

圖3本發明中多模干涉光纖傳感器、可調諧濾波器的透射光譜，圖中：(a)軸向受力的多模干涉光纖傳感器透射光譜，(b)可調諧濾波器的透射光譜。?

圖4基于多模干涉的光學麥克風系統結構圖。?

圖5本發明采用的濾波放大電路結構圖。?

具體實施方式

本發明提供一種將聲波信號轉換為光信號進行傳輸的聲波信號傳感系統。其中聲光轉換方法是傳感系統的關鍵，即將聲波的震動轉換成為光波幅度、相位、頻率以及波長等參數的變化的方法。本發明是采用基于多模干涉(MMI)原理的傳感器，通過振膜傳動，將聲波振動轉換到光波波長的變化中去，可實現聲波信號的抗干擾和高保密性傳輸。該聲波振動檢測方法也可廣泛應用于其他振動檢測領域。?