專(zhuān)利名稱(chēng)：基于fp干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置。
背景技術(shù)：
傳聲器是一種用于接收聲音信號(hào)，并最終轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。目前廣泛應(yīng)用的有電容傳聲器，這種傳聲器由導(dǎo)電振膜和金屬背電極組成的電容拾取聲音信號(hào)，其原理為:聲音振動(dòng)引起導(dǎo)電振膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容兩極間距離發(fā)生變化，保持電容兩極間電位不變，則聲音引起電容存儲(chǔ)電量發(fā)生變化，從而將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于此電容值很小，其阻抗很大，因此這種傳聲器必須配一前置放大電路，用作阻抗變換，以保證傳聲器能與其他電路相連接。雖然電容傳聲器具有極好的頻率響應(yīng)特性和較高的靈敏度，但是由其工作原理可知，這種傳聲器容易受到電磁信號(hào)干擾，因此不適合在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作。為解決復(fù)雜電磁環(huán)境下聲音信號(hào)拾取的問(wèn)題，提出了基于光纖傳感技術(shù)的光纖傳聲器。光纖傳聲器的基本原理是聲音信號(hào)首先調(diào)制光信號(hào)，載有聲音信號(hào)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，最終變成電信號(hào)，完成了聲音信號(hào)的拾取。由于聲信號(hào)調(diào)光信號(hào)過(guò)程不受電磁干擾，因此光纖傳聲器具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境正常工作。目前較成熟光纖傳聲器產(chǎn)品主要是強(qiáng)度式的，如以色列Optoacoustics公司產(chǎn)品，再如實(shí)用新型專(zhuān)利CN2834067Y中記載了一種光纖麥克風(fēng)。這些光纖傳聲器的結(jié)構(gòu)雖然不同，但是都是采用寬譜LED光源，基于反射強(qiáng)度式原理。這導(dǎo)致這些傳聲器受外界干擾大，復(fù)用困難等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制一種基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于包括:由ASE寬譜光源和DWDM密波分復(fù)用器構(gòu)成的激光器，由η個(gè)傳聲器探頭構(gòu)成的傳聲器探頭陣列，以及同η個(gè)傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的η個(gè)單向?qū)Ч鈫卧挺莻€(gè)PIN光電二極管，其中η為自然數(shù)；所述DWDM密波分復(fù)用器的輸出端通過(guò)光纖分別連接在對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I上；所述ASE寬譜光源連接到DWDM密波分復(fù)用器的入口，經(jīng)DWDM密波分復(fù)用器分成η路單色光，各路單色光經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧?，在通過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的傳聲器探頭中進(jìn)行聲音振動(dòng)感應(yīng)；各傳聲器探頭產(chǎn)生的FP干涉光從同其相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?，再?gòu)膯蜗驅(qū)Ч鈫卧亩丝?III射出進(jìn)入同該傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的PIN光電二極管中進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)處理。所述傳聲器探頭包括:用于感應(yīng)聲音振動(dòng)的振膜、外殼和內(nèi)芯；所述振膜安裝在外殼的前端，并在振膜的前端設(shè)有對(duì)振膜進(jìn)行保護(hù)的前罩；所述內(nèi)芯安裝在外殼的容納腔內(nèi)，且內(nèi)芯上的內(nèi)芯光纖前端的內(nèi)芯光纖端面與振膜形成有FP干涉腔。所述傳聲器探頭還包括設(shè)置在外殼的容納腔內(nèi)用于調(diào)節(jié)內(nèi)芯探入的深度，以調(diào)節(jié)內(nèi)芯光纖前端的內(nèi)芯光纖端面與振膜的距離的墊片；且所述墊片的厚度為1-1000微米。所述振膜的反光面設(shè)有金納米反光層，且金納米反光層的厚度為10-500納米。所述振膜為鈦箔、不銹鋼箔、鎳箔或硅微振膜；振膜的厚度為1-10微米。所述內(nèi)芯末端依次安裝有彈簧墊片和鎖環(huán)，通過(guò)鎖環(huán)與外殼相固定連接，將內(nèi)芯固定在外殼的容納腔內(nèi)。所述單向?qū)Ч鈫卧獮榄h(huán)形器，或由隔離器和耦合器構(gòu)成的單項(xiàng)導(dǎo)光單元。所述η個(gè)PIN光電二極管的輸出端還分別連接有前置放大電路。所述光纖為單模光纖。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的:基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置中的光纖傳聲器具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于復(fù)用形成陣列的特點(diǎn)，可應(yīng)用于語(yǔ)音通訊、聲音探測(cè)、及噪聲測(cè)量等領(lǐng)域，該波分復(fù)用組成傳聲器陣列可用于聲源識(shí)別和定位。另外，由于該復(fù)用裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于廣泛推廣。


圖1是單個(gè)基于FP干涉原理的光纖傳聲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光纖傳聲器探頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的光纖傳聲器工作原理示意圖；圖4是光纖傳聲器波分復(fù)用裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的為單個(gè)基于FP干涉原理的光纖傳聲器的結(jié)構(gòu)，包括:基于FP干涉原理以感應(yīng)聲音振動(dòng)的傳聲器探頭I ;能夠發(fā)射出單色光的激光器2 ;分別同傳聲器探頭I和激光器2相連接的單向?qū)Ч鈫卧? ;所述激光器2發(fā)射的單色光經(jīng)光纖從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 I進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?中，從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 II射出進(jìn)入傳聲器探頭I內(nèi)進(jìn)行聲音振動(dòng)感應(yīng)，F(xiàn)P干涉光從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 II進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?，再?gòu)膯蜗驅(qū)Ч鈫卧?的端口 III射出進(jìn)入PIN光電二極管4中進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)處理(所述單向?qū)Ч鈫卧獮榄h(huán)形器，或由隔離器和耦合器構(gòu)成的單項(xiàng)導(dǎo)光單元)。如圖2所不傳聲器探頭I包括:用于感應(yīng)聲音振動(dòng)的振膜102、外殼103和內(nèi)芯105 ;所述振膜102安裝在外殼103的前端，并在振膜103的前端設(shè)有對(duì)振膜103進(jìn)行保護(hù)的前罩101 ;所述內(nèi)芯105安裝在外殼103的容納腔內(nèi)，且內(nèi)芯105上的內(nèi)芯光纖108前端的內(nèi)芯光纖端面109與振膜102形成有FP干涉腔。傳聲器探頭I還包括設(shè)置在外殼103的容納腔內(nèi)用于調(diào)節(jié)內(nèi)芯105探入的深度，以調(diào)節(jié)內(nèi)芯光纖108前端的內(nèi)芯光纖端面109與振膜102的距離的墊片104 (通常在內(nèi)芯105放入外殼103的容納腔之前，將墊片104放入外殼103的容納腔內(nèi)，卡在容納腔內(nèi)壁上或卡在容納腔內(nèi)的突起上，再插入內(nèi)芯105，通過(guò)調(diào)節(jié)放入墊片104的厚度，已達(dá)到調(diào)節(jié)內(nèi)芯光纖端面109與振膜102的距離)。所述內(nèi)芯105末端依次安裝有彈簧墊片106和鎖環(huán)107，通過(guò)鎖環(huán)107與外殼103相固定連接，將內(nèi)芯105固定在外殼103的容納腔內(nèi)，保證傳聲器探頭I的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所述PIN光電二極管4的輸出端還連接有前置放大電路。傳聲器采用LD激光器作為光源，內(nèi)芯光纖108是單模光纖，工作過(guò)程如下:LD激光器發(fā)射的激光進(jìn)入內(nèi)芯光纖108中，光在內(nèi)芯光纖端面109反射一部分光，從內(nèi)芯光纖端面109透射的光經(jīng)振膜102反射后，一部分反射光重新進(jìn)入到內(nèi)芯光纖108中。內(nèi)芯光纖端面109反射的光和振膜102反射重新進(jìn)入到內(nèi)芯光纖108中的光發(fā)生FP干涉，將干涉光光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的拾取。其中振膜由鈦箔、不銹鋼箔或鎳箔通過(guò)激光焊接技術(shù)形成，或者由MEMS技術(shù)制作的硅微振膜。振膜的厚度為1-10微米。振膜的反光面由磁控濺射技術(shù)制作有金納米反光層，以提高對(duì)紅外光的反射，從而提高光纖傳聲器的靈敏度。金納米反光層的厚度為10-500納米。為保證光纖傳聲器探頭性能的一致性，采用簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靈活調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方面，設(shè)計(jì)了一體結(jié)構(gòu)的內(nèi)芯105，在靈活調(diào)節(jié)方面，設(shè)計(jì)了采用可更換墊片104來(lái)控制內(nèi)芯光纖端面109與振膜102的距離。在組裝光纖傳聲器探頭過(guò)程中是，可通過(guò)不同厚度的墊片104來(lái)調(diào)節(jié)光纖傳聲器的靈敏度和相位，從而保證光纖探頭性能的一致性。墊片104的厚度為1-1000微米。如圖3所示為本發(fā)明的光纖傳聲器是基于FP干涉原理:激光器2 (LD激光器)發(fā)射的單色光從內(nèi)芯光纖108進(jìn)入內(nèi)芯光纖端面109和振膜102形成的FP腔，并形成干涉光信號(hào)，設(shè)振膜在平衡位置時(shí)干涉光的強(qiáng)度在圖3中Q點(diǎn)處，當(dāng)聲音引起振膜振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致FP腔長(zhǎng)發(fā)生變化，聲波引起的FP腔長(zhǎng)變化很小，使干涉光強(qiáng)度在Q點(diǎn)附近來(lái)回變化，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將變化的光強(qiáng)信號(hào)變成電信號(hào)，此電信號(hào)即為聲音信號(hào)。如圖4所示為本發(fā)明所述基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，該波分復(fù)用裝置包括:由ASE寬譜光源和DWDM密波分復(fù)用器構(gòu)成的激光器，由η個(gè)傳聲器探頭I構(gòu)成的傳聲器探頭陣列9，以及同η個(gè)傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的η個(gè)單向?qū)Ч鈫卧?所述單向?qū)Ч鈫卧獮榄h(huán)形器，或由隔離器和耦合器構(gòu)成的單項(xiàng)導(dǎo)光單元)和η個(gè)PIN光電二極管，其中η為自然數(shù)；所述DWDM密波分復(fù)用器的輸出端通過(guò)光纖分別連接在對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I上；所述ASE寬譜光源連接到DWDM密波分復(fù)用器的入口，經(jīng)DWDM密波分復(fù)用器分成η路單色光，各路單色光經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧?，在通過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的傳聲器探頭中進(jìn)行聲音振動(dòng)感應(yīng)；各傳聲器探頭產(chǎn)生的FP干涉光從同其相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧校購(gòu)膯蜗驅(qū)Ч鈫卧亩丝?III射出進(jìn)入同該傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的PIN光電二極管中進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)處理；所述η個(gè)PIN光電二極管的輸出端還分別連接有前置放大電路。結(jié)合基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置的工作過(guò)程如下:ASE寬譜光源7發(fā)射的寬譜光經(jīng)DWDM密波分復(fù)用器8分成η路單色光，每路單色光驅(qū)動(dòng)一路光纖傳聲器，每一路單色光經(jīng)光纖從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 I進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?，從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 II出射進(jìn)入內(nèi)芯光纖108中，光在內(nèi)芯光纖端面109反射一部分光,從內(nèi)芯光纖端面109透射的光經(jīng)振膜102反射后，一部分反射光重新進(jìn)入到內(nèi)芯光纖108中。內(nèi)芯光纖端面109反射的光和振膜102反射重新進(jìn)入到內(nèi)芯光纖108中的光發(fā)生FP干涉，干涉光從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 II進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?，從單向?qū)Ч鈫卧?的端口 III出射進(jìn)入PIN光電二極管4，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的拾取。η路光纖傳聲器同時(shí)工作，互不干擾，形成了光纖傳聲器陣列。通常ASE寬譜光源的帶寬可以達(dá)到30nm，DWDM密波分復(fù)用器的輸出光波長(zhǎng)間隔為0.4nm,因此基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置可以形成64陣元的光纖傳聲器陣列。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于包括:由ASE寬譜光源和DWDM密波分復(fù)用器構(gòu)成的激光器，由η個(gè)傳聲器探頭構(gòu)成的傳聲器探頭陣列，以及同η個(gè)傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的η個(gè)單向?qū)Ч鈫卧挺莻€(gè)PIN光電二極管，其中η為自然數(shù)； 所述DWDM密波分復(fù)用器的輸出端通過(guò)光纖分別連接在對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I上；所述ASE寬譜光源連接到DWDM密波分復(fù)用器的入口，經(jīng)DWDM密波分復(fù)用器分成η路單色光，各路單色光經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?I進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧谕ㄟ^(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的傳聲器探頭中進(jìn)行聲音振動(dòng)感應(yīng)； 各傳聲器探頭產(chǎn)生的FP干涉光從同其相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝?II進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧?，再?gòu)膯蜗驅(qū)Ч鈫卧亩丝?III射出進(jìn)入同該傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的PIN光電二極管中進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述傳聲器探頭包括:用于感應(yīng)聲音振動(dòng)的振膜、外殼和內(nèi)芯； 所述振膜安裝在外殼的前端，并在振膜的前端設(shè)有對(duì)振膜進(jìn)行保護(hù)的前罩； 所述內(nèi)芯安裝在外殼的容納腔內(nèi)，且內(nèi)芯上的內(nèi)芯光纖前端的內(nèi)芯光纖端面與振膜形成有FP干涉腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述傳聲器探頭還包括設(shè)置在外殼的容納腔內(nèi)用于調(diào)節(jié)內(nèi)芯探入的深度，以調(diào)節(jié)內(nèi)芯光纖前端的內(nèi)芯光纖端面與振膜的距離的墊片；且所述墊片的厚度為1-1000微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述振膜的反光面設(shè)有金納米反光層，且金納米反光層的厚度為10-500納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述振膜為鈦箔、不銹鋼箔、鎳箔或硅微振膜；振膜的厚度為1-10微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述內(nèi)芯末端依次安裝有彈簧墊片和鎖環(huán)，通過(guò)鎖環(huán)與外殼相固定連接，將內(nèi)芯固定在外殼的容納腔內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述單向?qū)Ч鈫卧獮榄h(huán)形器，或由隔離器和耦合器構(gòu)成的單項(xiàng)導(dǎo)光單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述η個(gè)PIN光電二極管的輸出端還分別連接有前置放大電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于所述光纖為單模光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FP干涉原理的光纖傳聲器的波分復(fù)用裝置，其特征在于包括由ASE寬譜光源和DWDM密波分復(fù)用器構(gòu)成的激光器，由n個(gè)傳聲器探頭構(gòu)成的傳聲器探頭陣列；DWDM密波分復(fù)用器的輸出端通過(guò)光纖分別連接在對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝贗上；各路單色光經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝贗進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧?，在通過(guò)相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝贗I進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的傳聲器探頭中進(jìn)行聲音振動(dòng)感應(yīng)；各傳聲器探頭產(chǎn)生的FP干涉光從同其相對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч鈫卧亩丝贗I進(jìn)入單向?qū)Ч鈫卧校購(gòu)膯蜗驅(qū)Ч鈫卧亩丝贗II射出進(jìn)入同該傳聲器探頭相對(duì)應(yīng)的PIN光電二極管中。該波分復(fù)用裝置具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于復(fù)用形成陣列的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04R23/00GK103200510SQ20131007758
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者趙龍江, 馮杰, 程進(jìn), 侯志國(guó), 周瑜, 魏曉玲 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所