光麥克風(fēng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光麥克風(fēng)及其使用方法。更具體地，本發(fā)明涉及包括聲傳感器的光麥克風(fēng)，該聲傳感器包含納米管并且響應(yīng)于聲壓力波偏轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]光麥克風(fēng)通過檢測(cè)光束而不是和常規(guī)麥克風(fēng)一樣感測(cè)電容或者磁場(chǎng)的改變，將聲壓力波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。因?yàn)楣恹溈孙L(fēng)不對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)作出反應(yīng)并且對(duì)于熱和潮濕是魯棒的，所以它們?cè)诔Ｒ?guī)麥克風(fēng)被無效地或者危險(xiǎn)地使用的地方(諸如工業(yè)汽輪機(jī)或者在磁共振成像(MRI)設(shè)備環(huán)境中)是理想的。
[0003]光麥克風(fēng)一般包括光源、諸如具有反射表面的薄膜之類的聲傳感器、諸如光纖之類的光傳送器和光檢測(cè)器。光源發(fā)射由傳送器傳送并且引導(dǎo)至聲傳感器的光束。聲傳感器是可以檢測(cè)到聲壓力波并且將光束反射至光檢測(cè)器的聲敏體。依賴于檢測(cè)到的聲壓力波，聲傳感器反射隨后通過檢測(cè)器變換為電信號(hào)的不同性質(zhì)的光束?？梢杂纱朔治龊蜏y(cè)量聲壓力波。
[0004]因?yàn)楣恹溈孙L(fēng)中的聲薄膜檢測(cè)光束而不是電信號(hào)，所以光麥克風(fēng)的大小可以比常規(guī)麥克風(fēng)的大小小得多。然而，仍然存在對(duì)要用在諸如人體的醫(yī)療應(yīng)用之類的特定情況下使用的甚至更小的光麥克風(fēng)的需要。
[0005]此外，因?yàn)槁暠∧さ恼駝?dòng)模式直接被傳送到檢測(cè)器，所以當(dāng)薄膜的振動(dòng)模式快速并且混亂時(shí)，檢測(cè)可能不準(zhǔn)確并且不可靠。在該情況下，將難于區(qū)分真實(shí)信號(hào)和噪聲。存在改進(jìn)光麥克風(fēng)的檢測(cè)的信噪比(SNR)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提出一種改進(jìn)的光麥克風(fēng)和使用其的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的光麥克風(fēng)的優(yōu)選實(shí)施例包括:光源，配置為發(fā)射光束；以及聲傳感器，配置為反射從光源發(fā)射的光束。聲傳感器包括平行對(duì)齊的單壁納米管并且響應(yīng)于壓力波偏轉(zhuǎn)。平行對(duì)齊的單壁納米管優(yōu)選是陣列形式。光麥克風(fēng)還包括檢測(cè)器，配置為檢測(cè)由聲傳感器反射的光束。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光麥克風(fēng)還包括反射器，包括多壁納米管并且配置為重新反射來自聲傳感器的光束。檢測(cè)器然后配置為檢測(cè)來自反射器的重新反射的光束。反射器可選是薄膜反射器，在薄膜反射器上隨機(jī)或者偽隨機(jī)布置多壁納米管。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光麥克風(fēng)還包括偏振器，配置為偏振從光源發(fā)射的光束。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，聲傳感器還包括基襯底，單壁納米管布置在基襯底上。單壁納米管的納米管軸與襯底表面垂直。
[0011]對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，光麥克風(fēng)還有有利地包括外殼，其中包含光源、聲傳感器、和/或檢測(cè)器、和/或反射器、和/或偏振器、和/或其它補(bǔ)充麥克風(fēng)元件。外殼優(yōu)選地包括內(nèi)壁和保護(hù)元件。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，外殼的內(nèi)壁由單壁納米管組成，單壁納米管優(yōu)選具有非金屬特性并且是大量對(duì)齊的SWNT的形式。保護(hù)元件布置在聲傳感器附近，用于保護(hù)聲傳感器免受污染。
[0013]相應(yīng)地，本發(fā)明的一種用于檢測(cè)聲壓力波的方法包括:發(fā)射光束，以及使用聲傳感器來反射發(fā)射的光束。聲傳感器包括平行對(duì)齊的單壁納米管并且響應(yīng)于壓力波偏轉(zhuǎn)。
[0014]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該方法還包括:使用反射器來重新反射來自聲傳感器的光束；以及檢測(cè)來自反射器的重新反射的光束。
[0015]本發(fā)明的光麥克風(fēng)通過使用其聲傳感器檢測(cè)聲壓力波。聲傳感器當(dāng)經(jīng)受聲壓力波時(shí)偏轉(zhuǎn)并且相應(yīng)地反射來自光麥克風(fēng)的光源的光束。通過利用檢測(cè)器檢測(cè)反射的光束，通過光麥克風(fēng)檢測(cè)和測(cè)量聲壓力波。因?yàn)槁晜鞲衅靼{米管，所以聲傳感器以及由此的光麥克風(fēng)的尺寸變得相當(dāng)小，其由此可以在特殊條件下使用。通過使用反射器重新反射光束，可以實(shí)現(xiàn)光束的高反射，并且因此光檢測(cè)器可以瞄準(zhǔn)并檢測(cè)折射束。由此改進(jìn)聲壓力波的測(cè)量和光束的測(cè)量。
【附圖說明】
[0016]為了更好地理解，現(xiàn)在將參考附圖在下面的描述中更詳細(xì)說明本發(fā)明。理解本發(fā)明不限于該公開的示例性實(shí)施例并且也可以在不脫離所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍的情況下，方便地組合和/或修改具體的特征。
[0017]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的光麥克風(fēng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
[0018]圖2是圖不根據(jù)本發(fā)明的光麥克風(fēng)的另一優(yōu)選實(shí)施例的不意圖。
[0019]圖3是圖示根據(jù)本實(shí)施例的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光麥克風(fēng)的示例性實(shí)施例。光麥克風(fēng)10包括配置為發(fā)射光束的光源11和包括平行對(duì)齊的單壁納米管(SWNT)的聲傳感器12。聲傳感器12響應(yīng)于壓力波(例如，聲壓力波)偏轉(zhuǎn)，并且配置為反射從光源11發(fā)射的光束。聲傳感器12的平行對(duì)齊的SWNT以SWNT的納米管軸相互平行的方式布置。優(yōu)選SWNT特別是碳納米管。
[0021]此外，光麥克風(fēng)12包括用以檢測(cè)由聲傳感器12反射的光束的檢測(cè)器13。檢測(cè)器13可以是對(duì)于光檢測(cè)可行并且有用的任何類型的檢測(cè)器。
[0022]優(yōu)選地，光源11和聲傳感器12相應(yīng)地被定位，以使得來自光源11的光束被照射在聲傳感器12的SWNT的側(cè)壁上。例如，如圖1中所示，光源11定位在聲傳感器12下面，并且朝上發(fā)射光束到聲傳感器12的SWNT的側(cè)壁上。然而，應(yīng)該理解，光源11和聲傳感器12也可以被水平對(duì)齊或者以任何其他合適的配置定位。
[0023]本發(fā)明的光麥克風(fēng)10配置為使用聲傳感器12的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)聲壓力波。因?yàn)橹饕⊿WNT的聲傳感器12的尺寸和因此整個(gè)光麥克風(fēng)10的尺寸相當(dāng)小，所以以更高或者更低的頻率撞擊在光麥克風(fēng)10上的聲壓力波可以被認(rèn)為是平面波。
[0024]當(dāng)平面波撞擊在聲傳感器12的SWNT上時(shí)，SWNT由于SWNT上的波的力根據(jù)平面波的密度和方向有區(qū)別地偏轉(zhuǎn)。SWNT的偏轉(zhuǎn)影響并且改變從光源11發(fā)射的光束的反射，該反射然后由檢測(cè)器13檢測(cè)到。如圖1和2中所示，光束的反射角度(例如，角度α)與SWNT的偏轉(zhuǎn)有關(guān)并且與其成比例，因此可以由光麥克風(fēng)10測(cè)量撞擊的聲壓力波。
[0025]優(yōu)選地，聲傳感器12中包括的SWNT以平行對(duì)齊的SWNT陣列的形式。更優(yōu)選地，SWNT陣列的SWNT相互隔離并且分離。SWNT陣列的隔離的SWNT當(dāng)遭受聲壓力波時(shí)分別偏轉(zhuǎn)并且當(dāng)波消失時(shí)移回其原始位置。因?yàn)闆]有捆綁SWNT，所以不存在范德瓦爾斯力，由此當(dāng)不存在來自壓力波的外部力時(shí)，SWNT可以恢復(fù)它們的默認(rèn)情況。更優(yōu)選地，SWNT陣列的SWNT具有金屬特性，即，扶手型偏光力(armchair chirality)。金屬SWNT是已知的并且用于寬光譜的光的反射。在該情況下，可以通過將具有金屬特性的SWNT安裝在具有非金屬特性的襯底上實(shí)現(xiàn)它們的隔離。
[0026]可選地，光源11是發(fā)射聚焦相干光束的激光器，并且偏振器14定位在光源11的前面，以偏振從光源發(fā)射的光束。在[I]中，示出當(dāng)光偏振與納米管軸垂直時(shí)，SWNT的光吸收被強(qiáng)烈地抑制。因此，當(dāng)使用具有與聲傳感器12的SWNT的納米管軸正交的線性偏振的激光束時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)光束的高反射，這導(dǎo)致光束以及聲壓力波的改進(jìn)檢測(cè)。在該情況下，也考慮拉曼或者瑞利(非彈性或者彈性)散射。在[II]中，SWNT的拉曼和瑞利分光研究已經(jīng)顯示出強(qiáng)烈的偏振依賴?？蛇x地，為了實(shí)現(xiàn)光麥克風(fēng)的進(jìn)一步更小的尺寸，間接經(jīng)由單個(gè)光纖激活的納米管可以用作激光束的光源11。
[0027]聲傳感器12還可以包括基襯底121，在基襯底121上布置SWNT陣列的SWNT。優(yōu)選SWNT的納米管軸與襯底表面垂直，如圖1中所示。更優(yōu)選地，基襯底121是非金屬并且由具有低反射率的材料組成，這可以防止來自基襯底121的光束的檢測(cè)和反射的干擾。
[0028]圖2不出根據(jù)本發(fā)明的光麥克風(fēng)的另一不例性實(shí)施例。該實(shí)施例與第一實(shí)施例不同，這是因?yàn)楣恹溈孙L(fēng)10還包括配置為重新反射來自聲傳感器12的光束的反射器15。重新反射的光束隨后由檢測(cè)器13檢測(cè)到。當(dāng)然，檢測(cè)器13、反射器15和其他麥克風(fēng)元件的配置可以是靈活的并且與先前的實(shí)施例不同。優(yōu)選地，反射器15包括多壁納米管(MWNT)。更優(yōu)選地，反射器15是MWNT可以在其上隨機(jī)或者偽隨機(jī)布置的薄膜反射器。在[III]中，示出隨機(jī)定