CN101568051A - 一种激光还原声音信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光应用技术领域，特别涉及一种激光还原声音信号的方法和装置。本发明用红外半导体激光器产生红外激光束入射到声波到达的待测玻璃振动表面，反射激光束受待测玻璃振动的调制，用单色滤光片、聚焦透镜和光电探测器接收和解调反射激光束获得光电信号，经放大器放大后用扬声器还原为声音信号。所用红外半导体激光器发出连续的近红外激光，光电探测器为硅光电探测器，光电探测器的光敏面置于聚焦透镜的光学焦点位置。本发明解决了在声音能量到达区域内无法放置声音拾取装置或共振体的场合，采用从空气中直接拾取声波或利用微波间接还原声音的方法不能还原声音信号的问题。本发明可用于军事或国家安全领域中需要声音信号还原的部门。

Description

一种激光还原声音信号的方法和装置

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别涉及一种激光还原声音信号的方法和装置。

背景技术

在军事领域里常用的声音信号还原方法是直接拾取从空气中传来的声波从而获得声音信息。这种直接还原方法总是需要声音拾取器，将其放在能感应到声音信号的位置，然后通过有线或无线的接收器，还原声音信号。声音信号的还原还可以利用微波间接还原的方法。有些物体如玻璃、空心钢管等制成一定形状后，既能对声波有良好的振动效果，又能对微波有良好的反射效应。巧妙地将这种物体放在声源目标房内，在一定距离上向它们发射微波，这些物体反射回来的微波中就包含声音信息，用微波接收机接收并解调后，就能还原声音信号。如果在声能量到达区域内，无法放置声音拾取装置或共振体，将无法使用这些方法进行信号还原。

发明内容

本发明的目的是为解决直接拾取从空气中传来的声波还原声音或利用微波间接还原声音的方法的现有技术中，在声能量到达区域内，因无法放置声音拾取装置或共振体的场合而无法进行声音信号还原，提供一种激光还原声音信号的方法和装置。

一种激光还原声音信号的方法，红外半导体激光器产生红外激光束，并入射到声波到达的待测玻璃振动表面被反射，反射激光束受待测玻璃振动的调制，经单色滤光片滤光、聚焦透镜聚焦后，由光电探测器接收和解调反射激光束得到光电信号，经放大器放大后用扬声器还原为声音信号。

一种激光还原声音信号装置包括发射装置和接收装置。发射装置的红外半导体激光器1发出的入射激光束2以入射角θ入射到待测玻璃9表面，经待测玻璃9反射得到的反射激光束3入射到单色滤光片4上，单色滤光片4、聚焦透镜5和光电探测器6均与反射激光束3同轴依次置于接收装置中，光电探测器6的光敏面置于聚焦透镜5的光学焦点位置，反射激光束3经单色滤光片4滤光和聚焦透镜5聚焦入射到光电探测器6的光敏面上；光电探测器6的输出端输出光电信号至接收装置的放大器7的输入端，经放大器7放大后的电信号由连接其输出端的扬声器8还原成声音信号。

所述红外半导体激光器1的输出激光波长范围为750nm～1100nm。

所述光电探测器6为硅光电探测器，其工作波长范围为360nm～1100nm。

所述单色滤光片4为红外窄带滤光片，中心波长与红外半导体激光器1的输出激光波长相匹配。

所述入射角θ的范围为2°～55°。

本发明的工作原理为，声波在空气中传播，会引起声波到达的待测玻璃振动。不同频率、不同强度的声音引起的振动程度也不同。当入射激光束照射在待测玻璃表面时，反射激光光束携带声波信息，实现了被测声波对激光光束的调制。反射激光光束经过滤光和聚焦以后由光电探测器所接收，光电探测器输出频率和幅度随着声波频率和强度变化的光电信号，再经放大器放大以后在扬声器还原声音信号。

单色滤光片为窄带的红外滤光片，其作用是只让近红外的反射激光通过，过滤接收系统周围的环境干扰，。因为激光有着很好的单色性，所以入射光为近红外光，反射光还是近红外光。通过这种窄带的红外滤光片，可以清除环境光线的干扰，提高了接收系统的信噪比，简化了接收器的设计。聚焦透镜将反射激光束聚焦至光电探测器光敏面。单色滤光片和聚焦透镜等光学元件为对红外光透过率要尽可能高的红外光学元件，保证反射回来的红外光能量大部分被光电探测器所接收。光电探测器安装在聚焦透镜的焦点处，光电探测器对红外光敏感，能够将频率和强度随时间变化的红外光转化为变化的电信号，即对反射激光光束携带声波信息解调。

本发明的有益效果为，本发明的发射装置和接受装置可置于被测声源目标房外，不需要在被测声源目标房内放置任何装置，无需靠近声源目标，操作方便，不易察觉，不易受到干扰。

附图说明

图1为激光还原声音信号装置结构及光路示意图。

图中，1为红外半导体激光器，2为入射激光束，3为反射激光束，4为单色滤光片，5为聚焦透镜，6为光电探测器，7为放大器，8为扬声器，9为待测玻璃。

具体实施方式

图1为本发明的实施例的装置结构及光路示意图。发射装置的红外半导体激光器1发出的入射激光束2与待测玻璃9表面的入射角为θ，接收装置中的单色滤光片4、聚焦透镜5和光电探测器6三者同轴并依次排列，光电探测器6的光敏面置于聚焦透镜5的焦点位置，光电探测器6的输出端与接收装置的放大器7输入端连接，扬声器8连接在放大器7的输出端。反射激光束3经单色滤光片4滤光、聚焦透镜5聚焦后，由光电探测器6接收和解调得到光电信号。光电信号经放大器7放大后由扬声器8还原为声音信号。

所用的红外半导体激光器1发出连续的5mW近红外激光，波长范围大约在790-820nm。选择这个波长范围主要是有以下的几个原因：

1)红外光是不可见光，不容易被监听对象所察觉。

2)红外光有着很好的大气传输特性，几乎可以不考虑大气散射。

3)这种激光器携带方便，容易进行实际操作。

4)相对于更长波长的远红外光而言，近红外不易受热辐射带来的噪声影响。

5)近红外光的接收传感器，不需要专门的冷却设备，就可以在最佳灵敏度上工作。

所用的光电探测器6为硅光电探测器，波长响应范围360nm～1100nm，峰值波长为800nm。

所用的单色滤光片4为近红外窄带干涉滤波片，中心波长800nm，半带宽21nm，峰值透射率45％。其中心波长与红外半导体激光器1的输出激光波长相匹配。

所用的聚焦透镜5为低耗塑料透镜，焦距为100mm。

激光束入射到受到声波声压作用而产生声振动的玻璃上。移动接收装置，使反射光束经单色滤光片滤光和聚焦透镜聚焦照射到光电探测器上。光电探测器安装在聚焦透镜的焦点处，光电探测器对红外光敏感，能够将红外光能量的变化转化为变化的电信号，进行声波信息的解调。前置放大器的增益应该根据光电探测器输出电压以及音频放大器的输入电压进行选择和设计。对前置放大器的灵敏度有一定的要求，因为经过光电探测器转化的电信号非常微弱，所以在前置放大环节中应该保证对微弱信号的准确放大。本实施例放大器增益选择为30dB，音频放大器采用LM386低噪声低功耗音频集成功放，其输出功率可达到2.5W，电压增益为30dB，其输出的信号可直接驱动扬声器。

本实施例可在入射角θ为2°～55°范围内使用。将发射装置和接受装置位置调整好之后，扬声器里就发出声音。虽然有小杂音，但可以比较清楚地听到还原的声信号。

本发明可用于军事或国家安全领域中需要声音信号还原的部门。

Claims (6)

1.一种激光还原声音信号的方法，其特征在于，红外半导体激光器产生红外激光束，并入射到声波到达的待测玻璃振动表面被反射，反射激光束受待测玻璃振动的调制，经单色滤光片滤光、聚焦透镜聚焦后，由光电探测器接收和解调反射激光束得到光电信号，经放大器放大后用扬声器还原为声音信号。

2.一种激光还原声音信号装置，其特征在于，发射装置的红外半导体激光器(1)发出的入射激光束(2)与待测玻璃(9)表面的入射角为θ，接收装置中的单色滤光片(4)、聚焦透镜(5)和光电探测器(6)三者同轴并依次排列，光电探测器(6)的光敏面置于聚焦透镜(5)的焦点位置，光电探测器(6)的输出端与接收装置的放大器(7)的输入端连接，扬声器(8)连接在放大器(7)的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种激光还原声音信号装置，其特征在于，所述红外半导体激光器(1)的输出激光波长范围为750nm～1100nm。

4.根据权利要求2所述的一种激光还原声音信号装置，其特征在于，所述光电探测器(6)为硅光电探测器，其工作波长范围为360nm～1100nm。

5.根据权利要求2所述的一种激光还原声音信号装置，其特征在于，所述单色滤光片(4)为红外窄带滤光片，中心波长与红外半导体激光器(1)的输出激光波长相匹配。

6.根据权利要求2所述的一种激光还原声音信号装置，其特征在于，所述入射角θ的范围为2°～55°。

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