CN101707504A

CN101707504A - 一种光纤对讲装置

Info

Publication number: CN101707504A
Application number: CN 200910070999
Authority: CN
Inventors: 李恩邦; 唐春晓
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN101707504B

Abstract

一种光纤对讲装置。本发明提供的是一种由常规麦克风、音频放大电路、光源、第一传输光纤、发声薄膜、光纤麦克风、第二传输光纤、光电探测器、第二音频放大电路、常规扬声器以及光纤麦克风光源和光纤麦克风输入光纤构成的光纤对讲装置。本发明装置对讲的一端是由光纤和光学元件构成，无任何金属部件或其它导电体，语音对讲信号完全是由光信号传递，并由光能直接转换为声能，声音直接转换为光信号的变化，从根本上解决了传统电子对讲系统易受外界环境干扰，或是无法使用的问题。

Description

一种光纤对讲装置

【技术领域】：本发明涉及一种对讲装置，特别是一种在一端为全光纤的对讲装置，属于光学及通信技术领域。

【背景技术】：对讲是人们交流语言信息的一种方式手段。在人们因某种原因无法进行面对面讲话的情况下即需要使用对讲装置或系统。与电话相比，对讲装置或系统是一种相对较短距离的通信系统。一般的对讲系统都是通过电信号的方式进行的。最简单的对讲系统包括将声音转换为电信号的麦克风、将信号进行放大的电子放大器、信号传输电缆以及将电信号转换声音的发声器件，如扬声器(或耳机)。对讲信号也可以通过无线电信号传输，此时无线发射/接收设备将取代传输电缆。随着电子及通信技术的快速发展，对讲系统也由过去的模拟系统逐步发展到数字系统，并且可以将视频技术与语音对讲相结合，形成可视对讲系统。对讲系统在人们的日常生活的多个方面发挥着越来越重要的作用，也广泛应用于工矿企业生产指挥以及调度，医疗系统的紧急呼叫，宾馆、居民小区及楼宇安防和管理，以及各种办公系统，为实现上述系统的智能化管理发挥了重要的和不可缺少的作用。

如前所述，现有的对讲系统中，信号均是以电信号(有线或无线)方式，完成由声音(通过麦克风)--电信号--(通过扬声器)声音的转换以达到传递语言信息的目的。这种传递方式在通常的应用条件下是十分容易实现的。然而，在某些特殊情况下，上述转换与电信号传输则是无法进行的。一个简单的例子，是在有强电磁场的环境中现有电子对讲系统将受到电磁场的干扰产生很强的噪声而影响对讲的正常进行，甚至会使其无法使用。例如，在核磁共振扫描过程中，医生与被检查病人之间的通话。由于强磁场的存在，不允许在核磁共振扫描中放入金属部件，使得现有的任何以电信号传输的通信系统均无法使用，致使医生无法了解病人在扫描过程中的感受，病人也无法与医生进行交流。

【发明内容】：本发明目的是解决传统电子对讲系统易受外界环境干扰，甚至无法正常使用的问题提供一种在一端为全光纤的对讲装置。

本发明提供光纤对讲装置包括：

对讲装置的第一端亦即电信号端：依次由常规麦克风、第一音频放大电路和光源，常规扬声器、第二音频放大电路和光电探测器以及光纤麦克风光源组成；

对讲装置的第二端亦即光信号端：由发声薄膜和光纤麦克风传感头组成；

第一传输光纤：用于将电信号端的光源发出的经音频信号调制的光信号传输至光信号端的发声薄膜；

第二传输光纤：用于将光信号端的光纤麦克风传感头输出的经音频信号调制的光信号传输至电信号端的光电探测器；

输入光纤：用于将电信号端的光纤麦克风光源发出的光信号传输至光信号端的光纤麦克风传感头。

所述的电信号端的光源为光纤输出的半导体发光二极管(LED)、光纤输出的半导体激光器(LD)或光纤激光器。

所述的光纤麦克风是指光纤中光的强度、波长、相位或偏振态可以被声音信号的强度而调制的光纤器件。

所述的发声薄膜为低密度吸光材料，其在入射光的照射下产生随光强度变化的热膨胀，引起空气介质产生波动，产生声音。低密度吸光材料为碳纳米管。

所述的发声薄膜经如下步骤制得：

将紫外固化的光学胶均匀涂敷在厚度为1mm的石英基片上，然后将碳纳米管均匀散布在光学胶上，使用紫外灯在没有纳米管的一侧照射石英基片，使光学胶固化，除去基片上多余的碳纳米管，即在石英基片上得到一层由碳纳米管组成的薄膜，即所述的发声薄膜。

本发明的优点和积极效果：

本发明装置在对讲的一端无任何金属部件，声音完全是由光信号传递，并由光能直接转换为声能，声音直接转换为光信号的变化，从根本上解决了传统电子对讲系统易受外界环境干扰，或是无法使用的问题。

【附图说明】：

图1为本发明涉及的光纤对讲装置结构示意图。

图中：101为对讲装置的第一端(电信号端)要传输的语音信号(简称声场)；102为常规麦克风；103为第一音频放大电路；104为光源；105为第一传输光纤；106为发声薄膜；107为对讲装置的第二端(光信号端)发出的语音信号(简称声场)；108为对讲装置的第一端(电信号端)发出的语音信号(简称声场)；109为常规扬声器；110为第二音频放大电路；111为光电探测器；112为第二传输光纤；113为光纤麦克风传感头；114为对讲装置的第二端(光信号端)要传输的语音信号(简称声场)；115为光纤麦克风的光源；116为光纤麦克风的输入光纤。

【具体实施方式】：

实施例1：

本发明提供的是一种由常规麦克风、音频放大电路、光源、第一传输光纤、发声薄膜、光纤麦克风、第二传输光纤、光电探测器、第二音频放大电路、常规扬声器以及光纤麦克风光源和光纤麦克风的输入光纤构成的光纤对讲装置，该语音对讲装置的一端是由光纤和光学元件构成，而不包含任何金属或其它导电体，语音对讲信号完全是通过光信号实现。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如附图1所示，麦克风102可以采用任何市售的动圈式、电容式或驻极体麦克风作为电信号端的语音检测器件。扬声器109可采用普通的喇叭或耳机，作为电信号端的发声器件。本实施例中使用清华同方TF692高清立体声耳机/麦克风组合器件，其技术参数如下：喇叭直径40mm；频率响应20Hz-20kHz；阻抗32欧姆；灵敏度108db；麦克风6*5/-52dB±2dB。第一音频放大电路103采用JAYCAR KC5166放大器，频率响应10Hz-50kHz，其电压信号增益可调，最大增益为40dB。光源104采用德国Pilas，A.L.S.GmbH公司提供的PIL106半导体激光器，该半导体激光器即可以产生连续输出，也能产生脉冲输出，其输出模式由其电流控制单元EIG1000D设定。PIL106半导体激光器的输出波长为1060nm，连续输出功率大于400mW。第一传输光纤105采用NUFERN1060-XP单模光纤。

发声薄膜106按照如下方法制作：将紫外固化的光学胶均匀涂敷在厚度为1mm的石英基片上，然后将碳纳米管均匀散布在光学胶上，使用紫外灯在没有纳米管的一侧照射石英基片，使光学胶固化，除去基片上多余的碳纳米管，即在石英基片上得到一由碳纳米管组成的薄膜.

第二音频放大电路110采用另一只JAYCAR KC5166放大器。光电探测器111、第二传输光纤112、光纤麦克风传感头113、光纤麦克风的光源115和光纤麦克风的输入光纤116采用深圳明鑫科技公司提供的FOM-1140光纤麦克风组件。光纤麦克风传感头113由MEMS振动薄膜构成，其材料为聚碳酸酯，光电探测器111为PIN光电二极管，第二传输光纤112和光纤麦克风的输入光纤116为纤芯50微米的多模光纤，光纤麦克风的光源115为LED。FOM-1140光纤麦克风组件的主要技术参数如下：频率响应30Hz-10kHz，灵敏度100mV/Pa，最大声压114dB SPL，全方位极性模式。

本发明实施例中的光纤对讲装置的工作原理及工作过程如下：

1.声音由电信号端向光信号端的传输

在电信号端，声场101被麦克风102检测，将其转换为电信号。该信号经第一音频放大电路103放大，其输出接光源104的调制输入端。由光源104输出的激光功率受到音频信号的调制而随音频信号线性变化。光源104发出的光经第一传输光纤105传至光信号端，由第一传输光纤105输出的光入射至发声薄膜106上。强度受音频信号调制的光信号被发声薄膜106上的碳纳米管吸收，转换为热能，使碳纳米管的温度产生随音频信号的变化，该温度变化引起发声薄膜106随音频信号变化的热膨胀，致使其周围的空气密度发生改变，产生声场107，在光信号端发出声音。

2.声音由光信号端向电信号端的传输

在光信号端，光纤麦克风的光源115发出的恒定功率的连续光经光纤麦克风的输入光纤116传至光纤麦克风传感头113。光纤麦克风传感头113中的MEMS振动薄膜将来自光纤麦克风的输入光纤116的光反射至第二传输光纤112的输入端。光信号端的声场114作用在MEMS振动膜上，使其产生变形，从而使有MEMS振动膜反射光的角度发生变化。这样耦合进第二传输光纤112的光强度随之产生变化。该光信号经第二传输光纤112传至光电探测器111，转换为电信号，再经第二音频放大电路110放大，驱动扬声器109，在电信号端发出声音。

上述两个过程可同时进行，即可实现双向双功的对讲功能。在光信号端没有任何电子部件，声音信号完全由光信号检测、传输和转换。由于第一传输光纤105、第二传输光纤112和光纤麦克风的输入光纤116均为低损耗单模或多模光纤，可实现长距离的光信号传输。可以将该对讲装置中有电信号的部分置于远离电磁干扰源的位置，使用光纤将对讲装置的电信号端和光信号端连接起来。

采用本发明的光纤对讲装置可以从根本上解决传统电子对讲系统易受外界环境干扰，或是在恶劣条件下无法使用的问题。例如，本发明的光纤对讲装置可以用在核磁共振扫描仪上，将对讲装置的光信号端放置在核磁共振扫描仪的强磁场中，将电信号端放置在远离核磁共振扫描仪的地方。

本领域的专业技术人员都清楚，本发明的思想可采用上面列举的具体实施方式以外的其它方式实现。

Claims

1.一种光纤对讲装置，其特征在于该对讲装置包括：

第一传输光纤：用于将电信号端光源发出的经音频信号调制的光信号传输至光信号端的发声薄膜；

2.根据权利要求1所述的光纤对讲装置，其特征在于电信号端的光源为光纤输出的半导体发光二极管(LED)、光纤输出的半导体激光器(LD)或光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的光纤对讲装置，其特征在于所述的光纤麦克风是指光纤中光的强度、波长、相位或偏振态可以被声音信号的强度而调制的光纤器件。

4.根据权利要求1所述的光纤对讲装置，其特征在于所述的发声薄膜为低密度吸光材料，其在入射光的照射下产生随光强度变化的热膨胀，引起空气介质产生波动，产生声音。

5.根据权利要求4所述的光纤对讲装置，其特征在于所述的低密度吸光材料为碳纳米管。

6.根据权利要求5所述的光纤对讲装置，其特征在于所述的发声薄膜经如下步骤制得：

将紫外固化的光学胶均匀涂敷在石英基片上，然后将碳纳米管均匀散布在光学胶上，使用紫外灯在没有纳米管的一侧照射石英基片，使光学胶固化，除去基片上多余的碳纳米管，即在石英基片上得到一层由碳纳米管组成的薄膜，即所述的发声薄膜。