CN102196349A

CN102196349A - 具有带通声滤波功能的光纤传声器

Info

Publication number: CN102196349A
Application number: CN2011100677140A
Authority: CN
Inventors: 张发祥; 张文涛; 李芳�; 刘育梁
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开了一种具有带通声滤波功能的光纤传声器，包括：筒，作为该光纤传声器的主体；安装于筒内的膜片，用于在两侧存在声压差时发生形变；分别安装在膜片两侧的第一隔板和第二隔板，分别用于过滤不同频段的高频声信号，使膜片两侧存在声压差；安装在筒中轴线上并且与膜片连接的传感光纤，用于感知膜片的形变；开于筒两端的侧壁上的第一透声孔和第二透声孔，用于使声波进入筒内；开于隔板上的第一滤波孔及开于隔板上的第二滤波孔，用于使隔板具有过滤高频声波的功能；以及开于筒两端的第一尾纤孔和第二尾纤孔，用于引出并固定传感光纤的尾纤。本发明使光纤传声器只对特定频率的声信号敏感，实现了带通滤波功能。

Description

具有带通声滤波功能的光纤传声器

技术领域

本发明涉及传声器技术领域，尤其涉及一种具有带通声滤波功能的光纤传声器。

背景技术

传声器，是将声音信号转换为电信号的器件。光纤传声器具有灵敏度高、动态范围大、不受电磁干扰、兼具传感与光信息传输于一身等优点，并且光纤传声器结合现有的光纤通讯技术易于组建阵列和实现复用，因此，光纤传声器受到广泛关注。

光纤激光传声器是一种比较典型的光纤传声器，通过把光纤激光器封装成对声音敏感的结构并利用光纤激光器输出波长随声压变化的特点，光纤激光传声器可以实现对声信号高灵敏度的测量。专利申请201010111340.3公开了一种光纤激光麦克风，采用弹性膜片作为敏感元件，将声压转换为光纤激光器波长的变化，并且具有很高的灵敏度。但是，在某些应用场合，光纤传声器为了获得更好的声音效果，往往需要对某些频率的声信号进行过滤。特别是人的发声频率在大约85Hz到2000Hz的范围内，需要对低频的次声干扰信号及高频干扰声信号进行滤除。此外，由于高灵敏度光纤传声器解调系统受运算能力的限制，并不能对频率较高或较低的声信号进行高保真的采集，因此通过在解调端增加滤波电路的方法并不能有效解滤除干扰声信号。

因此，如何优化光纤传声器结构以实现声滤波功能是光纤传声器进行大范围应用必须解决的重要技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有带通声滤波功能的光纤传声器，以在光纤传声器结构上实现声滤波功能，滤除应用频段外声信号的干扰。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有带通声滤波功能的光纤传声器，该光纤传声器包括：

筒10，作为该光纤传声器的主体；

安装于筒10内的膜片20，用于在两侧存在声压差时发生形变；

分别安装在膜片20两侧的第一隔板30和第二隔板40，分别用于过滤不同频段的高频声信号，从而在一定频率范围内使膜片20两侧存在声压差；

安装在筒10中轴线上并且与膜片20连接的传感光纤50，用于感知膜片20的形变；

开于筒10两端的侧壁上的第一透声孔60和第二透声孔61，用于使声波进入筒内；

开于隔板30上的第一滤波孔31及开于隔板40上的第二滤波孔41，用于使隔板30具有过滤高频声波的功能；以及

开于筒10两端的第一尾纤孔70和第二尾纤孔71，用于引出并固定传感光纤50的尾纤。

上述方案中，所述第一滤波孔31的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的下限。

上述方案中，所述第二滤波孔41的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的上限。

上述方案中，所述传感光纤50与膜片20的连接方式为用胶粘接或熔接。

上述方案中，所述膜片20为弹性敏感元件，并采用固支的方式安装，当膜片两侧存在声压差时，膜片能够随声压差发生形变。

上述方案中，所述传感光纤50为光纤布拉格光栅FBG、布拉格反射型DBR光纤激光器或分布反馈型DFB光纤激光器。

上述方案中，所述第一隔板30与筒10的筒壁以及膜片20构成一个空腔，第一隔板30上进一步开有第一滤波孔31，从而形成一个亥姆霍兹腔结构，利用亥姆霍兹腔结构的低通声滤波的特性，实现对高频声信号的滤除。

上述方案中，所述第二隔板40与筒10的筒壁以及膜片20也形成一个亥姆霍兹腔结构，由于第一滤波孔31与第二滤波孔41的尺寸不同，膜片20两侧的滤波频率范围有所不同。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、结构简单。本发明提供的光纤传声器采用弹性膜片作为敏感元件，结构简单，易于保证工艺。

2、具有带通声滤波功能。本发明提供的光纤传声器通过两个滤波孔使弹性膜片两侧只在特定的频率范围内存在声压差，从而使光纤传声器只对特定频率的声信号敏感，实现了带通滤波功能。

附图说明

图1为依照本发明第一个实施例提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器的结构装示意图；

图2为依照本发明第二个实施例提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器的结构装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器，包括：筒10，作为该光纤传声器的主体；安装于筒10内的膜片20，用于在两侧存在声压差时发生形变；分别安装在膜片20两侧的第一隔板30和第二隔板40，分别用于过滤不同频段的高频声信号，从而在一定频率范围内使膜片20两侧存在声压差；安装在筒10中轴线上并且与膜片20连接的传感光纤50，用于感知膜片20的形变；开于筒10两端的侧壁上的第一透声孔60和第二透声孔61，用于使声波进入筒内；开于隔板30上的第一滤波孔31及开于隔板40上的第二滤波孔41，用于使隔板30具有过滤高频声波的功能；以及开于筒10两端的第一尾纤孔70和第二尾纤孔71，用于引出并固定传感光纤50的尾纤。

其中，所述第一滤波孔31的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的下限。所述第二滤波孔41的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的上限。

实施例一

如图1所示，图1为依照本发明第一个实施例提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器的结构装示意图。该具有带通声滤波功能的光纤传声器包括：筒10，作为该具有带通声滤波功能的光纤传声器的主体；安装于筒10内的膜片20，用于在两侧存在声压差时发生形变；分别安装在膜片两边的第一隔板30和第二隔板40，分别用于过滤不同频段的高频声信号，从而在一定频率范围内使膜片20两侧存在声压差，第一隔板30和第二隔板40的声滤波功能分别通过第一滤波孔31以及第二滤波孔41实现；安装在筒10中轴线上并且与膜片20连接的传感光纤50，用于感知膜片20的形变，传感光纤50与膜片20的连接方式一般为用胶粘接或熔接。

筒10一般为硬质材料的圆柱形同，并且筒壁较厚，从而保证声音不能通过筒壁进入筒内部。筒10的两侧开有第一透声孔60和第二透声孔61，声波可以从筒10的两侧进入筒内。筒10中部装有膜片20，作为传声器的声敏感元件。膜片20一般为弹性敏感元件，并采用固支的方式安装，当膜片两侧存在声压差时，膜片能够随声压差发生形变。传感光纤50一般为光纤布拉格光栅(FBG)或布拉格反射型(DBR)光纤激光器或分布反馈型(DFB)光纤激光器。

为使膜片两侧在特定的频率范围内存在声压差，在膜片两边分别安装第一隔板30和第二隔板40，从而构成声滤波结构。以第一隔板30为例，该第一隔板30与筒10的筒壁以及膜片20构成一个空腔，由于第一隔板30上进一步开有第一滤波孔31，从而形成了亥姆霍兹腔结构，利用亥姆霍兹腔结构低通声滤波的特性，可以实现对高频声信号的滤除。同样，第二隔板40与筒10的筒壁以及膜片20也形成一个亥姆霍兹腔结构，由于第一滤波孔31与第二滤波孔41的尺寸不同，膜片20两侧的滤波频率范围有所不同。对于低频声信号，由于膜片20两侧都没有滤除，因此膜片20两侧的声压大小相同，膜片20两侧不存在声压差；对于高频声信号，由于膜片20两侧都进行了滤除，因此膜片20两侧都没有声压，膜片20两侧不存在声压差；对于中频特定频率范围内的声信号，由于膜片20两侧滤波频率范围不同，导致膜片20一侧的声信号被滤除，而另一侧的声信号没有被滤除，从而膜片20两侧存在声压差，膜片20在声压差作用下产生形变，从而将信号传递给与膜片20连接的传感光纤50。通过对传感光纤50输出的光信号进行解调(比较典型的如波长解调方法)，可以将声音信号进行采集、传输或还原。

实施例二

如图2所示，图2为依照本发明第二个实施例提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器的结构装示意图。该具有带通声滤波功能的光纤传声器包括：筒10，作为该具有带通声滤波功能的光纤传声器的主体；安装于筒10内的膜片20，用于在两侧存在声压差时发生形变；分别安装在膜片两边的第一隔板30和第二隔板40，分别用于过滤不同频段的高频声信号，从而在一定频率范围内使膜片20两侧存在声压差。在此实施例中，第一隔板30和第二隔板40都利用筒10的侧壁，从而进一步简化了结构；安装在筒10中轴线上并且与膜片20连接的传感光纤50，用于感知膜片20的形变；在隔板30上进一步开有第一滤波孔31，使隔板30具有过滤高频声波的功能，在隔板40上进一步开有第二滤波孔41，使隔板40具有过滤高频声波的功能。在筒10的两端进一步开有第一尾纤孔70和第二尾纤孔71，用于引出并固定传感光纤50的尾纤。

本发明第二个实施例提供的具有带通声滤波功能的光纤传声器的工作原理为：当有声音时，只有第一特定频率范围的声波可以穿过第一滤波孔31，同样，也只有第二特定频率范围的声波可以穿过第二滤波孔41，因此，只有在第一特定频率范围和第二特定频率范围差集的频率范围内，膜片20两侧存在声压差，传声器对声信号有响应。

膜片20在该响应下产生形变，从而将感测的声信号传递给与膜片20连接的传感光纤50。通过对传感光纤50输出的光信号进行解调(比较典型的如波长解调方法)，可以将声音信号进行采集、传输或还原。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，该光纤传声器包括：

筒(10)，作为该光纤传声器的主体；

安装于筒(10)内的膜片(20)，用于在两侧存在声压差时发生形变；

分别安装在膜片(20)两侧的第一隔板(30)和第二隔板(40)，分别用于过滤不同频段的高频声信号，从而在一定频率范围内使膜片(20)两侧存在声压差；

安装在筒(10)中轴线上并且与膜片(20)连接的传感光纤(50)，用于感知膜片(20)的形变；

开于筒(10)两端的侧壁上的第一透声孔(60)和第二透声孔(61)，用于使声波进入筒内；

开于隔板(30)上的第一滤波孔(31)及开于隔板(40)上的第二滤波孔(41)，用于使隔板(30)具有过滤高频声波的功能；以及

开于筒(10)两端的第一尾纤孔(70)和第二尾纤孔(71)，用于引出并固定传感光纤(50)的尾纤。

2.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述第一滤波孔(31)的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的下限。

3.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述第二滤波孔(41)的直径和长度能够根据实际需要改变，以改变声滤波频率的上限。

4.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述传感光纤(50)与膜片(20)的连接方式为用胶粘接或熔接。

5.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述膜片(20)为弹性敏感元件，并采用固支的方式安装，当膜片两侧存在声压差时，膜片能够随声压差发生形变。

6.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述传感光纤(50)为光纤布拉格光栅FBG、布拉格反射型DBR光纤激光器或分布反馈型DFB光纤激光器。

7.根据权利要求1所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述第一隔板(30)与筒(10)的筒壁以及膜片(20)构成一个空腔，第一隔板(30)上进一步开有第一滤波孔(31)，从而形成一个亥姆霍兹腔结构，利用亥姆霍兹腔结构的低通声滤波的特性，实现对高频声信号的滤除。

8.根据权利要求7所述的具有带通声滤波功能的光纤传声器，其特征在于，所述第二隔板(40)与筒(10)的筒壁以及膜片(20)也形成一个亥姆霍兹腔结构，由于第一滤波孔(31)与第二滤波孔(41)的尺寸不同，膜片(20)两侧的滤波频率范围有所不同。