CN102543065A - 基于激光多普勒干涉的语音检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种语音检测系统。该语音检测系统中，激光通过两个声光调制器产生的差值来实现光学频率调制，从而将待测干涉信号与低频环境扰动信号相分离，并且降低了电路的处理速度以及采集卡的采集速度，同时，因为频率降低的比较多，数据量也要少很多，因此进而减少了系统工作的数据量，提高了系统工作效率。

Description

基于激光多普勒干涉的语音检测系统
技术领域
本发明涉及光学行业检测技术领域，尤其涉及一种基于激光多普勒干涉的语音检测系统。
背景技术
激光多普勒降频检测技术源于传统的激光多普勒外差测振技术，激光多普勒外差干涉法一般采用马赫-曾德尔干涉干涉仪结构或双频激光器结构，利用低频待测信号对高频信号进行调制以实现频谱搬移，从而将待测信号与低频环境扰动(小于200Hz)隔离，最后采用频率解调方法进行信号检测。
申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷：外差干涉法虽然能够有效消除环境扰动的影响，但因为声光晶体的调制频率均比较高，这样采用外差直接探测的频率相对比较高，给探测和信号处理带来比较大的不便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于激光多普勒干涉的语音检测系统，以降低参考光的频率，减小参考光和信号光的频率差，利于后期干涉信号的采集与处理。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种语音检测系统。该语音检测系统包括：激光器，用于产生激光；M_Z干涉模块，包括分光单元、信号光光路、参考光光路和干涉单元，其中：分光单元，用于将激光分为信号光和参考光，信号光光路，位于信号光的光路后端，用于利用由语音引起的待测目标的振动信号调制信号光；参考光光路，位于参考光的光路后端，用于利用由两个独立的声光调制驱动信号驱动的声光介质周期性形变调制参考光；干涉单元，位于参考光光路和信号光光路共同的光路后端，用于使经过待测目标振动调制的信号光与经过声光介质调制的参考光进行干涉，产生干涉光信号；接收模块，用于将干涉光信号转换为相应的光电信号，并将该光电信号进行放大和模数转换；解调模块，用于利用声光调制驱动信号对模数转换后的光电数字信号进行解调，还原出语音。
(三)有益效果
本发明基于激光多普勒干涉的语音检测系统具有以下有益效果：
(1)本发明结构简单、非线性误差小，具有良好的环境适应性；
(2)本发明采用激光通过两个声光调制器(acousto-optic modulator，简称AOM)产生的差值来实现光学频率调制，将待测干涉信号与低频环境扰动信号相分离，从而改善了传统零差检测法的抗环境扰动性；
(3)本发明降低了电路的处理速度以及采集卡的采集速度，同时，因为频率降低的比较多，数据量也要少很多，因此进而减少了系统工作的数据量，提高了系统工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例基于激光多普勒干涉的语音检测系统的示意图；
图2为本发明实施例基于激光多普勒干涉的语音检测系统中声光调制驱动电路的示意图。
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。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。
图1为本发明实施例基于激光多普勒干涉的语音检测系统的示意图。如图1所示，本发明采用M-Z干涉仪的基本结构。激光器为窄线宽半导体光纤激光器，工作波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1％。
如图1所示，由所述激光器产生的激光束经过第一分光棱镜(PBS1)之后分为两路，分别作为信号光和参考光。参考光经过全反镜进入第一声光调制器(AOM1)进行移频，频移为f1，而经过频移后的激光进入第二声光调制器(AOM2)进行频移，频移为-f2，此时出射的光频为f0+f2-f1。
信号光通过第二分光棱镜(PBS2)照射到待测目标，再返回到第二分光棱镜(PBS2)，最后在第一分光棱镜(PBS1)处与参考光干涉。根据光的干涉理论，可以得到光电探测器接收到的干涉信号表达式：
式中：A为干涉场直流强度；B为干涉光强度调制值，它与信号光及参考光的强度有关；f1-f2为干涉仪中两个声光调制器调制频率引起的频移之差；Dcosωst为声音引起待测物的振动量；
Figure BDA0000127755590000032
为环境扰动引起的振动量；
Figure BDA0000127755590000033
为待测量与扰动量的合成信号。经过调制之后，振动目标的信息附加在载波及其谐波分量上，从而在频谱上与低频环境扰动相隔离，有利于准确恢复振动信息，进而还原出语音振动信号。
如图1所示，扬声器提供待测语音源，并通过声场的作用去激励待测目标产生微小位移，从而使得反射回的信号光带有语音振动信息(待测物可以为玻璃、铝板等反射介质)；光电探测器，用于将干涉光转化为电信号并送入信号处理电路，其采用内置前级放大的PIN型探测器，响应频率大于2MHz。信号处理单元，其包括两级放大电路、带通滤波电路以及后级输出电路、模数转换电路，放大倍数为100倍，经过处理后的干涉信号经过数据采集卡进行模数转换。
而后，数字化的光电信号进入FPGA芯片的解调模块，采用相应的频率调制解调技术、相位调制解调技术或锁相解调技术进行解调。由于本实施例中采用的上述部件均为常规的部件，其组成及功能已为本领域的普通技术人员所熟知，因此不再进行详细说明。
图2为本发明实施例基于激光多普勒干涉的语音检测系统中声光调制驱动电路的示意图。该声光调制驱动电路为声光调制器提供驱动电压，使其产生周期性形变，其采用射频压控振荡器(VCO)作为振荡源，输出振动驱动信号。
本实施例射频压控振荡电路由射频信号发生器(POS)和射频信号衰减器(PAS)组成。通过射频信号反射器可以产生不同频率的调制信号。
如图2所示，射频信号发生器采用POS150集成芯片，其管脚1通过电阻(R1)连接至+15V，并且，该管脚1还通过电容(C1)与地相连接；管脚8与滑动变阻器(R2)相连接，并且该管脚8还通过电容(C2)与地连接；滑动变阻器R2的一端通过电阻(R3)与地相连接，其另一端通过电阻(R4)连接至+15V；管脚3、4、5、6和7与地连接。射频信号衰减器(PAS)采用)PAS3集成芯片，上述POS150集成芯片的管脚2连接至该PAS3集成芯片的管脚1作为输入；管脚3、4与滑动变阻器R6相连接，并且还通过电容C4与地相连接；滑动变阻器R6的一端通过电阻R7连接至+15V，另一端与地连接；管脚2、5、6和7与地连接。对于未介绍的关于POS150和PAS3集成芯片的其他设置、连接等信息，可以查阅该型号芯片的说明书，此处不再详细说明。
由上述实施例可知，本发明基于激光多普勒干涉的语音检测系统具有以下有益效果：
(1)本发明结构简单、非线性误差小，具有良好的环境适应性；
(2)本发明采用激光通过两个声光调制器(acousto-optic modulator，简称AOM)产生的差值来实现光学频率调制，将待测干涉信号与低频环境扰动信号相分离，从而改善了传统零差检测法的抗环境扰动性；
(3)本发明降低了电路的处理速度以及采集卡的采集速度，同时，因为频率降低的比较多，数据量也要少很多，因此进而减少了系统工作的数据量，提高了系统工作效率。
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 (9)

1.一种语音检测系统，其特征在于，包括：
激光器，用于产生激光；
M_Z干涉模块，包括分光单元、信号光光路、参考光光路和干涉单元，其中：
分光单元，用于将所述激光分为信号光和参考光；
信号光光路，位于所述信号光的光路后端，用于利用由语音引起的待测目标的振动信号调制所述信号光；
参考光光路，位于所述参考光的光路后端，用于利用由两个独立的声光调制驱动信号驱动的声光介质周期性形变调制所述参考光；
干涉单元，位于所述参考光光路和信号光光路共同的光路后端，用于使经过待测目标振动调制的信号光与经过声光介质调制的参考光进行干涉，产生干涉光信号；
接收模块，用于将所述干涉光信号转换为相应的光电信号，并将该光电信号进行放大和模数转换；
解调模块，用于利用所述声光调制驱动信号对所述模数转换后的光电数字信号进行解调，还原出所述语音。
2.根据权利要求1所述的语音检测系统，其特征在于，所述参考光光路包括：
全反射镜，位于所述分光单元参考光的光路后端，用于将所述参考光全反射至所述第一声光调制器；
第一声光调制器，位于所述全反射镜的光路后端，用于对所述参考光进行第一次声光调制；
第二声光调制器，位于所述第一声光调制器的光路后端，用于对所述参考光进行第二次声光调制，所述第一次声光调制和第二次声光调制的符号相反。
3.根据权利要求2所述的语音检测系统，其特征在于，由所述分光单元分开的信号光和参考光相互成90°；所述全反射镜与所述参考光成45°；所述第一声光调制器和第二声光调制器平行。
4.根据权利要求2所述的语音检测系统，其特征在于，
所述参考光的原始频率为f0；
经过全反镜进入第一声光调制器进行移频，频移为f1，此时出射的光频为f0-f1；
经过频移后的激光进入第二声光调制器进行频移，频移为-f2，此时出射的光频为f0+f2-f1。
5.根据权利要求4所述的语音检测系统，其特征在于，
所述激光器为半导体激光器，其工作波长为1550nm；
所述第一声光调制器所产生的移频为40MHz，所述第二声光调制器所产生的移频为-39.8MHz。
6.根据权利要求1所述的语音检测系统，其特征在于，所述信号光光路包括：
分光棱镜，位于所述分光单元信号光的光路后端，信号光透过所述分光棱镜照射到待测目标后，由待测目标的振动对信号光进行调制后，重新返回分光棱镜，并由所述分光棱镜将其反射至所述干涉单元。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的语音检测系统，其特征在于，所述待测物为玻璃或铝板。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的语音检测系统，其特征在于，所述接收模块包括：
光电探测器，位于所述干涉单元的光路后端，用于将所述干涉光信号转化为相应的光电信号；
信号处理电路，与所述光电探测器相连接，用于将所述光电信号进行放大，并将放大后的光电信号进行模数转换，获得光电数字信号。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的语音检测系统，其特征在于，
所述解调模块，用于利用频率调制解调技术、相位调制解调技术或锁相解调技术对所述光电信号进行解调，还原出所述语音。
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