CN105004414B - 基于光纤光栅的声音传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅的声音传感器，包括声音收集装置和声音放大装置，两者之间通过防水防尘通道连接，声音放大装置内相对设置两个宽频域声音振膜，在声音放大装置内形成共鸣腔，宽频域声音振膜上设有光纤光栅，光纤光栅与外部的信号解调仪连接。本发明可以提高传感器的灵敏度，增大声音监听范围，且便于将多个传感器组网监测。

Description

基于光纤光栅的声音传感器
技术领域
本发明涉及声音传感器，尤其涉及一种基于光纤光栅的声音传感器。
背景技术
目前，被广泛应用的声音采集传感器，大多是基于电学方法的，如动圈式和电容式声音传感器，将声音信号转变为电流、电压等电学信号进行处理，采取这种方法的传感器有如下几个方面的缺点：
1.极容易受到环境中强烈复杂的其他电磁信号的干扰，导致传感器失效；
2.自身传感过程中产生的电磁辐射信号也容易被其他设备捕捉而窃取；
3.在不增加中继装置的情况下，信号传输距离有限，不易组网；
4.在一些易燃易爆场合，带电装置比较危险，使用受限。
另外，也有少许几款基于光学原理的声音传感器，如专利号为101718580A的“基于光纤光栅的声音震动采集装置” 和专利号为201548317U的“矿用光纤光栅声音传感器”，其缺点是声音监听范围小、灵敏度低、整个系统易受环境温度影响等缺点。
发明内容
为了不引入电学信号、提高传感器的灵敏度、增大声音监听范围、不受环境温度影响、便于组网监测，本发明提供一种基于光纤光栅传感的声音传感器，能满足以上要求，特别是提高灵敏度和解决环境温度影响方面。
本发明提供一种基于光纤光栅的声音传感器，包括声音收集装置和声音放大装置，两者之间通过防水防尘通道连接，声音放大装置内相对设置两个宽频域声音振膜，在声音放大装置内形成共鸣腔，宽频域声音振膜上设有光纤光栅，光纤光栅与外部的信号解调仪连接；
声音收集装置收集环境中的声音信号，声音信号穿过防水防尘通道传送到共鸣腔内，声音信号在共鸣腔内不断复制并与共鸣腔内的空气重新耦合放大后，传到宽频域声音振膜上，在其上形成振动信号，并传递到光纤光栅上，使光纤光栅的反射波长发生与各自声音振膜对应的大小相等、方向相反的周期变化，再被信号解调仪识别。
本发明所述的声音传感器中，两个宽频域声音振膜外侧均设有声音振膜保护盖，宽频域声音振膜与声音振膜保护盖之间形成与外部大气连通的腔体。
本发明所述的声音传感器中，声音振膜保护盖上设有与大气连通的通孔，通孔内设置了透气型防水防尘塞。
本发明所述的声音传感器中，所述光纤光栅为单模光纤光栅。
本发明所述的声音传感器中，声音收集装置的前端为喇叭状，后端为圆柱通孔，中间带有防水防尘收音隔离罩。
本发明所述的声音传感器中，声音放大装置外部呈圆柱形。
本发明所述的声音传感器中，光纤光栅的出纤端通过出纤护套柱固定，光纤光栅的初始状态为预张紧状态。
本发明所述的声音传感器中，声音振膜保护盖与声音放大装置之间采用刚性密封连接。
本发明产生的有益效果是：本发明通过两个宽频域声音振膜在声音放大装置内形成共鸣腔，声音信号在共鸣腔内信号强度得到放大，提高了传感器的灵敏度；设置在宽频域声音振膜上的光纤光栅的反射波长会发生与各自声音振膜对应的大小相等、方向相反的周期变化，在信号解调时，若将光纤光栅的波长差值作为解调参量，就会自动屏蔽环境温度的影响，且可以提高传感器的灵敏度，从而增大了声音监听范围，便于将多个传感器组网监测。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于光纤光栅的声音传感器效果图；
图2是本发明实施例基于光纤光栅的声音传感器主视剖面图的结构示意图；
图3是本发明实施例基于光纤光栅的声音传感器的侧视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了不引入电学信号、提高传感器的灵敏度、增大声音监听范围、使声音不受环境温度影响、便于组网监测，如图1所示，本发明提供一种基于光纤光栅传感的声音传感器，能满足以上要求，特别是在提高灵敏度和解决环境温度影响方面。
如图2所示，本发明实施例的基于光纤光栅的声音传感器，包括声音收集装置1和声音放大装置2，两者之间通过防水防尘通道连接，声音放大装置2内相对设置两个宽频域声音振膜3、4，宽频域声音振膜3和宽频域声音振膜4在声音放大装置2内形成共鸣腔21，宽频域声音振膜3和宽频域声音振膜4上均设有光纤光栅，光纤光栅5、6的出纤端与外部的信号解调仪连接。在本发明的一个实施例中，两个光纤光栅的四个出纤端通过出纤护套柱11、12、13、14固定，光纤光栅的初始状态为预张紧状态。其中，光纤光栅可选用单模光纤光栅。
声音收集装置1收集环境中的声音信号，声音信号穿过防水防尘通道传送到共鸣腔内，声音信号在共鸣腔21内不断复制并与共鸣腔21内的空气重新耦合放大后，传到宽频域声音振膜3、4上，在其上形成振动信号，并传递到光纤光栅上，使光纤光栅的反射波长发生与各自声音振膜对应的大小相等、方向相反的周期变化，再被信号解调仪识别。
两个宽频域声音振膜外侧均设有声音振膜保护盖，宽频域声音振膜与声音振膜保护盖之间形成与外部大气连通的腔体。
为了保护声音振膜，在声音放大装置2两端，即两个宽频域声音振膜外侧均设置了声音振膜保护盖7、8，宽频域声音振膜与声音振膜保护盖之间形成腔22、23，又为了不影响声音振膜3、4的灵敏度，腔22和腔23必须与大气联通，为了兼顾腔22和腔23的保护性和连通性，可在声音振膜保护盖上设有与大气连通的通孔，通孔内分别设置透气型防水防尘塞9、10。
本发明的工作原理是：声音收集装置1收集环境中的声音信号，声音信号穿过防水防尘通道传送到由声音放大装置2与宽频域声音振膜3、4形成的共鸣腔21内，声音信号在共鸣腔21内不断复制并与空气重新耦合放大后，传到宽频域声音振膜3、4上，使得宽频域声音振膜3、4产生大小相等、方向相反的周期性振动，行成相应的振动信号，振动信号传递到分别位于宽频域声音振膜3、4上的光纤光栅5、6上，导致光纤光栅5、6的反射波长发生与各自声音振膜对应的大小相等、方向相反的周期变化，从而被光纤光栅信号解调仪识别。
本发明提高传感器灵敏度和解决环境温度影响的工作原理：
1. 声音信号在共鸣腔21内，信号强度得到放大，传感器灵敏度也就随之增加；
2. 光纤光栅5、6波长的变化规律是大小相等、方向相反，如果在信号解调时，将光纤光栅5和6的波长差值作为解调参量，那么就会自动屏蔽环境温度的影响，且灵敏度也会增加一倍。
本发明实施例中，声音收集装置1可采用金属材质或者高强度工程塑料制成，前端成喇叭状，后端为圆柱通孔，中间带有防水防尘收音隔离罩；
声音放大装置2可采用金属材质制成，外部成圆柱形，内部设计有共鸣腔体；
宽频域声音振膜3、4采用特殊工艺制成，有效的声音响应频率为20Hz～30kHz；
光纤光栅5、6为普通单模光纤光栅，两端出纤，初始状态为预张紧状态；
声音振膜保护盖7、8可采用金属材质制成；
透气型防水防尘塞9、10采用金属材质特殊工艺制成；
光纤光栅出纤护套柱11、12、13、14采用金属材质或高强度工程塑料制成；
声音收集装置1与声音放大装置2之间采用刚性密封连接，如螺纹连接、粘接、焊接等；
宽频域声音振膜3、4与声音放大装置2之间采用刚性密封连接，如粘接、焊接、压铆接等；
光纤光栅5、6与宽频域声音振膜3、4之间采用刚性连接，如粘接、焊接等；
声音振膜保护盖7、8与声音放大装置2之间采用刚性密封连接，如粘接、焊接、螺纹连接等；
透气型防水防尘塞9、10与声音振膜保护盖7、8之间采用刚性密封连接、如螺纹连接、焊接、粘接、压铆接等。
光纤光栅出纤护套柱11、12、13、14与声音放大装置2之间采用刚性密封连接，如粘接、焊接、螺纹连接等。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于光纤光栅的声音传感器，其特征在于，包括声音收集装置和声音放大装置，两者之间通过防水防尘通道连接，声音放大装置内相对设置两个宽频域声音振膜，在声音放大装置内形成共鸣腔，宽频域声音振膜上设有光纤光栅，光纤光栅与外部的信号解调仪连接；
声音收集装置收集环境中的声音信号，声音信号穿过防水防尘通道传送到共鸣腔内，声音信号在共鸣腔内不断复制并与共鸣腔内的空气重新耦合放大后，传到宽频域声音振膜上，在其上形成振动信号，并传递到光纤光栅上，使光纤光栅的反射波长发生与各自声音振膜对应的大小相等、方向相反的周期变化，再被信号解调仪识别。
2.根据权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，两个宽频域声音振膜外侧均设有声音振膜保护盖，宽频域声音振膜与声音振膜保护盖之间形成与外部大气连通的腔体。
3.根据权利要求2所述的声音传感器，其特征在于，声音振膜保护盖上设有与大气连通的通孔，通孔内设置了透气型防水防尘塞。
4.根据权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，所述光纤光栅为单模光纤光栅。
5.根据权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，声音收集装置的前端为喇叭状，后端为圆柱通孔，中间带有防水防尘收音隔离罩。
6.根据权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，声音放大装置外部呈圆柱形。
7.根据权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，光纤光栅的出纤端通过出纤护套柱固定，光纤光栅的初始状态为预张紧状态。
8.根据权利要求2所述的声音传感器，其特征在于，声音振膜保护盖与声音放大装置之间采用刚性密封连接。
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