CN111787439B - 基于逆反射的高容错光纤麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种基于逆反射的高容错光纤麦克风，包括：激光器、光环形器、光电探测器、传感探头主体外壳、光纤准直器、逆反射材料薄片、振动膜片、防风防光透音屏。多种结构以合理的形式组成基于逆反射的高容错光纤麦克风，其中逆反射材料薄片可以保证在较大角度范围内使得入射到薄片上的光线从靠近入射光线的反方向向光源返回，大幅提高光的接收效率，容许传感探头部分结构发生位置偏移，增强传感探头的结构容错能力。本发明结构简单，制作成本低，抗干扰能力强，结构容错能力好，探测频率范围广。

Description

基于逆反射的高容错光纤麦克风
技术领域
本发明涉及光纤传感领域，具有而言，涉及一种基于逆反射的高容错光纤麦克风。
背景技术
光纤麦克风是利用光纤的传光特性以及声音对光纤中光信号的调制效应，探测声音信号的传感器。光纤麦克风具有灵敏度高、线性范围广、频率响应特性好的优势，特别是光纤麦克风是无源装置，适用于易燃易爆场所，而且光纤麦克风抗电磁干扰，尤其是应用于国防安全监听领域具有独特的优势。反射式强度调制型光纤麦克风具有结构简单、探测灵敏度高的特点，是国内外研究的一个热点。
但是，传统的反射式调制型光纤麦克风由于采用普通光纤传输和接收光，导致接收到的调制光信号非常微弱，难以探测；此外，其由镜反射镜片反射光，在传感探头结构出现微小偏移时，无法保证光束能原路返回传感光纤，导致无法接收到光信号。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可实现高容错结构的光纤麦克风，提升传感探头对调制光信号的接收能力。
本发明的实施例：
基于逆反射的高容错光纤麦克风，其包括：所述的激光器发出激光，所述光环形器将激光传导致光纤准直器，将反射光传导致光电探测器，所述的光电探测器将光信号转换为电信号，所述的光纤准直器金属外壳嵌入传感探头主体外壳中，并将激光发射致逆反射材料薄片上，所述的逆反射材料薄片将光束以入射光束反方向原路返回光纤准直器，所述的主体外壳为六面体钢材料腔壁，所述传感探头主体外壳上设置有防风防光透音屏，所述的防风防光透音屏为黑色海绵块，所述的逆反射材料薄片紧贴振动膜片上，所述振动膜片固定在防风防光透音屏处。
在本发明较佳的实施例中，所述激光器为半导体激光器，发出的光源为波长1550nm，功率为6mw的连续光。
在本发明较佳的实施例中，所述光电探测器输出转换增益为104 v/w。
在本发明较佳的实施例中，所述振动膜片为圆弧状的塑料pet材料，外圆直径为1cm，厚度为0.05mm。
在本发明较佳的实施例中，所述光纤准直器为折射率渐变型，光纤准直器直径为2.78mm。
在本发明较佳的实施例中，所述光纤准直器端面应该与逆反射材料薄片平面平行。
在本发明较佳的实施例中，所述逆反射材料薄片为徕卡全站仪反射片，形状为直径是2.78mm的薄片。
在本发明较佳的实施例中，所述光纤准直器端面与逆反射材料平面的垂直距离为5.8mm。
在本发明较佳的实施例中，所述防风防光透音屏为直径1.2cm的圆形黑色海绵块，厚度为4mm。
与现有的光纤麦克风相比，本发明具有如下优势：
1. 采用光纤准直器替代光纤发送和接收光源，光纤准直器把束腰小（发散角大）的光束转变为束腰大（发散角小）的光束，提高光的聚焦能力，减少光的发散损耗，在相同光源功率条件下，本发明收集光能力更好。
2.采用逆反射材料薄片反射光，当光纤准直端面与逆反射材料薄片平面因为外界物理干扰出现角度偏差时，可以保证偏差角在10度内使得反射光线从靠近入射光线的反方向向光源返回，提高光纤准直器的接收效率。
3. 采用黑色海绵块制作的防风防光透音屏，可以在保证声音良好穿透能力的情况下，减少外界光源干扰与微风等因素对振动膜片的物理扰动。
附图说明
图1为本实施例基于逆反射的高容错光纤麦克风结构示意图。
图2为本实施例逆反射材料薄片反射光束及其微观结构示意图。
图3为本实施例基于逆反射的高容错光纤麦克风采集声音信号流程图。
附图标记：1、传感探头主体外壳；2、单模光纤；3、光纤准直器；4、固定桩；5、防风防光透音屏；6、振动膜片；7、逆反射材料薄片；8、喇叭；9、光环形器；10、激光器；11、光电探测器；12、信号采集与解调系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明实施例提供一种基于逆反射的高容错光纤麦克风传感探头装置，包括：传感探头主体外壳1，单模光纤2，光纤准直器3，固定桩4，防风防光透音屏5，振动膜片6，逆反射材料薄片7。其中传感探头主体外壳1用于保护内部器件，保证传感探头结构稳定，激光通过单模光纤2传输致光纤准直器3，光纤准直器3牢牢地嵌在传感探头主体外壳1中，光纤准直器3将激光入射到逆反射材料薄片7上，逆反射材料薄片7将激光以入射光束反方向返回光纤准直器3中并被其接收，逆反射材料薄片7紧密地贴合在振动膜片6上，振动膜片6镶入固定桩4中，固定桩4与传感探头主体外壳1相连接，防风防光透音屏5与传感探头主体外壳1相接合，可使声音穿透透音屏，防止外界光源和微风等因素的干扰。
所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风传感探头装置可实现声音信号对光信号的调制，其调制原理为：
当声波信号加载在振动膜片6上引起膜片共振时，将改变光纤准直器3与紧贴在振动膜片6上逆反射材料薄片7的距离，从而调制光纤准直器3接收的光功率值，实现声光调制。
请参照图2，本发明实施例提供的逆反射材料薄片反射光束及其微观结构示意图，包括：光纤准直器3，逆反射材料薄片 7。逆反射材料薄片7是一种能够实现光逆反射功能的材料，采用双半球结构设计的逆反射材料具有接收角大、测量中心稳定(对入射光线方向不敏感)等优点，可以保证在较大角度范围内使得反射光线从靠近入射光线的反方向向光源返回。当光纤准直器3端面与逆反射材料薄片7平面存在偏差角时（α＜10度），反射光线仍然能够按照靠近入射光线的方向反射回光纤准直器3。采用此种结构可提高光纤麦克风传感探头结构容错能力，在光纤准直器3端面与逆反射材料薄片7平面存在偏差角的情况下，依然能保证光纤准直器有效收集光信号。
请参照图3，本发明实施例提供的基于逆反射的高容错光纤麦克风测试系统，包括：传感探头主体外壳1，单模光纤2，光纤准直器3，固定桩4，防风防光透音屏5，振动膜片6，逆反射材料薄片7，声音源8，光环形器9，激光器10，光电探测器11，信号采集系统12。所述激光器10发出连续光从光环形器9的1端口输入，光环形器9的2端口输出的光传输致光纤麦克风传感探头完成声光调制，反射回来的调制光经光环形器9的2端口输入，3端口输出致光电探测器11，光电探测器11将光信号转换为电信号，信号采集与解调系统12采样电信号并解调为声信号，实现声音信号的重构。在相同声音声压条件下，不同频率的声音信号使得振动膜片6产生的振动幅度不一致，导致光纤准直器3接收的光功率不一样，光电探测器11转换输出的电压值不一样。声压为90dB，频率范围为200—3000Hz的声音测试振动膜片6的响应特性，振动膜片6对频率范围为400—2500Hz的声音信号更敏感，振动幅度更大，光电探测器11转换输出电压值更大。
综上所述，本发明实施例装置结构的容错能力好，抗干扰能力强，探测声音信号频率范围广，尤其是在200—3000Hz频率范围内，具有良好的响应特性。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果，只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于逆反射的高容错光纤麦克风，其包括：激光器发出激光，光环形器将激光传导致光纤准直器，将反射光传导致光电探测器，所述的光电探测器将光信号转换为电信号，所述的光纤准直器金属外壳嵌入传感探头主体外壳中，并将激光发射致逆反射材料薄片上，所述的逆反射材料薄片将光束以入射光束反方向原路返回光纤准直器，所述的主体外壳为六面体钢材料腔壁，所述传感探头主体外壳上设置有防风防光透音屏，所述的防风防光透音屏为黑色海绵块，所述的逆反射材料薄片紧贴振动膜片上，所述振动膜片固定在防风防光透音屏处；
所述激光器为半导体激光器，发出的光源为波长1550nm，功率为6mw的连续光；
所述振动膜片为圆弧状的塑料pet材料，外圆直径为1cm，厚度为0.05mm；
所述逆反射材料薄片紧紧贴合在所述的振动膜片上；
所述防风防光透音屏为直径1.2cm的圆形黑色海绵块，厚度为4mm。
2.根据权利要求1所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风，其特征在于：所述光电探测器型号输出转换增益为104v/w。
3.根据权利要求1所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风，其特征在于：所述逆反射材料薄片为徕卡全站仪反射片，形状为直径是2.78mm的薄片。
4.根据权利要求1所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风，其特征在于：所述光纤准直器为折射率渐变型，光纤准直器直径为2.78mm。
5.根据权利要求3或4所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风，其特征在于：所述光纤准直器端面与逆反射材料薄片平面保持平行。
6.根据权利要求5所述的基于逆反射的高容错光纤麦克风，其特征在于：所述光纤准直器端面与逆反射材料薄片平面垂直距离为5.8mm。
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