CN201233271Y

CN201233271Y - 光纤声音采集器

Info

Publication number: CN201233271Y
Application number: CNU2008203015028U
Authority: CN
Inventors: 苏磊; 柳荣远
Original assignee: GUILIN LASER-BIT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Guilin Aerospace Laser-bit Science & Technology Stock Company
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2018-07-11

Abstract

本实用新型所公开的光纤声音采集器，包括光纤传感头、光源、光电探测器和信号处理模块，光纤传感头主要由一腔筒构成。该腔筒包括前腔筒和后腔筒，前腔筒的中间有一贯穿的进音孔，后腔筒的中间有一贯穿的通光孔，一反射膜设置在该进音孔和通光孔之间。腔筒内还包括一光纤准直器，该光纤准直器从通光孔伸入后腔筒，并密封于后腔筒内；准直器内部耦合有两根光纤，这两根光纤的另一端分别与光源和光电探测器相接。

Description

光纤声音采集器

(一)技术领域：

本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种光纤声音采集器。

(二)背景技术：

传统的麦克风在声场和电场中起着重要的沟通作用，它可将声音信号传至任何地方或者记忆装置。麦克风是使用电磁场或静电场来产生动作的，外部的强电磁场将会影响这些装置的功能。光纤声音采集器包括光纤传感头和光信号处理模块两个独立的部分，这两部分通过光纤连接，是将声波信号转换成调制的光学信号，并通过光纤传输，进入到光信号处理模块，再将调制的光信号解调成电信号的一种装置。目前市场上常见的光纤声音采集器大多采用如申请号为200520060813.6的中国实用新型专利公开光纤传感头，其输入和输出光纤为“Y”型结构。这种结构的光纤传感器在输入光纤和输出光纤在接入过程中不能对调，一旦接错，装置便不能工作，因此灵活性和方便性较差；不仅如此，“Y”型结构的光纤传感头还需通过一个光纤耦合器才能与光信号处理模块的光源和光电探测器相连，这样不仅灵敏度和信噪比不高，而且会造成器件的可靠性下降、结构变得复杂、成本也会相应增加。

(三)实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种灵敏度和可靠性高，且结构简单的光纤声音采集器。

为解决上述问题，本实用新型所设计的光纤声音采集器，包括光纤传感头、光源、光电探测器和信号处理模块，光纤传感头主要由一腔筒构成，该腔筒包括前腔筒和后腔筒，前腔筒的中间有一贯穿的进音孔，后腔筒的中间有一贯穿的通光孔，一反射膜设置在该进音孔和通光孔之间，其不同在于，腔筒内还包括一光纤准直器，该光纤准直器从通光孔伸入后腔筒，并密封于后腔筒内；准直器内部耦合有两根光纤，这两根光纤的另一端分别与光源和光电探测器相接。这种结构的光纤传感头采用对称式反射双纤结构，即用双纤传输信号，两根光纤在空间位置上是对称的，任意一根可作为输入光纤，则另一根作为输出光纤，不仅用户在使用过程中无需担心接错输入和输出光纤，操作更为简便和可靠，而且也不产生电磁场，对射频信号和电磁信号具有抗干扰性，其灵敏度高，而且结构更为简单、成本也更为低廉。

上述方案，所述光纤准直器的外径与通光孔的孔径相密合，光纤准直器恰好卡于通光孔内。

上述方案，光纤准直器的轴心最好与反射膜的中心位于同一直线上，用以提高反射率，增加光纤传感头的灵敏度。

反射膜是光纤传感头的关键元器件，反射膜对输入基准光的反射率越高，光纤传感头对声音的灵敏度越高。本实用新型的反射膜可以采用一整体非金属或者金属反射膜片构成，但最好采用中心粘贴有非金属反射膜片的弹性膜片构成，即反射膜选用一不具有光反射能力的弹性膜片作为基片，并只在弹性膜片中心粘贴有用于进行光反射的非金属反射膜片构成。这样便能够在兼顾反射率的同时，降低光纤传感头的插入损耗，提高了灵敏度。

所述光纤可为单模或多模光纤。由于在光纤传感头中，同样的(反射膜振动导致的)位移变化，单模光纤所接收的声音调制光强弱变化幅度，要大于多模光纤，在一定程度上提高了光纤传感头对声音的灵敏度，因此本实用新型的输入和输出光纤最好为单模光纤。

所述光电探测器是一种由雪崩光电二极管组成的光电转换电路。

所述光信号处理模块还包括有灵敏度调节电路，该灵敏度调节电路主要由光电二极管、灵敏度调节电阻、运算放大器和与之匹配的电阻电容构成；灵敏度调节电阻的可变端与外部调节旋钮相连。灵敏度调节电路在光信号处理模块中起到提高接收声音信号能力的作用，由于传感头在声场中捕获的声音信号有所不同，为了获取不同分贝值的声音信号，可通过调节不同的阻值来提高分辨能力。

所述光信号处理模块还包括低电量告警电路。低电量告警具有提示的功能，通过告警灯的亮或灭来进行判断：当灯亮时，表示供电电池的电量过低，应及时更换电池，以保证光纤声音采集器的正常工作和灵敏度。

为提高设备的扩展性，所述光信号处理模块上设有线性输出端口、和/或麦克风输出端口、和/或耳机输出端口。

本实用新型的光纤传感头是由非导磁材料制成，其主要工作本体是光，即使在强电磁场或高射频环境中也能正常工作。该光纤声音采集器的工作原理：用普通的LED作为光源，通过光纤入射到非磁性材料的振膜上，当声音信号使振膜振动时，入射光被振膜振动调制后反射回去，接收光纤接收反射光，经光电转换和解调后则可以还原声音信号。由于它与传统的麦克风有着本质的区别，所以在使用方面具有很大的优越性：可以应用在强电场、强磁场或强射频环境中，在灵敏度、可靠性和保密性等方面，传统的麦克风将无法比拟。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、光纤传感头的结构简单、体积很小，质量轻，隐蔽性好；插入损耗低、灵敏度高，且光电探测器灵敏度可通过调节电阻值来进行控制，以满足不同时候对采集不同程度分贝声音的需求(因为有时候需采集的对象的声音已经很大，就可以将灵敏度调低，这样就可以不接收到一些低分贝的声音，避免声音混杂)；

2、整个光路和光纤传感头部分无任何电的参与，不会引入电磁干扰，可在强磁场环境下进行工作。

3、设置有麦克风输出，线性输出，耳机输出等三种声音输出方式，用户可以根据需要选择适当的输出口。

4、信号以光纤传输，衰减比电缆小很多，可以进行远距离的传输和监控。

5、设有低电量的告警灯，当电量低时，告警灯会亮，从而可以及时更换电池。

(四)附图说明：

图1为本实用新型一种优选实施例的原理框图。

图2为优选的光纤传感头的剖视结构示意图。

附图说明：1、前腔筒；2、后腔筒；3、反射膜：3-1、反射膜片、3-2、弹性膜片；4、进音孔；5、通光孔；6、光纤准直器；7、保护腔筒；8、橡胶尾套；9、输入光纤；10、输出光纤。

(五)具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实施例的光纤声音采集器如图1所示，主要由光纤传感头和光信号处理模块构成。光纤传感头与光信号处理模块通过光纤连接。

光纤传感头包括两个对接的前腔筒1、后腔筒2，前腔筒1的中间设有一贯穿的进音孔4，后腔筒2的中间设有一贯穿的通光孔5。一反射膜3设置在该进音孔4和通光孔5之间，并将前腔筒1和后腔筒2所构成的空腔分隔成两个独立的空腔。反射膜3为中心粘贴有非金属反射膜片3-1的弹性膜片3-2。本实施例的反射膜3是选用优质的只具有声波谐振能力而不具有光反射能力的弹性膜片3-2作为基片，并在弹性膜片3-2的中心粘贴用于进行光发射非金属反射膜片3-1加工而成。反射膜片3-1和弹性膜片3-2为两个同心的圆形膜片。后腔筒2内还设置有一光纤准直器6，该光纤准直器6从通光孔5伸入后腔筒2，直接或通过粘胶密封于后腔筒2内。所述光纤准直器6的轴心与反射膜3的中心位于同一直线上。本实施例的光纤准直器6的外径与后腔筒2的通光孔5的孔径相密合，且光纤准直器6恰好卡于通光孔5内。光纤准直器6与后腔筒2的通光孔5的孔径间隙处还填有粘胶，主要是用来进行密合，有助于防止外部光线进入反射膜3与后腔筒2所构成的空腔内。所述光纤准直器6为光纤通信领域内常用的光纤双芯准直器，该光纤准直器6包括有一反射镜，两根光纤位于反射镜的同一侧。光纤准直器内6耦合的两根光纤在空间位置上是对称的，其中任意一根可作为输入光纤9，则另一根作为输出光纤10。上述前腔筒1、反射膜3构成一个(有倒相管的)声音外谐振腔；反射膜3、后腔筒2、粘胶和光纤准直器6构成另一个声音内谐振腔。作为改进，本实施例还包括一套于后腔筒2上的保护腔筒7，保护腔筒7的后端套合一橡胶尾套8，目的是为了保护光纤尾纤，如图2。光信号处理模块主要由光源驱动器、光源、光电探测器和信号处理模块构成。光纤传感头上的输入光纤9与光源相连，输出光纤10与光电探测器相连。本实施例的光源为普通的LED发光二极管。光源驱动器与光源相连，并驱动光源发射一束恒定激光至光纤传感头。光电探测器与信号处理模块相连，并将从光纤传感头返回的光信号转换为电信号，再复原为声音。本实施例采用4.5V的电池供电，其信号处理模块还包括有灵敏度调节电路和低电量告警电路。灵敏度调节电路主要由光电二极管、灵敏度调节电阻、运算放大器和与之匹配的电阻电容构成。光电二极管的正极与光电探测器的输出端连接，负极通过灵敏度调节电阻与地相连。一电容跨接在光电二极管和灵敏度调节电阻的两端。运算放大器同相输入端通过一电容接在光电二极管和灵敏度调节电阻相连的导线上，反相输入端与地相连，输出端通过一RC电路反馈至同相输入端。灵敏度调节电路在光信号处理模块中起到提高接收声音信号的能力的作用，由于传感头在声场中捕获的声音信号有所不同，为了获取不同分贝值的声音信号，可通过调节不同的阻值来提高分辨能力。当传感头置于声场中时，声音信号可能较弱，为了成功获取信号的信息，可以对灵敏度调节电路中的变阻器进行调节，此调节过程可利用外置的旋钮来完成。通过拨转旋钮，根据输出的声音信号的好坏来逐步调节，最终获得较清晰的声音。例如：当声场中的声音较大时，可把电路的电阻值调高，使得电路的电流变小，灵敏度值降低，从而得到所需的声音信号；反之，当声音较小时，可把电路的电阻值调低，使得电路的电流变大，灵敏度值升高，从而捕获微弱的声音信号。因此根据实际的情况对阻值进行相应的调节，减少噪音的引入。低电量告警电路在告警灯的控制电路中设置有一个电压检测器，由一块芯片构成，其检测电压为2V。当它的输入电压大于或等于2V时，则输出电压也同样大于或等于2V；当它的输入电压小于2V时，则输出电压为0V。根据电压检测器的这一特点，当告警灯控制电路的输入电压为4.5V时，电压检测器的电压输入端a和电压输出端b的电压均为4.5V，使得二极管两端的电位相同，因此无法导通二极管，告警灯处于熄灭状态；当控制电路的输入电压为1V时，电压检测器的电压输入端a为1V，而电压输出端b则为0V，从而使得二极管两端形成一定的电位差，二极管处于导通状态，告警灯点亮。

下面对本实施例的光纤声音采集器的工作过程进行说明：将光纤传感头安置于需要采集声音的地方，把光信号处理器的电池装上，打开电源开关。光信号处理器中的光源将发出一束恒定的基准激光，该基准激光通过光纤准直器6中一根输入光纤9到达振动的反射膜片3-1表面。当处在声场中的反射膜3捕捉到声音信号时，通过光纤传感头外谐振腔与内谐振腔共振，推动弹性膜片3-2带动反射膜片3-1敏感振动。反射膜3的振动改变了膜片与光纤端面之间的距离，从而改变了光纤所能接收到的光强度(声音越强，振动膜片与接收光纤端面的距离就越近，所接收到的光强度就会越大)。通过反射膜片3-1反射光的光强弱，光纤准直器6中的输出光纤10接收反射光的光强弱变化，将这些被调制的光信号传送到光信号处理模块。首先经过光信号处理模块内的光电探测器，进行光电信号的转换，然后进入信号处理模块复原为声音。由于接收的声音分贝值不同，因此可通过调节灵敏度电路中的不同的阻值，进一步调节其接收信号的灵敏度。为了方便使用，在光信号处理模块的外部设置一旋钮，通过旋转此旋钮来调节灵敏度(为了获得清晰的声音，可通过调节旋钮来提高接收灵敏度，从而提取所需的声音信号)。之后对采集的信号进行放大，滤波，最后可选择以MIC输出，线性输出和耳机输出等方式输出，将各输出端口接至相应声音输出设备即可听到光纤传感头采集到的声音；在选择声音的大小方面可通过音量调节器来调节输出声音的大小。同时在使用过程中注意观察低电量告警灯，如果灯亮了，则应该及时更换电池，以保证光纤声音采集器的正常工作和灵敏度。

Claims

【权利要求1】光纤声音采集器，包括光纤传感头、光源、光电探测器和信号处理模块，光纤传感头主要由一腔筒构成，该腔筒包括前腔筒(1)和后腔筒(2)，前腔筒(1)的中间有一贯穿的进音孔(4)，后腔筒(2)的中间有一贯穿的通光孔(5)，一反射膜(3)设置在该进音孔(4)和通光孔(5)之间，其特征在于：所述腔筒内还包括一光纤准直器(6)，该光纤准直器(6)从通光孔(5)伸入后腔筒(2)，并密封于后腔筒(2)内；准直器内部耦合有两根光纤，这两根光纤的另一端分别与光源和光电探测器相接。
【权利要求2】根据权利要求1所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述光纤准直器(6)的外径与通光孔(5)的孔径相密合，光纤准直器(6)恰好卡于通光孔(5)内。
【权利要求3】根据权利要求1或2所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述光纤准直器(6)的轴心与反射膜(3)的中心位于同一直线上。
【权利要求4】根据权利要求3所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述反射膜(3)为中心粘贴有非金属反射膜片(31)的弹性膜片(32)。
【权利要求5】根据权利要求1或2所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述光纤为单模光纤。
【权利要求6】根据权利要求1或2所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述光电探测器为雪崩光电二极管。
【权利要求7】根据权利要求1或2所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述信号处理模块还包括有灵敏度调节电路，该灵敏度调节电路主要由光电二极管、灵敏度调节电阻、运算放大器和与之匹配的电阻电容构成；灵敏度调节电阻的可变端与外部调节旋钮相连。
【权利要求8】根据权利要求1或2所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述信号处理模块还包括低电量告警电路。
【权利要求9】根据权利要求5所述的光纤声音采集器，其特征在于：所述信号处理模块上设有线性输出端口、和/或麦克风输出端口、和/或耳机输出端口。