FR2640456A1

FR2640456A1 - MICROPHONE WITH INTERFEROMETRIC SOUND PRESSURE DETECTION

Info

Publication number: FR2640456A1
Application number: FR8816385A
Authority: FR
Inventors: Alain Brillet; Denis Joyeux
Original assignee: SCIENCE TEC
Current assignee: SCIENCE TEC
Priority date: 1988-12-13
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1990-06-15
Also published as: WO1990007250A1; FR2640456B1

Abstract

The microphone, by means of which acoustic signals whose spectrum is above 20Hz, may be measured, comprises a reference space exempt from this signal. It further comprises a monomode light source (10) and an optical interferometer with a reference arm extending across the reference space and an active arm whose length (L1) is altered by the acoustic signal at a value approximately equal to that (L2) of the reference arm; also provided are means for measuring the variations of the active arm's optic path caused by the acoustic signal.

Description

Microphone a detection interférométrique de pression acoustique
L'invention concerne les microphones, c est-à- dire les appareils fournissant un signal électrique de sortie représentatif de la pression d'un signal acoustique qu'ils reçoivent. Elle concerne plus particulièrement les microphones destinés à détecter des signaux acoustiques dont la bande de fréquence se place au-dessus de la bande généralement qualifiée de très basse fréquence, c'est-a-dire au-dessus de 20 Hz. Pour ces signaux a détecter, les problèmes principaux auxquels on se heurte lorsqu'on cherche à augmenter la sensibilité et la dynamique de mesure sont liés a la densité spectrale de bruits de toute origine, plutôt qu'aux problèmes de dérive.Microphone with interferometric sound pressure detection
The invention relates to microphones, that is to say devices providing an electrical output signal representative of the pressure of an acoustic signal which they receive. It relates more particularly to microphones intended to detect acoustic signals whose frequency band is placed above the band generally qualified as very low frequency, that is to say above 20 Hz. For these signals a detect, the main problems encountered when trying to increase the sensitivity and dynamic measurement are related to the spectral density of noise from all sources, rather than drift problems.

Il existe de très nombreux types de microphones. There are many types of microphones.

Ils utilisent en quasi-totalité un élément de conversion mécanique des oscillations de pression acoustique en déplacement. Ce principe de fonctionnement limite la dynamique en fréquence et surtout en amplitude. Il limite également la fidélité du fait de l'inertie de l'élément de conversion mécanique, qui introduit des défauts de linéarité et une réponse en fréquence variable, même a l'intérieur de la bande utile.Almost all of them use a mechanical conversion element for oscillations in moving sound pressure. This operating principle limits the dynamic range in frequency and especially in amplitude. It also limits the fidelity due to the inertia of the mechanical conversion element, which introduces linearity faults and a variable frequency response, even inside the useful band.

La présente invention vise à fournir un microphone ayant une grande linéarité, ayant des caractéristiques reproductibles et, dans un mode avantageux de réalisation, une dynamique très étendue. The present invention aims to provide a microphone having a high linearity, having reproducible characteristics and, in an advantageous embodiment, a very wide dynamic range.

Elle vise également a fournir un microphone dont les caractéristiques sont peu sensibles aux variations du milieu gazeux de transmission du son, telles que les variations de degré hygrométrique.It also aims to provide a microphone whose characteristics are not very sensitive to variations in the gaseous medium of sound transmission, such as variations in humidity.

Dans ce but, l'invention propose notamment un microphone comprenant un espace de référence exempt du signal acoustique F mesurer, caractérisé en ce qu'il comprend un interféromètre optique ayant un bras de référence traversant l'espace de référence et un bras actif dont la longueur est modifiée par le signal acoustique autour d'une valeur sensiblement égale à celle du bras de référence et des moyens pour mesurer les variations de chemin optique du bras actif par rapport au bras de référence, provoquées par le signal acoustique. To this end, the invention proposes in particular a microphone comprising a reference space free from the acoustic signal F to be measured, characterized in that it comprises an optical interferometer having a reference arm passing through the reference space and an active arm whose length is modified by the acoustic signal around a value substantially equal to that of the reference arm and means for measuring the variations in optical path of the active arm relative to the reference arm, caused by the acoustic signal.

Du fait que le signal de sortie sera toujours à très bas niveau, les variations de chemin optique seront toujours à très bas niveau ; les moyens due mesure de ces variations mettent avantageusement en oeuvre un asservissement de la différence de marche entre les deux bras à une valeur constante, dans la bande de fréquence allant de zéro jusqu'a la fréquence maximale du signal à étudier. Cet asservissement peut être réalisé en délimitant un des deux bras par un miroir porté par un transducteur, tel qu'une céramique piézo-électrique, ayant une réponse élongation-tension électrique sensiblement linéaire aux faibles amplitudes, en dehors des très basses fréquences : le signal de commande de la céramique piézo-électrique contient alors le signal utile, qu'il est possible d'isoler par filtrage. Since the output signal will always be at very low level, the variations in optical path will always be at very low level; the means for measuring these variations advantageously implement a control of the path difference between the two arms to a constant value, in the frequency band going from zero to the maximum frequency of the signal to be studied. This enslavement can be achieved by delimiting one of the two arms by a mirror carried by a transducer, such as a piezoelectric ceramic, having a substantially linear elongation-electric voltage response at low amplitudes, apart from very low frequencies: the signal piezoelectric ceramic control module then contains the useful signal, which can be isolated by filtering.

Lorsque l'on recherche essentiellement une très grande dynamique de mesure, on utilisera avantageusement un microphone dans lequel le signal acoustique a analyser provoque une modification de l'indice du gaz dans un espace traversé par le bras actif. L'absence de tout élément de conversion mécanique dans ce cas, permet d'arriver à une linéarité quasi parfaite, et de fonctionner dans une bande passante allant de 20 Hz jusqu'a 30 kHz au moins, et sur une dynamique supérieure à celle des meilleurs microphones actuels. When essentially a very large measurement dynamic is sought, a microphone will advantageously be used in which the acoustic signal to be analyzed causes a modification of the gas index in a space crossed by the active arm. The absence of any mechanical conversion element in this case makes it possible to arrive at an almost perfect linearity, and to operate in a pass band going from 20 Hz to at least 30 kHz, and on a dynamic range greater than that of best current microphones.

Dans une variante, le bras actif peut être délimité par un miroir oscillant en réponse au signal actif : dans ce cas, on peut par exemple fixer le miroir å une membrane microphonique. L'utilisation d'une membrane, cette fois aussi transparente que possible du point de vue acoustique présente également un intérêt lorsqutil est nécessaire d'isoler l'atmosphère traversée par le bras de mesure et/ou les éléments interféro- métriques de l'ambiance.Cette solution permet également d'adopter, comme milieu gazeux traversé par le bras de mesure, un gaz organique ayant un indice n tel que n-l soit élevé, notamment lorsqu'au contraire une sensibilité aussi élevée que possible est souhaitable,
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs.La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la Figure 1 est un schéma de principe d'un microphone utilisant un interféromètre à deux ondes
- la Figure 2 est une courbe représentative des variations du flux lumineux recueilli à la sortie de l'interféromètre en fonction du chemin optique, faisant apparaitre des points nominaux de mesure possible ,
- la Figure 3, similaire å la Figure 1, est un schéma d'un microphone utilisant un interféromètre
Fabry-Pérot.In a variant, the active arm can be delimited by an oscillating mirror in response to the active signal: in this case, the mirror can for example be fixed to a microphonic membrane. The use of a membrane, this time as transparent as possible from an acoustic point of view is also of interest when it is necessary to isolate the atmosphere traversed by the measuring arm and / or the interferometric elements of the atmosphere. This solution also makes it possible to adopt, as the gaseous medium through which the measuring arm passes, an organic gas having an index n such that nl is high, in particular when on the contrary a sensitivity as high as possible is desirable,
The invention will be better understood on reading the following description of particular embodiments given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram of a microphone using a two-wave interferometer
FIG. 2 is a curve representative of the variations in the light flux collected at the output of the interferometer as a function of the optical path, showing nominal points of possible measurement,
- Figure 3, similar to Figure 1, is a diagram of a microphone using an interferometer
Fabry-Pérot.

On décrira tout d'abord, en faisant référence à la Figure 1, un microphone à détection par interfFro- mètre à deux ondes, qui présente l'intérêt d'une construction plus simple que celle d'un dispositif à interféromètre Fabry-Pérot, par suite surtout d'une plus grande tolérance sur la géométrie et sur la pureté spectrale de la source lumineuse, ce qui autorise l'emploi d'une diode laser comme source. Firstly, with reference to FIG. 1, a microphone with detection by a two-wave interfrometer will be described, which has the advantage of a simpler construction than that of a device with a Fabry-Perot interferometer, as a result above all of a greater tolerance on the geometry and on the spectral purity of the light source, which authorizes the use of a laser diode as a source.

Avant de décrire les composants du microphone, il est utile de définir son principe de fonctionnement : on divise le faisceau de sortie, d'amplitude A, fourni par une source monomode telle qu'une diode laser, en deux fractions égales suivant deux trajets comportant, l'un, un bras actif, de longueur au repos L1, l'autre un bras de référence de longueur au repos L2 sensiblement égale a L1. Si on désigne par n l'indice du milieu gazeux traversé par les deux bras en l'absence de signal acoustique, par sn la variation de l'indice provoquée par le signal acoustique, et par X la longueur d'onde du faisceau lumineux, le signal d'interférence obtenu en recombinant les faisceaux ayant traversé les deux bras est de la forme

Before describing the components of the microphone, it is useful to define its operating principle: the output beam, of amplitude A, supplied by a single-mode source such as a laser diode, is divided into two equal fractions along two paths comprising , one, an active arm, of length at rest L1, the other a reference arm of length at rest L2 substantially equal to L1. If we denote by n the index of the gaseous medium crossed by the two arms in the absence of an acoustic signal, by sn the variation in the index caused by the acoustic signal, and by X the wavelength of the light beam, the interference signal obtained by recombining the beams having passed through the two arms is of the form

Le terme utile dans la formule (1) ci-dessus est sn.Ll.Les variations des termes A, n, L1, L2, autres que commandées, ne constituent des bruits que lorsqu'ils se placent dans la bande du spectre acoustique où s'effectue la mesure, ce qui fait que les dérives lentes peuvent être négligées. The useful term in formula (1) above is sn.Ll. Variations of the terms A, n, L1, L2, other than controlled, only constitute noises when they are placed in the band of the acoustic spectrum where the measurement is carried out, which means that the slow drifts can be neglected.

Il est possible de maintenir A a une valeur sensiblement constante, par régulation de la source. Le calcul montre que les variations de la longueur d'onde X d'émission d'une diode laser régulée en température sont compatibles avec les précisions å atteindre, lorsqu'on utilise un interféromètre équilibré, c'est-a-dire dans lequel Ll X L2. It is possible to maintain A at a substantially constant value, by regulation of the source. The calculation shows that the variations in the emission wavelength X of a temperature-regulated laser diode are compatible with the precision to be achieved, when a balanced interferometer is used, that is to say in which Ll X L2.

Dans le mode de réalisation montré en Figure 1, le microphone comporte une source lumineuse monochromatique 10 constituée par une diode laser, éventuellement stabilisée en température, par exemple à l'aide d'un montage å refroidissement par effet Peltier. Pour maintenir constant, à court terme, le terme A de la formule (1) ci-dessus, la source est munie d'un circuit de régulation d'amplitude qui peut avoir une constitution classique, par exemple constituée par une boucle de mesure du flux lumineux et de commande du courant, ayant un amplificateur 14 et un générateur de courant 12. Il existe à l'heure actuelle des diodes laser dont la densité spectrale de bruit en fréquence varie de 10-10/ Hz environ à 10 Hz moins de 10-11/ z au-delà de quelques kHz.Ce bruit est compatible avec la précision à atteindre, même pour des bras courts, de l'ordre de 2x1 cm de longueur. In the embodiment shown in FIG. 1, the microphone comprises a monochromatic light source 10 constituted by a laser diode, possibly stabilized in temperature, for example using a Peltier cooling arrangement. To maintain constant, in the short term, the term A of the formula (1) above, the source is provided with an amplitude regulation circuit which can have a conventional constitution, for example constituted by a loop for measuring the luminous flux and of current control, having an amplifier 14 and a current generator 12. There are at present laser diodes whose spectral density of noise in frequency varies from 10-10 / Hz approximately at 10 Hz less than 10-11 / z beyond a few kHz. This noise is compatible with the precision to be achieved, even for short arms, of the order of 2x1 cm in length.

Les diodes laser étant très sensibles à l'énergie ré-entrante, un isolateur optique 16 est interposé sur le faisceau de sortie de la diode pour éviter que les faisceaux de retour n'atteignent la source. On peut notamment utiliser un isolateur optique commercial, tel qu'un dispositif à effet Faraday ou des dispositifs en cascade. Since the laser diodes are very sensitive to re-incoming energy, an optical isolator 16 is interposed on the output beam of the diode to prevent the return beams from reaching the source. One can in particular use a commercial optical isolator, such as a Faraday effect device or cascade devices.

Le faisceau sortant de l'isolateur 16 est reçu par une optique collimatrice 18 qui fournit un faisceau parallèle fractionné par des lames à faces parallèles pour constituer un bras actif de longueur au repos L1, défini par un miroir 191, qui traverse un espace soumis à l'action de l'onde acoustique et un bras de référence, de longueur au repos L2 très peu différente de L1, défini par un miroir 192. The beam leaving the insulator 16 is received by a collimating optic 18 which provides a parallel beam divided by blades with parallel faces to constitute an active arm of length at rest L1, defined by a mirror 191, which passes through a space subjected to the action of the acoustic wave and a reference arm, of length at rest L2 very little different from L1, defined by a mirror 192.

Les faisceaux optiques des deux bras sont reçus par des détecteurs d'intensité respectifs 201 et 202 à réponse linéaire qui attaquent les deux entrées d'un amplificateur différentiel 22 dont le signal de sortie est de la forme (1) ci-dessus. The optical beams of the two arms are received by respective intensity detectors 201 and 202 with linear response which drive the two inputs of a differential amplifier 22 whose output signal is of the form (1) above.

Les détecteurs 201 et 202 peuvent notamment être constitués par des diodes au silicium, ayant une sensi bilité maximale a 0,8 pm environ, lorsque Ja source est constituée par une diode laser du commerce. The detectors 201 and 202 can in particular be constituted by silicon diodes, having a maximum sensitivity at approximately 0.8 μm, when the source is constituted by a commercial laser diode.

Les diodes au silicium sont avantageusement polarisées et associées à des lames séparatrices semi-diélectriques qui permettent de mieux utiliser le flux lumineux. Une première lame 24 par exemple peut être prévue pour transmettre totalement le flux qu'elle reçoit de l'optique collimatrice 18 vers les bras etréfléchir totalement le faisceau en retour vers le détecteur 201, alors que la lame 26 qui délimite les chemins optiques avec les miroirs 191 et 192 reste semi-transparente. The silicon diodes are advantageously polarized and associated with semi-dielectric separating plates which allow better use of the light flux. A first plate 24 for example can be provided to completely transmit the flux it receives from the collimator optics 18 to the arms and completely reflect the beam back to the detector 201, while the blade 26 which delimits the optical paths with the mirrors 191 and 192 remain semi-transparent.

Plusieurs méthodes de mesure sont utilisables. Several measurement methods can be used.

Celle montrée en Figure 1 est particulièrement simple lorsque le signal acoustique est à bas niveau et lorsque les flux sortant de l'interféromètre sont approximativement équilibrés. Elle consiste à asservir la différence de marche entre les deux bras à une valeur constante, par commande électrique de l'emplacement d'un des miroirs 191 et 192, la composante du signal électrique de commande située dans la bande de mesure constituant alors le signal utile. Dans le cas montré en
Figure 1, c'est le miroir 192 dont la position est asservie. Pour cela, il est porté par un transducteur ayant une caractéristique sensiblement linéaire déplacement-tension de commande. Ce transducteur 24 peut notamment être un pavé de céramique piézo-électrique, qui présente une bonne linéarité à court terme, dans la plage au-dessus de 20 Hz pour des amplitudes de l'ordre du micron.The one shown in Figure 1 is particularly simple when the acoustic signal is at low level and when the flows leaving the interferometer are approximately balanced. It consists in slaving the path difference between the two arms to a constant value, by electrical control of the location of one of the mirrors 191 and 192, the component of the electrical control signal located in the measurement strip then constituting the signal useful. In the case shown in
Figure 1 is the mirror 192 whose position is controlled. For this, it is carried by a transducer having a substantially linear displacement-control voltage characteristic. This transducer 24 may in particular be a piezoelectric ceramic pad, which has good short-term linearity, in the range above 20 Hz for amplitudes of the order of a micron.

La différence de marche constante à maintenir est choisie de façon à éliminer dans une large mesure le bruit provoqué par les variations d'amplitude. Sur la courbe de variation du signal interférométrique t en fonction de la différence de marche , cette condition est remplie pour des points de fonctionnement qui correspondent au maximum, au minimum et au point d'inflexion de la sinusoide représentant . The constant path difference to be maintained is chosen so as to largely eliminate the noise caused by variations in amplitude. On the curve of variation of the interferometric signal t as a function of the path difference, this condition is fulfilled for operating points which correspond to the maximum, the minimum and the inflection point of the representative sinusoid.

La détection sur le point d'inflexion C est simple dans le cas d'un interféromètre dont les sorties sont à peu près équilibrées. Elle conduit au montage de la Figure 1, avec simple soustraction des signaux de sortie des deux voies par l'amplificateur différentiel 22, l'une des entrées pouvant comporter des moyens d'ajustage afin d'équilibrer le montage. Le signal différentiel est alors nul, y compris pour le bruit d'amplitude qui se retrouve, avec la même valeur, dans les deux bras de l'interféromètre. Detection on the inflection point C is simple in the case of an interferometer whose outputs are roughly balanced. It leads to the assembly of FIG. 1, with simple subtraction of the output signals from the two channels by the differential amplifier 22, one of the inputs possibly comprising adjustment means in order to balance the assembly. The differential signal is then zero, including for the amplitude noise which is found, with the same value, in the two arms of the interferometer.

L'élimination du bruit dû aux variations de l'amplitude dépend cependant de la linéarité des détecteurs 201 et 202 et de la réjection de mode commun de l'électronique et, notamment, de l'amplificateur 22 qui fournit la tension appliquée au transducteur 24 et à un filtre passe-bande 26 dont la sortie constitue le signal de mesure. Le calcul montre qu'une réjection de 100 dB suffit à éliminer un bruit d'amplitude ayant une valeur efficace de 10-3 dans la bande passante de mesure. The elimination of noise due to variations in amplitude however depends on the linearity of the detectors 201 and 202 and on the common mode rejection of the electronics and, in particular, of the amplifier 22 which supplies the voltage applied to the transducer 24 and to a bandpass filter 26, the output of which constitutes the measurement signal. The calculation shows that a rejection of 100 dB is sufficient to eliminate an amplitude noise having an effective value of 10-3 in the measurement bandwidth.

La détection sur un extremum, par exemple sur le minimum B (Figure 2), implique d'introduire une modulation de chemin optique dans l'interféromètre, à l'aide du transducteur d'asservissement 24 ou à l'aide d'un autre organe. On choisit avantageusement la fréquence de cette modulation de façon que la puissance de bruit de la source 10 à cette fréquence soit négligeable. Cette solution oblige en général à adopter, comme source 10, un laser å état solide ou à gaz ayant une puissance de bruit négligeable au-dessus de quelques MHz. Detection on an extremum, for example on minimum B (Figure 2), involves introducing an optical path modulation in the interferometer, using the servo transducer 24 or using another organ. The frequency of this modulation is advantageously chosen so that the noise power of the source 10 at this frequency is negligible. This solution generally requires the adoption, as source 10, of a solid state or gas laser having negligible noise power above a few MHz.

Il est évidemment possible d'utiliser un interféromètre à deux ondes autre que du type MICHELSON, par exemple de type MACH-ZENDER. It is obviously possible to use a two-wave interferometer other than of the MICHELSON type, for example of the MACH-ZENDER type.

Le microphone dont le schéma de principe est donné en Figure 3 utilise, contrairement au précédent, un montage- résonant de type FaLry-Pérot. Dans sa constitution de base, un interféromètre Fabry-Pérot ne comporte pas deux bras séparés dont l'un, préservé du signal acoustique, peut servir de référence. En conséquence, le microphone comporte deux interféromètres
Fabry-Pérot ayant des paramètres à peu près identiques, dont l'un peut être considéré comme comportant le bras de mesure et, l'autre, le bras de référence. Unlike the previous diagram, the microphone, the principle diagram of which is given in Figure 3, uses a FaLry-Pérot resonant circuit. In its basic constitution, a Fabry-Pérot interferometer does not have two separate arms, one of which, preserved from the acoustic signal, can serve as a reference. As a result, the microphone has two interferometers
Fabry-Pérot having almost identical parameters, one of which can be considered to include the measuring arm and the other, the reference arm.

L'intérêt de l'utilisation d'un interféromètre résonant, et notamment d'un interféromètre Fabry-Pérot, est que les franges d'interférence sont plus fines, ce qui permet d'avoir une sensibilité encore meilleure. The advantage of using a resonant interferometer, and in particular a Fabry-Pérot interferometer, is that the interference fringes are thinner, which makes it possible to have an even better sensitivity.

La source 10 doit dans ce cas être constituée par un laser de grande pureté spectrale, par exemple par un laser YAG monomode, pompé à l'aide d'une diode laser. The source 10 must in this case consist of a laser of high spectral purity, for example by a single mode YAG laser, pumped using a laser diode.

Le faisceau de sortie est encore partagé par un miroir 26 en deux fractions égales, dont l'une est dirigée vers l'interféromètre comportant le bras de mesure et l'autre vers l'interféromètre comportant le bras de référence, les deux interféromètres ayant des paramètres sensiblement identiques. Comme le microphone de la Figure 1, celui de la Figure 3, utilise une mesure par asservissement de longueur du chemin optique, avec simplement une mise en oeuvre différente. C'est encore la longueur du chemin optique du bras de référence qui est commandée par une boucle d'asservissement utilisant, comme transducteur, un pavé de céramique piézo-électrique 24.The output beam is further divided by a mirror 26 into two equal fractions, one of which is directed towards the interferometer comprising the measuring arm and the other towards the interferometer comprising the reference arm, the two interferometers having substantially identical parameters. Like the microphone of Figure 1, that of Figure 3, uses a measurement by servo-length of the optical path, with simply a different implementation. It is also the length of the optical path of the reference arm which is controlled by a servo loop using, as transducer, a piezoelectric ceramic pad 24.

Comme dans le cas précédent, le bras de référence est délimité par un miroir 192 porté par le transducteur 24 et le bras actif de mesure est délimité par un miroir 191. Les détecteurs 201 et 202 peuvent être encore des diodes au silicium. As in the previous case, the reference arm is delimited by a mirror 192 carried by the transducer 24 and the active measurement arm is delimited by a mirror 191. The detectors 201 and 202 may also be silicon diodes.

Le bras de mesure ne comportant alors aucun organe de réglage doit cependant rester accordé sur la fréquence optique f0. Etant donné que l'interféromètre fonctionne en réflexion, il faut rechercher un minimum de réflexion pour cette fréquence optique f0. Cette dernière doit donc être stabilisée a partir du signal d'interférence de l'interféromètre comportant le bras de mesure. Pour cela on utilise, dans le cas illustré, une modulation avec un écart de fréquence optique Àf choisi de façon à pouvoir encore être résolu par les interféromètres. A l'accord, les fréquences fO-Af et f0+Af sont réfléchies et tout décalage de l'accord se traduit par un déséquilibre de l'énergie renvoyée ces deux fréquences. The measurement arm then comprising no adjustment member must however remain tuned to the optical frequency f0. Since the interferometer works in reflection, a minimum of reflection must be sought for this optical frequency f0. The latter must therefore be stabilized on the basis of the interference signal from the interferometer comprising the measuring arm. For this, use is made, in the illustrated case, of a modulation with an optical frequency difference λf chosen so that it can still be resolved by the interferometers. At tuning, the frequencies fO-Af and f0 + Af are reflected and any shift in tuning results in an imbalance in the energy returned at these two frequencies.

L'asservissement de l'interféromètre comportant le bras de mesure s'effectue, dans le cas de la Figure 3, en modulant la fréquence de sortie du laser, par exemple å 15 MHz, et en utilisant une boucle d'asservissement en fréquence. Le faisceau laser traverse, à la sortie de l'isolateur 16 un modulateur 28, par exemple électro-optique ou acousto-optique. Le signal de modulation est fourni å ce modulateur par un oscillateur 30 de stabilité suffisante. Dans la pratique, la stabilité d'un générateur a quartz est suffisante car la détection finale peut utiliser une référence de fréquence issue du même générateur. The interferometer comprising the measuring arm is controlled, in the case of FIG. 3, by modulating the output frequency of the laser, for example at 15 MHz, and by using a frequency control loop. The laser beam passes, at the output of the insulator 16, a modulator 28, for example electro-optical or acousto-optical. The modulation signal is supplied to this modulator by an oscillator 30 of sufficient stability. In practice, the stability of a quartz generator is sufficient because the final detection can use a frequency reference from the same generator.

Le signal fourni par le détecteur 201 associé au bras actif de mesure est soumis å une détection quadratique qui fournit un signal contenant le mélange des différentes fréquences optiques. Ce signal est soumis et à un filtrage d'isolement de la fréquence d'excitation de 15 MHz dans un bloc de mesure 32 qui reçoit une référence de fréquence de l'oscillateur 30. Le signal de sortie du bloc 32 est appliqué à un amplificateur différentiel 34 d'asservissement å zéro commandant un organe de modulation du laser 10, constitué par exemple par une céramique piézo-électrique 36 portant un miroir de délimitation de la cavité résonante du laser. The signal supplied by the detector 201 associated with the active measurement arm is subjected to a quadratic detection which provides a signal containing the mixture of the different optical frequencies. This signal is subjected and to an isolation filtering of the excitation frequency of 15 MHz in a measuring block 32 which receives a frequency reference from the oscillator 30. The output signal from block 32 is applied to an amplifier. differential 34 of zero servo control a laser modulation member 10, constituted for example by a piezoelectric ceramic 36 carrying a mirror defining the resonant cavity of the laser.

L'utilisation ainsi faite de la sélectivité propre de l'interféromètre utilisé en analyseur de fréquence conduit å une grande sensibilité.The use thus made of the specific selectivity of the interferometer used in frequency analyzer leads to great sensitivity.

La fréquence optique du faisceau fourni par le laser contient donc toutes les fluctuations de longueur du chemin optique de l'interféromètre Fabry-Pérot de mesure et notamment le signal acoustique, mais est débarrassé de ses fluctuations propres en fréquence. En d'autres termes, le spectre optique du faisceau comporte la fréquence propre du laser, encadrée par deux bandes dont l'écartement par rapport å cette fréquence correspond à la fréquence de modulation qui est choisie pour remplir deux conditions : elle n'est pas contenue dans la bande à détecter ; le laser doit avoir un bruit d'amplitude négligeable à cette fréquence. The optical frequency of the beam supplied by the laser therefore contains all the fluctuations in length of the optical path of the Fabry-Pérot interferometer for measurement and in particular the acoustic signal, but is freed from its own frequency fluctuations. In other words, the optical spectrum of the beam comprises the natural frequency of the laser, framed by two bands whose spacing with respect to this frequency corresponds to the modulation frequency which is chosen to fulfill two conditions: it is not contained in the band to be detected; the laser must have a negligible amplitude noise at this frequency.

Du fait que le laser 10 est piloté et que sa fréquence varie, l'accord de l'interféromètre Fabry
Pérot comportant le bras de référence tend a etre détruit des qu'un signal acoustique est appliqué au bras actif, du fait que ce signal acoustique provoque une modification de f0. En d'autres termes, on utilise le
Fabry-Pérot de référence en analyseur du spectre optique du laser, lequel contient le signal acoustique, comme on l'a vu. Cela conduit à commander le transducteur 24 par une boucle similaire à celle qui commande la fréquence f0, ayant un bloc 36 de détection qui attaque un amplificateur 38 d'asservissement å signal détecté nul commandant le transducteur 24.Le signal de mesure est obtenu, à partir du signal de commande du transducteur 24, par un filtre 40 dont la bande passante correspond à la plage de mesure souhaitée, par exemple de 20 Hz a 30 kHz. Le signal de commande ne contient pas de fluctuation de fréquence optique parasite, du fait qu'elle a été éliminée dans la boucle de commande du laser. Le bruit d'amplitude du laser est négligeable au-dessus de 10 MHz, c'est-a-dire dans la plage de modulation.Because the laser 10 is controlled and its frequency varies, the agreement of the Fabry interferometer
Pérot comprising the reference arm tends to be destroyed as soon as an acoustic signal is applied to the active arm, because this acoustic signal causes a modification of f0. In other words, we use the
Reference Fabry-Pérot in laser spectrum analyzer, which contains the acoustic signal, as we have seen. This leads to controlling the transducer 24 by a loop similar to that which controls the frequency f0, having a detection block 36 which drives a servo amplifier 38 with a zero detected signal controlling the transducer 24. The measurement signal is obtained, at from the control signal from the transducer 24, by a filter 40 whose passband corresponds to the desired measurement range, for example from 20 Hz to 30 kHz. The control signal contains no parasitic optical frequency fluctuation, since it has been eliminated in the laser control loop. The amplitude noise of the laser is negligible above 10 MHz, that is to say in the modulation range.

L'invention est susceptible de nombreuses autres variantes de réalisation. On peut en particulier utiliser un interféromètre à deux ondes a plusieurs passes successives pour allonger les bras, ce qui augmente proportionnellement la sensibilité. Cette solution a cependant l'inconvénient de rendre difficile de maintenir l'égalité approximative des longueurs L1 et
L2, qui permet d'utiliser une diode laser.The invention is susceptible of numerous other alternative embodiments. One can in particular use a two-wave interferometer with several successive passes to lengthen the arms, which proportionally increases the sensitivity. However, this solution has the disadvantage of making it difficult to maintain the approximate equality of the lengths L1 and
L2, which allows the use of a laser diode.

Dans un autre mode de réalisation, le microphone utilise, non pas la variation d'indice dans le milieu gazeux traversé par le bras de mesure, mais les déplacements d'un miroir porté par une paroi déformable, telle qu'une membrane, soumise a la pression acoustique et constituant transducteur acoustique. Cette solution peut permettre d'accroitre la sensibilité , mais elle réduit la dynamique et la fidélité, du fait de l'inertie mécanique de la paroi. In another embodiment, the microphone uses, not the variation of index in the gaseous medium traversed by the measuring arm, but the movements of a mirror carried by a deformable wall, such as a membrane, subjected to the acoustic pressure and constituting the acoustic transducer. This solution can increase sensitivity, but it reduces dynamics and fidelity, due to the mechanical inertia of the wall.

Il peut également être utile ou nécessaire d'isoler l'atmosphère à l'intérieur du microphone sans en perturber l'acoustique. Cet isolement peut notamment être utile lorsque le microphone doit fonctionner en atmosphère polluée par de l'eau, de la poussière, des fumées, etc. L'emploi d'une membrane aussi transparente que possible å l'excitation, pour que les variations de pression a l'intérieur reflètent exactement le signal appliqué a la membrane, permet d'envisager l'emploi d'un espace de mesure et d'un espace de référence occupés par un gaz ayant un indice n nettement supérieur a 1, ce qui augmente le signal interférométrique dû aux variations d'indice du gaz. I1 est possible de réaliser des membranes répondant å cette condition de transparence, sauf pour les fréquences les plus basses, de nature différente de celle des membranes microphoniques habituelles. It may also be useful or necessary to isolate the atmosphere inside the microphone without disturbing the acoustics. This isolation can be particularly useful when the microphone must operate in an atmosphere polluted by water, dust, fumes, etc. The use of a membrane as transparent as possible to the excitation, so that the variations in pressure inside exactly reflect the signal applied to the membrane, allows to consider the use of a measurement space and d 'a reference space occupied by a gas having an index n significantly greater than 1, which increases the interferometric signal due to variations in the index of the gas. It is possible to produce membranes meeting this transparency condition, except for the lowest frequencies, of a different nature from that of the usual microphonic membranes.

Claims

1. Microphone for measuring an acoustic signal, the spectrum of which is above 20 Hz, comprising a reference space free of the acoustic signal to be measured, characterized in that it comprises a single-mode light source and an optical interferometer having an arm of reference crossing the reference space and an active arm whose length is modified by the acoustic signal around a value (L1) substantially equal to that (L2) of the reference arm and means for measuring the variations of optical path of the active arm caused by the acoustic signal.

2. Microphone according to claim 1, characterized in that the active arm crosses a space occupied by a gaseous medium subjected to the acoustic signal.

3. Microphone according to claim 1 or 2, characterized in that said space is occupied by a gaseous medium separated from the external space by a deformable membrane.

4. Microphone according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the means for measuring the variations in optical path control the difference in path between the two arms to a constant value.

5. Microphone according to claim 4, characterized in that said measuring means comprise a reflection mirror (192) placed on one of the arms and a transducer (24) with a substantially linear characteristic in the spectral measurement band, controlling the position of said mirror.

6. Microphone according to claim 1, t characterized in that the length of the active arm is determined by the position of a deformable material member in response to the acoustic signal.

7. Microphone according to any one of the preceding claims, characterized in that the inter ferometer is two waves and uses, as light source, a laser diode (10) whose output beam is stabilized in amplitude in the spectral band of the acoustic signal to be measured.

8. Microphone according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the interferometer is of the Fabry-Perot type.

9. Microphone according to claim 8, characterized in that the active arm belongs to a first Fabry-Pérot interferometer, while the reference arm belongs to a second interferometer, the common source being constituted by a laser whose output frequency is modulated.