KR101181669B1 - Optical microphone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 마이크로폰에 관한 것으로, 특히 진동을 감지하는 광섬유를 안정적으로 고정함으로써 정확한 진동을 감지할 수 있도록 한 광 마이크로폰에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical microphones, and more particularly, to an optical microphone that can accurately sense vibrations by stably fixing an optical fiber for sensing vibrations.
소리는 현대인에게 있어 삶의 질과 관련된 중요한 물리현상으로 이를 측정하는 센서와 방법에 대한 연구가 매우 중요하다.Sound is an important physical phenomenon related to the quality of life for modern people, and research on sensors and methods to measure it is very important.
음향과 관련하여 마이크로폰은 가장 기본적이며 필수적인 변환 센서이며, 그 중요성은 매우 크다 하겠다.In terms of sound, the microphone is the most basic and necessary conversion sensor, and it is very important.
마이크로폰에 관한 연구와 개발은 음향에 대한 연구가 시작된 후로 계속되어 왔으며 그 종류는 이루 헤아리기 어려울 정도로 많지만 현재 사용되고 있는 대표적인 종류로 다이나믹형 마이크로폰과 콘덴서형 등을 들 수 있다.The research and development of microphones has been continued since the study of acoustics, and the kinds are difficult to understand, but there are dynamic microphones and condenser types.
다이나믹형 마이크로폰은 기계적인 진동을 전자기적 변환에 의하여 전기 신호로 변환하는 변환기로서 그 역사가 오래되었으며, 구조적으로 튼튼하고 외부의 충격 등에 강한 특성을 가지고 있다. 하지만 주변 전자기파로부터 큰 영향을 받으며 소형화하기가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.Dynamic microphone has a long history as a transducer that converts mechanical vibration into an electrical signal by electromagnetic conversion, and is structurally strong and strong against external shocks. However, it has a problem that it is difficult to miniaturize because it is greatly affected by the surrounding electromagnetic waves.
콘덴서 마이크로폰은 현재까지 개발된 마이크로폰 중에서 성능이 가장 우수하다고 알려져 있으며 근접한 두 대전판 사이에 분극전압을 가하고 음압에 의하여 진동하는 대전판의 거리 변화에 따른 전하의 발생으로 음압 신호를 측정한다, 이 마이크로폰은 주파수 특성이 우수하고 신호 대 잡음비가 좋은 특성을 가지고 있어서 계측용 마이크로폰으로 널리 사용된다.The condenser microphone is known to have the best performance among the microphones developed to date, and it applies a polarization voltage between two adjacent charging plates and measures the sound pressure signal by the generation of electric charge due to the change of distance of the charging plate which vibrates by sound pressure. Because of its excellent frequency and good signal-to-noise ratio, it is widely used as a measurement microphone.
그러나 감도를 좋게 하기 위해서는 진동하는 대전판을 넓게 만들고 사이 거리를 작게 하여야 하며 분극전압을 크게 해야한다. However, in order to improve the sensitivity, the vibrating charging plate should be widened, the distance between them should be small, and the polarization voltage should be increased.
이 때문에 습기 등 외부환경의 변화에 매우 취약하며 취급에 어려움이 많다는 단점과 함께 제작도 쉽지 않다.Because of this, it is very vulnerable to changes in the external environment such as moisture, and it is not easy to manufacture with the disadvantage that it is difficult to handle.
그러므로 이를 보완하여 일반 기기용 제품으로 사용할 수 있도록 분극전압 대신에 이미 대전되어 있는 폴리머 필름을 사용하여 전하를 발생시키는 일렉트렛(Electret) 마이크로폰이 개발되었다.Therefore, electret microphones have been developed that use electric polymer films that are already charged instead of polarization voltage to supplement them and use them for general devices.
일렉트렛 마이크로폰은 제작이 비교적 간단하고 가격이 저렴하며 소형화하기 좋으면서 성능이 우수하기 때문에 오늘날 대부분의 일반 기기에서 사용되고 있다.Electret microphones are used today in most common devices because they are relatively simple to manufacture, inexpensive, compact, and perform well.
하지만 이 방식의 마이크로폰은 기본적으로 진동판이 고분자 재질의 폴리머로서 진동 특성이 금속보다 좋지 않으며, 기존의 콘덴서 마이크로폰이 가지고 있는 면적과 습기 등의 단점을 여전히 가지고 있다.
However, this type of microphone is basically a vibrating plate is a polymer of polymer material, the vibration characteristics are not as good as metal and still have disadvantages such as area and moisture of the conventional condenser microphone.
이러한 기존 마이크로폰의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 광 마이크로폰이 개발되어 사용되어지며, 도1은 일반적인 광 마이크로폰의 구조를 보인 도이다.In order to overcome the shortcomings of the existing microphone, an optical microphone has been developed and used in recent years, and FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a general optical microphone.
도1에서와 같이 일면이 개방된 통체의 하우징(100) 내부로 한 쌍의 광섬유(120,130)가 인입되는데, 고정부(110)에 의하여 그 단부가 일정한 반사각을 가지고 설치된다.As shown in FIG. 1, a pair of
하우징(100)의 외측에는 광원(150)과 광 검출부(160)가 광섬유(120,130)의 타단에 각각 결합되어 있는데, 이러한 광원(150)은 광 레이저 또는 발광다이오드로 구성될 수 있으며, 광 검출부(160)는 포토 다이오드를 사용할 수 있다.On the outside of the
따라서, 하우징(100)의 내부에서 고정부(110)에 의하여 고정된 광섬유(120)의 단부 즉, 광출사부(121)는 광원(150)으로부터 발생된 광을 출사시켜 진동판(140)을 통해 반사시키고, 그 반사된 광을 광 인입부(131)를 통해 인입되어 광 검출부(160)가 이를 수광하게 된다.Accordingly, the end of the
광을 반사시키는 진동판(140)의 상하 변위에 따라 반사광의 광 경로가 변화되는데, 도2에 도시한 바와 같이 두 광섬유(120,130)의 단부인 광출사부(121)와 광인입부(131)가 중심축으로부터 일정한 각도(θ)를 가지고, 각각 진동판(140)에 근접 설치되어 진동판(140)이 외부의 소리에 의하여 상하로 변위될 때 광의 반사각이 변화됨으로써 광검출부(160)로 인입되는 광의 세기가 변화된다.The optical path of the reflected light changes according to the vertical displacement of the
이로 인해, 광검출부(160)에서 변환되는 전기적인 신호인 전류의 흐름이 변화되어 외부의 소리에 따라 전기적인 신호의 크기가 변화되는 것이다.As a result, the flow of electric current, which is an electrical signal converted by the
그런데 이와같은 종래의 광 마이크로폰은 광출사부(121)와 광인입부(131)가 고정부(110)의 외측으로 노출되어 있어서, 이를 고정하기 위한 구조물이 없으므로 외부의 충격에 의해 광출사부(121)와 광인입부(131)가 쉽게 흔들려 진동판(140)의 진동을 올바르게 감지할 수 없게 된다.However, in the conventional optical microphone, since the
이로인해 진동을 올바르게 전기적인 신호로 변환하지 못하므로, 성능 저하의 문제점을 갖는다.
This prevents the vibration from being correctly converted into an electrical signal, which has a problem of deterioration of performance.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광섬유의 단부까지 정확한 각도를 가지고 고정하기 위한 지그와, 진동판에 의해 발생된 진동을 효과적으로 전달하기 위한 구조물을 부가하여 마이크로폰의 성능을 향상시키도록 한 광 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention is to solve the problem of the conventional optical microphone to improve the performance of the microphone by adding a jig for fixing with an accurate angle to the end of the optical fiber, and a structure for effectively transmitting the vibration generated by the diaphragm The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광 마이크로폰은,Optical microphone according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,
일면이 개방된 통체의 하우징;A cylindrical housing having one side open;
표면이 플라즈마 처리된 PDMS(Polydimethyl-siloxane)로 형성된 링 형태의 프레임을 가지며, 그 프레임의 개방된 일측에 외부의 소리에 의해 진동하는 진동판이 부착되고, 상기 하우징의 개방된 단부에 프레임의 타측이 결합되는 고정부;The surface has a ring-shaped frame formed of plasma-treated PDMS (Polydimethyl-siloxane), a diaphragm vibrating by external sound is attached to an open side of the frame, and the other side of the frame is connected to an open end of the housing. A fixed portion coupled;
상기 고정부의 프레임 내부로 삽입되어 진동판과 공간을 유지하면서 고정되는 몸체를 가지며, 상기 몸체에는 한 쌍의 광 섬유가 상기 진동판에 대하여 일정한 반사각을 가지면서 삽입되어 고정되도록 하는 한 쌍의 삽입홀이 형성된 지그;The fixing part has a body which is inserted into the frame and is fixed while maintaining a space with the diaphragm, the body has a pair of insertion holes to be inserted and fixed with a pair of optical fibers having a constant reflection angle with respect to the diaphragm Jig formed;
상기 지그의 삽입홀에 각각 수용되되, 그 단부가 지그의 외부로 노출되지 않도록 수용되며, 타측은 하우징의 외부로 인출되어 그 타단부에 각각 광원과 광 검출부가 결합된 한 쌍의 광섬유;로 구성된다.
A pair of optical fibers respectively accommodated in the insertion holes of the jig, the ends of which are received so as not to be exposed to the outside of the jig, and the other side thereof is drawn out of the housing so that the light source and the light detector are coupled to the other end thereof, respectively. do.
이러한 본 발명에 의하면, 진동판의 진동을 감지하기 위한 광을 전달하는 한 쌍의 광섬유가 지그에 의해 안정적으로 고정되므로, 외부의 충격에 의한 광신호전달의 오류를 방지함으로써 신뢰성을 높일 수 있다.According to the present invention, since a pair of optical fibers for transmitting the light for detecting the vibration of the diaphragm is stably fixed by the jig, it is possible to increase the reliability by preventing the optical signal transmission error due to external impact.
또한, 진동판을 고정하기 위한 프레임을 PDMS로 형성함으로써 진동판이 진동을 효과적으로 일으킬 수 있도록 하여 이 또한 광신호전달의 오류를 방지하여 신뢰성을 높이는 장점을 갖는다.
In addition, by forming a frame for fixing the diaphragm with PDMS, the diaphragm can effectively cause vibration, which also has the advantage of preventing reliability of optical signal transmission and improving reliability.
도1은 일반적인 광 마이크로폰의 구조를 보인 도.
도2는 광 마이크로폰의 원리를 설명하기 위한 도.
도3은 본 발명에 적용되는 진동판과 광섬유의 고정 구조를 보인 도.
도4는 본 발명의 일실예에 의한 의한 광 마이크로폰의 구조를 보인 도.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광 마이크로폰의 구조를 보인 도.1 is a view showing the structure of a general optical microphone.
2 is a diagram for explaining the principle of an optical microphone.
Figure 3 is a view showing a fixing structure of the diaphragm and the optical fiber applied to the present invention.
Figure 4 is a view showing the structure of an optical microphone according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the structure of an optical microphone according to another embodiment of the present invention.
이와같이 구성된 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.The present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3은 본 발명의 요부인 고정부(200)와 지그(300)의 단면 구조를 보인 도로서, 고정부(200)는 사각 또는 원형의 링 형태로 된 프레임(210)이 구성되고, 그 개방된 상단에 개방부위를 모두 덮도록 진동판(220)이 부착된다.Figure 3 is a view showing a cross-sectional structure of the
이때 프레임(210)은 유연하고 탄성력이 뛰어난 재질의 PDMS(Polydimethyl-siloxane)를 사용하여 형성함으로써 진동판(220)이 진동을 효율적으로 전달되도록 하는, 이러한 PDMS는 절연성을 가지며, 자기장의 영향을 덜 받아 진동을 왜곡시키지 않는다.At this time, the
또한 열전도도가 낮고, 고온에서도 변형이 되지 않아서 이 또한 진동을 왜곡시키지 않고 충실히 전달할 수 있는 것이다.In addition, since the thermal conductivity is low and does not deform even at high temperatures, it can also be transmitted faithfully without distorting vibration.
이러한 PDMS는 탄성률을 나타내는 Young's modulus 값이 360~870 Kpa로서, Young's modulus 값이 10~100 Kpa인 실리콘 러버(silicon rubber)보다 8~30배 이상 커서 진동을 효과적으로 전달한다.The PDMS has a Young's modulus value of 360 to 870 Kpa, which is a modulus of elasticity, which is 8 to 30 times larger than a silicone rubber having a Young's modulus value of 10 to 100 Kpa, thereby effectively transmitting vibration.
그리고, PDMS는 열전도도가 0.15 W/mK로서, 금속보다 현저히 낮은 열전도 특성을 가지므로 열에 의한 변형이 발생하지 않아 진동판(220)을 안정적으로 고정함으로써 진동이 진동판(220)을 통해 충실히 전달되도록 한다. In addition, the PDMS has a thermal conductivity of 0.15 W / mK, which is significantly lower than that of metal, and thus does not cause deformation due to heat, thereby stably fixing the
아울러, 비저항값이 4×1013Ωm으로 절연성이 매우 뛰어나 전기적인 영향을 받지 않으므로 이 또한 진동이 충실히 전달되도록 하는 것이다.In addition, since the resistivity is 4 × 10 13 Ωm, the insulation is very excellent and is not influenced by electricity, so that the vibration is faithfully transmitted.
이로인해 미세한 외부의 소리에 의해서도 이를 반영하여 진동판(220)의 진동이 이루어지게 되어 센싱 감도가 뛰어나게 되는 것이다.Due to this, the vibration of the
진동판(220)은 손쉽게 구할 수 있는 합성수지재 또는 금속(금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈 등) 등의 반사율이 높은 박판을 사용함으로써 비용절감의 효과를 가진다.The
지그(300)는 플라스틱이나 금속의 경질의 재질로 된 몸체(310)를 형성하는데, 몸체(310)는 고정부(200)의 프레임(210)의 하단으로부터 내측으로 삽입되어 고정되며, 몸체(310)의 상단과 진동판(220)의 하부면 사이에는 도4에서와 같이 5~10㎛ 정도의 거리를 갖는 공간부(400)가 형성된다.The
고정부(300)의 내측에 지그(300)를 고정하기 위해서 강제 압입, 접착재 등의 다양한 고정수단을 사용할 수 있다.In order to fix the
몸체(310)에는 한 쌍의 광섬유(120,130)가 각각 삽입될 수 있도록 상측을 향해 경사진 역 'V'형태의 삽입홀(320,330)이 형성되어 있으며, 그 삽입홀(320,330)의 상단은 서로 이격됨으로서 삽입홀(320,330)의 가상의 연장선이 진동판(220)의 하부면에서 만나도록 하는 경사를 가지는 것이 바람직하다.The
그러므로, 삽입홀(320,330)에 각각 광 출사를 위한 광섬유(120)와 광 입사를 위한 광섬유(130)가 하측으로 삽입되어 끼워지는데, 이때 광섬유(120,130)의 단부는 몸체(310)의 상측 외부로 노출되지 않고, 삽입홀(320,330)의 내측에서 상단에 근접하여 위치하게 된다.Therefore, the
이는 곧 외부의 충격에 의하여 광섬유(120,130)의 단부가 흔들려 진동의 전달을 충실히 감지하지 못하는 경우까지 예방하기 위함이며, 광섬유(120,130)가 흔들리지 않도록 하기 위해 삽입홀(320,330)의 내경은 광섬유(120,130)의 외경과 동일하거나 약간만 크게하여 삽입홀(320,330) 내에서 흔들리지 않고 고정되도록 한다.This is to prevent the case that the end of the optical fiber (120,130) is not shaken by the external shock to faithfully detect the transmission of vibration, and the inner diameter of the insertion hole (320,330) is the optical fiber (120,130) to prevent the optical fiber (120,130) from shaking. It is the same as or slightly larger than the outer diameter of the) to be fixed without shaking in the insertion holes (320,330).
이렇게 결합된 고정부(200)와 지그(300)는 하우징(100)의 개방된 상측에 결합되는데, 고정부(200)의 프레임(210) 하단은 하우징(100)의 상단에 놓여지면서 접착재 등에 의해 고정된다.The
상기 광섬유(120,130)의 타측은 하우징(100)의 외측으로 인출되어 그 단부에 각각 광원(150)과 광 검출부(160)가 결합되어 진동판(220)의 진동에 따른 광의 세기를 검출하게 된다.The other sides of the
본 발명에서는 광원(150)으로부터 발생된 광의 파장은 1550nm의 길이를 가지며, 진동판(220)의 진폭은 약 50㎛로 설정한다.
In the present invention, the wavelength of the light generated from the
도5는 본 발명의 다른 실시예를 보인 도로서, 본 발명의 일실시예와 마찬가지로 하우징(100), 프레임(210) 및 진동판(220)의 구조는 동일하며, 상기 하우징(100)의 내측으로 광 유도구(500)가 장착되는 구조이다.5 is a view showing another embodiment of the present invention, the structure of the
상기 광 유도구(500)는 상하방향으로 유도홀(510)이 형성되어 있으며, 그 유도홀(510)은 상측으로 갈수록 내경이 확산된 형태를 가지게 되는데, 이는 진동판(200)의 변위에 따른 광의 반사각이 달라지더라도 유도홀(510)의 내측으로 광을 유도하기 위함이다.The
유도홀(510)의 하측에는 광섬유(140)의 일단이 삽입된 형태이며, 상기 광섬유(140)는 싱글모드로서 광 유도구(500)로 광의 입사 및 출사를 담당하게 된다.One end of the
이러한 싱글모드로 구성된 광섬유(140)의 타단은 광 서큘레이터(Optical Circulator)(600)에 접속되고, 광 서큘레이터(600)의 편광에 의해 광의 입사 및 출사가 이루어지는데, 이러한 광 서큘레이터((600)는 복상(複像) 편광 프리즘을 사용하게 되어 광원(150)으로부터 발생된 광을 광섬유(140)를 통해 광 유도구(500)로 입사시키며, 광 유도구(500)로부터 출사되는 광을 광 검출부(160)쪽으로 전달하는 역할을 하게 된다.The other end of the
그러므로, 광원(150)으로부터 발생된 광은 광 서큘레이터(600)를 통하여 광섬유(140)로 전달되어 광 유도구(500)의 유도홀(510)을 통해 진동판(220)에 조사되며, 진동판(220)으로부터 반사된 광은 다시 유도홀(510)을 통해 광섬유(140)로 입사되어 광 서큘레이터(600)를 통해 광 검출부(160)로 출사되는 것이다.
Therefore, the light generated from the
100 : 하우징 120,130 : 광섬유
150 : 광원 160 : 광 검출부
200 : 고정부 210 : 프레임
220 : 진동판 300 : 지그
310 : 몸체 320,330 : 삽입홀
500 : 광 유도구 510 : 유도홀
600 : 광 서큘레이터100: housing 120130: optical fiber
150: light source 160: light detector
200: fixing portion 210: frame
220: diaphragm 300: jig
310: body 320,330: insertion hole
500: light guide hole 510: guide hole
600: optical circulator
Claims (5)
링 형태의 프레임을 가지며, 그 프레임의 개방된 일측에 외부의 소리에 의해 진동하는 진동판이 부착되고, 상기 하우징의 개방된 단부에 프레임의 타측이 결합되는 고정부;
상기 고정부의 프레임 내부로 삽입되어 진동판과 공간을 유지하면서 고정되는 몸체를 가지며, 상기 몸체에는 한 쌍의 광 섬유가 상기 진동판에 대하여 일정한 반사각을 가지면서 삽입되어 고정되도록 하는 한 쌍의 삽입홀이 형성된 지그;
상기 지그의 삽입홀에 각각 수용되되, 그 단부가 지그의 외부로 노출되지 않도록 수용되며, 타측은 하우징의 외부로 인출되어 그 타단부에 각각 광원과 광 검출부가 결합된 한 쌍의 광섬유;로 구성된 것을 특징으로 하는 광 마이크로폰.
A cylindrical housing having one side open;
A fixing part having a ring-shaped frame, and having a diaphragm vibrated by an external sound on an open side of the frame, the other side of the frame being coupled to an open end of the housing;
The fixing part has a body which is inserted into the frame and is fixed while maintaining a space with the diaphragm, the body has a pair of insertion holes to be inserted and fixed with a pair of optical fibers having a constant reflection angle with respect to the diaphragm Jig formed;
A pair of optical fibers respectively accommodated in the insertion holes of the jig, the ends of which are received so as not to be exposed to the outside of the jig, and the other side thereof is drawn out of the housing so that the light source and the light detector are coupled to the other end thereof, respectively. Optical microphone, characterized in that.
The optical microphone according to claim 1, wherein the frame of the fixing part is made of polydimethyl-siloxane (PDMS) whose surface is plasma-treated.
The optical microphone according to claim 1, wherein the diaphragm is a thin plate made of synthetic resin or metal.
상기 하우징의 개방된 부위에 부착되어 외부의 소리에 의해 진동하는 진동판;
상기 하우징의 내부로 삽입되어 진동판과 공간을 유지하면서 고정되며, 상하방향을 관통하도록 유도홀이 형성된 광 유도구;
상기 광 유도구의 유도홀의 하측에 일단이 삽입되는 광섬유;
상기 광섬유의 타단에 접속되는 광 서큘레이터;
상기 광 서큘레이터에 광을 입사시키는 광원;
상기 광 서큘레이터로부터 출사되는 광을 검출하는 광 검출부;로 구성된 것을 특징으로 하는 광 마이크로폰.
A cylindrical housing having one side open;
A diaphragm attached to an open portion of the housing and vibrating by an external sound;
A light guide hole inserted into the housing to be fixed while maintaining a space with the diaphragm and having a guide hole formed to penetrate the vertical direction;
An optical fiber having one end inserted into a lower side of the guide hole of the light guide hole;
An optical circulator connected to the other end of the optical fiber;
A light source for injecting light into the optical circulator;
And an optical detector for detecting light emitted from the optical circulator.
The optical microphone according to claim 4, wherein the guide hole of the light guide port is configured such that its inner diameter is diffused toward the upper side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110063631A KR101181669B1 (en) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Optical microphone |
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KR1020110063631A KR101181669B1 (en) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Optical microphone |
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KR101181669B1 true KR101181669B1 (en) | 2012-09-19 |
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ID=47113407
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Country | Link |
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KR (1) | KR101181669B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030035343A1 (en) | 2000-06-28 | 2003-02-20 | Alexander Paritsky | Optical microphone/sensor |
-
2011
- 2011-06-29 KR KR1020110063631A patent/KR101181669B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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US20030035343A1 (en) | 2000-06-28 | 2003-02-20 | Alexander Paritsky | Optical microphone/sensor |
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