RU2473181C1 - Оптический микрофон - Google Patents
Оптический микрофон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473181C1 RU2473181C1 RU2011119836/28A RU2011119836A RU2473181C1 RU 2473181 C1 RU2473181 C1 RU 2473181C1 RU 2011119836/28 A RU2011119836/28 A RU 2011119836/28A RU 2011119836 A RU2011119836 A RU 2011119836A RU 2473181 C1 RU2473181 C1 RU 2473181C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- microphone
- optical
- photodetector
- focusing lens
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах громкоговорящей и телефонной связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические. Оптический микрофон состоит из корпуса, мембраны, закрепленной по его периметру, монохроматического источника света, фокусирующей линзы и фотоприемника. Источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода. Мембрана микрофона выполнена гофрированной из тонкого слоя нитрида силикона толщиной 0,1 мкм, причем отражение света у нее происходит от центрального участка диаметром 0,4 мм, полученного с помощью нанесения золота фотолитографическим методом. Технический результат - повышение надежности и чувствительности оптического микрофона. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах громкоговорящей и телефонной связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические.
Для работы по волоконно-оптическим линиям связи на кораблях, судах и других подвижных объектах необходимо применять элементы, работающие по оптическому кабелю. К таким элементам относятся и оптические микрофоны.
В настоящее время волоконные световоды нашли широкое применение на кораблях, судах и подводных лодках [Катанович А.А., Николшин Ю.Л. Корабельные оптические системы связи. СПб., Судостроение, 2009 г., 239]. Важной проблемой, возникающей при внедрении корабельных оптических систем связи, является преобразование акустических сигналов в электрические. Используемые обычные электроакустические преобразователи - микрофоны типа ДЭМШ в аппаратуре связи корабельных комплексов обладают недостаточной защищенностью от радиопомех.
Оптические микрофоны используют принцип модуляции интенсивности лазерного светового луча: луч света от лазерного источника направляется по оптоволокну и освещает мембрану микрофона. При колебании мембраны световой поток модулируется (по интенсивности) и идет по второму оптоволокну на фотодиод, который преобразует сигнал в переменный ток. При таком принципе не используется преобразование колебаний мембраны непосредственно в электрический сигнал, как в обычных микрофонах. Мембрана может вообще размещаться на расстоянии нескольких десятков метров от источника света и фотодиода из-за низких потерь при передаче сигнала по оптоволокну (потери сигнал/шум составляют меньше 2 дБ на 1 км оптоволокна).
Оптический микрофон не производит никаких электромагнитных излучений (ни за счет капсюля, где в других типах микрофонов обычно размещен предусилитель, ни за счет кабелей) и сам нечувствителен к электромагнитным полям. Из-за малых размеров может быть размещен в любом труднодоступным месте (при этом его сложно обнаружить известными методами) и может работать в сильных магнитных, электрических или радиополях.
Аналогом устройства согласно изобретению является оптоэлектронный микрофон (АС СССР №627599, кл. H04R 23/00, 1979). Микрофон содержит корпус, мембрану, закрепленную по периметру на корпусе микрофона, монохроматический источник света и оптическую систему с фотоприемником для преобразования механических колебаний в электрические.
Прототипом является оптический микрофон по патенту РФ №2047944, кл. 6 Н04R 23/00, 1990. Микрофон содержит корпус, мембрану, закрепленную по периметру корпуса, источник монохроматического излучения, фокусирующую линзу и фотоприемник. Источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода.
Недостатками как аналога, так и прототипа являются большие потери световой энергии и малый диапазон преобразования акустического сигнала в электрический, невысокая надежность этих устройств при внешних воздействиях (ударах, вибрации и т.п.), при этом самое главное - не обеспечивается стабильность работы микрофона из-за технологических проблем, вызванных прежде всего необходимостью обеспечения стабильности работы микрофона и оптимизации отношения сигнал-шум. Источником шума является, в первую очередь, фотодетектор. Для снижения шума следует увеличить мощность источника света (за счет применения диодных лазеров высокой яркости) и увеличить точность детектирования смещений мембраны (которая выполняет роль отражающего зеркала) при колебаниях. Для этого необходимо разработать мембрану, обладающую высокой чувствительностью и точностью воспроизведения звука.
Цель изобретения - повышение надежности и чувствительности оптического микрофона.
Поставленная цель достигается тем, что оптический микрофон состоит из корпуса, мембраны, закрепленной по его периметру, монохроматического источника света, фокусирующей линзы и фотоприемника, причем источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода, при этом мембрана выполнена гофрированной из тонкого слоя нитрида силикона толщиной 0,1 мкм, причем отражения света у нее происходят от центрального участка диаметром 0,4 мм, полученного с помощью нанесения золота фотолитографическим методом.
На Фиг.1 показан предлагаемый микрофон; на Фиг.2 - график зависимости луча от расстояния между мембраной и оптоволокном.
Оптический микрофон содержит монохроматический источник 1 света, фокусирующую линзу 2, размещенную напротив входа в волоконно-оптический световод 3, связанный с гофрированной мембраной 4, на которой установлено золоченое кольцо 5, а также фотоприемник 6, расположенный напротив выхода световода 3. Микрофон размещен в корпусе 7, имеющем отверстия, защищенные декоративной сеткой.
Световой пучок от источника 1 света фокусируется линзой 2 и направляется перпендикулярно торцу световода 3 на мембрану 4.
Под воздействием акустических колебаний мембрана 4 начинает изменять свою форму. При колебаниях мембраны, на которой находится золоченое кольцо 5 (активная область мембраны), световой поток модулируется и идет по второму оптоволокну на фотодиод 6, который преобразует сигнал в переменный ток.
Интенсивность модулированного светового луча зависит от геометрии отражающей мембраны, расстояния между концом оптоволокна 3 и поверхностью мембраны 4 и угловой позиции волокна относительно поверхности мембраны. Связь между интенсивностью отраженного светового луча и расстоянием от конца оптоволокна до поверхности мембраны показана на фиг.2. В пределах 30 мкм она растет относительно линейно, затем достигает максимума (в данном примере на расстоянии 50 мкм) и начинает спадать. Для сохранения линейности выбирается расстояние на первом участке порядка 35 мкм.
Относительно важную роль для интенсивности выходного луча играет также выбор углового положения оптоволокна относительно поверхности мембраны. При колебании мембраны происходит боковой сдвиг светового пятна относительно центра принимающего волокна, пропорционально величине этого сдвига уменьшается световая интенсивность в принимающем волокне. Для увеличения точности на оптоволокне от источника используется фокусирующая линза. Угловое расположение волокон (фиг.3) оптимизировано с помощью специальной программы типа ZEMAX.
Оптический лазер и фотодиод микрофона смонтированы на одной стеклянной плате, они отделены друг от друга непрозрачной перегородкой и покрыты сверху эпоксидной резиной. Размер лазера 0,2×2 мм, фотодиода - 0,5×5 мм, общий размер микрофона: диаметр - 0,5 мм, толщина - 1,5 мм.
Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом предложенная конструкция оптического микрофона обеспечивает высокую чувствительность и диапазонные свойства и вместе с тем не требует установки в корпусе дополнительных оптических или механических элементов, что повышает надежность его функционирования.
Claims (1)
- Оптический микрофон, состоящий из корпуса, мембраны, закрепленной по его периметру, монохроматического источника света, фокусирующей линзы и фотоприемника, причем источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода, отличающийся тем, что мембрана выполнена гофрированной из тонкого слоя нитрида силикона толщиной 0,1 мкм, при этом отражение света у нее происходит от центрального участка диаметр 0,4 мм, полученного с помощью нанесения золота фотолитографическим методом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119836/28A RU2473181C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Оптический микрофон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119836/28A RU2473181C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Оптический микрофон |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011119836A RU2011119836A (ru) | 2012-11-27 |
RU2473181C1 true RU2473181C1 (ru) | 2013-01-20 |
Family
ID=48806678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011119836/28A RU2473181C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Оптический микрофон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2473181C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2624786C1 (ru) * | 2016-10-17 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Устройство для измерения аэродинамического давления на тоннельные сооружения |
US10356533B2 (en) | 2015-04-09 | 2019-07-16 | Sintef Tto As | Speech recognition |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993007686A1 (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-15 | Buchholz Jeffrey C | Optical microphone with vibrating optical element |
RU2047944C1 (ru) * | 1990-03-27 | 1995-11-10 | Войсковая часть 60130 | Оптический микрофон |
JPH11316155A (ja) * | 1998-03-07 | 1999-11-16 | Sennheiser Electronic Kg | 光センサ―及び光マイクロホン |
RU2365064C1 (ru) * | 2008-04-18 | 2009-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Оптический микрофон и способ изготовления его звукочувствительной мембраны |
-
2011
- 2011-05-17 RU RU2011119836/28A patent/RU2473181C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047944C1 (ru) * | 1990-03-27 | 1995-11-10 | Войсковая часть 60130 | Оптический микрофон |
WO1993007686A1 (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-15 | Buchholz Jeffrey C | Optical microphone with vibrating optical element |
JPH11316155A (ja) * | 1998-03-07 | 1999-11-16 | Sennheiser Electronic Kg | 光センサ―及び光マイクロホン |
RU2365064C1 (ru) * | 2008-04-18 | 2009-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Оптический микрофон и способ изготовления его звукочувствительной мембраны |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10356533B2 (en) | 2015-04-09 | 2019-07-16 | Sintef Tto As | Speech recognition |
RU2624786C1 (ru) * | 2016-10-17 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Устройство для измерения аэродинамического давления на тоннельные сооружения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011119836A (ru) | 2012-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5262884A (en) | Optical microphone with vibrating optical element | |
US4310905A (en) | Acoustical modulator for fiber optic transmission | |
US20050041905A1 (en) | Fiber optic pressure sensor | |
US11215481B2 (en) | Diaphragm-based fiber acoustic sensor | |
US20090257753A1 (en) | Electroacoustic transducer | |
CN2834067Y (zh) | 光纤麦克风 | |
US20160161326A1 (en) | Flexible Optical Sensor Module | |
CN111854923A (zh) | 声波测量系统、悬臂梁式光纤声波传感器解调系统及方法 | |
RU2473181C1 (ru) | Оптический микрофон | |
KR20080031477A (ko) | 마이크로폰 소자 | |
KR101832075B1 (ko) | 음향 변환기, 음향 변환 시스템, 광학 수중 청음기, 음향 변환 어레이 및 선박 | |
CN101783997A (zh) | 光纤激光传声扬声系统 | |
CN205537938U (zh) | 光纤水听器 | |
US5910855A (en) | Passive acousto-optic modulator | |
KR101824873B1 (ko) | 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템 | |
RU114256U1 (ru) | Оптический микрофон | |
US9395502B2 (en) | Apparatus and method for coupling optical signals between optical fibers and photo devices | |
CN101888578A (zh) | 干涉型光纤拾音探头 | |
GB2079932A (en) | Opto-electronic microphone | |
CN113776642A (zh) | 一种基于激光多普勒测振的数字水听器及测振方法 | |
CN211123390U (zh) | 一种硅光波分复用光引擎 | |
Wu et al. | A novel optical accelerometer based on slant-ended fiber | |
KR100853857B1 (ko) | 광 마이크로폰 및 그 제작 방법 | |
CN2681083Y (zh) | 光纤束位移传感器 | |
RU2047944C1 (ru) | Оптический микрофон |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130518 |