[发明专利]基于多模干涉的声光转换方法及光学麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及声光转换、声振动的光学检测方法及麦克风，具体讲涉及基于多模干涉的声光转换方法及光学麦克风。 

背景技术

麦克风作为一种最常见的声音信号采集工具在国民生产生活的各个方面有着广泛的应用。最早的麦克风主要用在电话上进行远距离的通信。从1962年麦克风发明至今，经过近五十年的发展，传统电学麦克风的技术已经日趋完善和成熟，各种各样不同用途的产品不断问世。随着科学技术的不断发展，麦克风已经不再仅仅应用于远距离的通话，在语音记录，声级振动测量和环境噪声级测量等领域发挥着越来越大的作用。 

传统型麦克风是基于声波振动到电学信号的转换，再通过有线或者无线的方式进行传输。这种麦克风存在着一定的局限性和潜在的应用隐患，如面临着易受干扰、易引入噪声、保密性差等问题。此外，在一些复杂的环境下，如核磁共振仪的强磁场和水下等环境，传统电学麦克风无法使用。为解决上述问题，光学麦克风应运而生。 

光学麦克风是指应用光学方法将声音的振动信号先转换为光信号进行传输，在接受端再将光信号还原为声音信号。与传统的电学麦克风相比，光学麦克风有以下的明显优势：第一，不受电磁环境的影响。由于直接将声音振动转换为光信号，通过光纤传输到接收端，因此可以工作在各种复杂的电磁环境中。第二，前端无源。可以长时间工作在独立环境中，无需人工补给，可靠性，稳定性高。第三，保密性好。由于光信号本身所具有的特点，信号在传输过程中不易被窃取，能够很好的适应国防应用的需要。 

基于光纤传感器的光学麦克风不仅具有良好的抗电磁干扰特性、稳定性以及保密性，而且体积小，结构简单，安全可靠，成为光学麦克风领域的研究热门。其实现光声转换的核心思想是将声波振动所产生的声压作用于光纤传感器，从而引起光纤中光信号强度、相位等参数的变化。按照调制方式的不同，光纤型光学麦克风可分为强度调制型、相位调制型和波长调制型。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种制作成本低廉，灵敏度高，具有商 业化的潜在可能并易于实现批量化生产的基于多模干涉的光学麦克风及其振动检测方法。 

为达到上述目的本发明采用的技术方案是，基于多模干涉的声光转换方法，包括下列步骤：使宽带光源通过可调谐滤波器输出窄带光；使所述的窄带光通过黏贴在振膜上的多模干涉光纤传感器，当振膜感受声波信号发生振动时，将使附着于其上的多模光纤传感器发生形变，从而引起出射光的变化，实现声波振动到光信号的转化；使所述光信号经过光电转换后进行滤波放大处理，驱动扬声器发声，还原声音信号。 

所述使所述的窄带光通过黏贴在振膜上的多模干涉光纤传感器进一步细化为，使窄带光的中心波长固定在多模干涉传感器透射光谱斜率最大处。 

基于多模干涉的光学麦克风，包括：宽带光源输出到可调谐滤波器，可调谐滤波器输出到黏贴在振膜上的多模干涉光纤传感器，多模干涉光纤传感器输出到用于对光信号进行光电转换的光电二极管，光电二极管输出的电信号经滤波放大驱动扬声器。 

本发明可带来以下技术效果： 

本发明采用基于多模干涉原理的新型声波振动测量方法和声光转换方法，实现以光信号作为载体的光学麦克风，不仅结构简单，制作方便而且成本低廉，为光学麦克风的商业化和批量化生产提供潜在可能。本发明采用光波传感声音信号，可以解决传统麦克风易受干扰、保密性差以及在复杂环境下无法使用的问题。 

附图说明

图1多模干涉光纤传感器结构。 

图2多模干涉光纤传感器透射光谱。

图3本发明中多模干涉光纤传感器、可调谐滤波器的透射光谱，图中：(a)轴向受力的多模干涉光纤传感器透射光谱，(b)可调谐滤波器的透射光谱。 

图4基于多模干涉的光学麦克风系统结构图。 

图5本发明采用的滤波放大电路结构图。 

具体实施方式

本发明提供一种将声波信号转换为光信号进行传输的声波信号传感系统。其中声光转换方法是传感系统的关键，即将声波的震动转换成为光波幅度、相位、频率以及波长等参数的变化的方法。本发明是采用基于多模干涉(MMI)原理的传感器，通过振膜传动，将声波振动转换到光波波长的变化中去，可实现声波信号的抗干扰和高保密性传输。该声波振动检测方法也可广泛应用于其他振动检测领域。