[发明专利]一种可视化调焦的激光自混合信号声音检测方法及系统

说明书

本发明涉及激光声音传感测量技术领域，具体为一种基于激光自混合信号的可调焦的声音检测方法及系统，该方法为：激光器输出激光；激光经过焦距可调的有限共轭系统后聚焦到置于被测声场中的反馈物上，反馈物由被测声场驱动振动；聚焦到反馈物上的激光信号经反馈物反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，形成带有声场信息的激光自混合信号；采集激光自混合信号并将其转化为电信号，对电信号进行分析处理即可获得反馈物所在位置的声场信息；在对有限共轭系统进行调焦时，利用可视化指示系统对有限共轭系统在被测声场中的聚焦位置进行观察；本发明发射、接收共光路，具有系统结构简单、调节光路方便、制作成本低、受环境影响小等优点。

技术领域

本发明涉及激光声音传感测量技术领域，具体为一种基于激光自混合信号的可调焦的声音检测方法及系统。

背景技术

声振动是现代各种工程，如导弹、飞机、船舰、汽车、桥梁、堤坝和大型建筑等各种结构设计中的重要参数。传统的声振动传感器大都是压电式、电磁式或者静电式。这类电参量传感器抗电磁干扰能力差，在易燃易爆环境下有潜在的危险，使其性能和使用受到很大限制。而利用光学方法进行声振动传感测量成为近年来研究的热点。其中主要有干涉型声振动传感器和光纤光栅型声振动传感器。传统干涉型声振动传感器是利用声振动信号改变干涉仪两光信号的相位差，使干涉输出随传感臂长度变化而变化，实现对声振动信号的检测。但该测量方案信号光和参考光处在不同光路，受环境影响较大，结构相对复杂且调试困难。光纤光栅型声振动传感器则是利用声振动信号改变光纤光栅的空间周期，引起输出光的光波长发生变化。它的探测灵敏度非常高，但波长检测成本较高。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种可视化调焦的激光自混合信号声音检测方法及系统。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种可视化调焦的激光自混合信号声音检测方法，具体步骤包括：

A.激光器输出激光；

B.激光经过焦距可调的有限共轭系统后聚焦到置于被测声场中的反馈物上，反馈物由被测声场驱动振动；

C.聚焦到反馈物上的激光信号经反馈物反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，形成带有声场信息的激光自混合信号；

D.采集激光自混合信号并将其转化为电信号，对电信号进行分析处理即可获得被测声场的声音信号；

其中：

步骤B中，为确保激光在经过焦距可调的有限共轭系统后能够聚焦到反馈物上，需要对有限共轭系统进行调焦，调焦过程中利用可视化指示系统对有限共轭系统在被测声场中的聚焦位置进行观察；

步骤D中，信号的具体分析处理方法如下：

基于激光自混合干涉理论，得到：

φ_F＝φ₀-Csin[φ_F+arctan(α)] (1)

I＝I₀+ΔIcos(φ_F) (2)

式(1)和式(2)中，C为反馈光强度，α为激光器的线宽展宽因子，式(2)中I和I₀分别为有反馈光和无反馈光时激光器的输出激光的信号强度，ΔI为有反馈时的输出光信号强度变化幅度，φ_F和φ₀分别为有反馈光和无反馈光时激光器输出激光的相位，其中φ_F的表达式如下：

式(3)中，υ为有反馈光时的激光频率，c为真空中的光速，L_ext为实时外腔长度；

在声场中，空气中平面声波任意一点处t时刻声压p表示为：