[发明专利]一种基于激光横向位移探测声信号装置及其方法

说明书

本发明涉及一种基于激光横向位移探测声信号装置及其方法。包括：步骤1，设计并搭建光路，准直光路及调试四象限探测器与NI采集板卡采集；步骤2，采用激光横向位移探测声信号的原理得到测试结果；步骤3，通过推导振膜位移和声源声压的关系说明激光横向位移探测声信号提取了目标声源特征的可行性和优越性；步骤4，从振膜的理论视角分析振膜位移与声源质点振动的关系；步骤5，对振膜进行优化分析；步骤6，得到振膜位移与声源关系的图像；本发明提出的方法可对声信号进行基于激光横向位移的准确探测。

技术领域

本发明属于传声器技术领域，具体涉及一种基于激光横向位移探测声信号装置及其方法。

背景技术

激光光束位移测量技术属于光学精密测量的重要分支。主要应用于原子力显微镜，光镊空间自由通信，精确制导，引力波探测。随着精密测量、目标识别和光斑位置测量等多场景应用需求增多，现有的电子传声器测量方法无法满足非接触高作用距离隐蔽性强的应用场景。

现阶段，目前测量物体表面的振动特性方法大体可分为接触式测量和非接触式两类。其中接触式测量主要是在被测物表面安装加速度传感器等，传统接触式测量在传递和探测声信号时，会使用电子式传声器，该传声器具有声电换能原理，然而在一些特殊的环境中，想要避免电磁干扰，提高换能效率，且实现非接触式的测量，需要声光换能。声波是一种物质波，其实质是质点振动、应力、压力等在弹性介质(固体，液体，气体)中的多样表现形式。非接触式测量中，主要用光束来携带质点的振动信息，尤其利用红外光探测可以提高探测的隐蔽新和抗干扰性，在声学的研究领域中，声波的产生机制、传播形式以及检测方法是会共同涉及的内容。目标的测探、准确识别、定位声波要利用声波信号在弹性介质内的传播变化的规律。声音属于微压动态信号，要想测量声音信号，可以通过监测频率或声压来实现。现阶段，环境对目标的声学属性识别带来了困难。而且探测系统光路冗余，安装相对复杂。

上述研究现状表明，现有的测量物体表面的振动特性方法存在以下两方面不足：

接触式测量限制了测量设备与被测物体的距离，引入电磁干扰，非接触测量探测系统光路冗余，安装相对复杂，探测精度受限。

综上所述，我们认为在换能方法中，传声器的声光换能与光路的反射调制声信号的方法是提高目标探测的精度和换能效率的途径之一。因此，本发明方法通过设计一种基于激光横向位移探测声信号的装置，可实现利用激光回波振动特性基于光束的横向位移对微弱的声信号进行目标探测，借此非接触的隐蔽性强的实时测量的光电目标特征识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光横向位移探测声信号装置及其方法，以克服现有方法的不足之处。

本发明所采用的技术方案：一种基于激光横向位移探测声信号装置，包括激光器、第一高反镜、第二高反镜、聚焦透镜、波片、分束器、光功率计、第三高反镜、聚焦透镜、镀金大振膜、四象限探测器、PC端显示器、NI采集板卡、信号源、喇叭、示波器；所述1064nm的光纤激光器置于平台上，将其携带的光学耦合头固定，在激光器出光的同一方向的直线上放置第一高反镜，放置角度与光路方向呈45度角，光的位置在第一高反镜的中心，第一高反镜2反射光路距离在其20cm处放第二高反镜，使光路45度入射到第二高反镜，光的位置在第二高反镜的中心，在第二高反镜的反射光路方向依次放置聚焦透镜、波片、分束器，第三高反镜，在分束器的光学中心垂直于光路的方向放置光功率计，第三高反镜的放置在分束器后面，第三高反镜与这条路上的前端的光路呈45度角，在经过第三高反镜后的光路方向上安装聚焦透镜与镀金大振膜，所述镀金大振膜与前端的光路呈45度角，所述四象限探测器安装在光路经过镀金大振膜反射后的光路的方向上，并用三根BNC线缆将四象限探测器11的x，y，sum的输出连到示波器的的输入端口，再通过BNC线将四象限探测器11的x通道输出到NI板卡的采集端口，NI板卡与PC显示器连接；喇叭的纸盆朝向镀金大振膜放置，使两者的中心在一条直线上；用BNC线与信号源的CH1输出端口相连；

本发明使用基于激光横向位移探测声信号装置进行探测声信号的方法，步骤如下：