[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

摘要

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。

主权项

1.一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：φF＝φ0‑Csin[φF+arctan(α)]    (1)I＝I0+ΔIcos(φF)    (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，φF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φF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，Lext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：p＝Acos(2πft+2πr/λ)    (4)式(4)中，p为矢量，A为声压的振幅，f为声波信号的频率，λ为声波波长，r为空间中任意一点处的位置矢量，声场空间中任意一点处的反馈物受到声压作用，使反馈物与激光器所组成的激光自混合系统外腔长度受声压产生受迫振动，所引起的自混合系统外腔长度变化为：ΔLext＝kp    (5)式(5)中，k是声压引起外腔长度变化的比例系数；因此利用激光自混合效应，结合式(1)至式(5)，通过对激光器的输出激光的信号强度进行测量，能够解调出激光器的外腔相位变化，进一步获得反馈物所处位置声场的变化，从而还原出任意一点处的声场信息。