專利名稱：光纖聲音采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光纖聲音采集器
(一) 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種光纖聲音采集器。
(二) 背景技術(shù)
傳統(tǒng)的麥克風(fēng)在聲場(chǎng)和電場(chǎng)中起著重要的溝通作用，它可將聲音信號(hào)傳至任何地方或者 記憶裝置。麥克風(fēng)是使用電磁場(chǎng)或靜電場(chǎng)來產(chǎn)生動(dòng)作的，外部的強(qiáng)電磁場(chǎng)將會(huì)影響這些裝置 的功能。光纖聲音采集器包括光纖傳感頭和光信號(hào)處理模塊兩個(gè)獨(dú)立的部分，這兩部分通過 光纖連接，是將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光學(xué)信號(hào)，并通過光纖傳輸，進(jìn)入到光信號(hào)處理模塊 ，再將調(diào)制的光信號(hào)解調(diào)成電信號(hào)的一種裝置。目前市場(chǎng)上常見的光纖聲音采集器大多采用 如申請(qǐng)?zhí)枮?00520060813.6的中國實(shí)用新型專利公開光纖傳感頭，其輸入和輸出光纖為" Y"型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的光纖傳感器在輸入光纖和輸出光纖在接入過程中不能對(duì)調(diào)， 一旦接 錯(cuò)，裝置便不能工作，因此靈活性和方便性較差；不僅如此，"Y"型結(jié)構(gòu)的光纖傳感頭還 需通過一個(gè)光纖耦合器才能與光信號(hào)處理模塊的光源和光電探測(cè)器相連，這樣不僅靈敏度和 信噪比不高，而且會(huì)造成器件的可靠性下降、結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、成本也會(huì)相應(yīng)增加。
(三) 實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種靈敏度和可靠性高，且結(jié)構(gòu)簡單的光纖聲音 采集器。
為解決上述問題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的光纖聲音采集器，包括光纖傳感頭、光源、光電 探測(cè)器和信號(hào)處理模塊，光纖傳感頭主要由一腔筒構(gòu)成，該腔筒包括前腔筒和后腔筒，前腔 筒的中間有一貫穿的進(jìn)音孔，后腔筒的中間有一貫穿的通光孔， 一反射膜設(shè)置在該進(jìn)音孔和 通光孔之間，其不同在于，腔筒內(nèi)還包括一光纖準(zhǔn)直器，該光纖準(zhǔn)直器從通光孔伸入后腔筒 ，并密封于后腔筒內(nèi)；準(zhǔn)直器內(nèi)部耦合有兩根光纖，這兩根光纖的另一端分別與光源和光電 探測(cè)器相接。這種結(jié)構(gòu)的光纖傳感頭采用對(duì)稱式反射雙纖結(jié)構(gòu)，即用雙纖傳輸信號(hào)，兩根光 纖在空間位置上是對(duì)稱的，任意一根可作為輸入光纖，則另一根作為輸出光纖，不僅用戶在 使用過程中無需擔(dān)心接錯(cuò)輸入和輸出光纖，操作更為簡便和可靠，而且也不產(chǎn)生電磁場(chǎng)，對(duì) 射頻信號(hào)和電磁信號(hào)具有抗干擾性，其靈敏度高，而且結(jié)構(gòu)更為簡單、成本也更為低廉。
上述方案，所述光纖準(zhǔn)直器的外徑與通光孔的孔徑相密合，光纖準(zhǔn)直器恰好卡于通光孔內(nèi)。上述方案，光纖準(zhǔn)直器的軸心最好與反射膜的中心位于同一直線上，用以提高反射率， 增加光纖傳感頭的靈敏度。
反射膜是光纖傳感頭的關(guān)鍵元器件，反射膜對(duì)輸入基準(zhǔn)光的反射率越高，光纖傳感頭對(duì) 聲音的靈敏度越高。本實(shí)用新型的反射膜可以采用一整體非金屬或者金屬反射膜片構(gòu)成，但 最好采用中心粘貼有非金屬反射膜片的彈性膜片構(gòu)成，即反射膜選用一不具有光反射能力的 彈性膜片作為基片，并只在彈性膜片中心粘貼有用于進(jìn)行光反射的非金屬反射膜片構(gòu)成。這 樣便能夠在兼顧反射率的同時(shí)，降低光纖傳感頭的插入損耗，提高了靈敏度。
所述光纖可為單?；蚨嗄９饫w。由于在光纖傳感頭中，同樣的(反射膜振動(dòng)導(dǎo)致的)位 移變化，單模光纖所接收的聲音調(diào)制光強(qiáng)弱變化幅度，要大于多模光纖，在一定程度上提高 了光纖傳感頭對(duì)聲音的靈敏度，因此本實(shí)用新型的輸入和輸出光纖最好為單模光纖。
所述光電探測(cè)器是一種由雪崩光電二極管組成的光電轉(zhuǎn)換電路。
所述光信號(hào)處理模塊還包括有靈敏度調(diào)節(jié)電路，該靈敏度調(diào)節(jié)電路主要由光電二極管、 靈敏度調(diào)節(jié)電阻、運(yùn)算放大器和與之匹配的電阻電容構(gòu)成；靈敏度調(diào)節(jié)電阻的可變端與外部 調(diào)節(jié)旋鈕相連。靈敏度調(diào)節(jié)電路在光信號(hào)處理模塊中起到提高接收聲音信號(hào)能力的作用，由 于傳感頭在聲場(chǎng)中捕獲的聲音信號(hào)有所不同，為了獲取不同分貝值的聲音信號(hào)，可通過調(diào)節(jié) 不同的阻值來提高分辨能力。
所述光信號(hào)處理模塊還包括低電量告警電路。低電量告警具有提示的功能，通過告警燈 的亮或滅來進(jìn)行判斷當(dāng)燈亮?xí)r，表示供電電池的電量過低，應(yīng)及時(shí)更換電池，以保證光纖 聲音采集器的正常工作和靈敏度。
為提高設(shè)備的擴(kuò)展性，所述光信號(hào)處理模塊上設(shè)有線性輸出端口、和/或麥克風(fēng)輸出端 口、和/或耳機(jī)輸出端口。
本實(shí)用新型的光纖傳感頭是由非導(dǎo)磁材料制成，其主要工作本體是光，即使在強(qiáng)電磁場(chǎng) 或高射頻環(huán)境中也能正常工作。該光纖聲音采集器的工作原理用普通的LED作為光源，通 過光纖入射到非磁性材料的振膜上，當(dāng)聲音信號(hào)使振膜振動(dòng)時(shí)，入射光被振膜振動(dòng)調(diào)制后反 射回去，接收光纖接收反射光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和解調(diào)后則可以還原聲音信號(hào)。由于它與傳統(tǒng)的 麥克風(fēng)有著本質(zhì)的區(qū)別，所以在使用方面具有很大的優(yōu)越性可以應(yīng)用在強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)或 強(qiáng)射頻環(huán)境中，在靈敏度、可靠性和保密性等方面，傳統(tǒng)的麥克風(fēng)將無法比擬。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、光纖傳感頭的結(jié)構(gòu)簡單、體積很小，質(zhì)量輕，隱蔽性好；插入損耗低、靈敏度高， 且光電探測(cè)器靈敏度可通過調(diào)節(jié)電阻值來進(jìn)行控制，以滿足不同時(shí)候?qū)Σ杉煌潭确重惵曇舻男枨?因?yàn)橛袝r(shí)候需采集的對(duì)象的聲音已經(jīng)很大，就可以將靈敏度調(diào)低，這樣就可以不 接收到一些低分貝的聲音，避免聲音混雜)；
2、 整個(gè)光路和光纖傳感頭部分無任何電的參與，不會(huì)引入電磁干擾，可在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境 下進(jìn)行工作。
3、 設(shè)置有麥克風(fēng)輸出，線性輸出，耳機(jī)輸出等三種聲音輸出方式，用戶可以根據(jù)需要 選擇適當(dāng)?shù)妮敵隹凇?br> 4、 信號(hào)以光纖傳輸，衰減比電纜小很多，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸和監(jiān)控。
5、 設(shè)有低電量的告警燈，當(dāng)電量低時(shí)，告警燈會(huì)亮，從而可以及時(shí)更換電池。
(四)
圖l為本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施例的原理框圖。 圖2為優(yōu)選的光纖傳感頭的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖說明1、前腔筒；2、后腔筒；3、反射膜3-1、反射膜片、3-2、彈性膜片；4、 進(jìn)音孔；5、通光孔；6、光纖準(zhǔn)直器；7、保護(hù)腔筒；8、橡膠尾套；9、輸入光纖；10、輸
出光纖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實(shí)施例的光纖聲音采集器如圖l所示，主要由光纖傳感頭和光信號(hào)處理模塊構(gòu)成。光 纖傳感頭與光信號(hào)處理模塊通過光纖連接。
光纖傳感頭包括兩個(gè)對(duì)接的前腔筒l、后腔筒2，前腔筒1的中間設(shè)有一貫穿的進(jìn)音孔4， 后腔筒2的中間設(shè)有一貫穿的通光孔5。 一反射膜3設(shè)置在該進(jìn)音孔4和通光孔5之間，并將前 腔筒1和后腔筒2所構(gòu)成的空腔分隔成兩個(gè)獨(dú)立的空腔。反射膜3為中心粘貼有非金屬反射膜 片3-l的彈性膜片3-2。本實(shí)施例的反射膜3是選用優(yōu)質(zhì)的只具有聲波諧振能力而不具有光反 射能力的彈性膜片3-2作為基片，并在彈性膜片3-2的中心粘貼用于進(jìn)行光發(fā)射非金屬反射膜 片3-l加工而成。反射膜片3-l和彈性膜片3-2為兩個(gè)同心的圓形膜片。后腔筒2內(nèi)還設(shè)置有一 光纖準(zhǔn)直器6，該光纖準(zhǔn)直器6從通光孔5伸入后腔筒2，直接或通過粘膠密封于后腔筒2內(nèi)。 所述光纖準(zhǔn)直器6的軸心與反射膜3的中心位于同一直線上。本實(shí)施例的光纖準(zhǔn)直器6的外徑 與后腔筒2的通光孔5的孔徑相密合，且光纖準(zhǔn)直器6恰好卡于通光孔5內(nèi)。光纖準(zhǔn)直器6與后 腔筒2的通光孔5的孔徑間隙處還填有粘膠，主要是用來進(jìn)行密合，有助于防止外部光線進(jìn)入 反射膜3與后腔筒2所構(gòu)成的空腔內(nèi)。所述光纖準(zhǔn)直器6為光纖通信領(lǐng)域內(nèi)常用的光纖雙芯準(zhǔn) 直器，該光纖準(zhǔn)直器6包括有一反射鏡，兩根光纖位于反射鏡的同一側(cè)。光纖準(zhǔn)直器內(nèi)6耦合的兩根光纖在空間位置上是對(duì)稱的，其中任意一根可作為輸入光纖9，則另一根作為輸出光 纖10。上述前腔筒l、反射膜3構(gòu)成一個(gè)(有倒相管的)聲音外諧振腔；反射膜3、后腔筒2、 粘膠和光纖準(zhǔn)直器6構(gòu)成另一個(gè)聲音內(nèi)諧振腔。作為改進(jìn)，本實(shí)施例還包括一套于后腔筒2上 的保護(hù)腔筒7，保護(hù)腔筒7的后端套合一橡膠尾套8，目的是為了保護(hù)光纖尾纖，如圖2。光信 號(hào)處理模塊主要由光源驅(qū)動(dòng)器、光源、光電探測(cè)器和信號(hào)處理模塊構(gòu)成。光纖傳感頭上的輸 入光纖9與光源相連，輸出光纖10與光電探測(cè)器相連。本實(shí)施例的光源為普通的LED發(fā)光二極 管。光源驅(qū)動(dòng)器與光源相連，并驅(qū)動(dòng)光源發(fā)射一束恒定激光至光纖傳感頭。光電探測(cè)器與信 號(hào)處理模塊相連，并將從光纖傳感頭返回的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再復(fù)原為聲音。本實(shí)施例 采用4.5V的電池供電，其信號(hào)處理模塊還包括有靈敏度調(diào)節(jié)電路和低電量告警電路。靈敏度 調(diào)節(jié)電路主要由光電二極管、靈敏度調(diào)節(jié)電阻、運(yùn)算放大器和與之匹配的電阻電容構(gòu)成。光 電二極管的正極與光電探測(cè)器的輸出端連接，負(fù)極通過靈敏度調(diào)節(jié)電阻與地相連。 一電容跨 接在光電二極管和靈敏度調(diào)節(jié)電阻的兩端。運(yùn)算放大器同相輸入端通過一電容接在光電二極 管和靈敏度調(diào)節(jié)電阻相連的導(dǎo)線上，反相輸入端與地相連，輸出端通過一RC電路反饋至同相 輸入端。靈敏度調(diào)節(jié)電路在光信號(hào)處理模塊中起到提高接收聲音信號(hào)的能力的作用，由于傳 感頭在聲場(chǎng)中捕獲的聲音信號(hào)有所不同，為了獲取不同分貝值的聲音信號(hào)，可通過調(diào)節(jié)不同 的阻值來提高分辨能力。當(dāng)傳感頭置于聲場(chǎng)中時(shí)，聲音信號(hào)可能較弱，為了成功獲取信號(hào)的 信息，可以對(duì)靈敏度調(diào)節(jié)電路中的變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)過程可利用外置的旋鈕來完成。 通過撥轉(zhuǎn)旋鈕，根據(jù)輸出的聲音信號(hào)的好壞來逐步調(diào)節(jié)，最終獲得較清晰的聲音。例如當(dāng) 聲場(chǎng)中的聲音較大時(shí)，可把電路的電阻值調(diào)高，使得電路的電流變小，靈敏度值降低，從而 得到所需的聲音信號(hào)；反之，當(dāng)聲音較小時(shí)，可把電路的電阻值調(diào)低，使得電路的電流變大 ，靈敏度值升高，從而捕獲微弱的聲音信號(hào)。因此根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)阻值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)， 減少噪音的引入。低電量告警電路在告警燈的控制電路中設(shè)置有一個(gè)電壓檢測(cè)器，由一塊芯 片構(gòu)成，其檢測(cè)電壓為2V。當(dāng)它的輸入電壓大于或等于2V時(shí)，則輸出電壓也同樣大于或等于 2V;當(dāng)它的輸入電壓小于2V時(shí)，則輸出電壓為0V。根據(jù)電壓檢測(cè)器的這一特點(diǎn)，當(dāng)告警燈控 制電路的輸入電壓為4.5V時(shí)，電壓檢測(cè)器的電壓輸入端a和電壓輸出端b的電壓均為4.5V，使 得二極管兩端的電位相同，因此無法導(dǎo)通二極管，告警燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)控制電路的輸入 電壓為1V時(shí)，電壓檢測(cè)器的電壓輸入端a為1V，而電壓輸出端b則為OV，從而使得二極管兩 端形成一定的電位差，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，告警燈點(diǎn)亮。
下面對(duì)本實(shí)施例的光纖聲音采集器的工作過程進(jìn)行說明將光纖傳感頭安置于需要采集 聲音的地方，把光信號(hào)處理器的電池裝上，打開電源開關(guān)。光信號(hào)處理器中的光源將發(fā)出一束恒定的基準(zhǔn)激光，該基準(zhǔn)激光通過光纖準(zhǔn)直器6中一根輸入光纖9到達(dá)振動(dòng)的反射膜片3-l 表面。當(dāng)處在聲場(chǎng)中的反射膜3捕捉到聲音信號(hào)時(shí)，通過光纖傳感頭外諧振腔與內(nèi)諧振腔共 振，推動(dòng)彈性膜片3-2帶動(dòng)反射膜片3-l敏感振動(dòng)。反射膜3的振動(dòng)改變了膜片與光纖端面之 間的距離，從而改變了光纖所能接收到的光強(qiáng)度(聲音越強(qiáng)，振動(dòng)膜片與接收光纖端面的距 離就越近，所接收到的光強(qiáng)度就會(huì)越大)。通過反射膜片3-l反射光的光強(qiáng)弱，光纖準(zhǔn)直器 6中的輸出光纖10接收反射光的光強(qiáng)弱變化，將這些被調(diào)制的光信號(hào)傳送到光信號(hào)處理模塊 。首先經(jīng)過光信號(hào)處理模塊內(nèi)的光電探測(cè)器，進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入信號(hào)處理模塊 復(fù)原為聲音。由于接收的聲音分貝值不同，因此可通過調(diào)節(jié)靈敏度電路中的不同的阻值，進(jìn) 一步調(diào)節(jié)其接收信號(hào)的靈敏度。為了方便使用，在光信號(hào)處理模塊的外部設(shè)置一旋鈕，通過 旋轉(zhuǎn)此旋鈕來調(diào)節(jié)靈敏度(為了獲得清晰的聲音，可通過調(diào)節(jié)旋鈕來提高接收靈敏度，從而 提取所需的聲音信號(hào))。之后對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，最后可選擇以MIC輸出，線性 輸出和耳機(jī)輸出等方式輸出，將各輸出端口接至相應(yīng)聲音輸出設(shè)備即可聽到光纖傳感頭采集 到的聲音；在選擇聲音的大小方面可通過音量調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出聲音的大小。同時(shí)在使用過 程中注意觀察低電量告警燈，如果燈亮了，則應(yīng)該及時(shí)更換電池，以保證光纖聲音采集器的 正常工作和靈敏度。
權(quán)利要求權(quán)利要求1光纖聲音采集器，包括光纖傳感頭、光源、光電探測(cè)器和信號(hào)處理模塊，光纖傳感頭主要由一腔筒構(gòu)成，該腔筒包括前腔筒(1)和后腔筒(2)，前腔筒(1)的中間有一貫穿的進(jìn)音孔(4)，后腔筒(2)的中間有一貫穿的通光孔(5)，一反射膜(3)設(shè)置在該進(jìn)音孔(4)和通光孔(5)之間，其特征在于所述腔筒內(nèi)還包括一光纖準(zhǔn)直器(6)，該光纖準(zhǔn)直器(6)從通光孔(5)伸入后腔筒(2)，并密封于后腔筒(2)內(nèi)；準(zhǔn)直器內(nèi)部耦合有兩根光纖，這兩根光纖的另一端分別與光源和光電探測(cè)器相接。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述光纖準(zhǔn) 直器(6)的外徑與通光孔(5)的孔徑相密合，光纖準(zhǔn)直器(6)恰好卡于通光孔(5)內(nèi)。
3 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述光 纖準(zhǔn)直器(6)的軸心與反射膜(3)的中心位于同一直線上。
4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述反射膜 (3)為中心粘貼有非金屬反射膜片(3-1)的彈性膜片(3-2)。
5 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述光 纖為單模光纖。
6 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述光 電探測(cè)器為雪崩光電二極管。
7 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述信 號(hào)處理模塊還包括有靈敏度調(diào)節(jié)電路，該靈敏度調(diào)節(jié)電路主要由光電二極管、靈敏度調(diào)節(jié)電 阻、運(yùn)算放大器和與之匹配的電阻電容構(gòu)成；靈敏度調(diào)節(jié)電阻的可變端與外部調(diào)節(jié)旋鈕相連
8 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述信 號(hào)處理模塊還包括低電量告警電路。
9 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖聲音采集器，其特征在于所述信號(hào)處理模塊上設(shè)有線性輸出端口、和/或麥克風(fēng)輸出端口、和/或耳機(jī)輸出端口。
專利摘要本實(shí)用新型所公開的光纖聲音采集器，包括光纖傳感頭、光源、光電探測(cè)器和信號(hào)處理模塊，光纖傳感頭主要由一腔筒構(gòu)成。該腔筒包括前腔筒和后腔筒，前腔筒的中間有一貫穿的進(jìn)音孔，后腔筒的中間有一貫穿的通光孔，一反射膜設(shè)置在該進(jìn)音孔和通光孔之間。腔筒內(nèi)還包括一光纖準(zhǔn)直器，該光纖準(zhǔn)直器從通光孔伸入后腔筒，并密封于后腔筒內(nèi)；準(zhǔn)直器內(nèi)部耦合有兩根光纖，這兩根光纖的另一端分別與光源和光電探測(cè)器相接。
文檔編號(hào)G01H9/00GK201233271SQ20082030150
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者柳榮遠(yuǎn), 磊 蘇 申請(qǐng)人:桂林光比特科技有限公司