專利名稱：基于光纖光柵的聲音震動采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明光纖光柵，聲振動檢測，具體講涉及基于光纖光柵的聲音震動采集裝置。
背景技術(shù)：
目前的聲音震動采集方法基本為電學(xué)方法，具有代表性的有動圈式聲音震動采集 和電容式聲音震動采集。圖l為動圈式聲音震動采集的原理圖。將金屬膜片與線圈的尾端 相連，整個線圈置于一個永磁體中。當(dāng)有聲音震動時，金屬膜片產(chǎn)生振動，連接在振膜上的 線圈(即音圈)就隨著一起振動，切割永磁體的磁感線，線圈中就產(chǎn)生了電流信號。將這個 電流信號提取出來，就實(shí)現(xiàn)了聲音震動的采集。 其他的聲音震動采集方法與此類似，都是將聲音震動轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電壓，電 流等)進(jìn)行處理。采用這類方法，當(dāng)外界環(huán)境中有強(qiáng)烈的或復(fù)雜的其他電磁信號時，將導(dǎo)致 這類方法無法采集到正確的聲音震動。 此外，這類方法由于在采集端有電學(xué)過程，因此使用中會產(chǎn)生電磁輻射。當(dāng)這類方 法應(yīng)用于竊聽裝置時，極易被探測器發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在利用光纖光柵將聲音震動直接轉(zhuǎn)換為光學(xué)信 號，不引入電學(xué)過程，以實(shí)現(xiàn)在具有強(qiáng)烈或復(fù)雜外界電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)聲音震動采集的目的， 或在隱蔽采集時不易被探測器發(fā)現(xiàn)。 為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過第一個耦合器
進(jìn)入傳感用光纖光柵，被傳感用光纖光柵反射的光返回第一個耦合器并經(jīng)第二個耦合器進(jìn)
入解調(diào)用光纖光柵，解調(diào)用光纖光柵反射的光返回第二個耦合器成為最終的輸出信號，傳
感用光纖光柵粘貼在固定于圓柱形結(jié)構(gòu)體的振膜上。 所述耦合器是3dB光纖耦合器或光纖環(huán)形器。 傳感用光纖光柵是光纖布拉格光柵，中心波長1549. 5nm，反射率20dB，反射譜寬 度0. 21nm ;解調(diào)用光纖光柵是光纖布拉格光柵，中心波長1550. 7nm，反射率22dB，反射譜寬 度0. 22nm。 圓柱形結(jié)構(gòu)體是空心圓柱體，尼龍塑料材質(zhì)， 一端固定有橡膠膜作為振膜，傳感用 光纖光柵粘貼在振膜上。 所述寬帶光源和第一個耦合器之間、傳感用光纖光柵和第一個耦合器之間、第一 個耦合器和第二個耦合器之間、解調(diào)用光纖光柵和第二個耦合器之間均使用普通單模光纖 進(jìn)行連接。 本發(fā)明可帶來以下技術(shù)效果由于本發(fā)明利用了光纖光柵在受到外界應(yīng)力時反射
光譜會發(fā)生變化這一特性，將聲音震動直接轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，無需電學(xué)過程介入，因而，本
發(fā)明可應(yīng)用于具有復(fù)雜電磁環(huán)境且需要進(jìn)行聲音震動采集的領(lǐng)域，如核磁共振儀，戰(zhàn)場，外 太空等，且具有結(jié)構(gòu)簡單、聲音采集精確、不易被竊聽的特點(diǎn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的動圈式聲音震動采集方法的原理圖。
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明中涉及到的光信號處理方法的原理圖。圖中實(shí)線表示傳感用光纖光 柵反射光強(qiáng)，虛線表示解調(diào)用光纖光柵反射光強(qiáng)，a部分、b部分分別表示聲音震動前后傳 感用光纖光柵與解調(diào)用光纖光柵反射光強(qiáng)關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種聲音震動采集裝置，通過光纖光柵對應(yīng)力的傳感特性，將聲音震動 直接轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，無需電學(xué)過程介入。該方法應(yīng)用于具有復(fù)雜電磁環(huán)境且需要進(jìn)行聲 音震動采集的領(lǐng)域，如核磁共振儀，戰(zhàn)場，外太空等。 本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中各部件之間均使用普通單模光纖進(jìn)行連接。 ①為寬帶光源，其發(fā)出的光經(jīng)過②耦合器(也可是光纖環(huán)形器)進(jìn)入④傳感用光纖光柵，被 ④光纖光柵反射的光通過②耦合器和③耦合器進(jìn)入⑤解調(diào)用光纖光柵，⑤解調(diào)用光纖光柵 反射的光經(jīng)過③耦合器輸出，即為最終的輸出信號。⑥為固定有振膜的圓柱形結(jié)構(gòu)體，④傳 感用光纖光柵被粘貼在振膜上，當(dāng)有聲音震動時，能夠隨振膜一起震動。
各部件說明①半導(dǎo)體寬帶光源，輸出帶寬1250nm 1700nm，輸出功率7mW。
②，③3dB光纖耦合器，也可以為光纖環(huán)形器。
:光纖布拉格光柵，中心波長1549. 5nm，反射率20dB，反射譜寬度0. 21nm。
⑤光纖布拉格光柵，中心波長1550. 7nm，反射率22dB，反射譜寬度0. 22nm。
:空心圓柱體，尼龍塑料材質(zhì)， 一端固定有橡膠膜作為振膜，部件④粘貼在振膜 上。 本發(fā)明利用了光纖光柵在受到外界應(yīng)力時反射光譜會發(fā)生變化這一特性，原理如 圖3所示。初始狀態(tài)，即無聲音振動時，④傳感用光纖光柵和⑤解調(diào)用光纖光柵的反射光譜 分別如圖3(a)中的虛線和實(shí)線所示，二者有一定程度的重疊。這兩條譜線重疊部分的面積 即為從③耦合器輸出的光的強(qiáng)度。當(dāng)有聲音震動時，振膜隨之震動，粘貼在振膜上的④傳感 用光纖光柵因此受到變化的應(yīng)力，其反射譜線將發(fā)生移動；而⑤解調(diào)用光纖光柵因?yàn)椴⑽?粘貼在振膜上，其反射譜線不會發(fā)生變化。此時兩條光纖光柵的譜線如圖3(b)所示，可見 其重疊部分的面積發(fā)生了變化，即從③耦合器輸出的光強(qiáng)發(fā)生了變化，以此實(shí)現(xiàn)了聲音震 動的采集，即將聲音震動直接轉(zhuǎn)換為光信號。 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用了將光纖光柵粘貼的振膜上，直接將聲音震動轉(zhuǎn)化為光 信號這一方法。 本發(fā)明的一個最佳實(shí)施方式采用B&A公司SL3200系列半導(dǎo)體寬帶光源，帶寬范 圍調(diào)整為1250nm 1700nm，輸出功率調(diào)整為7mW，輸出接口為FC/PC接口。耦合器采用三端 口 3dB耦合器，分光比為50. 3 : 49.7。光纖光柵為AT Photonics公司的普通光纖布拉格 光柵，中心波長分別為1549. 5nm， 1550. 7nm，發(fā)射率分別為20dB， 22dB。各部件采用Corning SMF-28e光纖按照圖2所示鏈接，可在輸出端獲得隨聲音震動而光強(qiáng)發(fā)生變化的光信號。
權(quán)利要求
一種基于光纖光柵的聲音震動采集裝置，其特征是，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過第一個耦合器進(jìn)入傳感用光纖光柵，被傳感用光纖光柵反射的光返回第一個耦合器并經(jīng)第二個耦合器進(jìn)入解調(diào)用光纖光柵，解調(diào)用光纖光柵反射的光返回第二個耦合器成為最終的輸出信號，傳感用光纖光柵粘貼在固定于圓柱形結(jié)構(gòu)體的振膜上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵的聲音震動采集裝置，其特征是，所述耦合器是3dB光纖耦合器或光纖環(huán)形器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵的聲音震動采集裝置，其特征是，傳感用光纖光柵是光纖布拉格光柵，中心波長1549. 5nm，反射率20dB，反射譜寬度0. 21nm ;解調(diào)用光纖光柵是光纖布拉格光柵，中心波長1550. 7nm，反射率22dB，反射譜寬度0. 22nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵的聲音震動采集裝置，其特征是，圓柱形結(jié)構(gòu)體是空心圓柱體，尼龍塑料材質(zhì)， 一端固定有橡膠膜作為振膜，傳感用光纖光柵粘貼在振膜上。
全文摘要
本發(fā)明光纖光柵，聲振動檢測，具體講涉及基于光纖光柵的聲音震動采集裝置。為利用光纖光柵將聲音震動直接轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，不引入電學(xué)過程，以實(shí)現(xiàn)在具有強(qiáng)烈或復(fù)雜外界電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)聲音震動采集的目的，或在隱蔽采集時不易被探測器發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過第一個耦合器進(jìn)入傳感用光纖光柵，被傳感用光纖光柵反射的光返回第一個耦合器并經(jīng)第二個耦合器進(jìn)入解調(diào)用光纖光柵，解調(diào)用光纖光柵反射的光返回第二個耦合器成為最終的輸出信號，傳感用光纖光柵粘貼在固定于圓柱形結(jié)構(gòu)體的振膜上。本發(fā)明主要應(yīng)用于聲音震動采集場合。
文檔編號G01H9/00GK101718580SQ20091031167
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者劉群, 李恩邦, 鄭丹瑩 申請人:天津大學(xué)