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      基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:5905034閱讀:298來源:國知局
      專利名稱:基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及光學(xué)行業(yè)檢測技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      激光多普勒降頻檢測技術(shù)源于傳統(tǒng)的激光多普勒外差測振技術(shù),激光多普勒外差干涉法一般采用馬赫-曾德爾干涉干涉儀結(jié)構(gòu)或雙頻激光器結(jié)構(gòu),利用低頻待測信號對高頻信號進行調(diào)制以實現(xiàn)頻譜搬移,從而將待測信號與低頻環(huán)境擾動(小于200Hz)隔離,最后采用頻率解調(diào)方法進行信號檢測。申請人:意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷外差干涉法雖然能夠有效消除環(huán)境擾動的影響,但因為聲光晶體的調(diào)制頻率均比較高,這樣采用外差直接探測的頻率相對比較高,給探測和信號處理帶來比較大的不便。

      發(fā)明內(nèi)容
      (一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng),以降低參考光的頻率,減小參考光和信號光的頻率差,利于后期干涉信號的采集與處理。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種語音檢測系統(tǒng)。該語音檢測系統(tǒng)包括激光器,用于產(chǎn)生激光;M_Z干涉模塊,包括分光單元、信號光光路、參考光光路和干涉單元,其中分光單元,用于將激光分為信號光和參考光,信號光光路,位于信號光的光路后端,用于利用由語音引起的待測目標(biāo)的振動信號調(diào)制信號光;參考光光路,位于參考光的光路后端, 用于利用由兩個獨立的聲光調(diào)制驅(qū)動信號驅(qū)動的聲光介質(zhì)周期性形變調(diào)制參考光;干涉單元,位于參考光光路和信號光光路共同的光路后端,用于使經(jīng)過待測目標(biāo)振動調(diào)制的信號光與經(jīng)過聲光介質(zhì)調(diào)制的參考光進行干涉,產(chǎn)生干涉光信號;接收模塊,用于將干涉光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電信號,并將該光電信號進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換;解調(diào)模塊,用于利用聲光調(diào)制驅(qū)動信號對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的光電數(shù)字信號進行解調(diào),還原出語音。(三)有益效果本發(fā)明基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)具有以下有益效果(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、非線性誤差小,具有良好的環(huán)境適應(yīng)性;(2)本發(fā)明采用激光通過兩個聲光調(diào)制器(acousto-optic modulator,簡稱Α0Μ) 產(chǎn)生的差值來實現(xiàn)光學(xué)頻率調(diào)制,將待測干涉信號與低頻環(huán)境擾動信號相分離,從而改善了傳統(tǒng)零差檢測法的抗環(huán)境擾動性;(3)本發(fā)明降低了電路的處理速度以及采集卡的采集速度,同時,因為頻率降低的比較多,數(shù)據(jù)量也要少很多,因此進而減少了系統(tǒng)工作的數(shù)據(jù)量,提高了系統(tǒng)工作效率。


      圖1為本發(fā)明實施例基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)的示意圖;圖2為本發(fā)明實施例基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)中聲光調(diào)制驅(qū)動電路的示意圖。
      具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合具體實施例,并參照附圖,對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范,但應(yīng)了解,參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值,而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于所述值。圖1為本發(fā)明實施例基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示,本發(fā)明采用M-Z干涉儀的基本結(jié)構(gòu)。激光器為窄線寬半導(dǎo)體光纖激光器,工作波長為 1550nm,頻率穩(wěn)定度為10_7,功率穩(wěn)定度為1%。如圖1所示,由所述激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)過第一分光棱鏡(PBSl)之后分為兩路,分別作為信號光和參考光。參考光經(jīng)過全反鏡進入第一聲光調(diào)制器(AOMl)進行移頻, 頻移為而經(jīng)過頻移后的激光進入第二聲光調(diào)制器(AOiC)進行頻移,頻移為_f2,此時出射的光頻為fo+f^-A。信號光通過第二分光棱鏡(PBS》照射到待測目標(biāo),再返回到第二分光棱鏡 (PBS2),最后在第一分光棱鏡(PBSl)處與參考光干涉。根據(jù)光的干涉理論,可以得到光電
      探測器接收到的干涉信號表達(dá)式
      I = A + B cos[2^-(y; -f2)t + D cos ast + φ( ].................................... (1)式中A為干涉場直流強度;B為干涉光強度調(diào)制值,它與信號光及參考光的強度有關(guān);f\-f2為干涉儀中兩個聲光調(diào)制器調(diào)制頻率引起的頻移之差;DCOScost為聲音引起待測物的振動量湖(0為環(huán)境擾動引起的振動量=+ 為待測量與擾動量的合成信號。經(jīng)過調(diào)制之后,振動目標(biāo)的信息附加在載波及其諧波分量上,從而在頻譜上與低頻環(huán)境擾動相隔離,有利于準(zhǔn)確恢復(fù)振動信息,進而還原出語音振動信號。如圖1所示,揚聲器提供待測語音源,并通過聲場的作用去激勵待測目標(biāo)產(chǎn)生微小位移,從而使得反射回的信號光帶有語音振動信息(待測物可以為玻璃、鋁板等反射介質(zhì));光電探測器,用于將干涉光轉(zhuǎn)化為電信號并送入信號處理電路,其采用內(nèi)置前級放大的PIN型探測器,響應(yīng)頻率大于2MHz。信號處理單元,其包括兩級放大電路、帶通濾波電路以及后級輸出電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,放大倍數(shù)為100倍,經(jīng)過處理后的干涉信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。而后,數(shù)字化的光電信號進入FPGA芯片的解調(diào)模塊,采用相應(yīng)的頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)、相位調(diào)制解調(diào)技術(shù)或鎖相解調(diào)技術(shù)進行解調(diào)。由于本實施例中采用的上述部件均為常規(guī)的部件,其組成及功能已為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知,因此不再進行詳細(xì)說明。圖2為本發(fā)明實施例基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)中聲光調(diào)制驅(qū)動電路的示意圖。該聲光調(diào)制驅(qū)動電路為聲光調(diào)制器提供驅(qū)動電壓,使其產(chǎn)生周期性形變,其采用射頻壓控振蕩器(VCO)作為振蕩源,輸出振動驅(qū)動信號。
      本實施例射頻壓控振蕩電路由射頻信號發(fā)生器(POS)和射頻信號衰減器(PAS)組成。通過射頻信號反射器可以產(chǎn)生不同頻率的調(diào)制信號。如圖2所示,射頻信號發(fā)生器采用P0S150集成芯片,其管腳1通過電阻(Rl)連接至+15V,并且,該管腳1還通過電容(Cl)與地相連接;管腳8與滑動變阻器(R2)相連接,并且該管腳8還通過電容(以)與地連接;滑動變阻器R2的一端通過電阻(舊)與地相連接, 其另一端通過電阻(R4)連接至+15V;管腳3、4、5、6和7與地連接。射頻信號衰減器(PAS) 采用)PAS3集成芯片,上述P0S150集成芯片的管腳2連接至該PAS3集成芯片的管腳1作為輸入;管腳3、4與滑動變阻器R6相連接,并且還通過電容C4與地相連接;滑動變阻器R6 的一端通過電阻R7連接至+15V,另一端與地連接;管腳2、5、6和7與地連接。對于未介紹的關(guān)于P0S150和PAS3集成芯片的其他設(shè)置、連接等信息,可以查閱該型號芯片的說明書, 此處不再詳細(xì)說明。由上述實施例可知,本發(fā)明基于激光多普勒干涉的語音檢測系統(tǒng)具有以下有益效果(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、非線性誤差小,具有良好的環(huán)境適應(yīng)性;(2)本發(fā)明采用激光通過兩個聲光調(diào)制器(acousto-optic modulator,簡稱Α0Μ) 產(chǎn)生的差值來實現(xiàn)光學(xué)頻率調(diào)制,將待測干涉信號與低頻環(huán)境擾動信號相分離,從而改善了傳統(tǒng)零差檢測法的抗環(huán)境擾動性;(3)本發(fā)明降低了電路的處理速度以及采集卡的采集速度,同時,因為頻率降低的比較多,數(shù)據(jù)量也要少很多,因此進而減少了系統(tǒng)工作的數(shù)據(jù)量,提高了系統(tǒng)工作效率。以上所述的具體實施例,對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
      權(quán)利要求
      1.一種語音檢測系統(tǒng),其特征在于,包括 激光器,用于產(chǎn)生激光;M_Z干涉模塊,包括分光單元、信號光光路、參考光光路和干涉單元,其中 分光單元,用于將所述激光分為信號光和參考光;信號光光路,位于所述信號光的光路后端,用于利用由語音引起的待測目標(biāo)的振動信號調(diào)制所述信號光;參考光光路,位于所述參考光的光路后端,用于利用由兩個獨立的聲光調(diào)制驅(qū)動信號驅(qū)動的聲光介質(zhì)周期性形變調(diào)制所述參考光;干涉單元,位于所述參考光光路和信號光光路共同的光路后端,用于使經(jīng)過待測目標(biāo)振動調(diào)制的信號光與經(jīng)過聲光介質(zhì)調(diào)制的參考光進行干涉,產(chǎn)生干涉光信號;接收模塊,用于將所述干涉光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電信號,并將該光電信號進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換;解調(diào)模塊,用于利用所述聲光調(diào)制驅(qū)動信號對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的光電數(shù)字信號進行解調(diào),還原出所述語音。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,所述參考光光路包括全反射鏡,位于所述分光單元參考光的光路后端,用于將所述參考光全反射至所述第一聲光調(diào)制器;第一聲光調(diào)制器,位于所述全反射鏡的光路后端,用于對所述參考光進行第一次聲光調(diào)制;第二聲光調(diào)制器,位于所述第一聲光調(diào)制器的光路后端,用于對所述參考光進行第二次聲光調(diào)制,所述第一次聲光調(diào)制和第二次聲光調(diào)制的符號相反。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,由所述分光單元分開的信號光和參考光相互成90° ;所述全反射鏡與所述參考光成45° ;所述第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器平行。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于, 所述參考光的原始頻率為fo ;經(jīng)過全反鏡進入第一聲光調(diào)制器進行移頻,頻移為,此時出射的光頻為fcrfi ; 經(jīng)過頻移后的激光進入第二聲光調(diào)制器進行頻移,頻移為_f2,此時出射的光頻為f +f -f 丄0 丄2 丄1 ο
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于, 所述激光器為半導(dǎo)體激光器,其工作波長為1550nm;所述第一聲光調(diào)制器所產(chǎn)生的移頻為40MHz,所述第二聲光調(diào)制器所產(chǎn)生的移頻為-39. 8MHz。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,所述信號光光路包括分光棱鏡,位于所述分光單元信號光的光路后端,信號光透過所述分光棱鏡照射到待測目標(biāo)后,由待測目標(biāo)的振動對信號光進行調(diào)制后,重新返回分光棱鏡,并由所述分光棱鏡將其反射至所述干涉單元。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,所述待測物為玻璃或鋁板。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,所述接收模塊包括光電探測器,位于所述干涉單元的光路后端,用于將所述干涉光信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的光電信號;信號處理電路,與所述光電探測器相連接,用于將所述光電信號進行放大,并將放大后的光電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,獲得光電數(shù)字信號。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的語音檢測系統(tǒng),其特征在于,所述解調(diào)模塊,用于利用頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)、相位調(diào)制解調(diào)技術(shù)或鎖相解調(diào)技術(shù)對所述光電信號進行解調(diào),還原出所述語音。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種語音檢測系統(tǒng)。該語音檢測系統(tǒng)中,激光通過兩個聲光調(diào)制器產(chǎn)生的差值來實現(xiàn)光學(xué)頻率調(diào)制,從而將待測干涉信號與低頻環(huán)境擾動信號相分離,并且降低了電路的處理速度以及采集卡的采集速度,同時,因為頻率降低的比較多,數(shù)據(jù)量也要少很多,因此進而減少了系統(tǒng)工作的數(shù)據(jù)量,提高了系統(tǒng)工作效率。
      文檔編號G01D5/26GK102543065SQ20111045932
      公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
      發(fā)明者何軍, 周燕, 曾華林, 李麗艷 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
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