CN111416268B - 激光环形腔的光纤麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光环形腔的光纤麦克风，包括光纤激光源，掺铒光纤，FFP滤波器，与FFP滤波器相连的耦合器，光纤线圈和数据采集部分，其中，光纤激光源产生连续激光，经过隔离器后形成只能在一个方向上传输的光信号，再由掺铒光纤进行光信号放大，然后传输到光纤线圈，所述的光纤线圈由1千米以上的光纤缠绕而成，作为语音信号感应器件，再经由耦合器和FFP滤波器传输回光纤激光源，耦合器用以将光信号与电信号进行转换，经过耦合器的信号转换，再通过数据采集部分，获得语音信号。

Description

激光环形腔的光纤麦克风
技术领域
本发明涉及到光纤传感器和光纤环形腔激光器的麦克风，属于光纤激光器领域。
背景技术
光纤激光器在固体激光器中具有突出的优点，包括：光束质量好、转换效率高、波长可调谐、激光阈值低、谐振腔内无光学镜片以无须热电制冷和水冷等优势，在光纤通信、光纤传感、远距通信、军事国防以及医疗机械等众多领域得到较为成熟的应用，也受到国内外研究者的广泛关注。
光纤麦克风技术是一种探测声信号的仪器，利用了光纤传输光的特性和在周围环境中的声信号对于光纤的光信号的调制效应。光纤麦克风相对于传统的电学传声器相比，具有明显的优势，包括：灵敏度高、适应环境能力强、抗电磁干扰能力强、可靠性高以及耐腐蚀性好等，因此在军事和国防领域有重要到的应用价值。
目前报道的光纤麦克风主要是采用光强调制技术。在2005年新型专利中公开一种利用反射振动膜感应声信号的光纤麦克风；在2007年吴东方等人提出了一种基于MZ干涉仪的光纤麦克风，虽然采用了干射式结构,但仍然要用振膜反射光纤光,同样存在稳定性问题；2009年王静等人报道了一种将光纤Bragg光栅安装于悬梁臂上的麦克风，利用Bragg光栅的反射波长来探测声信号；2016年由***等人报道了一种光纤光栅和振膜结合的光栅麦克风；2010年张文涛提出由膜片和柱形壳形成腔的光纤激光麦克风；2018年张发祥等人提出利用毛细管和空腔形成的光纤光栅麦克风。
综上这些技术中存在的共同问题在于***会受到传输光纤的不稳定、灵敏度低以及无法探测微弱信号的问题，而且传统的高灵敏度光纤麦克风的灵敏度在-62dBre1nm/Pa，有些环境存在静压变化，会造成光纤麦克风采集的信号失效等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的基于激光环形腔的光纤麦克风，应用可调谐光纤环形腔的灵敏传感作用，实现在检测光纤信号时提高检测灵敏度和***的稳定性。技术方案如下：
1.一种激光环形腔的光纤麦克风，包括光纤激光源，掺铒光纤，FFP滤波器，与FFP滤波器相连的光纤环形腔外的2×2耦合器，光纤线圈和数据采集部分，其中，光纤激光源产生连续激光，经过隔离器后形成只能在一个方向上传输的光信号，再由掺铒光纤进行光信号放大，然后传输到光纤线圈，所述的光纤线圈由长度在1千米以上的光纤缠绕而成，作为语音信号感应器件，再经由耦合器和FFP滤波器传输回光纤激光源，耦合器用以将光信号与电信号进行转换，经过耦合器的信号转换，再通过数据采集部分，获得语音信号。
所述的光纤激光器为980nm光纤激光源。
附图说明
图1为本发明设计的激光环形腔的光纤麦克风的结构示意图。
图2为本发明的激光环形腔的光纤麦克风的流程图。
图3为经过本发明激光环形腔的光纤麦克风采集到的语音信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行进一步的说明阐述。
参见图1，本发明激光环形腔的光纤麦克风结构图。***可以分为三个部分。
第一部分是***的硬件部分，包括980nm的激光光源，激光光源产生连续不断的激光为***提供光能；掺铒光纤(EDFA)，掺铒光纤是一个掺杂了少量稀土元素铒的光纤，其能够在1550nm的范围内放大光；滤波器采用的是可调谐光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器，FFP滤波器和光纤***具有很好的兼容性；光纤环形腔外的2×2耦合器与滤波器直接相连。环形腔经FFP滤波器形成的输出端，剩余的光被反馈回环形腔内。由于隔离器的作用，环形腔内只能在一个方向产生与FFP透射波长相同的激光。
第二部分是光纤线圈，是语音信号感应部分，也是语音信号的输入位置，相当于喇叭的作用，由几千米长的普通光纤缠绕形成。
第三部分是数据采集部分，由光电二极管(PD)和数据采集卡(DAQ)组成。
本发明设计激光环形腔光纤麦克风中的光信号传播路径为：光纤激光源产生连续光源，光纤激光源在泵浦后发出激光。光信号传输到隔离器，控制光信号只能在一个方向上传输，再由掺铒光纤进行光信号放大，然后传输到几千米长(可以取值1千米到10千米之间)的普通光纤形成的语音信号感应部分，FFP滤波器可以留下固定波长的光信号并传输回激光源。在光纤环形腔中，耦合器可以将光信号与电信号进行转换，经过耦合器的信号转换，可以在第三部分采集到语音的电信号，并且设置的采样频率是20kHz。
本发明的激光环形腔光纤麦克风是分布式麦克风，是相对于普通麦克风的主要区别特性。与普通麦克风结构对应，本***中光纤激光源相当于电源，掺铒光纤相当于放大电路，光纤线圈相当于拾音器。整个激光麦克风***相当于包裹在话筒外壳内的线路。而且，本发明的激光麦克风还具有不易被检测、非金属性和可长距离应用等突出优点。
参见图2，本发明的流程图，以下简述其相应步骤：
(1)搭建***，基于光纤环形腔的激光麦克风***包括光纤激光源、FFP滤波器、隔离器、掺铒光纤以及光纤线圈等元器件。以及环形腔外的耦合器，采集语音信号的PD和DAQ部分。
(2)布置光纤线圈位置。光纤线圈用于感应语音信号，也是语音信号的输入位置，是由几千米长的普通光纤缠绕形成。
(3)在搭建好***并安置好光纤线圈的情况下，连接示波器，调整光纤激光源的功率大小，使得在合适的激光功率下，输出信号可以较少的受到环境影响，并且在有语音信号输入时得到较为灵敏且稳定的输出语音信号。
(4)连接信号采集部分。光信号经过耦合器转换为电信号后，传输给数据采集部分，在实验中设置信号的采集频率为20kHz，通过数据采集卡，可以采集到语音信号。
参见图3，是本发明麦克风收集到的语音信号波形示意图。考虑到经过麦克风的语音信号会受到环境中噪声的影响，通过人耳听，可以知道采集的声信号基本符合实际情况。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明实现了基于光纤环形腔激光器的麦克风技术，实现了较好的降低环境噪声，具有较高的灵敏度和***稳定性。
(2)可移植性好，针对不同位置处的声信号检测，只需要改变光纤线圈即语音感应部分的位置即可，实验程序也能在各种操作***下通用。
(3)整体设计算法简单，步骤少，在PD和DAQ采样的情况下能够实现实时监测，对即时的输入信号进行观测和收集。

Claims (2)

1.一种激光环形腔的光纤麦克风，包括光纤激光源，掺铒光纤，FFP滤波器，与FFP滤波器相连的光纤环形腔外的2×2耦合器，光纤线圈和数据采集部分，其中，光纤激光源产生连续激光，经过隔离器后形成只能在一个方向上传输的光信号，再由掺铒光纤进行光信号放大，然后传输到光纤线圈，所述的光纤线圈由长度在1千米以上的光纤缠绕而成，作为语音信号感应器件，再经由耦合器和FFP滤波器传输回光纤激光源，耦合器用以将光信号与电信号进行转换，经过耦合器的信号转换，再通过数据采集部分，获得语音信号。
2.根据权利要求1所述的光纤麦克风，其特征在于，所述的光纤激光源为980nm光纤激光源。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238856A (en) * 1979-01-24 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber-optic acoustic sensor
CN1556561A (zh) * 2003-12-31 2004-12-22 南开大学 波长可调谐、窄线宽、高信噪比单偏振环形腔全光纤激光器
DE60111137D1 (de) * 2000-07-24 2005-07-07 Litton Systems Inc Faseroptischer akustischer Breitbandsensor
CN1976141A (zh) * 2006-12-13 2007-06-06 北京航空航天大学 单频可调谐掺铒光纤激光器***
CN101900556A (zh) * 2010-07-15 2010-12-01 哈尔滨工程大学 双环布里渊光纤陀螺
CN106019228A (zh) * 2016-07-05 2016-10-12 复旦大学 一种利用光纤探测声源位置的***
CN106289669A (zh) * 2016-08-04 2017-01-04 安徽大学 基于低相干光纤麦克风的气体泄露检测装置和方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2384108A (en) * 2002-01-09 2003-07-16 Qinetiq Ltd Musical instrument sound detection
US10031246B2 (en) * 2012-11-15 2018-07-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army RF-photonic system for acoustic and/or vibrational sensing using optical fiber and method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238856A (en) * 1979-01-24 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber-optic acoustic sensor
DE60111137D1 (de) * 2000-07-24 2005-07-07 Litton Systems Inc Faseroptischer akustischer Breitbandsensor
CN1556561A (zh) * 2003-12-31 2004-12-22 南开大学 波长可调谐、窄线宽、高信噪比单偏振环形腔全光纤激光器
CN1976141A (zh) * 2006-12-13 2007-06-06 北京航空航天大学 单频可调谐掺铒光纤激光器***
CN101900556A (zh) * 2010-07-15 2010-12-01 哈尔滨工程大学 双环布里渊光纤陀螺
CN106019228A (zh) * 2016-07-05 2016-10-12 复旦大学 一种利用光纤探测声源位置的***
CN106289669A (zh) * 2016-08-04 2017-01-04 安徽大学 基于低相干光纤麦克风的气体泄露检测装置和方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A self-mixing based ring-type fiber-optic acoustic sensor";Lutang Wang等;《International Symposium on Photonics and Optoelectronics》;20141231;全文 *
"光纤声传感器综述";高椿明等;《光电工程》;20180930;正文第1-3节 *
可调谐掺铒光纤激光器在光纤传感中的应用;吴薇等;《武汉理工大学学报》;20090115(第01期);全文 *
基于M-Z动态干涉仪的全光纤麦克风研究;吴东方等;《传感技术学报》;20070715(第07期);全文 *
高椿明 ; 聂峰 ; 张萍 ; 赵斌兴 ; 王静 ; 李斌成 ; .光纤声传感器综述.光电工程.2018,(09),正文第1-3节. *

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