专利名称：基于光纤光栅的声音震动采集装置的制作方法
技术领域：
本发明光纤光栅，声振动检测，具体讲涉及基于光纤光栅的声音震动采集装置。
背景技术：
目前的声音震动采集方法基本为电学方法，具有代表性的有动圈式声音震动采集 和电容式声音震动采集。图l为动圈式声音震动采集的原理图。将金属膜片与线圈的尾端 相连，整个线圈置于一个永磁体中。当有声音震动时，金属膜片产生振动，连接在振膜上的 线圈(即音圈)就随着一起振动，切割永磁体的磁感线，线圈中就产生了电流信号。将这个 电流信号提取出来，就实现了声音震动的采集。 其他的声音震动采集方法与此类似，都是将声音震动转换为电学量(如电压，电 流等)进行处理。采用这类方法，当外界环境中有强烈的或复杂的其他电磁信号时，将导致 这类方法无法采集到正确的声音震动。 此外，这类方法由于在采集端有电学过程，因此使用中会产生电磁辐射。当这类方 法应用于窃听装置时，极易被探测器发现。

发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在利用光纤光栅将声音震动直接转换为光学信 号，不引入电学过程，以实现在具有强烈或复杂外界电磁环境下实现声音震动采集的目的， 或在隐蔽采集时不易被探测器发现。 为达到上述目的本发明采用的技术方案是，宽带光源发出的光经过第一个耦合器
进入传感用光纤光栅，被传感用光纤光栅反射的光返回第一个耦合器并经第二个耦合器进
入解调用光纤光栅，解调用光纤光栅反射的光返回第二个耦合器成为最终的输出信号，传
感用光纤光栅粘贴在固定于圆柱形结构体的振膜上。 所述耦合器是3dB光纤耦合器或光纤环形器。 传感用光纤光栅是光纤布拉格光栅，中心波长1549. 5nm，反射率20dB，反射谱宽 度0. 21nm ;解调用光纤光栅是光纤布拉格光栅，中心波长1550. 7nm，反射率22dB，反射谱宽 度0. 22nm。 圆柱形结构体是空心圆柱体，尼龙塑料材质， 一端固定有橡胶膜作为振膜，传感用 光纤光栅粘贴在振膜上。 所述宽带光源和第一个耦合器之间、传感用光纤光栅和第一个耦合器之间、第一 个耦合器和第二个耦合器之间、解调用光纤光栅和第二个耦合器之间均使用普通单模光纤 进行连接。 本发明可带来以下技术效果由于本发明利用了光纤光栅在受到外界应力时反射
光谱会发生变化这一特性，将声音震动直接转换为光学信号，无需电学过程介入，因而，本
发明可应用于具有复杂电磁环境且需要进行声音震动采集的领域，如核磁共振仪，战场，外 太空等，且具有结构简单、声音采集精确、不易被窃听的特点。


图1为现有技术中常用的动圈式声音震动采集方法的原理图。
图2为本发明的结构图。 图3为本发明中涉及到的光信号处理方法的原理图。图中实线表示传感用光纤光 栅反射光强，虚线表示解调用光纤光栅反射光强，a部分、b部分分别表示声音震动前后传 感用光纤光栅与解调用光纤光栅反射光强关系。
具体实施例方式
本发明是一种声音震动采集装置，通过光纤光栅对应力的传感特性，将声音震动 直接转换为光学信号，无需电学过程介入。该方法应用于具有复杂电磁环境且需要进行声 音震动采集的领域，如核磁共振仪，战场，外太空等。 本发明的系统结构如图2所示。图中各部件之间均使用普通单模光纤进行连接。 ①为宽带光源，其发出的光经过②耦合器(也可是光纤环形器)进入④传感用光纤光栅，被 ④光纤光栅反射的光通过②耦合器和③耦合器进入⑤解调用光纤光栅，⑤解调用光纤光栅 反射的光经过③耦合器输出，即为最终的输出信号。⑥为固定有振膜的圆柱形结构体，④传 感用光纤光栅被粘贴在振膜上，当有声音震动时，能够随振膜一起震动。
各部件说明①半导体宽带光源，输出带宽1250nm 1700nm，输出功率7mW。
②，③3dB光纤耦合器，也可以为光纤环形器。
:光纤布拉格光栅，中心波长1549. 5nm，反射率20dB，反射谱宽度0. 21nm。
⑤光纤布拉格光栅，中心波长1550. 7nm，反射率22dB，反射谱宽度0. 22nm。
:空心圆柱体，尼龙塑料材质， 一端固定有橡胶膜作为振膜，部件④粘贴在振膜 上。 本发明利用了光纤光栅在受到外界应力时反射光谱会发生变化这一特性，原理如 图3所示。初始状态，即无声音振动时，④传感用光纤光栅和⑤解调用光纤光栅的反射光谱 分别如图3(a)中的虚线和实线所示，二者有一定程度的重叠。这两条谱线重叠部分的面积 即为从③耦合器输出的光的强度。当有声音震动时，振膜随之震动，粘贴在振膜上的④传感 用光纤光栅因此受到变化的应力，其反射谱线将发生移动；而⑤解调用光纤光栅因为并未 粘贴在振膜上，其反射谱线不会发生变化。此时两条光纤光栅的谱线如图3(b)所示，可见 其重叠部分的面积发生了变化，即从③耦合器输出的光强发生了变化，以此实现了声音震 动的采集，即将声音震动直接转换为光信号。 本发明的创新点在于采用了将光纤光栅粘贴的振膜上，直接将声音震动转化为光 信号这一方法。 本发明的一个最佳实施方式采用B&A公司SL3200系列半导体宽带光源，带宽范 围调整为1250nm 1700nm，输出功率调整为7mW，输出接口为FC/PC接口。耦合器采用三端 口 3dB耦合器，分光比为50. 3 : 49.7。光纤光栅为AT Photonics公司的普通光纤布拉格 光栅，中心波长分别为1549. 5nm， 1550. 7nm，发射率分别为20dB， 22dB。各部件采用Corning SMF-28e光纤按照图2所示链接，可在输出端获得随声音震动而光强发生变化的光信号。
权利要求
一种基于光纤光栅的声音震动采集装置，其特征是，宽带光源发出的光经过第一个耦合器进入传感用光纤光栅，被传感用光纤光栅反射的光返回第一个耦合器并经第二个耦合器进入解调用光纤光栅，解调用光纤光栅反射的光返回第二个耦合器成为最终的输出信号，传感用光纤光栅粘贴在固定于圆柱形结构体的振膜上。
2. 根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的声音震动采集装置，其特征是，所述耦合器是3dB光纤耦合器或光纤环形器。
3. 根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的声音震动采集装置，其特征是，传感用光纤光栅是光纤布拉格光栅，中心波长1549. 5nm，反射率20dB，反射谱宽度0. 21nm ;解调用光纤光栅是光纤布拉格光栅，中心波长1550. 7nm，反射率22dB，反射谱宽度0. 22nm。
4. 根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的声音震动采集装置，其特征是，圆柱形结构体是空心圆柱体，尼龙塑料材质， 一端固定有橡胶膜作为振膜，传感用光纤光栅粘贴在振膜上。
全文摘要
本发明光纤光栅，声振动检测，具体讲涉及基于光纤光栅的声音震动采集装置。为利用光纤光栅将声音震动直接转换为光学信号，不引入电学过程，以实现在具有强烈或复杂外界电磁环境下实现声音震动采集的目的，或在隐蔽采集时不易被探测器发现，本发明采用的技术方案是，宽带光源发出的光经过第一个耦合器进入传感用光纤光栅，被传感用光纤光栅反射的光返回第一个耦合器并经第二个耦合器进入解调用光纤光栅，解调用光纤光栅反射的光返回第二个耦合器成为最终的输出信号，传感用光纤光栅粘贴在固定于圆柱形结构体的振膜上。本发明主要应用于声音震动采集场合。
文档编号G01H9/00GK101718580SQ20091031167
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者刘群, 李恩邦, 郑丹莹 申请人:天津大学