[发明专利]干涉型光纤拾音探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于空分复用的分布式干涉型光纤拾音探头，属于光纤传感及传感网络技术领域。

背景技术

传统的电类麦克风，易受电磁干扰，且传感部件有电流、电压的存在，这些严重限制它们的应用范围，例如工作时会产生强电磁场的大型机电设备场所(电厂)，存放易燃、易爆气体的仓库，以及医院里的核磁共振测试间等等。光纤麦克风因具有抗电磁干扰，体积小，重量轻，易于构成传感网络实现多点测量，正成为现在的研究热点。光纤麦克风按照工作原理可以分为三类：强度调制型、光纤光栅型和干涉型。强度型麦克风是基于光纤中传输光强被声波调制的原理，该型光纤麦克风研究开发较早，主要调制形式有光纤微弯式、光纤绞合式、受抑全内反射式及光栅式等。这种光纤麦克风结构简单，解调方法相对容易，但其存在着精度低，受外界干扰大等较严重的缺点。光纤光栅型麦克风原理：利用声波应变造成光纤布拉格光栅(FBG)反射谱漂移，将波长信号解调，提取声波信号。这种光纤麦克风低频响应差，通常用于超声探测，而且稳定性较差。

通常采用波分复用技术构成的光纤麦克风阵列需使用多个光源和多个光接收电路，成本较高，结构复杂。因此，如何降低成本，简化结构，实现单光收发的光纤麦克风阵列，成为关键问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种干涉型光纤拾音探头，该探头成本低廉，光源驱动电路简单，稳定性高，灵敏度高，实用性强。

技术方案：本发明的干涉型光纤拾音探头包括光纤、环形陶瓷夹具、振动反射膜、金属透音网罩及金属外壳；其中，环形陶瓷夹具的内壁与光纤的包层相固定连接，环形陶瓷夹具的外壁固定在金属外壳内侧，振动反射膜外壁、金属透音网罩外壁也固定在金属外壳内侧；光纤与振动反射膜相接触的端面成凹形与振动反射膜的接触面积相吻合，扩大光与振动反射膜的接触面积。振动反射膜与光纤接触的圆弧面半径R₁大于光纤的直径。

有益效果：

1)采用红光LED作为光纤麦克风的光源，成本低廉，光源驱动电路简单，稳定性高。

2)采用迈克尔逊干涉仪原理制作拾音探头，并优化了探头个组成部分的参数，灵敏度高，实用性强。

3)采用差分的方式去除光源抖动对光纤麦克风的影响，减小了系统噪声，提高了系统的稳定性。

4)利用光开关，基于采样原理，实现多传感探头空分复用，构成分布式光纤麦克风阵列，与波分复用相比，不需要采用价格昂贵的可调谐激光器或多个不同波长的激光器，而且只需一路光电探测器即可，成本低廉，系统结构简单。

附图说明

图1为本发明提出的干涉型拾音探头结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的干涉型拾音探头由端面为凹形且镀有反射膜的光纤11、环形陶瓷夹具12、振动反射膜13、金属透音网罩14及金属外壳15组成；其中，环形陶瓷夹具12的内壁与光纤11的包层相固定连接，环形陶瓷夹具12的外壁固定在金属外壳15内侧，振动反射膜13外壁、金属透音网罩14外壁也固定在金属外壳15内侧；光纤11与振动反射膜13相接触的端面成凹形与振动反射膜13的接触面积相吻合，扩大光与振动反射膜13的接触面积。振动反射膜13与光纤11接触的圆弧面半径R₁大于光纤11的直径；振动反射膜13的直径R₂等于金属外壳15的内径，振动反射膜13的厚度为d。

1)、将光纤11端面磨成凹形，扩大光与振动反射膜13的接触面积；2)、在光纤11端面镀上一定反射率的反射膜，使干涉仪的可见度达到最大；3)、在探头使用金属透音网罩14，与振动反射膜13形成空腔，提高振动反射膜的灵敏度。

具体工作过程如下：在拾音探头中，一部分光波被光纤11端面反射，一部分穿过光纤11端面和振动反射膜13之间的气隙，经由振动反射膜13反射回来，两部分光在光纤11端面处出发生干涉，当外界声波通过金属透音网罩14激起振动反射膜13振动时，经由振动反射膜反射回来的光波相位发生变化，两部分光干涉后的强度发生变化，实现了声波信号对光波信号的相位调制。