光纖傳聲器探頭的製作方法
2023-11-10 22:08:52
專利名稱：光纖傳聲器探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種可形成強度式或FP幹涉式光纖傳聲器，用於語音通訊、聲音探測、及噪聲測量等領域的光纖傳聲器探頭。
背景技術：
傳聲器是一種用於接收聲音信號，並最終轉換為電信號的器件。目前廣泛應用的有電容傳聲器，這種傳聲器由導電振膜和金屬背電極組成的電容拾取聲音信號，其原理為:聲音振動引起導電振膜振動，導致電容兩極間距離發生變化，保持電容兩極間電位不變，則聲音引起電容存儲電量發生變化，從而將聲信號轉換為電信號。由於此電容值很小，其阻抗很大，因此這種傳聲器必須配一前置放大電路，用作阻抗變換，以保證傳聲器能與其他電路相連接。雖然電容傳聲器具有極好的頻率響應特性和較高的靈敏度，但是由其工作原理可知，這種傳聲器容易受到電磁信號幹擾，因此不適合在複雜的電磁環境下工作。為解決複雜電磁環境下聲音信號拾取的問題，提出了基於光纖傳感技術的光纖傳聲器。光纖傳聲器的基本原理是聲音信號首先調製光信號，載有聲音信號的光信號經過光電轉換，最終變成電信號，完成了聲音信號的拾取。由於聲信號調光信號過程不受電磁幹擾，因此光纖傳聲器具有極強的抗電磁幹擾能力，能夠在複雜的電磁環境正常工作。在聲音探測、噪聲測量等應用領域，一般要求所使用的傳聲器組陣使用，對傳聲器性能一致性要求很高的，如靈敏度相近，相位一致高。目前技術較成熟光纖傳聲器產品主要是強度式的，如實用新型專利CN2834067Y中記載了一種光纖麥克風，發明專利CN101504311B中記載了一種光纖聲音傳感器的傳感頭。這些光纖傳聲器探頭雖然技術可行，但由於缺少調節結構，其性能一致性很保證，不利於光纖傳聲器的組陣使用。雖然實用新型專利CN2834067Y中記載了光纖麥克風結構中使用了墊片，但該墊片與後殼是一體成形的，因此限制了其作為調節結構的功能，使得光纖麥克風性能一致性得不到保證。
發明內容
本發明針對以上問題的提出，而研製一種光纖傳聲器探頭。本發明採用的技術手段如下:—種光纖傳聲器探頭，其特徵在於包括:用於感應聲音振動的振膜、外殼和內芯；所述振膜安裝在外殼的前端，並在振膜的前端設有對振膜進行保護的前罩；所述內芯安裝在外殼的容納腔內，且內芯上的內芯光纖前端的內芯光纖端面與振膜形成有反射腔。所述傳聲器探頭還包括設置在外殼的容納腔內用於調節內芯探入的深度，以調節內芯光纖前端的內芯光纖端面與振膜的距離的墊片；且所述墊片的厚度為1-1000微米。所述內芯末端依次安裝有彈簧墊片和鎖環，通過鎖環與外殼相固定連接，將內芯固定在外殼的容納腔內。所述振膜的反光面設有金納米反光層，且金納米反光層的厚度為10-500納米。所述振膜為鈦箔、不鏽鋼箔、鎳箔或矽微振膜；振膜的厚度為1-10微米。所述內芯光纖為單模光纖或多模光纖。所述反射腔為FP幹涉腔，且內芯為單模光纖。
本發明同現有技術相比，其優點是顯而易見的:這種光纖傳聲器探頭性能一致高，可形成強度式和基於FP幹涉原理的光纖傳聲器，具有抗電磁幹擾能力強、靈敏度高、易於形成陣列的特點，可廣泛應用於語音通訊、聲音探測、及噪聲測量等領域。另外，該傳聲器探頭結構簡單，便於安裝、調試和生產，而且成本低廉適於廣泛推廣。
圖1是本發明的光纖傳聲器探頭結構示意圖；圖2是本發明的光纖傳聲器探頭組合結構示意圖；圖3是本發明的光纖傳聲器工作原理示意圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所不光纖傳聲器探頭包括:用於感應聲音振動的振膜102、外殼103和內芯105 ;所述振膜102安裝在外殼103的前端，並在振膜102的前端設有對振膜進行保護的前罩101 ;所述內芯105安裝在外殼103的容納腔內，且內芯105上的內芯光纖108前端的內芯光纖端面109與振膜形成有反射腔。其中振膜102安裝在外殼103的前端，用於敏感聲音振動，內芯105安裝在外殼103內部可通過墊片104調節內芯光纖108前端的內芯光纖端面109與振膜102的距離(通常在內芯105放入外殼103的容納腔之前，將墊片104放入外殼103的容納腔內，卡在容納腔內壁上或卡在容納腔內的突起上，再插入內芯105，通過調節放入墊片104的厚度，已達到調節內芯光纖端面109與振膜102的距離)，實現聲信號對光信號的調製；另外，在內芯105末端依次安裝彈簧墊片106和鎖環107，鎖環107與通過外殼103固定內芯105，保證探頭I的結構穩定性。該結構適用於強度式光纖傳聲器和基於FP幹涉原理的光纖傳聲器。振膜由鈦箔、不鏽鋼箔或鎳箔通過雷射焊接技術形成，或者由MEMS技術製作的矽微振膜。振膜的厚度為1-10微米。振膜的反光面由磁控濺射技術製作有金納米反光層，以提高對紅外光的反射，從而提高光纖傳聲器的靈敏度。金納米反光層的厚度為10-500納米。為保證光纖傳聲器探頭性能的一致性，採用簡化結構設計和靈活調節設計。在結構簡化方面，設計了一體結構的內芯105，在靈活調節方面，設計了採用可更換墊片104來控制內芯光纖端面109與振膜102的距離。在組裝光纖傳聲器探頭過程中是，可通過不同厚度的墊片104來調節光纖傳聲器的靈敏度和相位，從而保證光纖探頭性能的一致性。墊片104的厚度為1-1000微米。本發明設計的光纖傳聲器探頭可形成強度式光纖傳聲器，如替換實用新型專利CN2834067Y中記載的光纖麥克風中的探頭，即為強度式光纖傳聲器，基於這種工作模式下，傳聲器採用寬譜的LED光源，內芯光纖108可以是單模光纖或多模光纖。強度式光纖傳聲器模式下的工作原理:LED光源發射的光進入內芯光纖108,並從內芯光纖端面109出射至振膜102,被振膜102反射回內芯光纖108,振膜振動引起反射光強度發生變化,經過光電轉換，得到聲信號。本發明設計的光纖傳聲器探頭也可形成基於FP幹涉原理的光纖傳聲器，在這種情況下，內芯105前端光纖端面109與振膜102形成FP幹涉腔。在這種工作模式下，傳聲器採用LD雷射器作為光源，內芯光纖108是單模光纖，工作過程如下:LD雷射器發射的雷射進入內芯光纖108中，光在內芯光纖端面109反射一部分光,從內芯光纖端面109透射的光經振膜102反射後，一部分反射光重新進入到內芯光纖108中。內芯光纖端面109反射的光和振膜102反射重新進入到內芯光纖108中的光發生FP幹涉，將幹涉光光信號轉換為電信號，即實現聲音信號的拾取。如圖3所示當本發明光纖傳聲器探頭為基於FP幹涉原理的探頭，其工作原理為:LD雷射器發射的單色光從內芯光纖108進入內芯光纖端面109和振膜102形成的FP腔,並形成幹涉光信號，設振膜在平衡位置時幹涉光的強度在圖3中Q點處，當聲音引起振膜振動時，導致FP腔長發生變化，聲波引起的FP腔長變化很小，使幹涉光強度在Q點附近來回變化，經過光電轉換，將變化的光強信號變成電信號，此電信號即為聲音信號。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種光纖傳聲器探頭，其特徵在於包括:用於感應聲音振動的振膜、外殼和內芯； 所述振膜安裝在外殼的前端，並在振膜的前端設有對振膜進行保護的前罩； 所述內芯安裝在外殼的容納腔內，且內芯上的內芯光纖前端的內芯光纖端面與振膜形成有反射腔。
2.根據權利要求1所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述傳聲器探頭還包括設置在外殼的容納腔內用於調節內芯探入的深度，以調節內芯光纖前端的內芯光纖端面與振膜的距離的墊片；且所述墊片的厚度為1-1000微米。
3.根據權利要求1或2所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述內芯末端依次安裝有彈簧墊片和鎖環，通過鎖環與外殼相固定連接，將內芯固定在外殼的容納腔內。
4.根據權利要求1或2所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述振膜的反光面設有金納米反光層，且金納米反光層的厚度為10-500納米。
5.根據權利要求1或2所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述振膜為鈦箔、不鏽鋼箔、鎳箔或矽微振膜；振膜的厚度為1-10微米。
6.根據權利要求1或2所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述內芯光纖為單模光纖或多模光纖。
7.根據權利要求1或2所述的光纖傳聲器探頭，其特徵在於所述反射腔為FP幹涉腔，且內芯光纖為單模光纖。
全文摘要
本發明公開了一種光纖傳聲器探頭，其特徵在於包括用於感應聲音振動的振膜、外殼和內芯；所述振膜安裝在外殼的前端，並在振膜的前端設有對振膜進行保護的前罩；所述內芯安裝在外殼的容納腔內，且內芯上的內芯光纖前端的內芯光纖端面與振膜形成有反射腔。該光纖傳聲器探頭性能一致高，可形成強度式和基於FP幹涉原理的光纖傳聲器，具有抗電磁幹擾能力強、靈敏度高、易於形成陣列的列的特點。另外，該傳聲器探頭結構簡單，便於安裝、調試和生產，而且成本低廉適於廣泛推廣。
文檔編號H04R23/00GK103152684SQ20131007750
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者程進, 馮傑, 趙龍江, 侯志國, 周瑜, 魏曉玲 申請人:中國電子科技集團公司第三研究所