一種光纖對講裝置的製作方法
2023-12-11 16:17:22 1
專利名稱：一種光纖對講裝置的製作方法
一種光纖對講裝置方法
技術領域：
本發明涉及一種對講裝置，特別是一種在一端為全光纖的對講裝置，
屬於光學及通信技術領域。背景技術：
對講是人們交流語言信息的一種方式手段。在人們因某種原因無法 進行面對面講話的情況下即需要使用對講裝置或系統。與電話相比，對講裝置或系統是一 種相對較短距離的通信系統。 一般的對講系統都是通過電信號的方式進行的。最簡單的對 講系統包括將聲音轉換為電信號的麥克風、將信號進行放大的電子放大器、信號傳輸電纜 以及將電信號轉換聲音的發聲器件，如揚聲器(或耳機)。對講信號也可以通過無線電信號 傳輸，此時無線發射/接收設備將取代傳輸電纜。隨著電子及通信技術的快速發展，對講系 統也由過去的模擬系統逐步發展到數字系統，並且可以將視頻技術與語音對講相結合，形 成可視對講系統。對講系統在人們的日常生活的多個方面發揮著越來越重要的作用，也廣 泛應用於工礦企業生產指揮以及調度，醫療系統的緊急呼叫，賓館、居民小區及樓宇安防和 管理，以及各種辦公系統，為實現上述系統的智能化管理髮揮了重要的和不可缺少的作用。
如前所述，現有的對講系統中，信號均是以電信號(有線或無線)方式，完成由聲 音(通過麥克風)一電信號一(通過揚聲器)聲音的轉換以達到傳遞語言信息的目的。這 種傳遞方式在通常的應用條件下是十分容易實現的。然而，在某些特殊情況下，上述轉換與 電信號傳輸則是無法進行的。 一個簡單的例子，是在有強電磁場的環境中現有電子對講系 統將受到電磁場的幹擾產生很強的噪聲而影響對講的正常進行，甚至會使其無法使用。例 如，在核磁共振掃描過程中，醫生與被檢查病人之間的通話。由於強磁場的存在，不允許在 核磁共振掃描中放入金屬部件，使得現有的任何以電信號傳輸的通信系統均無法使用，致 使醫生無法了解病人在掃描過程中的感受，病人也無法與醫生進行交流。
發明內容本發明目的是解決傳統電子對講系統易受外界環境幹擾，甚至無法
正常使用的問題提供一種在一端為全光纖的對講裝置。
本發明提供光纖對講裝置包括 對講裝置的第一端亦即電信號端依次由常規麥克風、第一音頻放大電路和光源，
常規揚聲器、第二音頻放大電路和光電探測器以及光纖麥克風光源組成； 對講裝置的第二端亦即光信號端由發聲薄膜和光纖麥克風傳感頭組成； 第一傳輸光纖用於將電信號端的光源發出的經音頻信號調製的光信號傳輸至光
信號端的發聲薄膜； 第二傳輸光纖用於將光信號端的光纖麥克風傳感頭輸出的經音頻信號調製的光 信號傳輸至電信號端的光電探測器； 輸入光纖用於將電信號端的光纖麥克風光源發出的光信號傳輸至光信號端的光 纖麥克風傳感頭。 所述的電信號端的光源為光纖輸出的半導體發光二極體(LED)、光纖輸出的半導 體雷射器(LD)或光纖雷射器。 所述的光纖麥克風是指光纖中光的強 、波長、相位或偏振態可以被聲音信號的 強度而調製的光纖器件。
所述的發聲薄膜為低密度吸光材料，其在入射光的照射下產生隨光強度變化的熱 膨脹，引起空氣介質產生波動，產生聲音。低密度吸光材料為碳納米管。
所述的發聲薄膜經如下步驟製得 將紫外固化的光學膠均勻塗敷在厚度為1mm的石英基片上，然後將碳納米管均勻 散布在光學膠上，使用紫外燈在沒有納米管的一側照射石英基片，使光學膠固化，除去基片 上多餘的碳納米管，即在石英基片上得到一層由碳納米管組成的薄膜，即所述的發聲薄膜。
本發明的優點和積極效果 本發明裝置在對講的一端無任何金屬部件，聲音完全是由光信號傳遞，並由光能 直接轉換為聲能，聲音直接轉換為光信號的變化，從根本上解決了傳統電子對講系統易受 外界環境幹擾，或是無法使用的問題。
圖1為本發明涉及的光纖對講裝置結構示意圖。 圖中101為對講裝置的第一端(電信號端)要傳輸的語音信號(簡稱聲場)；102 為常規麥克風；103為第一音頻放大電路；104為光源；105為第一傳輸光纖；106為發聲薄 膜；107為對講裝置的第二端(光信號端)發出的語音信號(簡稱聲場)；108為對講裝置 的第一端(電信號端)發出的語音信號(簡稱聲場)；109為常規揚聲器；110為第二音頻 放大電路；111為光電探測器；112為第二傳輸光纖；113為光纖麥克風傳感頭；114為對講 裝置的第二端(光信號端)要傳輸的語音信號(簡稱聲場)；115為光纖麥克風的光源；116 為光纖麥克風的輸入光纖。
具體實施方式
實施例1 : 本發明提供的是一種由常規麥克風、音頻放大電路、光源、第一傳輸光纖、發聲薄 膜、光纖麥克風、第二傳輸光纖、光電探測器、第二音頻放大電路、常規揚聲器以及光纖麥克 風光源和光纖麥克風的輸入光纖構成的光纖對講裝置，該語音對講裝置的一端是由光纖和 光學元件構成，而不包含任何金屬或其它導電體，語音對講信號完全是通過光信號實現。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。 如附圖l所示，麥克風102可以採用任何市售的動圈式、電容式或駐極體麥克 風作為電信號端的語音檢測器件。揚聲器109可採用普通的喇叭或耳機，作為電信號端 的發聲器件。本實施例中使用清華同方TF692高清立體聲耳機/麥克風組合器件，其 技術參數如下喇叭直徑40mm;頻率響應20Hz-20kHz ;阻抗32歐姆；靈敏度108db ;麥 克風6*5/-52dB±2dB。第一音頻放大電路103採用JAYCAR KC5166放大器，頻率響應 10Hz-50kHz，其電壓信號增益可調，最大增益為40dB。光源104採用德國Pilas， A. L. S. GmbH 公司提供的PIL106半導體雷射器，該半導體雷射器即可以產生連續輸出，也能產生脈衝 輸出，其輸出模式由其電流控制單元EIG1000D設定。PIL106半導體雷射器的輸出波長為 1060nm，連續輸出功率大於400mW。第一傳輸光纖105採用NUFERN1060-XP單模光纖。
發聲薄膜106按照如下方法製作將紫外固化的光學膠均勻塗敷在厚度為lmm的 石英基片上，然後將碳納米管均勻散布在光學膠上，使用紫外燈在沒有納米管的一側照射石英基片，使光學膠固化，除去基片上多餘的碳納米管，即在石英基片上得到一由碳納米管 組成的薄膜。 第二音頻放大電路110採用另一隻JAYCAR KC5166放大器。光電探測器111、第二 傳輸光纖112、光纖麥克風傳感頭113、光纖麥克風的光源115和光纖麥克風的輸入光纖116 採用深圳明鑫科技公司提供的F0M-1140光纖麥克風組件。光纖麥克風傳感頭113由MEMS 振動薄膜構成，其材料為聚碳酸酯，光電探測器111為PIN光電二極體，第二傳輸光纖112 和光纖麥克風的輸入光纖116為纖芯50微米的多模光纖，光纖麥克風的光源115為LED。 F0M-1140光纖麥克風組件的主要技術參數如下頻率響應30Hz-10kHz，靈敏度100mV/Pa， 最大聲壓114dB SPL，全方位極性模式。 本發明實施例中的光纖對講裝置的工作原理及工作過程如下
1.聲音由電信號端向光信號端的傳輸 在電信號端，聲場101被麥克風102檢測，將其轉換為電信號。該信號經第一音頻 放大電路103放大，其輸出接光源104的調製輸入端。由光源104輸出的雷射功率受到音 頻信號的調製而隨音頻信號線性變化。光源104發出的光經第一傳輸光纖105傳至光信號 端，由第一傳輸光纖105輸出的光入射至發聲薄膜106上。強度受音頻信號調製的光信號 被發聲薄膜106上的碳納米管吸收，轉換為熱能，使碳納米管的溫度產生隨音頻信號的變 化，該溫度變化引起發聲薄膜106隨音頻信號變化的熱膨脹，致使其周圍的空氣密度發生 改變，產生聲場107，在光信號端發出聲音。
2.聲音由光信號端向電信號端的傳輸 在光信號端，光纖麥克風的光源115發出的恆定功率的連續光經光纖麥克風的輸 入光纖116傳至光纖麥克風傳感頭113。光纖麥克風傳感頭113中的MEMS振動薄膜將來自 光纖麥克風的輸入光纖116的光反射至第二傳輸光纖112的輸入端。光信號端的聲場114 作用在MEMS振動膜上，使其產生變形，從而使有MEMS振動膜反射光的角度發生變化。這樣 耦合進第二傳輸光纖112的光強度隨之產生變化。該光信號經第二傳輸光纖112傳至光電 探測器lll，轉換為電信號，再經第二音頻放大電路110放大，驅動揚聲器109，在電信號端 發出聲音。 上述兩個過程可同時進行，即可實現雙向雙功的對講功能。在光信號端沒有任何 電子部件，聲音信號完全由光信號檢測、傳輸和轉換。由於第一傳輸光纖105、第二傳輸光 纖112和光纖麥克風的輸入光纖116均為低損耗單模或多模光纖，可實現長距離的光信號 傳輸。可以將該對講裝置中有電信號的部分置於遠離電磁幹擾源的位置，使用光纖將對講 裝置的電信號端和光信號端連接起來。 採用本發明的光纖對講裝置可以從根本上解決傳統電子對講系統易受外界環境 幹擾，或是在惡劣條件下無法使用的問題。例如，本發明的光纖對講裝置可以用在核磁共振 掃描儀上，將對講裝置的光信號端放置在核磁共振掃描儀的強磁場中，將電信號端放置在 遠離核磁共振掃描儀的地方。 本領域的專業技術人員都清楚，本發明的思想可採用上面列舉的具體實施方式
以 外的其它方式實現。
權利要求
一種光纖對講裝置，其特徵在於該對講裝置包括對講裝置的第一端亦即電信號端依次由常規麥克風、第一音頻放大電路和光源，常規揚聲器、第二音頻放大電路和光電探測器以及光纖麥克風光源組成；對講裝置的第二端亦即光信號端由發聲薄膜和光纖麥克風傳感頭組成；第一傳輸光纖用於將電信號端光源發出的經音頻信號調製的光信號傳輸至光信號端的發聲薄膜；第二傳輸光纖用於將光信號端的光纖麥克風傳感頭輸出的經音頻信號調製的光信號傳輸至電信號端的光電探測器；輸入光纖用於將電信號端的光纖麥克風光源發出的光信號傳輸至光信號端的光纖麥克風傳感頭。
2. 根據權利要求1所述的光纖對講裝置，其特徵在於電信號端的光源為光纖輸出的半 導體發光二極體(LED)、光纖輸出的半導體雷射器(LD)或光纖雷射器。
3. 根據權利要求1所述的光纖對講裝置，其特徵在於所述的光纖麥克風是指光纖中光 的強度、波長、相位或偏振態可以被聲音信號的強度而調製的光纖器件。
4. 根據權利要求1所述的光纖對講裝置，其特徵在於所述的發聲薄膜為低密度吸光材 料，其在入射光的照射下產生隨光強度變化的熱膨脹，引起空氣介質產生波動，產生聲音。
5. 根據權利要求4所述的光纖對講裝置，其特徵在於所述的低密度吸光材料為碳納米管。
6. 根據權利要求5所述的光纖對講裝置，其特徵在於所述的發聲薄膜經如下步驟製得將紫外固化的光學膠均勻塗敷在石英基片上，然後將碳納米管均勻散布在光學膠上， 使用紫外燈在沒有納米管的一側照射石英基片，使光學膠固化，除去基片上多餘的碳納米 管，即在石英基片上得到一層由碳納米管組成的薄膜，即所述的發聲薄膜。
全文摘要
一種光纖對講裝置。本發明提供的是一種由常規麥克風、音頻放大電路、光源、第一傳輸光纖、發聲薄膜、光纖麥克風、第二傳輸光纖、光電探測器、第二音頻放大電路、常規揚聲器以及光纖麥克風光源和光纖麥克風輸入光纖構成的光纖對講裝置。本發明裝置對講的一端是由光纖和光學元件構成，無任何金屬部件或其它導電體，語音對講信號完全是由光信號傳遞，並由光能直接轉換為聲能，聲音直接轉換為光信號的變化，從根本上解決了傳統電子對講系統易受外界環境幹擾，或是無法使用的問題。
文檔編號H04R31/00GK101707504SQ200910070999
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者唐春曉, 李恩邦 申請人:天津大學