光纤固体振动传声器制造技术

本实用新型专利技术公开一种光纤固体振动传声器，它是一种基于惯性振动检测与激光分光干涉原理的传声器，用于测量固体介质中传输的声音振动信号，是由激光器驱动电路、激光器、光纤光引导单元、光纤固体振动传声器探头、光前端和信号处理单元组成。其中，光纤固体振动传声器探头分为振动耦合单元与光纤传感单元两部分；振动耦合单元将固体介质中的振动信号转换为振动敏感质量块与光纤传感单元的相对位移，引起光纤传感单元内信号反射光与参考反射光之间的相位差变化，从而调制光强信号，实现振动信号到光信号的转换。本实用新型专利技术抗电磁干扰，可进行远程传感和传输，且具有灵敏度和信噪比高，频率响应范围宽等优点。

【技术实现步骤摘要】
光纤固体振动传声器
本技术涉及光纤传感
，具体地说，本技术涉及一种基于惯性振动检测和激光分光干涉原理的光纤固体振动传声器。
技术介绍
声音可以通过气体、液体和固体等弹性介质进行传播。传声器即是对弹性介质中传播的声音振动信号进行拾取、转换和传输的装置，如麦克风、水听器等。声音在固体中的传播有许多实际的应用。对固体中声波进行探测的传声器依据其工作原理的不同，可分为压电式、压阻式、电容式等声-电转换式传声器，以及声-光-电转换式传声器；声-电转换式传声器中又以压电式最为常用。 声-电转换式传声器是一种由声音振动信号转换成电信号输出的装置,主要由振动敏感质量块、弹性部件、转换元件、金属壳体和/或前置电子放大电路组成。这种类型的传声器基于惯性原理，由敏感质量块对振动信号做出反应，改变转换元件的电气参数，经过电子电路转换和放大之后输出电信号，或者直接输出电信号；该类型传声器容易受到电磁干扰，信号传输损耗大，不适合在复杂电磁环境、高压危险等区域中应用，也不适合长距离传感、传输应用。 基于光纤传感技术的光纤固体振动传声器，依据其被调制的方式不同，可以有强度调制、相位调制、波长调制、频率调制和偏振态调制等类型。如专利申请号为200910242527.9的中国专利申请中选取强度调制型光纤振动传感器作为声-光换能单元，虽不易受到电磁干扰、信号传输损耗小，但此传声器存在着灵敏度和信噪比低、频率响应范围较窄的缺点。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种光纤固体振动传声器，解决声-电转换式固体振动传声器易受电磁干扰、信号传输损耗大的问题，同时弥补现有强度调制型光纤振动传感器灵敏度和信噪比低，频率响应范围窄的不足。 为实现上述目的，本技术采用以下方案:基于惯性振动检测和激光分光干涉原理的光纤固体振动传声器，包括传输器本体，所述传输器本体由激光器驱动电路、激光器、光纤光引导单元、传声器探头、光前端和信号处理单元组成；激光器驱动电路的输出端与激光器的输入端相连接；激光器的输出端经发射光纤与光纤光引导单元的端口 I连接；光纤光引导单元的端口 II经传输光纤与传声器探头相连接；光前端的输入端经接收光纤与光纤光引导单元的端口 III相连接；光前端的输出端与信号处理单元的输入端相连接；信号处理单元的反馈端与激光器驱动电路相连接，信号处理单元的输出端作为传输器本体的振动信号还原输出端。 其中，所述的振动传声器探头包括壳体、振动耦合单元和光纤传感单元。 所述壳体包括外框架和上底板；外框架呈中空的柱状，其主要由侧壁、下底板和后盖板构成，侧壁呈上下贯通的环柱状，后盖板和下底板分别覆盖在侧壁的上开口和下开口处；上底板横跨在上述外框架的内腔中，且上底板的边缘与外框架的侧壁内侧面相连，上底板将外框架分隔为上腔体和下腔体两部分；振动耦合单元安装在下腔体内，光纤传感单元安装在上腔体内；下底板的下表面与固体介质紧密贴合。 所述振动耦合单元包括振动敏感质量块和弹性部件；振动敏感质量块为实心柱体，振动敏感质量块的侧面与外框架的侧壁的内侧面光滑相贴；振动敏感质量块的上表面和下表面的中央各设有一个环状的中心突环，这两个中心突环的轴心与振动敏感质量块的轴心重叠；设置在振动敏感质量块的上表面的中心突环内制作有反光膜区域；弹性部件包括弹性部件I和弹性部件II ;弹性部件I支撑在振动敏感质量块和下底板之间，弹性部件I的上表面直接与振动敏感质量块的下表面的突起相接触，弹性部件I的下表面通过加工在该表面上的环状的外围突环与下底板相接触；弹性部件II支撑在振动敏感质量块和上底板之间，弹性部件II的下表面直接与振动敏感质量块的上表面的突起相接触，弹性部件II的上表面通过加工在该表面上的环状的外围突环与上底板相接触；弹性部件II和上底板的中心位置处均设置有上下贯通的透光孔。 所述光纤传感单元包括直角反射镜和光纤准直单元；直角反射镜安装在上底板的上表面上；直角反射镜的一个直角面与振动敏感质量块上的反光膜区域平行，且与上底板的透光孔正对，另一个直角面与所述光纤准直单元的出射端面平行；光纤准直单元的尾纤即传输光纤经外框架的侧壁上开设的开孔引出。 另外，所述上底板的边缘与外框架的内侧壁通过活动连接。 所述下底板与弹性部件I之间的空腔内部填充有硅油。 所述光纤准直单元由传输光纤、毛细玻璃管、自聚焦透镜和匹配套筒所组成；毛细玻璃管的外径、自聚焦透镜的外径和所述匹配套筒的内径相一致，毛细玻璃管和自聚焦透镜同时内嵌在匹配套筒中，自聚焦透镜位于靠近直角反射镜一侧，毛细玻璃管位于靠近外框架侧壁一侧；毛细玻璃管内径与传输光纤的纤芯匹配，传输光纤的一端内嵌在毛细玻璃管的内径中，传输光纤的另一端经外框架的侧壁上开设的开孔引出。 所述光纤准直单元的出射面上镀有部分反射膜或增透膜。 直角反射镜的两个直角面上均镀有增透膜。 所述光纤光引导单元为光纤环形器或者光纤耦合器。 光前端由光电二极管及与其相连的前置放大器组成，其中光电二极管的输入端与光纤光引导单兀相连，光电二极管的输出端连接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端与信号处理单元相连。 所述激光器驱动电路为受控调制电流源。 与现有技术相比，本技术具有以下优点: (I)本技术的光纤固体振动传声器对固体声音振动信号进行拾取和转换的过程中无需电信号的参与，输出为光信号并通过光纤传输，既不产生电磁信号，也不受电磁信号的干扰，可以应用于强电场、强磁场或强射频场环境中，还可以进行远程传感和传输。 (2)本技术的光纤固体振动传声器探头采用激光分光干涉原理，通过实时监测光前端输出信号直流分量的变化情况，适时调整激光器驱动电流，从而改变激光器输出激光信号的中心波长，保证探头始终处于最灵敏的状态。本技术光纤固体振动传声器具有灵敏度和信噪比高，频率响应范围宽等优点。 【附图说明】 图1是本技术的光纤固体振动传声器的系统框图。 图2是本技术的光纤固体振动传声器探头的纵剖面构造图。 图1中，1.激光器驱动电路，2.激光器，3.发射光纤，4.光纤光引导单元，41.端口1,42.端口 11,43.端口 111,5.传输光纤,6.光纤固体振动传声器探头,7.接收光纤,8.光前端，9.信号处理单元。 图2中，611.侧壁，612.下底板，613.弹性部件I，614.振动敏感质量块，615.弹性部件II，616.上底板，617.后盖板，621.反光膜区域，622.直角反射棱镜，623.光纤准直单元，623a.自聚焦透镜，623b.毛细玻璃管，623c.匹配套筒。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术的光纤固体振动传声器的优选的具体实施例进行详细说明。 图1示出了一种基于惯性振动检测和激光分光干涉原理的光纤固体振动传声器的系统框图。该光纤固体振动传声器包括传输器本体，所述传输器本体由激光器驱动电路 1、激光器2、光纤光引导单元4、传声器探头6、光前端8和信号处理单元9组成；激光器驱动电路I的输出端与激光器2的输入端相连接；激光器2的输出端经发射光纤3与光纤光引导单兀4的端口 141连接；光纤光引导单兀4的端口 1142经传输光纤5与传声器本文档来自技高网...

【技术保护点】
光纤固体振动传声器，包括传输器本体，其特征在于，所述传输器本体主要由激光器驱动电路(1)、激光器(2)、光纤光引导单元(4)、传声器探头(6)、光前端(8)和信号处理单元(9)组成；激光器驱动电路(1)的输出端与激光器(2)的输入端相连接；激光器(2)的输出端经发射光纤(3)与光纤光引导单元(4)的端口I(41)连接；光纤光引导单元(4)的端口II(43)经传输光纤(5)与传声器探头相连接；光前端(8)的输入端经接收光纤(7)与光纤光引导单元(4)的端口III(43)相连接；光前端(8)的输出端与信号处理单元(9)的输入端相连接；信号处理单元(9)的反馈端与激光器驱动电路(1)相连接，信号处理单元(9)的输出端作为传输器本体的振动信号还原输出端。

【技术特征摘要】
1.光纤固体振动传声器，包括传输器本体，其特征在于，所述传输器本体主要由激光器驱动电路(I)、激光器(2)、光纤光引导单元(4)、传声器探头(6)、光前端(8)和信号处理单兀(9)组成；激光器驱动电路(I)的输出端与激光器(2)的输入端相连接；激光器(2)的输出端经发射光纤(3)与光纤光引导单元(4)的端口 1(41)连接；光纤光引导单元(4)的端口 11(43)经传输光纤(5)与传声器探头相连接；光前端(8)的输入端经接收光纤(7)与光纤光引导单元(4)的端口 111(43)相连接；光前端(8)的输出端与信号处理单元(9)的输入端相连接；信号处理单元(9)的反馈端与激光器驱动电路(I)相连接，信号处理单元(9)的输出端作为传输器本体的振动信号还原输出端。2.根据权利要求1所述的光纤固体振动传声器，其特征在于，所述的振动传声器探头(6)包括壳体、振动I禹合单兀(61)和光纤传感单兀(62)； 所述壳体包括外框架和上底板(616);外框架呈中空的柱状,其主要由侧壁(611)、下底板(612)和后盖板(617)构成,侧壁(611)呈上下贯通的环柱状,后盖板(617)和下底板(612)分别覆盖在侧壁(611)的上开口和下开口处；上底板(616)横跨在上述外框架的内腔中，且上底板(616)的边缘与外框架的侧壁(611)内侧面相连，上底板(616)将外框架分隔为上腔体和下腔体两部分；振动耦合单元(61)安装在下腔体内，光纤传感单元(62)安装在上腔体内；下底板(612)的下表面与固体介质紧密贴合； 所述振动耦合单元(61)包括振动敏感质量块(614)和弹性部件；振动敏感质量块(614)为实心柱体，振动敏感质量块(614)的侧面与外框架的侧壁(611)的内侧面光滑相贴；振动敏感质量块(614)的上表面和下表面的中央各设有一个环状的中心突环，这两个中心突环的轴心与振 动敏感质量块(614)的轴心重叠；设置在振动敏感质量块(614)的上表面的中心突环内制作有反光膜区域(621);弹性部件包括弹性部件I (613)和弹性部件11(615);弹性部件I (613)支撑在振动敏感质量块(614)和下底板(612)之间，弹性部件1(613)的上表面直接与振动敏感质量块(614)的下表面的突起相接触，弹性部件I (613)的下表面通过加工在该表面上的环状的外围突环与下底板(612)相接触；弹性部件II (615)支撑在振动敏感质量块(614)和上底板(616)之间，弹性部件IU615)的下表面直接与振动敏感质...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏磊，
申请(专利权)人：桂林航天光比特科技股份公司，
类型：新型
国别省市：广西;45