專利名稱：光電式聲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用光電方式制作的聲傳感器。
眾所周知，在聲傳感器范疇內(nèi)，已利用了多種物理效應(yīng)。如動圈式聲傳感器，其結(jié)構(gòu)是在感受振動的膜片后貼一組線圈，線圈置于一個永磁磁場中，線圈運(yùn)動切割磁力線以產(chǎn)生感應(yīng)電流，完成傳感功能。這種形式的聲傳感器可以說是磁電式的。此外，能完成聲傳感的還有電容式聲傳感器、電阻式聲傳感器。在電容式聲傳感器中，直接變化的是電容，如駐極體話筒；在電阻式聲傳感器中，直接變化的是電阻，如電話機(jī)中的碳粒式傳聲器。然而在現(xiàn)有的聲傳感器中，有的造價高，有的頻響窄，尤其是次聲傳感器，一般都不具有優(yōu)秀的線性和信價比。
現(xiàn)有的光電式聲傳感器多數(shù)是用光纖作光傳輸路徑的，如美國專利“鋼琴聲音的光電傳感設(shè)備和方法”(專利號5231283)，是一種用于琴鍵中的聲傳感器；美國專利“光電壓力傳感器”(專利號5247490)是一種用于液體中的傳感器，它們的構(gòu)成都用到了光纖，適用范圍都很有限。
本發(fā)明的目的是為了尋求一種高靈敏度、超寬頻響范圍，且對使用環(huán)境條件要求不高的聲探測技術(shù)。
本發(fā)明的原理是將聲音的振動，首先轉(zhuǎn)變?yōu)楣獾膮?shù)的變化(光強(qiáng)或光波相位)，然后用光探測器將其轉(zhuǎn)換為電信號，完成傳感功能，因此，稱為光電式聲傳感器。
本發(fā)明的光電式聲傳感器是由聲源(聲波)、光源(光波)、膜片、擋光片(或透鏡、或反射鏡、或分束片)和光探測器組成。當(dāng)聲波和光波進(jìn)入膜片后，使膜片振動調(diào)制光束并輸入光探測器，光探測器將其光參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出，完成傳感功能(見附圖1)。
本發(fā)明的光電式聲傳感器，是由聲波引起膜片振動，膜片的振動直接引起照在光探測器光散面上的光強(qiáng)發(fā)生變化產(chǎn)生電信號。也就是說本發(fā)明是采用光學(xué)方法提取膜振動信號，電信號的幅度正比于膜振動幅度，在感應(yīng)聲波的膜片上幾乎不附加其它質(zhì)量和力阻。因此，可以大大地?cái)U(kuò)展頻率響應(yīng)范圍，尤其是低端可以擴(kuò)展到接近0Hz，高頻響應(yīng)取決于膜的響應(yīng)，因光電式聲傳感器的靈敏度是由膜片張力、直徑和光源亮度確定，僅僅受限于膜片的特征頻率，因此，它的聲感受的靈敏度比一般的聲傳感器高，又因光的重量為零，這種聲傳感器無論擺放方位如何，都不影響使用效果?？梢姳景l(fā)明的光電式聲傳感器，不僅頻率響應(yīng)寬、靈敏度高，而且體積小、成本低廉，可用于遠(yuǎn)距離聲探測設(shè)備、聲學(xué)定位雷達(dá)，也可用來制作高檔話筒及作為一種壓力傳感器來應(yīng)用。


圖1本發(fā)明原理方框2孔徑調(diào)制方式的光電式聲傳感示意3照明點(diǎn)亮度調(diào)制光電式聲傳感示意4相干照明高靈敏度光電聲傳感示意圖結(jié)合圖2—圖3通過實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1，見附圖2。
膜片1與擋光片2垂直安置，擋光片2是一個很薄很輕的金屬薄膜，貼在膜片1中心，在擋光片一側(cè)有一個發(fā)光二極管作光源3，另一側(cè)有一個接收孔徑為狹縫的光探測器4。當(dāng)膜片1感應(yīng)聲波而振動時，擋光片2隨膜振動而產(chǎn)生位移，光源3發(fā)出的光波，被擋光片切割調(diào)制后進(jìn)入光探測器4，產(chǎn)生聲振動的電信號輸出。
實(shí)施例2，見附圖3。
膜片1的一側(cè)安置有相互垂直的透鏡L1、L2，并在兩鏡之間有一個有一定角度的分束片5，在透鏡L2右側(cè)有一個光探測器4，光源3為一發(fā)散角較小的光束。透鏡L1把光聚焦后照到膜片1上，通過分束片5和透鏡L2把膜上照明點(diǎn)成象于探測器4上，當(dāng)膜片1感應(yīng)聲波而振動時，膜振動引起照明點(diǎn)亮度的變化，因此，象的亮度也隨著變化，于是產(chǎn)生聲振動的電信號輸出。
實(shí)施例3見附圖4。
膜片1的一側(cè)安置有反射鏡L3和光探測器4，在反射鏡L3和光探側(cè)器之間安置有一個具有一定角度的分束片5、光源3是一發(fā)散角較小的光束。當(dāng)入射相干光束經(jīng)分束片5分為兩束光，一束光到反射鏡L3返回分束片5，透過一部分到探測器4。另一束光照到膜片1上返回分束片5，并反射一部分到光探測器4。因此，照到光探測器4上的兩束光產(chǎn)生干涉條紋，形成相干探測。膜片1感應(yīng)聲波振動，引起它反射的光束相對相位的變化，探測器4上的干涉條紋產(chǎn)生橫向移動，于是產(chǎn)生聲振動的電信號輸出。
權(quán)利要求
1.光電式聲傳感器，其特征是它由聲源、光源、膜片、擋光片(或透鏡、或反射鏡、或分束片)和光探測器構(gòu)成，聲波引起膜片振動后，使膜片振動調(diào)制光束并輸入光探測器，光探測器將光參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出，完成傳感功能。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的光電式聲傳感器，其特征是擋光片(2)垂直安置于膜片(1)下，擋光片一側(cè)有一個光源(3)，另一側(cè)有一個接收孔徑為狹縫的光探測器(4)，當(dāng)膜片(1)感應(yīng)聲波而振動時，擋光片(2)隨膜振動產(chǎn)生位移，光源(3)發(fā)出的光波，被擋光片切割調(diào)制后進(jìn)入探測器(4)，產(chǎn)生聲振動的電信號。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的光電式聲傳感器，其特征是膜片(1)的一側(cè)安置有相互垂直的透鏡L1、L2，并在兩鏡之間有一個分束片(5)，在透鏡L2右側(cè)有一個光探測器(4)，光源(3)是一發(fā)散角較小的光束，透鏡L1把光聚焦后照到膜片(1)上，通過分束片(5)和透鏡L2把膜上的照明點(diǎn)成象于探測器(4)上，當(dāng)膜片(1)感應(yīng)聲波而振動時，引起照明點(diǎn)亮度的變化，因此象的亮度也隨著變化，于是產(chǎn)生聲振動的電信號。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的光電式聲傳感器，其特征是膜片(1)的一側(cè)安置有反射鏡L3和光探測器(4)，在反射鏡L3和光探測器(4)之間安置有一個分束片(5)，光源(3)是一發(fā)散角較小的光束，入射相干光束經(jīng)分束片(5)分為兩束光，分別經(jīng)反射鏡L3和膜片(1)，再經(jīng)透過和反射一部分光到光探測器(4)，照到光探測器(4)上的兩束光產(chǎn)生干涉條紋，形成相干探測，膜片(1)感應(yīng)聲波而振動，引起它反射的光束相對相位的變化，探測器(4)上的干涉條紋就產(chǎn)生橫向移動，產(chǎn)生聲振動的電信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新的聲傳感技術(shù)——光電式聲傳感器。它是由聲源、光源、膜片、擋光片(或透鏡、或反射鏡、或分束片)和光探測器構(gòu)成，其特點(diǎn)是將聲波引起的膜振動，用光學(xué)的方法轉(zhuǎn)換為電信號，電信號的幅度正比于膜振動的幅度。其優(yōu)點(diǎn)是頻率響應(yīng)寬；尤其是低端，可擴(kuò)展到接近OHz。靈敏度高；成本低廉?？捎糜谶h(yuǎn)距離聲探測設(shè)備、聲學(xué)定位雷達(dá)等，亦可用來制作次聲傳感器，高檔話筒和壓力傳感器。
文檔編號G01D5/26GK1128863SQ95111239
公開日1996年8月14日 申請日期1995年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月7日
發(fā)明者何毅, 吳健, 楊展強(qiáng) 申請人:電子科技大學(xué)