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        抗干擾微光機電麥克風

        2017-03-30 11:21:03李高林古仕林李翔高天雨
        物聯(lián)網(wǎng)技術 2017年3期

        李高林+古仕林+李翔+高天雨

        摘 要:文中針對復雜環(huán)境干擾下的聲音采集、解調(diào)、還原等問題,采用微光機電技術和MEMS技術,研制出一種基于F-P腔干涉光纖傳輸聲音信號的抗干擾微光機電麥克風,可有效避免外界復雜環(huán)境的干擾,顯著提高其靈敏度和精密度。經(jīng)調(diào)研,該產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景和可觀的經(jīng)濟效益。

        關鍵詞:微光機電;MEMS;F-P腔

        0 引 言

        本作品針對復雜環(huán)境干擾下的聲音采集、解調(diào)、還原等問題,采用微光機電技術和MEMS技術,研制出一種基于F-P腔干涉光纖傳輸聲音信號的抗干擾微光機電麥克風。由于本作品基于F-P腔干涉,可將探測到的聲音信號轉(zhuǎn)換為光信號在光纖中傳導,有效避免外界復雜環(huán)境的干擾,體現(xiàn)了較好的抗干擾性。與傳統(tǒng)聲傳感器相比,該產(chǎn)品的靈敏度和精密度都顯著提高,可應用于復雜環(huán)境干擾下聲音等信號的探測還原。

        目前通用的各種電子通訊設備易受電磁干擾的影響,如話筒產(chǎn)生尖刺聲,核事故的范圍受到電磁干擾導致麥克風等通訊設備無法使用。相比之下,本作品最大的優(yōu)點在于其優(yōu)良的抗干擾性能,可削弱背景噪聲,有效避免各種電磁和輻射干擾而不影響聲音的探測還原。還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度和放大倍數(shù),實現(xiàn)對微小聲音等信號的探測,在日常生產(chǎn)生活中具有廣闊的應用前景。該產(chǎn)品的實物如圖1所示。

        1 工作原理

        本作品基于F-P腔干涉原理。激光器工作發(fā)出的激光經(jīng)光纖耦合器連接傳感頭,連接傳感頭的激光經(jīng)端面發(fā)生全反射,反射激光經(jīng)耦合器傳到探測器。此時若有外界聲音等振動信號引起傳感頭硅膜振動,則會改變傳感頭內(nèi)的空氣腔長度,使反射激光與入射激光符合發(fā)生干涉光條件,從而發(fā)生干涉,可將攜帶聲音信號的振動信號加載攜帶聲音信號的光信號,再經(jīng)光纖和光纖耦合器傳輸?shù)胶蠖颂幚硐到y(tǒng)光電探測器模塊(遠離或隔離干擾環(huán)境),后端處理系統(tǒng)解調(diào)還原光信號中的聲音信息,經(jīng)信號放大器放大后播放實現(xiàn)整個聲音信號的探測還原過程。系統(tǒng)基本原理如圖2所示。

        本產(chǎn)品的核心部件傳感頭基于法布里-珀羅干涉腔多光束干涉的基本原理,利用其對一定頻率和強度的聲音信號都具有良好的響應能力,設計制作復雜環(huán)境下探測聲音信號的抗干擾微光機電麥克風。在傳感頭中,聲感應膜制作采用微加工技術,封裝時實現(xiàn)對硅膜和光纖準直器空間位置的精確控制,使傳感頭對聲音信號具有良好的響應還原能力,滿足抗干擾微光機電麥克風設計的靈敏度和精密度要求。探測頭的設計原理如圖3所示。

        2 創(chuàng)新點

        本產(chǎn)品創(chuàng)造性地利用F-P干涉原理將振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?,實現(xiàn)兩種信號之間的轉(zhuǎn)換,并充分利用其抗干擾耐高溫的特點,具有微型化、多功能、智能化和高集成度等優(yōu)點,適于大批量生產(chǎn)。與傳統(tǒng)聲傳感器相比,靈敏度和精密度都有顯著提高。

        本產(chǎn)品具有抗干擾性強、穩(wěn)定性高、環(huán)保無污染等特點,能廣泛應用于各種場合(多功能性)微小聲音信號(如音量極低的聲音信號和各種振動信號等)的探測,并將探測到的信號在不受電磁等環(huán)境干擾的情況下傳輸?shù)胶蠖颂幚硐到y(tǒng),將信號放大還原,如地震救援探測,地質(zhì)活動監(jiān)測,海底救援微弱信號的探測等。其多功能性使得本產(chǎn)品不僅在實際生活中應用廣泛,在軍事上亦有廣闊的應用前景。本產(chǎn)品可用于各種復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的穩(wěn)定通信,大量安裝于人煙稀少的邊境地區(qū),用于邊境地區(qū)的安防,并監(jiān)測是否有敵機等武裝力量入侵等,以保衛(wèi)國家的領土安全和人民群眾的財產(chǎn)安全。

        3 市場前景

        本產(chǎn)品具有抗干擾性強、穩(wěn)定性高、環(huán)保無污染等特點,能廣泛應用于各種場合(多功能性)微小振動信號(如音量極低的聲音信號和各種振動信號等)的探測,并可以廣泛應用。其廣泛應用的特點也激發(fā)了廣泛需求。我們在現(xiàn)有基礎上綜合考慮成本及性能,盡量降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,使得產(chǎn)品更易于推向市場,并進一步開發(fā)產(chǎn)品的新功能,更換不同探頭以實現(xiàn)陸、海、空環(huán)境下探測信號穩(wěn)定不失真。在不斷完善項目產(chǎn)品的同時做好宣傳,將一代、二代產(chǎn)品推向市場,收集用戶對產(chǎn)品性能和功能的意見、建議,及時改進產(chǎn)品,提高用戶體驗,形成完善的三代、四代產(chǎn)品。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)預測,本產(chǎn)品有廣泛的市場需求,經(jīng)濟效益十分可觀。

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