[发明专利]半导体激光自混合次声波检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于次声波检测领域，尤其是涉及一种采用激光自混合干涉测量振膜振动检测次声波的次声波检测装置及检测方法。

背景技术

次声是频率低于20Hz的声音，人耳无法听见。大自然的许多活动，如火山爆发、地震、台风、火箭发射、海浪拍击、车轮行驶等都有次声的产生。目前，检测次声波的检测装置一般是电容式次声传感器、光纤式次声传感器、双光束干涉式次声传感器。

然而，上述检测装置均有其不足之处。其中，对于电容式次声传感器而言，其不足之处是：要求结构精细，设计严密，选材严格，特别是加工精度要非常高，其主要零件都要求超精加工。对环境温度变化比较敏感。需要做好绝缘，同时还要保证超高的洁净度。而且这类电参量传感器抗电磁干扰能力比较差，使其在应用上受到很大的限制，如仅限于地震监测，市场价格高；对于光纤式次声传感器而言，其不足之处是：对技术要求较高，性价比低；而对于双光束干涉式次声传感器而言，其不足之处是：需要较多的辅助光学元件，如分光计、偏振片、参考反射镜等，而且光路需要严格地准直，较难调节。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种采用激光自混合干涉测量振膜振动检测次声波的次声波检测装置及检测方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种半导体激光自混合次声波检测装置，包括有光学系统与电学系统，其中，光学系统包括有内部封装有光电探测器的半导体激光器、激光器调整架、准直透镜和灵敏反光膜片；电学系统包括依次连接的激光器驱动电路、信号预处理电路、声卡、数据处理单元和输出终端；激光器驱动电路产生恒流驱动半导体激光器发出激光，经过准直透镜后变为平行光，该平行光经会聚透镜会聚到灵敏反光膜片上，通过调节激光器调整架，使部分光被振膜表面反射回激光腔内，反馈光携带灵敏反光膜片的振动信息，与激光腔内的光相混合后，发生自混合干涉现象，引起激光器输出光强的变化，光强由封装在半导体激光器内部的光电探测器检测出且转换为对应的电流信号，经过信号预处理电路首先转换为电压信号，再经前置放大电路对电压信号进行放大，该信号由计算机声卡采集转换为数字信号，最后由数据处理单元进行数据处理，由输出终端输出次声波的测量结果。

本发明另一技术方案为，提供一种半导体激光自混合次声波检测方法，包括以下步骤：

1）次声波作用于灵敏反光膜片上，膜片随着声压的变化而产生位移，引起激光器外腔长度发生微小变化；

2）恒流源电路驱动半导体激光器发出的光照射到灵敏反光膜表面后，部分光被反射回激光腔内，形成自混合干涉；

3）将封装在半导体激光器内部的光电探测器检测到的光强变化处理成电压信号，并进行放大，经数据采集后，进入数据处理单元；

4）数据处理单元处理得到自混合干涉信号的波动条纹，解调出所述灵敏反光膜的振动位移幅度与振动频率，计算获得次声波的强度值与频率值；

5）最后通过输出终端显示次声波的测量结果。

相较于现有技术，本发明的次声波检测装置利用激光自混合干涉测量振膜振动检测次声波，提供了一种检测次声波的新的方法，不需要传统激光干涉仪的分光计和参考镜等辅助光学元件，光电探测器封装在激光器内部使得整体结构紧凑简单，对器件的加工精度要求不高，制作成本低且操作简单。

附图说明

图1是本发明创作的光路原理及总体结构原理图。

图2是本发明创作的数据处理单元框图。

具体实施方式

为了使本创作的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本创作进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。