[发明专利]一种激光麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及传声器技术领域，特别是涉及一种以激光信号为信息载体的激光麦克风。

背景技术

麦克风已被广泛应用于日常生活中的各个领域，如会场、电话、电脑、对讲系统等。传统的麦克风主要有动圈式麦克风和电容式麦克风，其信号拾取都是以感应膜片随声波而振动并引起电场或磁场的变化，以得到相应的电压输出，该电压输出用于还原声音。其不同点在于：动圈式麦克风的工作原理是利用声波去推动振膜，振膜带动线圈运动，引起磁力线的改变，从而产生微弱的电压；电容式麦克风的工作原理是利用声波推动镀金的振膜，使得电容两极板间的距离发生改变，从而改变麦克风的输出电压。这两种麦克风都是依靠电荷媒介工作，在强电磁场的环境中容易受到电磁干扰而无法正常工作，而且这两种麦克风系统噪音大，灵敏度不够高，无法实现远程无线采集声音。

近几年新兴起的光纤声传感器是一种能够探测声压的压力传感器。光纤声传感器以光为信息载体，光纤为传输载体。光纤声传感器可分为强度型和干涉型两种，强度型光纤声传感器又有透射式和反射式两种。强度型光纤声传感器利用压力改变探测光的强度大小，从而感知压力大小及变化；干涉型光纤声传感器利用压力改变探测光的光程及其相位，使干涉条纹发生变化，从而感知压力大小及变化。强度型光纤声传感器结构简单、操作方便、系统噪音小、灵敏度高，其缺点是光纤价格昂贵且无法远程无线采集声音。干涉型光纤声传感器采用迈克尔逊结构，结构复杂，光学部分需要精密机械，此外其算法模型也复杂、光纤价格昂贵，因此在普通场合下较少使用。同样，干涉型光纤声传感器也无法远程无线采集声音。

还有一种基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)技术的麦克风。MEMS技术融合了多种微细加工技术，广泛应用于压力传感器、加速计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等领域。目前，MEMS技术成熟，可进行小尺寸、大规模、低成本生产。但现在基于MEMS技术的麦克风还是电容调制型的，由声压引起MEMS膜片的振动，膜片振动引起容值的变化，与传统的电容式麦克风相比，只是体积减少了，灵敏度并没有明显提高。

因此，设计一种拾音灵敏度高、抗电磁干扰能力强、可远程无线采集声音并能在恶劣环境中工作的麦克风，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光麦克风，其拾音灵敏度高、抗电磁干扰能力强、可远程无线采集声音并能在恶劣环境中工作。

本发明采用的技术方案是：

一种激光麦克风，所述激光麦克风包括激光发射单元、激光分束单元、激光扩束单元、光学传感器和信号处理单元；所述激光发射单元朝激光分束单元发射激光束；所述激光分束单元将激光束分出一路参考光，未被分束的激光束入射到激光扩束单元；激光扩束单元将未被分束的激光束扩束准直后入射到光学传感器上；光学传感器受外界声源影响时调制入射的激光束，被调制的激光束沿入射方向返回，依次经过激光扩束单元和激光分束单元后形成信号光；所述参考光和信号光入射到信号处理单元，信号处理单元对参考光和信号光进行光电转换和电信号处理，形成可还原出声源声音的电信号。

优选地，所述激光分束单元通过透射将激光束分出一路参考光，未被分束的激光束通过激光分束单元的反射入射到激光扩束单元；被调制的激光束经过激光分束单元透射后形成信号光。

优选地，所述激光分束单元包括分束镜和空间滤波器；所述分束镜放置于从激光发射单元发射的激光束的入射光路上，分束镜与入射光路的角度范围为30～60度；空间滤波器放置于从分束镜透射出的信号光的光路上。

优选地，所述分束镜与入射光路的角度为45度。

优选地，所述分束镜的激光束入射面镀有对激光波长具有高反射率的介质膜。

优选地，所述激光扩束单元为激光扩束镜，所述激光扩束镜为单片光学透镜、双片光学透镜组或多片光学透镜组，所述激光扩束镜的放大倍数范围为2～10倍。

优选地，所述光学传感器包括衬底和振膜，所述衬底和振膜被加工成多个角锥棱镜单元。

优选地，所述衬底和振膜通过MEMS技术被加工成多个角锥棱镜单元，所述衬底的厚度为10微米～100微米量级，所述振膜的厚度为微米量级。

优选地，所述信号处理单元包括第一光电二极管、第二光电二极管和差分放大电路；所述第一光电二极管将参考光的光信号转换成电信号，形成第一电压；所述第二光电二极管将信号光的光信号转换成电信号，形成第二电压；所述差分放大电路将第一电压和第二电压差分放大，形成可还原出声源声音的输出电压。