基于相位载波调制_解调的硅微光纤传声器设计研究.pdf

一』』西』。晦≯C：∑—嘿落型Fk㈣m愿嚣瓢蟊互翌墓薏雪密：2髫”““”””·afz⋯mmoqb"}二、．咄‘臀一l№№ad⋯mHmⅫ∞hom似删s|d妇oz州越}kl州Ⅻ。啦^c㈣qchMm^蛆出唧西s⋯眠删％!蛳蛳!塞坠!!竺=墅基于相位载波调制／解调的硅微光纤传声器设计研究MEMS肋er_optic1竺三!!!micmpho耻based!!：：型!李强，邓越，乔东海2整体设计方案分析相位差。嘟解调部分经高通滤波后所得解调结果moduIation／demodlllatioⅡ1引言3各部分结构关键技术分析TheDesignandResearchofPGCuQ啪g，DENG光纤传声器是将声波信号转换成调制的光学信号，并通过光纤传输，再将调制的光信号解调成电信号的一种装置。目前光纤传声器应用最广泛的，原理最简单的应该是RIM-F0s反射式强度调制型光纤传声器，但足它存在蚨点：对光学头加工的要求很高；线性区域较窄；动态范围较窄；是敏度无法做到很高；易受到光源功率波动、光纤传输损耗变化、光电探测器的特性漂移等因素的影响：干涉型光纤传声器由于灵敏度高等优点已经成为光纤传声器研究的主要方向。采用相位载波er．PGc)谓制解调技术可以有效克服传声器的相位衰落现象。本文将采用自聚焦透镜Flze8u干涉腔的方案，利用壮Ms技术制作硅微振动膜，模拟PGc调制解渊电路，从而设计完成一种新型的光纤传声器系统。本文将对一些该光纤传声器的整体设计方案如图l所示Ⅲ，出射的光束照射到振动膜上，自聚焦透镜Grln—Lens的出射端面m与振动膜构成斐索干涉腔．从耦合器由光电探测器接收，外界声音信号通过改变斐索腔的二反射面Ml和振动膜之间的距离对光相位进行调制。系统中半导体激光器发出的光源光频随输入的调制电流线性变化。设干涉仪两反射光相位差为o(t)，光电探测其中o(t)：m(t)+v。(t)十m为调制光源产生的相位差，v，(t)为信号作用干涉仪产生的相位差，4o(t)为外界环境影响和初始的为c邯2J1(c)J2(c)v；(t)吼除去参数G、H、B、c的影响，可以得到解调出的声信号v。(t)。第27卷第5期声学技术Yue，OIAODon窟一hal不适合组成阵列。关键技术年n实验结果进行分析探讨。激光器搜出的微光经3dB耦台器到达传输光纤．再耦合进自聚焦透镜Grln—Lens．由Grln—Lens两表面反射回的光进行干涉，干涉光再经3dB器输出的光强：e(t)o(t)．m(t)=ccosu“3．1光纤探头结构vol27，No5P12on(PhaseGeneratedcarn(”十∞¨≠‰目}ⅢE目．}≠mn自女§％，JEml∞190)目l^**F*##m"自女H4《目IzA+Bcos目2m**Pt*$A％nit口
F*3㈣№Ⅻ蝴ddⅢ忡ⅫeDENo№j60NGMog】‰DIAoD衄ghm，AD⋯tboof㈣咖ds叫0ptical删Ic㈣techoq⋯Ⅱk‘叩}ic胁1inl⋯f地t4一掣雌+AⅢc譬s—pJ，Tkh血aiShm如}MENGm‰ZHAHGR％-k。定支架装置和删s传感芯片。旺Ms传感芯片由体方案在光纤水听器系统中的实即】-应增声学．2004，丛4光纤传声器单频信号结果分析5小结李强等：基于相位载波调制懈调的硅微光纤传声器设计研究A∞uml☆．2∞7．2砸)101}1015第5期该光纤传声器传感头的结构如图2所不，光纤幢Ms传声器探头包括自聚焦透镜准直器、尾纤、固刻蚀掩膜，硅基片、氮化硅振动膜和制作在振动膜L的金属反射膜组成。金属反射面用于反射来自自聚焦透镜的光信号，此反射光信号又通过自聚焦透镜耦合到光纤里，作为来自信号臂的传感信号。根据理论计算和实验验证．采用自聚焦透镜耦台的偏角损耗影响较大．当偏角为090时，损耗为探头的加工提出较高要求，尽量让膜片与透镜出射3．2P6c谭翻鼻谓模拟电路分折通过理论计算PGc解调中c值应为理想的2口I。而在实际实验中，因为所购买的激光器的电流简单仪器也无法准确得到选个系数．为使c值达到调整l和△v来观测实际的解调波形，当实际值逼近仿真值，也就是得到最大的解调输出时，c值便为PGc解调信号动态范围的上限由(2)式约束：其中k与动态范围上限成正比关系，u。为声音信号频率．∞。为PGc解调中低通滤波器的截止额率．△u为低遁塘波器的过渡带。而低通滤波器的特性应满足(3)式”o为POc调制的载渡频率．该频率不是无限在P0c解调中，第一级乘法器后，要求两路低通滤波器、微分器、第二级乘法器要完全对称，否则将得不到解调结果．在实际调试时，要保证两路中以上各环节的幅频和相频特性均相等。而模拟电路的各元件不可能做到完全相同，尤其是电路中的电容不很精确．这需要仔细进行调平衡的工作。具体方法是分别调节两路中低通滤波、微分、乘法的拜环节，采