專利名稱：一種光纖麥克風(fēng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，特別涉及一種光纖麥克風(fēng)。
背景技術(shù)：
目前，麥克風(fēng)廣泛地用于人們的生活當(dāng)中，可以說麥克風(fēng)是無處不在。但是，現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)存在著靈敏度低、受電磁干擾、低頻時(shí)存在電容效應(yīng)以及不能在惡劣的條件下(如高溫、有毒害或腐蝕的化學(xué)環(huán)境)工作等缺點(diǎn)，限制其在特殊環(huán)境下的應(yīng)用。
光纖聲傳感器是一種能夠探測(cè)聲壓的壓力傳感器，而光纖壓力傳感器主要由強(qiáng)度型和干涉型兩類，強(qiáng)度型光纖壓力傳感器是利用壓力改變探測(cè)光的強(qiáng)度大小，從而感知壓力大小及變化；干涉型光纖壓力傳感器利用壓力改變探測(cè)光的光程，從而使干涉條紋發(fā)生變化。強(qiáng)度型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易探測(cè)。 MEMS技術(shù)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫，MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。MEMS市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品主要有壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等。目前MEMS技術(shù)成熟，可以進(jìn)行小尺寸、大規(guī)模、低成本生產(chǎn)。目前基于MEMS技術(shù)的麥克風(fēng)還是電容調(diào)制型，聲壓引起MEMS膜片的振動(dòng)，膜片振動(dòng)引起容值的變化，與傳統(tǒng)的電容型麥克風(fēng)相比，靈敏度并沒有明顯提高，只是體積減小。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有麥克風(fēng)存在的問題以及光纖傳感器和MEMS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明提供一
種靈敏度高、抗電磁干擾、以及能在惡劣的環(huán)境中工作的基于光強(qiáng)度調(diào)制MEMS光纖麥克
風(fēng)，它包括光信號(hào)的發(fā)射接收部分、耦合單元、引導(dǎo)光纖和光纖麥克風(fēng)探頭部分。 所述光信號(hào)的發(fā)射接收部分采用一發(fā)一收方案，此部分發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)由光纖傳
至光纖麥克風(fēng)的探頭，調(diào)制了聲音信號(hào)的光信號(hào)再由此部分接收，并解調(diào)出聲音信號(hào)。 所述耦合單元，用于光的發(fā)射和接收部分和引導(dǎo)光纖相連。 所述引導(dǎo)光纖是一根45。斜面精磨光纖，它可以使光的方向改變90。，從而使光能夠垂直入射到振動(dòng)膜上。 所述探頭部分是利用MEMS技術(shù)制作而成，由3個(gè)部分組成，分別為放置光纖部分、振動(dòng)膜部分以及進(jìn)音部分。 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)在采用聲電轉(zhuǎn)換的麥克風(fēng)，聲音信號(hào)的重新獲取被分為聲音-機(jī)
械，機(jī)械_光，光_電三個(gè)轉(zhuǎn)換階段，光源發(fā)射的光經(jīng)耦合器以及引導(dǎo)光纖進(jìn)入光纖麥克風(fēng)的探頭，外界的聲音信號(hào)對(duì)振動(dòng)膜產(chǎn)生聲壓導(dǎo)致膜振動(dòng)，完成了聲音-機(jī)械的轉(zhuǎn)換階段；而振動(dòng)膜的振動(dòng)會(huì)使光纖端面到振動(dòng)膜的距離產(chǎn)生變化，從而使得反射回去的光功率發(fā)生變化，完成了機(jī)械-光的轉(zhuǎn)換；最后反射回去的光到達(dá)光電探測(cè)器完成光-電轉(zhuǎn)換階段。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在探頭部分和光纖中都沒有電信號(hào)，抗電磁干擾能力很強(qiáng)，本發(fā)明
3通過直接檢測(cè)光強(qiáng)度的變化來還原聲音信號(hào)，靈敏度很高。探頭部分的材料是由高耐腐蝕 材料制作而成，結(jié)合光纖的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以在惡劣的環(huán)境中使用。


圖1為本發(fā)明探頭的放置光纖部分； 圖2為本發(fā)明探頭的振動(dòng)膜部分； 圖3為本發(fā)明探頭的進(jìn)音孔部分； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的光纖麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的光纖麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種光纖麥克風(fēng)。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例一 本發(fā)明提供一種光纖麥克風(fēng)，如圖4所示，該系統(tǒng)包括光信號(hào)的發(fā)射接收部分 301、耦合單元302、引導(dǎo)光纖303和光纖麥克風(fēng)探頭304。 本實(shí)施例中，所述光信號(hào)的發(fā)射接收部分301包括光信號(hào)發(fā)生器101、光電轉(zhuǎn)換接 收器102。 光信號(hào)發(fā)生器101包括光源部分和光源驅(qū)動(dòng)電路部分。光源為非相干光源，它有 較大的發(fā)射角。 一般為發(fā)光二極管LED，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且價(jià)格低廉；也可以用激光二極 管、氦氖激光器、氙弧燈來代替。 光源驅(qū)動(dòng)電路部分是為了保證發(fā)射光強(qiáng)的穩(wěn)定和小的噪聲，因?yàn)楣庠吹姆€(wěn)定和低 噪聲對(duì)于光纖麥克風(fēng)的準(zhǔn)確度和最小探測(cè)信號(hào)都是相當(dāng)關(guān)鍵的。 光電轉(zhuǎn)換接收器102包括光電探測(cè)器以及相應(yīng)的放大、濾波、整形電路。光電探 測(cè)器一般為PIN管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，用于把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)再經(jīng)過放 大、濾波、整形電路得到和聲音信號(hào)相關(guān)的聲壓信號(hào)。
所述耦合單元302 —般為Y型耦合器。 所述引導(dǎo)光纖303是一根45。斜面精磨多模光纖，經(jīng)過精細(xì)加工的45°斜面104 部分可以使光的方向改變90。，從而使光能夠垂直入射到振動(dòng)膜上。 所述光纖麥克風(fēng)探頭部分304是利用MEMS技術(shù)制作而成，尺寸可以做到很小。探 頭由3個(gè)部分組成，分別為放置光纖部分201，振動(dòng)膜部分202以及進(jìn)音部分203。
光纖放置部分201是由材料硅制作而成，它有一個(gè)V型的槽107(見圖1)用于放 置光纖，同時(shí)還有通風(fēng)孔108，通風(fēng)孔為槽型。 振動(dòng)膜部分202由用于hard mask的材料110，振動(dòng)膜112、高反射膜114以及材 料硅組成。材料硅的厚度決定了光到振動(dòng)膜的距離，這個(gè)厚度一般為50-200um ;振動(dòng)膜112 的材料、半徑以及厚度都會(huì)影響到光纖麥克風(fēng)的靈敏度。材料的楊氏模量越小，靈敏度越 高；振動(dòng)膜的半徑越大，靈敏度越高；膜的厚度越薄，靈敏度越高。本實(shí)施中，振動(dòng)膜的材料 選用氮化硅，半徑為lmm，厚度為lum。高反射膜114 一般為選擇反射率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的 金屬膜，可以為金、銀、鋁等金屬或者其他合金材料。 進(jìn)音部分203是由材料硅制作，它有進(jìn)音孔108，并且里面是一個(gè)梯形槽結(jié)構(gòu)。
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本實(shí)施例中，光信號(hào)發(fā)生器101發(fā)射的光信號(hào)通過耦合單元302再到引導(dǎo)光纖 303，如圖4所示(虛線代表光)，光經(jīng)過104部分改變90° ，從而垂直入射到振動(dòng)膜上，由 于高反射膜114的作用，大部分的光會(huì)按照原來的路線返回并由光電探測(cè)器102接收。
聲音信號(hào)通過進(jìn)音孔108進(jìn)入探頭然后作用在振動(dòng)膜112上，振動(dòng)膜112發(fā)生振 動(dòng)，使得引導(dǎo)光纖303到振動(dòng)膜112的距離發(fā)生變化，由于反射回光電探測(cè)器102的光強(qiáng)與 引導(dǎo)光纖303到振動(dòng)膜112的距離有關(guān)，故聲音信號(hào)對(duì)振動(dòng)膜112的作用會(huì)導(dǎo)致反射回光 電探測(cè)器102的光強(qiáng)發(fā)生變化，這樣就把聲音信號(hào)調(diào)制到了光載波上面，經(jīng)過調(diào)制的光信 號(hào)經(jīng)引導(dǎo)光纖303傳輸?shù)今詈蠁卧?02至光電探測(cè)器102，探測(cè)出的電信號(hào)在經(jīng)過放大、濾 波、整形即可得到與聲音信號(hào)相關(guān)的聲音信號(hào)。
實(shí)施例二 如圖5所示為本發(fā)明的第二種實(shí)施方式。 本發(fā)明提供一種光纖麥克風(fēng)，如圖5所示。該光纖麥克風(fēng)2的結(jié)構(gòu)和第一種實(shí)施 方式光纖麥克風(fēng)1的結(jié)構(gòu)基本相同。其不同之處在于該光纖麥克風(fēng)2振動(dòng)膜212的材料、 厚度有所不同，該光纖麥克風(fēng)2振動(dòng)膜材料采用二氧化硅，其厚度為2um。 二氧化硅的楊氏 模量比氮化硅小，所以雖然厚度增加，楊氏模量小，靈敏度還是可以保證。另外，該光纖麥克 風(fēng)的通風(fēng)口 208和進(jìn)音口 206個(gè)數(shù)可以改變，從而改變麥克風(fēng)的靈敏度。
權(quán)利要求
一種光纖麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，包括光信號(hào)的發(fā)射接收部分、耦合單元、引導(dǎo)光纖和光纖麥克風(fēng)探頭部分。光纖麥克風(fēng)的探頭利用MEMS技術(shù)制作而成，它由放置光纖部分、振動(dòng)膜部分以及進(jìn)音部分組成，探頭和引導(dǎo)光纖相連，引導(dǎo)光纖和一光纖耦合器相連，光纖耦合器通過光纖分別和光源以及光電探測(cè)器相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖麥克風(fēng)，其特征在于光纖麥克風(fēng)的探頭的振動(dòng)膜厚度為微米量級(jí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖麥克風(fēng)，其特征在于光纖麥克風(fēng)探頭的振動(dòng)膜為圓形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖麥克風(fēng)，其特征在于探頭部分有一個(gè)放置光纖的V型槽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖麥克風(fēng)，其特征在于探頭部分有多個(gè)進(jìn)音口和通氣口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖麥克風(fēng)，其特征在于引導(dǎo)光纖為45。斜面精磨光纖，它可以使光的方向改變90。。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，包括光信號(hào)的發(fā)射接收部分、耦合單元、引導(dǎo)光纖和光纖麥克風(fēng)探頭部分。光纖麥克風(fēng)的探頭部分完成聲音信號(hào)的外調(diào)制，經(jīng)由光纖傳輸至探測(cè)器可以準(zhǔn)確地還原出聲音信號(hào)。利用MEMS技術(shù)可以使光纖麥克風(fēng)的探頭中的薄膜厚度為um量級(jí)，大大提高了麥克風(fēng)的靈敏度，而本發(fā)明中探頭的設(shè)計(jì)還可以準(zhǔn)確地定位光纖和薄膜之間的距離，使麥克風(fēng)的靈敏度根據(jù)要求可調(diào)。
文檔編號(hào)H04R23/00GK101778328SQ20101010114
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者伍劍, 徐坤, 李博, 林金桐, 洪小斌, 郭宏翔 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)