Оптико-электронный микрофон

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОФОН, содержащий размещенные в корпусе оптически согласованные лазер с активной средой, расположенной между двумя полупрозрачными отражателями, двухлучевой интерферометр, расположенный напротив первого полупрозрачного светоотражателя лазера, выполненный в виде светоделителя и оптически связанных с ним двух глухих светоотражателей, образующих опорное и рабочее плечи интерферометра, фазосдвигающее устройство, размещенное в рабочем плече интерферометра, фотоприемник , установленный на выходе интерферометра, а также усилитель, подключенный к фотоприемнику, и регистратор , при этом корпус выполнен с акустическим окном в виде отверстия , расположенного между светоделителем и первым глухим светоотражателем , отличающийся тем, что, с целью расширения его динамического диапазона при аналоговом преобразовании входного сигнала, в него введены второй фотоприемник, установленный напротив второго полупрозрачного светоотражателя лазера, второе фазосдвигающее устройство, расположенное в опорном плече интерферометра , второй усилитель, два делительных устройства,два электронных ключа, двухпозиционное пороговое устройство, источник опорного напряжения и блок масштабирования, а акустическое, окно снабжено шторкой из акустонепрозрачного материала, установленной с возможностью перемещения параллельно оси лазера, при этом шторка связана с датчиком положения, выход второго фотоприемника соединен с входом второго .усилителя, выходы усилителей подключены к входам первого делительного устройства и соответственно к входам первого и второго электрон (Л ных ключей, выход первого делитель .ного устройства подключен к первому входу двухпозиционного порогового устройства, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения , выходы двухпозиционного порогового устройства подключены к управлянадим входам электронных ключей, выход первого ключа через блок масшта-Г бирования, а также выход второго ас ключа соединены с первым входом второго делительного устройства, второй вход которого подключен к выходу О) датчика положения шторки, а выход ю второго делительного устройства - к первому входу регистратора, второй вход которого соединен с выходом первого ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5Н Н 04 Н 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3465844/18-10 (22) 07.07,&2 (46) 07.03.84. Бюл. Р 9 (72) Ю.Н. Власов и С.Т. Аскаров (53) 621.395.61(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 708541, кл. Н 04 R 23/00, 1978.

2, Smeets G.J. Acoust. Бос. Amer., 1977, 61, Р 3, с. 872-875 (прототип). (54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОФОН, содержащий размещенные в корпусе оптически согласованные лазер с активной средой, расположенной между двумя полупрозрачными отражателями, двухлучевой интерферометр, расположенный напротив первого полупрозрачного светоотражателя лазера, выполненный в виде светоделителя и оптически связанных с ним двух глухих светоотражателей, образующих опорное и рабочее плечи интерферометра, фаэосдвигающее устройство, размещенное в рабочем плече интерферометра, фотоприемник, установленный на выходе интерферометра, а также усилитель, подключенный к фотоприемнику, и регистратор, при этом корпус выполнен с акустическим окном в виде отверстия, расположенного между светоделителем и первым глухим светоотражателем, отличающийся тем, что, с целью расширения его динамического диапазона при аналоговом преобразовании входного сигнала, в него введены второй фотоприемник, установленный напротив второго полупрозрач„„SU„„A ного светоотражателя лазера-, второе фазосдвигающее устройство, расположенное в опорном плече интерферометра, второй усилитель, два делительных устройства,два электронных ключа, двухпоэициоиное пороговое устройство, источник опорного напряжения и блок масштабирования, а акустическое.окно снабжено шторкой из акустонепроэрачного материала, установленной с возможностью перемещения параллельно оси лазера, при этом шторка связана с датчиком положения, выход второго фотоприемника соединен с входом второго, усилителя, выходы усилителей подключены к входам первого делительного устройства и соответственно к входам первого и второго электронных ключей, выход первого делитель- фф ,ного устройства подключен к первому входу двухпозиционного порогового . С устройства, второй вход которого сое динен с источником опорного напряже- а ния, выходы двухпозиционного порогового устройства подключены к управляющим входам электронных ключей, выход первого ключа через блок масшта; бироваиия, а также выход второго ключа соединены с первым входом второго делительного устройства, второй вход которого подключен к выходу датчика положения шторки, а выход второго делительного устройства — к первому входу регистратьра, второй вход которого соединен с выходом первого ключа.

1078672

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике для исследований характеристик звуковых полей.

Известен оптико-электронный микрофон, содержащий корпус, в котором 5 расположены лазер, интерферометр

Майкельсона, фотоприемник, дополнительное зеркало и акустический волновод, расположенный в рабочем плече Интерферометра 1).

Недостатком данного микрофона является отсутствие аналогового выходного сигнала, что ограничивает область его применения.

Известен также оптико-электронный микрофон с аналоговым преобразователем интенсивности звука в электрический сигнал, содержащий размеценные в корпусе оптически согласованные лазер с активной средой, расположенной между двумя полупрозрач- 20 ными светоотражателями, интерферометр, расположенный напротив первого полупрозрачного светоотражателя лазера, фазосдвигающее устройство, размещенное в рабочем плече интерфе- 25 рометра, и фотоприемник, подключенный через усилитель к регистратору, при этом корпус выполнен с акустическим окном 2 3.

Недостатком известного микрофона 3ц является узкий динамический диапазон работы при аналоговом преобразовании входного сигнала.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона микрофона при аналоговом преобразовании выходного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронный микрофон, содержащий размещенные в корпусе оптически согласованные лазер с актив- 4О ной средой, расположенной между двумя полупрозрачными отражателями, двухлучевой интерферометр, расположенный напротив первого полупрозрачного светоотражателя лазера, выпол- 45 ненный в виде светоделителя и оптически связанных с ним двух глухих светоотражателей, образующих опорное и рабочее плечи интерферометра, фазосдвигающее устройство, размещенное в рабочем плече интерферометра, фотоприемник, установленный на выходе интерферометра; а также усилитель, подключенный к .фотоприемнику, и регистратор, при этом корпус выполнен с акустическим окном в виде отверстия, расположенного между светоде- . лителем и первым глухим светоотражателем, введены второй фотоприемний, установленный напротив второго полупрозрачного светоотражателя лазера, второе фаэосдвигающее устройство, расположенное в опорном плече интерФерометра Майкельсона, второй усилитель, два делительных устройства, два электронных "ключа, двухпоэици- 65 онное пороговое устройство, источник опорного напряжения и блок масштабирования, а акустическое окно снабжено шторкой из акустонепрозрачного материала, установленной с возможностью перемещения параллельно оси лазера, при этом шторка связана с датчиком положения, выход второго фотоприемника соединен с входом второго усилителя, выходы усилителей подключены к входам первого делительного устройства и соответственно к входам первого и второго электронных Ключей, выход первого делительного устройства подключен к первому входу двухпозиционного устройства, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выходы двухпозиционного порогового устройства подключены к управляющим входам электронных ключей, выход первого ключа через блок масштабирования, а также выход второго ключа соединены с первым входом второго делительного устройства, второй вход которого, подключен к выходу датчика положения шторки, а выход второго делительного устройства - к первому входу регистратора, второй вход которого соединен с выходом первого ключа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптико-электронного микрофона; на .Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Предлагаемый микрофон содержит лазер с активной средой 1 и полупрозрачными светоотражателями 2 и 3, светоделитель 4, глухие светоотражатели 5 и б, Фотоприемники 7 и 8, расположенйые в корпусе 9, имеющем акустическое окно, выполненное в виде отверстия 10, снабженного одной или двумя шторками 11, выполненными из акустонепрозрачного материала, положение которых контролируется датчиком 12 положения.

Элементы 1-7 образуют двухлучевой интерферометр Майкельсона. Элементы

1,2,3, б и 8 составляют многолучевой трехзеркальный интерферометр

Эшби-Джеффекота.

Интерферометры строятся для различных длин волн лазерного излучения. Лазер выполняется двухволновым, а параметры светоделителя 4 и глухих светоотражателей 5 и б выбираются оптимальными для работы интерферометра Майкельсона на одной длине волны, а многолучевого интерферо-. метра на другой.

Для реализации двухволнового ва- рианта может быть выбран аргоновый лазер, использующий в качестве активной среды 1 ионизированный аргон, генерирующий две длины волны 0,48 и

0,53 мкм. Перв ею длину волны следует использовать для работы интерферомет1078672 ра Майкельсона, а вторую — для мно- Работа оптико-электронного микроголучевого интерферометра. фона в широком рабочем диапазоне

Полупрозрачный светоотражатель 2 звуковых давлений основана на развыполняют с коэффициентом отражения личных чувствительностях двухлуче97-98% для обеих длин волн, а полу- вого 1-7 и многолучевого 1, 2, 3, 5 прозрачный светоотражатель 3 — с ко- 5 и 8 интерферометров к изменениям опэффициентом отражения 40-60%. Коэф- тического пути. Вид преобразовательфициент отражения светоделителя 4 ной кривой двухлучевого интерферовыполняют максимально прозрачным на метра представлен кривой 30, а многодлине волны 0,53 мкм и полупрозрач- лучевого кривой 31 (фиг. 2). Наклон ным на 50% для длины волны 0,48 мкм 0 кривой 30 пропорционален квадрату лазерного излучения. Коэффициент от- косинуса, а наклон кривой 31 опредеражения глухого светоотражател 6 де- ляется коэффициентом отражения свелают максимально большим на длине тоотражателя 5 мощностью излучения волны 0,48 мкм и минимальным на лазера и прозрачностью светоделите0,53 мкм. Коэффициент отражения глу- 5 ля 4. Наклон кривой 31 обычно íà двахого светоотражателя 5 делают макси- три порядка больше наклона кривой 30. мально большим на обоих длинах волн. Различный наклон преобразовательПеред фотоприемником 7 в.этом случае ных кривых 30 и 31 приводит к тому, располагают светофильтр на длину вол- что на один и тот же входной сигны 0,48 мкм, а перед фотоприемником нал 32 интерферометры вырабатывают

8 — светофильтр на длину волны сигналы 33 и 34 различной величины, 0,53 мкм, пропорциональной их чувствительносОптико-электронный микрофон со- ти. Причем отношение сигналов 33 и держит также два фазосдвигающих уст- 34 будет одним и тем же в любой моройства, выполненные в виде пьезо- мент времени, если величина входноэлектрических втулок 13 и 14, жестко 25 го сигнала (изменение оптического соединенных со светоотражателями 5 пути от воздействия звукового давлеи 6 и подключенных с внешней и внут- ния) не выходит за линейный диапаренней стороны к генераторам 15 и 16 зон преобразовательной кривой 31 напряжения. Необходимыми элементами многолучевого интерферометра. подобных микрофонов являются также Зр На фиг. 2 показаны максимально юстировочные винты, пружины, штифты возможные сигналы 35 и 36, преобраи т.п. (не показаны). зуемые многолучевым и двухлучевьм

Микрофон включает также блоки- 17 интерферометрами без искажения сооти 18 вторичной и регистрирующей аппа ветственно. Хотя величины амплитуд ратуры соответственно. Блок 17 BTO 35 сигналов 35 и 36 будут различаться ричной аппаратуры выполнен в виде на два-три порядка, они приведут усилителей 19 и 20, входы которых к одному и тому же значению выходподключены к выходам фотоприемников ного сигнала 37 для обоих интерферо7 и 8, а выходы — к входам делитель- метров, ного устройства 21, выход последне- Перед началом работы ОЭМ с помого соединен с первым входом двухпо- . щью фазосдвигающих устройств 13-16

40 зиционного порогового устройства 22, рабочие точки А и Б обоих интерферовторой вход которого подключен к ис- метров (фиг. 2) известным способом точнику 23 опорного напряжения. устанавливают в области максимальной

Блок 17 вторичной аппаратуры со- крутизны и линейности преобразовадержит также два электронных ключа 45 тельных кривых 30 и 31. При: этом .24 и 25, входы которых подключены к фазосдвигающее устройство 13 15 выходам усилителей 19 и 20, а управ- сдвигает разность фаз интерферируюлянияие входы — к выходам двухпозици- щих лучей сразу в обоих интерфероонного порогбвого устройства 22. метрах, а фазосдвигающее устройство

Блок 18 Регистрирующей аппаРатУРы 5() 14,16 — лишь в двухлучевом интерфесодержит блок 26 масштабирования де- рометре. Поэтому сначала настралительное устройство 27, преобразова-. вают фазосдвдращщщ . Устр и тв тель напряжение - код 28 и регистра- 15 миоголучевой интерферометр, а затор 29. Вход делительного УстРойства тем ведут настройку двухлучевого ин27 через блок 26 масштабиРования 55 терферометра. соединен с выходами электронных клюй 24 и выходом электронного ключа После этого раздвигают до макси- . че ивх

25.- Вто ой вход делительного устрой- мальной ширины акустическое окн о 10 торо ства 27 и вход преобразователя на- и разворачивают его ортогональио напряжение — код 28 подключены к вы- правлению звуковой волйы, которая ходу датчика 12 положения шторки, а 6О вызывает изменение давления, плотносвыход делительног ельного устройства — к ти и показателя преломления в опорном регистратору 29, который выполнен с плече интерферометров, и иа выходах, двумя шкалами. Выход электронного фотоприемников 7 и 8 появляются два ключа 24 подключен также к указателю сигнала 33 и 34 (фиг. 2), которые шкалы регистратора атора 29 65 усиливаются усилителями 19 и 20 и

1078672 направляются на делительное устройство 21, Сигнал, равный отношению двух сигналов 33 и 34, направляется в двухпозиционное пороговое устройство 22, в котором сравнивается с заранее подобранным опорным напряжением источника 23. Если величина сигнала

34 не выходит за линейный участок преобразования многолучевого интерферометра (не превышает сигнала 35), то сигнал, пропорциональный отношению сигналов 33 и 34, равен величине опорного напряжения, и двухпоэицион.ное пороговое устройство 22 подает командный сигнал на управлякщий вход электронного ключа 25 и открывает его для прохождения сигнала с фотоприемника 8 в блок 18 регистрации. При этом электронный ключ 24 закрыт»

Если на входе ОЭМ появляется сигнал, превышающий сигнал 35, то отношение двух сигналов 33 и 34 уменьшается и двухпозиционное пороговое устройство открывает электронный ключ 24 и закрывает электронный ключ 25. Теперь на вход блока регистрации поступает сигнал с фотоприемника 7 двухлучевого ийтерферометра

Майкельсояа, имеющего меньшую чувствительность, но больший линейный рабочий диапазон измерения.

Блок 26 масштабирования блока 18 регистрации умножает величину сигнала с фотоприемника 7 на величину, соответствующую изменению чувствительности ОЭМ (в данном случае в

100 раз), и поэтому показания регистратора 29 регистрирующего блока

18 не изменяются, но происходит замена измерительной шкалы прибора, о

5 чем указывает светодиод на шкале регистратора 29.

В пределах одного порядка чувствительность ОЭМ можно плавно изменять регулировкой ширины акустического окна 10. Передвигая с помощью микрометрических винтов шторки 11 от периферии к центру, уменьшают размеры акустического окна 10 и тем самым величину входного сигнала до величины сигнала 35 (фиг. 2) . Этот момент сопровождается переключением электронных ключей 24 и 25 и заменой измерительной шкалы регистратора 29.

При этом датчик 12 положения шторок выдает на преобразователь напряже20 ние — код 28 сигнал, пропорциональный изменению ширины окна 1Q и чувствительности ОЭМ. Преобразователь напряжение — код преобразует выходное напряжение датчика 12 положения

25 шторок в сигнал, указывающий в цифровом виде коэффициент, на который надо умножить показания регистратора 29 для получения величины измеряемого уровня звукового давления, Иирокий рабочий диапазон оптикоэлектронного микрофона позволяет применять его как для регистрации разговорной речи (65 дБ), так и для измерения шума при испытаниях авиа35 ционных двигателей (150-160 дБ).

1078672

Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Росударственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Эаказ 988/55 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Трегубов

Редактор М. Рачкулинец Техред И.Метелева- Корректор A. Зимокосов