专利名称：一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机电器件技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统。
背景技术：
传声器，又称为麦克凤(Microphone的译音)，是一种将语音信号转换成电 信号的装置，它广泛应用于我们生活中。对应于不同的应用需求和场合，出现了 多种传声器，如驻极体传声器、硅微电容传声器和光纤传声器等。驻极体传声器、硅微电容传声器是民用消费电子产品中应用最为普遍的传声 器，如手机、录音机、耳机、计算机和PDA (个人数字助理)等等，它们都是声 一电转换装置，也就是将声波声压的变化转换成电压的变化，这些传声器通常由 电容芯片、金属外壳和放大电子电路组成，因此，在有些应用场合的应用中受到 一定的限制，如强电场、强磁场或强射频场环境中不适合。而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。光纤传声器一般包括传感头和电子电路 系统两个独立的部分，这两个部分通过光纤连接。由于在其传感头部分没有电信 号的转换，也没有电子电路，即传感头部分既不产生电磁信号，也不受电磁信 号的干扰，因此，可以应用于强电场、强磁场或强射频场环境中，如核磁共振成 像(MR工)和CT (计算机X射线断层扫描)医学成像中，也可以用于国家安全侦 听设备中。光纤传声器的调制方式一般有光强度调制、相位调制和偏振调制等， 采用光强度调制的传声器系统一般比较简单，但在灵敏度、信噪比和动态范围指 标上，没有采用相位调制的光纤传声器系统好。另外，光纤传声器在低频响应、 频带宽度、抗振动等方面也优于传统的传声器。已知的光纤传声器是以色列Phone-0r公司(参考网址:w丽.phone-or com ) 研制的光纤光学传声器(Fiber Optical Microphone,简称F0M)，在其公司的白 皮书中，详细介绍了 FOM的原理和性能。Phone-Or公司的光纤光学传声器(FOM) 采用LED (发光二极管)作为光源，传感头中光信号的输入和输出通过两根不同 的光纤与远处的电子系统连接。來自LED光源的输入光纤通过一个光学透镜将光 束照射到传感振动膜的中心区域，当振动膜接收到语音信号而振动时，振动膜中 心区域反射光的强度将发生变化，此反射光信号将通过输出光纤传递给远方的电 子系统。这种通过调制光的强度而实现光传感的方法，优点是比较简单，对光源 和电子系统的要求比较低，例如一般的发光二极管LED就能满足要求，但这样的 系统也有一些不足之处1) 由于这个系统的信噪比(SNR)正比于发光二极管LED电流的平方根， 要提高信噪比(SNR)就要大幅度地提高发光二极管LED的电流，或使用更大功 率的LED，因此，对于要求大信噪比(SNR)的情况下，很难满足要求。2) 由于使用光强度调制的传感器灵敏度比较别的调制方式如光相位调 制等的灵敏度低，动态范围也比光相位调制系统的小，因此，在对灵敏度和动态 范围要求较高的情况下，用光强度调制的传感技术不能满足要求。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中信噪比和灵敏较低、动态范围小的不足之 处，从而提供--种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统。为实现上述发明目的，本发明提供的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，如图1所示，包括激光光源、光纤、光纤耦合器、传声器探头、光电探测器； 其特征在于，所述激光光源是-一种相位载波调制的激光光源100;所述光纤包括输入光纤200、传输光纤400、输出光纤600;所述光纤耦合器300通过所述输入光纤 200与所述相位载波调制的激光光源100连接，并通过所述传输光纤400与所述传 声器探头500连接，并通过所述输出光纤600与所述PIN光电探测器700连接；所 述PIN光电探测器700与相位载波调制信号电子解调系统800通过电线或电缆连接; 所述传声器探头500包括梯度透镜和带有反光区域的振动膜，所述梯度透镜的出射 端面和振动膜上的反光区域平行放置，构成激光斐索干涉腔。上述 技术方案中，所述相位载波调制的激光光源100至少包括一个半导体激 光器和一个产生调制电流的振荡器，在额定的发光功率范围内，所述半导体激光 器输出的激光光频随调制电流线性变化。上述技术方案中，所述输入光纤200、输出光纤600和传输光纤400均为单 模光纤。上述技术方案中，所述光纤耦合器300是一种将注入光束分成光强相等的两
束光的耦合器。上述技术方案中，所述光电探测器是一种由PIN光电二极管组成的光电转换电路。上述技术方案中，所述相位载波调制信号电子解调系统800是一种将载波调制信号中的音频信号解调出来的电子信号处理系统。上述技术方案中，传声器探头500还包括斐索干涉腔支架505和MEMS传感 芯片；所述斐索干涉腔支架505制作在MEMS传感芯片硅基片的上表面或下表面 上，构成一个圆柱形的斐索干涉腔,所述梯度透镜506固定在斐索干涉腔支架上， 该梯度透镜506通过尾纤508与传输光纤400连接；所述反光区域制作在MEMS 传感芯片的振动膜上。本发明具有如下有益效果1) 由于本发明的光纤传声器探头没有电子电路和金属封装的外壳，它 在使用时可以通过光纤连接，所以它既不产生电磁信号，也不受电磁信号的干扰， 因此，可以应用于强电场、强磁场或强射频场环境中，如核磁共振成像(MRI) 和CT医学成像中，也可以用于国家安全侦听设备中。2) 由于使用相位载波调制的激光作为光源并在光纤MEMS传感探头中应 用了梯度透镜，因此，本发明在灵敏度、动态范围和信噪比等方面要比使用光强 度调制的传感器要好很多。3) 本发明的光纤MEMS传声器在低频响应、频带宽度、抗振动等方面也 优于传统的驻极体传声器。由于采用了 MEMS振动膜，(MEMS: Micro-electromechanical Systems,微 机电系统)因此，整个光纤MEMS传声器探头可以制作得非常小，也可以实现一 体化集成。
图1是基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统原理图； 图2是相位载波调制的激光光源电路原理图 图3是光纤硅微传声器探头实例1 图4是光纤硅微传声器探头实例2 图5是光纤硅微传声器探头实例3图6是相位载波调制(PGC)信号的模拟电路解调方案 图7是相位载波调制(PGC)信号的数字DSP解调方案 图8是数字DSP解调方案中的程序流程图具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一歩详细描述。实施例1:图1示出了本发明的一个实施例的原理性框图。本发明即一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统1000,包括相位载波调制的激光光源100、输入光纤 200、 3dB光纤耦合器300、传输光纤400、光纤MEMS传声器探头500、输出光纤 600、 PIN (p-!'-n photodiode，即由半导体p惨杂一本征一n掺杂构成光电二极管) 光电探测器700和载波调制信号电子解调系统800。所述的3dB光纤耦合器300 分别与所述的相位载波调制的激光光源100、所述的光纤MEMS传声器探头500 以及所述的PIN光电探测器700通过所述的输入光纤200、所述的传输光纤400 以及所述的输出光纤600连接。所述的PIN光电探测器700与所述的PGC载波调 制信号电子解调系统800通过电线或电缆连接。本发明的工作原理是这样的所述的光纤MEMS传声器探头500至少包括一 个梯度透镜(也称自聚焦透镜)和一个带有反光区域(或称反光斑点)的MEMS 振动膜，梯度透镜的出射端面和MEMS振动膜上的反光区域(或称反光斑点)平 行放置，构成激光斐索(Fizemj)干涉腔。所述的梯度透镜作为出射光的准直透 镜和来自所述的MEMS振动膜上的反光区域(或称反光斑点)反射光的会聚透镜。 所述的梯度透镜出射端面镀有反射膜，以反射一部分入射光作为参考臂(即没有 包含传感信息的光信号走过的路径)光信号，而信号臂(即包含传感信息的光信 号走过的路径)的长度是所述的MEMS振动膜上的反光区域(或称反光斑点)与 所述的梯度透镜出射端面的距离。当所述的MEMS振动膜接收到变化的声压时， 其上的反光区域(或称反光斑点)将产生微小的位移，此微小的位移将调制反射 光的相位。这样，来自参考臂的光信号和来自信号臂相位调制的光信号形成干涉, 所产生的干涉光信号通过所述的传输光纤400、 3dB光纤耦合器300和所述的输 出光纤600传输到所述的PIN光电探测器700,并被其转换成载波调制的电信号， 此电信号被所述的PGC载波调制信号电子解调系统800解调出来，得到对应于声 压变化的电信号。为了提高所述光纤硅微传声器系统1000的灵敏度和扩大动态
范围，所述光纤MEMS传声器探头500的入射光信号来自所述相位载波调制的激光光源100。所述相位载波调制的激光光源100至少包括一个高稳定度的激光器(如DFB 半导体激光器)和一个产生调制信号的振荡器，且激光器的波长(频率)与输出 光功率有关，即与注入激励电流有关。在一定的发光功率范围内激光器光源输出 的光频随调制电流近似线性变化。每种光源都有自己特有的频率调制指数和相对 频率调制指数。所述的高稳定度激光器和所述的振荡器一起，产生一个周期性调 制的激光信号。此载波调制的激光信号输出时，如果所述的输入光纤200为保偏 光纤，可以通过一个偏振片后传输给所述的输入光纤200， 一般情况下，也可以 省去所述的偏振片。所述的输入光纤200、输出光纤600和传输光纤400为单模光纤，可以是保偏 单模光纤，也可以非保偏的单模光纤。这些光纤的作用是保证光信号低损耗传输。所述的3dB光纤耦合器300是一种广义的光耦合装置，它的作用是将所述相 位载波调制的激光光源100的光信号耦合到所述传输光纤400中，并将来自所述 光纤MEMS传声器探头500的反射光信号耦合到所述输出光纤600中。所述的3dB 光纤耦合器300可以是2 x 1光纤耦合器，也可以是2 x 2光纤耦合器，它将注 入的光束分成光强为1: 1的两束光。对于使用2 x 2光纤耦合器的情况， 一束 注入到所述2 x 2光纤耦合器的光是来自所述相位载波调制的激光光源100的光 信号，它经过所述输入光纤200与所述2x2光纤耦合器连接，分出的两束光中， 其中一束到所述传输光纤400，光的传播方向是从所述2 x 2光纤耦合器到所述 光纤MEMS传声器探头500，而另一束分出的光没有用(本发明没有画出)，可以 连接到光吸收端头，也可以什么都不接。另一束注入光是来自所述光纤MEMS传 声器探头500的反射光，光的传播方向从所述光纤MEMS传声器探头500到所述 2 x 2光纤耦合器，分出的两束光，一束进入所述输入光纤200， 一束进入所述 输出光600。所述的PIN光电探测器700是一种广义的光强检测装置，它将接收到的 光信号转换成与光强度成正比的电信号。它一般是由PIN光电二极管组成的 光电转换电路。所述的PGC载波调制信号电子解调系统800是广义的电子信号处理系统，它 的功能就是将PGC载波调制信号中的音频信号解调出来。能够完成解调的方案一 般有两种，即模拟电子电路解调方案和数字信号处理DSP解调方案。所述的模拟电子电路解调方案是指利用模拟电路的乘法、滤波、微分、积分等模拟运算，完 成PGC载波调制信号的解调；所述的数字信号处理DSP解调方案是指将模拟信号经过A/D转换进行量化，通过数字信号处理DSP的软件运算，实现数字解调，然 后，再通过D/A转换将数字解调信号转换成相应的模拟解调信号。本实施例给出的是用MEMS振动膜传感音频信号的实例，但从工作原理可知，本发明和本实施例并不限于呢MS振动膜，也可以是别的电容式传感芯片的振动 膜，如有机膜振动膜电容传声器的有机振动膜、金属膜电容传声器的金属振动膜 等，只要是振动膜的中心区域有一能够反射光的区域即可。实施例2-图2示出了本发明的一个实施例，尤其给出了所述相位载波调制的激光光源 100的详细电路图。所述相位载波调制的激光光源100包括信号源105、运算放大器A1、晶体三 极管Q1、 DFB激光器L1、齐纳二极管Dl和若干电阻、电容等。放大器A1的负 输入端接反馈信号，该放大倍数可由反馈电阻R6、接地电阻R5的阻值之比决定。直流电压源通过可变电阻Rl产生一个可调节的直流电压，信号源105产生 一个交流调制信号，所述直流电压和一个交流调制信号通过ttl直流支路电阻R2、 交流支路电阻R3、接地电阻R4组成的加法电路叠加在一起，然后接入所述运算 放大器Al的输入端。其中接地电阻R4的阻值范围是直流支路电阻R2的10 倍，同时也是交流支路电阻R3的10 100倍，直流支路电阻R2与交流支路电阻 R3的阻值一般相等，但也可以不等。所述运算放大器A1将来叠加信号同比例放大，放大倍数一般为1 10倍。 放大器A1的输出端和所述晶体三极管Q1的基极相连，通过连接在所述晶体三极 管Ql发射极上的射极电阻R7将电压转换成比例的发射极电流，此电流通过所述 晶体三极管Ql的集电极控制所述DFB激光器Ll的激励电流。所述的直流电压用 于确定所述DFB激光器的输出功率，而所述信号源105的交流信号用于周期性地 调制所述DFB激光器的输出光强，并在一定范围内改变输出光信号的频率。所述 DFB激光器一般都有内置的梯度透镜(GRIN Lens简称GL)，将产生的激光通过 梯度透镜耦合到输出光纤200中。所述运算放大器Al的输出端还接有反馈电阻 R6然后接入运算放大器Al的负输入端，该负输入端同时接有一个接地电阻R5。 一般来讲，所述信号源105交流信号的幅度与所述的直流电压值的比值在1 % 80%之间，其频率至少大于所述光纤硅微传声器系统的传感音频信号带宽的 2倍，例如，传感音频信号的频率为10KHz,则所述信号源105交流信号的频率至 少要大于20KHz。另外，本实施例中，在晶体三极管Ql集电极还接有一个齐纳 二极管Dl，所述的齐纳二极管Dl的作用是在开关电源或在所述DFB激光器Ll 反向偏置时保护所述DFB激光器L1。电容C1是稳压电容，主要滤去来自电源的 交流噪声。电容C2滤波电容，主要是滤去高频信号或噪声。实施例3:图3示出了本发明的一个实施例，尤其给出了所述的光纤MEMS传声器探头 500的详细结构。在此实施例中，所述的光纤MEMS传声器探头500包括梯度透镜506、尾纤 508、斐索干涉腔支架505和MEMS传感芯片。所述的梯度透镜506通过所述的尾 纤508与所述的传输光纤400连接。其中所述的MEMS传感芯片由体刻蚀掩膜501 、 硅基片502、振动膜503和制作在振动膜503上的反光膜区域504组成。所述的反光膜区域504用于反射来自所述梯度透镜506的光信号，此反射光 信号又通过所述梯度透镜506耦合到光纤里，作为来自信号臂的传感信号。所述的斐索干涉腔支架505 —般为非金属材料制成(如有机玻璃、聚氯乙烯 材料、陶瓷、玻璃等)，用于固定所述MEMS传感芯片和所述梯度透镜506，使其 出射端面507与所述的反光膜区域504平行放置，并调节它们之间的距离，即斐 索干涉腔的长度。所述的出射端面507上有一层反射膜(如铝膜、银膜和氟化镁 膜等)，使来自光源的信号部分被反射，作为斐索干涉的参考臂信号。所述的梯度透镜506，也称为梯度折射率透镜，或称自聚焦镜，它可以将 光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至 单模光纤内。所述的振动膜503是一种低应力的非金属薄膜，它通常是利用半导体工艺在 所述硅基片502上制作的。它可以是低应力氮化硅薄膜、多晶硅薄膜、二氧化硅 薄膜、浓硼掺杂的硅薄膜等，也可以是有机薄膜，如聚酰亚胺薄膜等。所述的振 动膜503可以是周围固定的圆形或四边固定的方形膜，也可以是部分固定(例如， 整个膜悬浮在硅基片上，但被分布在四达形顶角的四个固定锚点拉着)的圆形或方形薄膜。所述的振动膜5()3的边沿可以有褶皱(Corrugations),也可以没有 褶皱(Corrugations)。所述的振动膜503可以没有小的声孔，也可以有小的声 孔。这里，褶皱的作用是为了减少振动膜应力，而小的声孔可以改善传声器在整 个频带内的响应。所述的反光膜区域504是指广义的反光材料制成的一小的圆形区域，直径为 10 1000微米之间，该反光膜区域504也可以是方形或别的形状的区域。所述 的反光膜区域504 —般采用金属铝或金膜。对于振动膜本身就具有反光的情况 (例如，有的振动膜是在氮化硅薄膜上镀一层铝膜)，可以不另外制作反光膜。实施例4:图4示出了本发明的一个实施例，尤其给出了所述的光纤MEMS传声器探头 500的详细结构。本实施例与实施例3除了所述MEMS传感芯片外，其它部分完 全相同。相同的部分使用同一个标号，功能部分这里不再重述。在此实施例中，所述的光纤MEMS传声器探头500包括梯度透镜506、尾纤 508、斐索干涉腔支架505和MEMS传感芯片。所述的MEMS传感芯片依次由体刻蚀掩膜501、硅基片502、声背板513、空 气隙516、隔离层517、振动膜503和反光膜区域504组成。所述的反光膜区域504用于反射来自所述梯度透镜506的光信号，此反射光 信号又通过所述梯度透镜506耦合到光纤里，作为来自信号臂的传感信号。所述的振动膜503是一种低应力的非金属薄膜，它通常是利用半导体工艺在 所述硅基片502上制作的。它可以是低应力氮化硅薄膜、多晶硅薄膜、二氧化硅 薄膜、浓硼掺杂的硅薄膜等，也可以是有机薄膜，如聚酰亚胺薄膜等。所述的振 动膜503可以是四边固定的圆形或方形膜，也可以是部分固定的圆形或方形薄 膜。所述的振动膜503的边沿可以有褶皱(Corrugations),也可以没有褶皱 (Corrugations)。所述的声背板513为一体刻蚀自停止层，它与所述的振动膜503之间有一个 空气隙516。所述声背板513至少有一个光孔515，使来自所述梯度透镜507的 平行光束能通过。所述声背板513也可以有许多小圆形或方形声孔514。
所述隔离层517在所述硅基片502之上，用于支持所述振动膜503。所述隔 离层517 —般为低温二氧化硅(LTO)，也可以是氮化硅或氮化硅与低温二氧化硅 (LTO)的复合层。所述隔离层517的厚度为1 20微米之间。所述空气隙516的厚度由所述隔离层517决定，为1 20微米之间。当所述 振动膜503的边沿有用于减小应力的褶皱时，所述空气隙516比所述隔离层517 的厚度小。实施例5:图5示出了本发明的一个实施例，尤其给出了所述的光纤MEMS传声器探头 500的详细结构。本实施例与实施例4的结构基本相同，不同之处在于本实施例 中MEMS传感芯片的声背板没有小声孔，而将声孔移到振动膜上了。两实施例中 相同的部分使用同一个标号，功能部分这里不再重述。在此实施例中，所述的光纤MEMS传声器探头500包括梯度透镜506、尾纤 508、斐索干涉腔支架505和MEMS传感芯片。所述的MEMS传感芯片依次由体刻蚀掩膜501、硅基片502、声背板513、空 气隙516、隔离层517、振动膜503和反光膜区域504组成。所述的反光膜区域504用于反射来自所述梯度透镜506的光信号，此反射光 信号又通过所述梯度透镜506耦合到光纤里，作为来自信号臂的传感信号。所述的振动膜503是一种低应力的非金属薄膜，它通常是利用半导体工艺在 所述硅基片502上制作的。它可以是低应力氮化硅薄膜、多晶硅薄膜、二氧化硅 薄膜、浓硼掺杂的硅薄膜等，也可以是有机薄膜，如聚酰亚胺薄膜等。所述的振 动膜503可以是四边固定的圆形或方形膜，也可以是部分固定的圆形或方形薄 膜。所述的振动膜503的边沿可以有褶皱(Corrugations),也可以没有褶皱 (Corrugations)。所述的振动膜503有小的声孔527。所述的声背板513为一体刻蚀自停止层，它与所述的振动膜503之间有一个 空气隙516。所述声背板513至少有一个光孔515，使来自所述梯度透镜507的 平行光束能通过。所述隔离层517在所述硅基片502之上，用于支持所述振动膜503。所述隔 离层517 —般为低温二氧化硅(LTO)，也可以是氮化硅或氮化硅与低温二氧化硅 (LTO)的复合层。所述隔离层517的厚度为1 20微米。 所述空气隙516的厚度由所述隔禽层517决定，为1 20微米。当所述 振动膜503的边沿有用于减小应力的褶皱时，所述空气隙516比所述隔离层 517的厚度小。实施例6:图6示出了本发明的一个实施例，尤其给出了 PGC载波调制信号电子解调系 统800的详细电路框图。在此实施例中，所述PGC载波调制信号电子解调系统800包括信号源0SC、 四个模拟乘法器M1 M4、低通滤波电路LP1和LP2、微分器Di和D2、模拟减法 器A1、积分电路J1、高通滤波电路HP和音频输出。来自所述P工N光电检测器700的载波调制的电信号分成两路，分别与来自所 述信号源OSC的一倍频信号G Coscot和二倍频信号H Cos2(nt (G和H分别代表 两信号幅度，o)是基频角频率，t是时间)通过所述的模拟乘法器Ml和M2进行 乘法运算，乘积输出分别与所述低通滤波器LP1和LP2相连接。低通滤波器将信 号的高频分量和混频的镜像频率分量滤去，只留下所需要的低频信号。所述滤波 器LP1的输出分成两路， 一路经过所述微分电路Dl后与所述滤波器LP2的输出 通过所述模拟乘法器M3相乘；另一路与所述微分电路D2的输出通过所述乘法器 M4相乘。两模拟乘法器的输出通过所述的模拟减法器A1相减，运算的结果经过 所述的积分电路Jl和高通滤波电路HP，此时，整个相位载波调制的信号得到解 调，恢复出相应传感电信号。此信号通过所述的音频输出可以直接驱动喇叭或扬 声器，或连接到远方的音频设备上。所述信号源0SC为高稳定度的信号源，且能够提供初始相位相同、输出 幅度可调节的一倍频信号和二倍频信号。两信号源的互相抑止要大于60dB。 所述信号源0SC的一倍频信号的频率与所述位载波调制的激光光源100的调 制信号的频率相同。为了得到的解调信号不失真，对解调电路的对称性要求较高，即要求所述的 模拟乘法器Ml与M2、低通滤波器LP1与LP2、微分电路Dl与D2、模拟乘法器 M3与M4有相同的幅频特性和相频特性。
实施例7:图7示出了本发明的一个实施例，尤其给出了 PGC载波调制信号电子解调系 统800的数字解调方案框图。在此实施例中，所述PGC载波调制信号电子解调系统800的数字解调方案包 括A/D转换器(模/数转换器)、MPb'微处理器单元、TMS32()DSP引擎、D/A转换 器(数/模转换器)、低通滤波器和音频输出单元。来自所述PIN光电检测器700的模拟电压信号经过所述A/D转换器量化成数 字信号，此数字信号被所述MPU微处理器单元读取后，通过数据总线传输给所述 TMS320DSP引擎，由其运行数字信号处理软件来完成PGC载波调制信号的数字解 调，并将解调的数据再回传给所述MPU微处理器单元。所述V1PU微处理器单元将 解调后的数据通过所述D/A转换器转换成模拟信号，此信号经过所述低通滤波器 输出给所述音频输出单元，此单元可以直接驱动喇叭或扬声器，或连接到远方的 音频设备上。所述MPU微处理器单元是一种广义的微处理器单元，可以是8位、16位或 32位微处理器。它的功能是连续读取所述A/D转换器的数据、控制并与所述 TMS320DSP引擎交换数据、并处理后的数据输出给所述D/A转换器。所述TMS320DS引擎是一种广义的数字信号处理单元，它通常是TMS320系列 的数字信号处理器。它的功能通过运行其软件来完成PGC载波调制信号的数字解 调。图8给出了其实现PGC载波调制信号的数字解调的软件流程，此流程所完成 的功能于实施例7相同，只是用数字的方法来实现模拟的运算。数字解调的歩骤如下831)当所述MPU微处理器单元822完成对所述 TMS320DSP引擎823的初始化后，就开始启动其解调工作；832)从所述MPU微 处理器单元822读取A/D (模/数)转换的数据D(n)，并将保存求和结果的变量 Sum初始化为零:833) D(n)与G Coscot 相乘；834) D(n)与H Cos2cotn相乘; 835)数据通过第一FIR低通滤波器，输出保存到变量Foutl中；836)数据通 过第二FIR低通滤波器，输出保存到变量Fout2中；837)对Foutl求差分，保 存结果到Doutl; 838 )对Fout2求差分，保存结果到Dout2; 839 )作 Foutl*Dout2-Fout2*Doutl运算，即将一个低通滤波器的输出与另一个低通滤波 器输出信号的微分相乘，然后再将两路的结果相减，结果保存到变量Aout中；840)对Aout与前一个求和结果Sum相加并用该相加结果更新Sum,代替实施例6 中的积分运算，；841)用Sum减去所有Sum的平均值，代替实施例6中的高通滤 波器；842)将解调的数据传送给所述MPU微处理器单元。
权利要求
1、一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，包括激光光源、光纤、光纤耦合器(300)、传声器探头(500)、光电探测器(700)；其特征在于，所述激光光源是一种相位载波调制的激光光源(100)；所述光纤包括输入光纤(200)、传输光纤(400)和输出光纤(600)；所述光纤耦合器(300)通过所述输入光纤(200)与所述相位载波调制的激光光源(100)连接，并通过所述传输光纤(400)与所述传声器探头(500)连接，并通过所述输出光纤(600)与所述光电探测器(700)连接；所述光电探测器(700)与相位载波调制信号电子解调系统(800)通过电线或电缆连接；所述传声器探头(500)包括梯度透镜和带有反光区域的振动膜，所述梯度透镜的出射端面和振动膜上的反光区域平行放置，构成激光斐索干涉腔。
2、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述相位载波调制的激光光源(100)至少包括一个半导体激光器和一个 产生调制电流的振荡器，在额定的发光功率范围内，所述半导体激光器输出的激 光光频随调制电流线性变化。
3、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述输入光纤(200)、输出光纤(600)和传输光纤(400)均为单模光纤。
4、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述光纤耦合器(300)是一种将注入光束分成光强相等的两束光的耦合 器。
5、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述光电探测器是一种由PIN光电二极管组成的光电转换电路。
6、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述相位载波调制信号电子解调系统(800)是一种将载波调制信号中的 音频信号解调出来的电子信号处理系统。
7、 按权利要求1所述的基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，其特征 在于，所述传声器探头(500)还包括斐索干涉腔支架(505)和MEMS传感芯片; 所述斐索干涉腔支架(505)制作在MEMS传感芯片硅基片的上表面或下表面上， 构成一个圆柱形的斐索干涉腔，所述梯虔透镜(506)固定在斐索干涉腔支架上，该梯度透镜(506)通过尾纤(508)与传输光纤(400)连接；所述反光区域制 作在MEMS传感芯片的振动膜上。
全文摘要
本发明涉及一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统，包括激光光源、光纤、光纤耦合器、传声器探头、光电探测器；所述激光光源是一种相位载波调制的激光光源；光纤耦合器通过输入光纤与相位载波调制的激光光源连接，并通过传输光纤与所述传声器探头连接，并通过输出光纤与所述光电探测器连接；所述传声器探头包括梯度透镜和带有反光区域的振动膜，所述梯度透镜的出射端面和振动膜上的反光区域平行放置，构成激光斐索干涉腔。本发明在灵敏度、动态范围和信噪比等方面均优于使用光强度调制的传感器；另外，本发明的光纤MEMS传声器在低频响应、频带宽度、抗振动等方面优于传统的驻极体传声器。
文档编号H01S3/00GK101132653SQ20061011261
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者乔东海, 宫铭举, 迪 张, 王孟姣, 静 田 申请人:中国科学院声学研究所