Оптико-электронный микрофон

(21) (22) (46) (72) (53) й СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 3465844/18-1007.07,8207.03.84. Бюл.9Ю.Н, Власов и С.Т. Аскаров621,395,61(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 708541, кл. Н 04 Н 23/00, 1978,2, Яшее 1 з 6.7. Асоцз. Бос. Ашег, 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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, 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 делитель- ного устройства и соответственно к входам первого и второго электронных ключей, выход первого делитель- ного устройства подключен к первому входу двухпозиционного порогового . С устройства, второй вход которого сое динен с источником опорного напряже- р ния, выходы двухпозиционного порогового устройства подключены к управляющим входам электронных ключей, выход первого ключа через блок масшта-т бироваиия, а также выход второго ключа соединены с первым входом второго делительного устройства, второ 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.10 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике для исследованийхарактеристик звуковых полей,Известен оптико-электронный микрофон, содержащий корпус, в котором 5расположены лазер, интерферометрМайкельсона, Фотоприемник, дополнительное зеркало и акустический волновод, расположенный в рабочем плече Интерферометра Г 13Недостатком данного микрофонаявляется отсутствие аналогового выходного сигнала, что ограничиваетобласть 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 полупрозрачными светоотражателями, интерферометр, расположенный напротив первогополупрозрачного светоотражателя лазера, фазосдвигающее устройство,размещенное в рабочем плече интерферометра, и фотоприемник, подключенный через усилитель к регистратору,цри этом корпус выполнен с акустическим окном 2 3.Недостатком известного микрофонаявляется узкий динамический диапазон работы при аналоговом преобразовании входного сигнала.Цель изобретения - расширение динамического диапазона микрофона прианалоговом преобразовании выходногосигнала.Поставленная цель достигается тем,что в 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 глухихсветоотражателей, образующих опорноеи рабочее плечи интерферометра, Фазосдвигающее устройство, размещенноев рабочем плече интерферометра, фотоприемник, установленный на выходеинтерферометра; а также усилитель,подключенный к .Фотоприемнику, и регистратор, при этом корпус выполненс акустическим окном в виде отверстия, расположенного между светоделителем и первым глухим светоотражателем, введены второй фотоприемних,установленный напротив второго полупрозрачного светоотражателя лазера,второе фаэосдвигающее устройство,расположенное в опорном плече интерферометра Майкельсона, второй усилитель, два делительных устройства,два электронных"ключа, двухпоэици онное пороговое устройство, источникопорного напряжения и блок масштабирования, а акустическое окно снабжено шторкой из акустонепрозрачногоматериала, установленной с возможностью перемещения параллельно осилазера, при этом шторка связана сдатчиком положения, выход второгофотоприемника соединен с входом второго усилителя, выходы усилителейподключены к входам первого делитель"ного устройства и соответственно квходам первого и второго электронных Ключей, выход первого делительного устройства подключен к первомувходу двухпозиционного устройства,второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выходыдвухпозиционного порогового устройства подключены к управляющим входамэлектронных ключей, выход первогоключа через блок масштабирования,а также выход второго ключа соединены с первым входом второго делительного устройства, второй входкоторого, подключен к выходу датчикаположения шторки, а выход второгоделительного устройства - к первомувходу регистратора, второй вход ко"торого соединен с выходом первогоключа.На фиг. 1 представлена Функциональная схема оптико-электронногомикрофона; на .Фиг, 2 - временныедиаграммы, поясняющие его работу,Предлагаемый микрофон содержитлазер 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, имеющемакустическое окно, выполненное в виде отверстия 10, снабженного однойили двумя шторками 11, выполненнымииз акустонепрозрачного материала,положение которых контролируется датчиком 12 положения,Элементы 1-7 образуют двухлучевойинтерферометр Майкельсона. Элементы1,2,3, б и 8 составляют многолучевой трехзеркальный интерферометрЭшби-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 надругой.Для реализации двухволнового ва-рианта может быть выбран аргоновый лазериспользующий в качестве активной среды 1 ионизированный аргон, генерирующий две длины волны 0,48 и 0,53 мкм. Первого длину волны следует использовать для работы интерферометра Майкельсона, а вторую - для мно- Работа оптико-электронного микроголучевого интерферометра. фона в широком рабочем диапазонеПолУпрозрачный светоотражатель 2 звуковых давлений основана на развыполняют с коэффициентом отражения личных чувствительностях двухлуче 97-98 для обеих длин волн, а (олу- вого 1-7 и многолучевого 1, 2, 3, 5прозрачный светоотражатель 3 - с ко 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), Наклонным на 50 для длины волны 0,48 мкм 1 О кривой 30 пропорционален квадратулазерного излучения. Коэффициент от- косинуса, а наклон кривой 31 опредеражения глухого светоотражател 6 де- ляется коэффициентом отражения свелают максимально большим на длине тоотражателя 5 мощностью излученияволны 0,48 мкм и минимальным на лазера и прозрачностью светоделите 0,53 мкм. Коэффициент отражения глу- )5 ля 4. Наклон кривой 31 обычно на 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 вырабатывают8 - светофильтр на длину волны 2 О сигналы 33 и 34 различной величины,0,53 мкм. пропорциональной их чувствительносОптико-электронный микрофон со- ти. Причем отношение сигналов 33 идержит также два фазосдвигающих уст 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 оптическогосоединенных со светоотражателями 5 пути от воздействия звукового давлеи б и подключенных с внешней и внут- ния) не выходит за линейный диапаренней стороны к генераторам 15 и 16 зон преобразовательной кривой 31напряжения, Необходимыми элементами многолучевого интерферометра,подобных микрофонов являются также 30 На фиг. 2 показаны максимальноюстировочные винты, пружины, штифты возможные сигналы 35 и 36, преобраи т.п. (не показаны), зуемые многолучевым и двухлучевьмМикрофон включает также блоки. 17 интерферометрами без искажения сооти 18 вторичной и регистрирующей аппа- ветственно. Хотя величины амплитудратуры соответственно. Блок 17 вто" З 5 сигналов 35 и 36 будут различатьсяричной аппаратуры выполнен в виде на два-три порядка, они приведутусилителей 19 и 20, входы которых к одному и тому же значению выходподключены к выходам фотоприемников ного сигнала 37 для обоих интерферо"7 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 13-1640зиционного порогового устройства 22, рабочие точки А и Б обоих интерферовторой вход которого подключен к ис- метров (фиг. 2) известным способомточнику 23 опорного напряжения, устанавливают в области максимальнойБлок 17 вторичной аппаратуры со- крутизны и линейности преобразовадержит также два электронных ключа 45 тельных кривых 30 и 31. При, этом24 и 25, входы которых подключены к фазосдвигающее устройство 13 15выходам усилителей 19 и 20, а управ- сдвигает разность фаз интерферируюляющие входы - к выходам двухпозици- щих лучей сразу в обоих интерфероонного порогбвого устройства 22. метрах, а Фазосдвигающее устройствоБлок 18 регистрирующей аппаРатуры 5 О 14,16 - лишь в двухлучевом интерфесодержит блок 26 масштабирования, де- рометре. Поэтому сначала настраилительное устройство 27, преобразова". вают фазосдвигающим устройством 13,тель напряжение .- код 28 и регистра" 15 многолучевой интерферометр, а затор 29, Вход делительного устройства тем ведут настройку двухлучевого ин"27 через блок 26 масштабирования 55 терферометра.соединен с выходами электронных клюй 24 и выходом электронного ключа После этого раздвигают до макси-че ивх25,- Вто ой вход делительного устрой- мальной ширины акустическое окн о 10тороства 27 и вход преобразователя на- и разворачивают его ортогональио напряжение - код 28 подключены к вы- правлению звуковой волйы, котораяходу датчика 12 положения шторки, а 6 О вызывает изменение давления, плотносвыход делительногельного устройства - к ти и показателя преломления в опорномрегистратору 29, который выполнен с плече интерферометров, и иа выходах, двумя шкалами. Выход электронного Фотоприемников 7 и 8 появляются дваключа 24 подключен также к указателю сигнала 33 и 34 (фиг. 2), которыешкалы регистратораатора 29 65 усиливаются усилителями 19 и 20 иФнаправляются на делительное устройство 21Сигнал, равный отношению двух сигналов 33 и 34, направляется в двух- позиционное 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 закрытЕсли 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 в100 раз), и поэтому показания регистратора 29 регистрирующего блока18 не изменяются, но происходит замена измерительной шкалы прибора, о 5 чем указывает светодиод на шкалерегистратора 29.В пределах одного порядка чувствительность ОЭМ можно плавно изменять регулировкой ширины акустического окна 10, Передвигая с помощьюмикрометрических винтов шторки 11 отпериферии к центру, уменьшают размеры акустического окна 10 и тем самымвеличину входного сигнала до величины сигнала 35 (фиг. 2) . Этот моментсопровождается переключением электронных ключей 24 и 25 и заменой измерительной шкалы регистратора 29.При этом датчик 12 положения штороквыдает на преобразователь напряже ние - код 28 сигнал, пропорциональный изменению ширины окна 10 и чувствительности ОЭМ. Преобразовательнапряжение - код преобразует выходное напряжение датчика 12 положения 25 шторок в сигнал, указывающий в цифровом виде коэффициент, на которыйнадо умножить показания регистратора 29 для получения величины измеряемого уровня звукового давления,Иирокий рабочий диапазон оптикоэлектронного микрофона позволяетприменять его как для регистрацииразговорной речи (65 дБ), так и дляизмерения шума при испытаниях авиа ционных двигателей (150-160 дБ),1078672 Составитель А. Трегубовор М. Рачкулинец Техред И,Метелева , Корректор он осов филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная,3 988/55 Тира ВНИИПИ Росударс по делам изобр 113035, Москва, Ж 635 Подписновенного комитета СССРтений и открытийРауюская наб., д. 4/5