СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО КАНАЛА СВЯЗИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
METHOD FOR FORMING OPTICAL COMMUNICATION CHANNEL FOR TRANSMITTING ACOUSTIC SIGNALS

Изобретение относится к способам демодуляции светового потока, модулированного звуковой частотой, а также устройствам для получения демодулированного звукового сигнала из светового потока [G16H 10/00, G16H 20/00].
Из уровня техники известен АКУСТООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА [RU2448353, опубл. 24.04.2012], включающий звукопровод, выполненный в виде тела с фотоупругими свойствами в форме трапециевидной призмы, пьезопреобразователь, нанесенный на боковую грань призмы, ребро которой является боковой стороной трапеции, при этом вход пьезопреобразователя подключен к источнику управляющего напряжения, а боковая грань призмы, противоположная грани с нанесенным пьезопреобразователем, выполнена полированной, отличающийся тем, что пьезопреобразователь представляет собой многоэлектродную периодическую замедляющую систему, последовательность геометрических центров электродов которой расположена в плоскости распространения звука и света, при этом вход пьезопреобразователя расположен со стороны большого основания трапеции, а величина угла между гранью с нанесенным пьезопреобразователем и противолежащей полированной гранью определена из условия обеспечения отражения звуковой волны от полированной грани с последующим ее распространением навстречу падающей звуковой волне, излученной пьезопреобразователем.
Недостатком аналога является:
- сложность изделия из-за того, что пьезопреобразователь представляет собой многоэлектродную замедляющую систему. Производство, установка и обслуживание подобного рода пьезопреобразователей связано с дополнительными технологическими и производственными сложностями и затратами.
Также из уровня техники известно ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО И ПРОГРАММА [WO2021054208, опубл. 25.03.2021] которое снабжено: средством для выполнения когерентного обнаружения светового сигнала, включая модулированный свет и контрольные сигналы, которое функционирует на основе индикатора света и получения электрического сигнала, включая сигнал модуляции, соответствующий модулированному свету, и контрольный сигнал; первое устройство расчета для выполнения дискретного преобразования Фурье электрического сигнала, для определения частоты пилот-сигнала, на основе расчета ошибки между принятой и опорной частотами, а также,  определения и компенсации частотной погрешности электрического сигнала ; устройство преобразования частоты осуществляющее понижение частоты пилот-сигнала после компенсации первым устройством расчета до значения опорной частоты; и второе устройство расчета  для определения погрешности частоты сигнала модуляции после компенсации первым устройством расчёта,  посредством выполнения дискретного преобразования Фурье для пилот-сигнала с преобразованием его частоты.
Недостатками аналога являются:
- высокие требования к вычислительному устройству, в связи с тем, что необходимо реализовывать дискретное преобразование Фурье в режиме реального времени, что накладывает дополнительные требования на вычислительные ресурсы вычислительного устройства и приводит к его усложнению и удорожанию.
Наиболее близким по технической сущности является ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЯ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ СВЕТОВОДНОЙ ПЛАСТИНЫ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО МОДУЛЯТОРА СВЕТА [RU184830, опубл. 12.11.2018], включающая компьютерно-синтезированные голограммы (КСГ), «закодированные» определенными аберрациями волнового фронта на основе мод ортогональных круговых полиномов Цернике, для последующего выделения указанных возможных аберраций дифрагирующих +1 и -1 порядками на КСГ волновых фронтов оптического излучения и регистрации наличия этих аберраций в виде точек в соответствующих ячейках одного или нескольких регистрирующих матричных фотоприемников, причем реализация оптической схемы выполнена на основе световодной плоскопараллельной пластины и дифракционного оптического элемента, расположенного на поверхности пластины и осуществляющего функцию ввода анализируемого оптического излучения в пластину с условием его полного внутреннего отражения при распространении внутри пластины, матричные фотоприемники расположены снаружи пластины с плоскостями приема параллельно и напротив соответствующих КСГ вдоль хода распространения анализируемого оптического излучения внутри указанной пластины, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пространственный амплитудный модулятор света, установленный между дифракционным оптическим элементом, осуществляющим вывод излучения из пластины, и указанными матричными фотоприемниками, с возможностью динамического вывода из управляющего компьютера требуемых КСГ на указанный пространственный амплитудный модулятор света.
Основной технической проблемой прототипа является ее ограниченный функционал, из-за того, что на выходе оптической схемы мы получаем КСГ с зарегистрированными аберрациями в виде точек в соответствующих ячейках одного или нескольких регистрирующих матричных фотоприемников. При этом в прототипе не рассмотрена возможность использования оптической схемы и модулятора для приема и обработки видимого светового излучения, модулированного акустическим сигналом, и как следствие, отсутствует возможность формирования оптического канала связи для передачи акустических сигналов.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств для формирования оптического канала связи для передачи акустических сигналов.
Техническим результатом изобретения является реализация назначения изобретения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ формирования оптического канала связи для передачи акустических сигналов характеризующийся тем, что микрофонным усилителем принимают акустический сигнал и формируют соответствующий ему электрический сигнал, который модулируют высокочастотным электрическим сигналом и затем подают на вход питания источника света, который формирует световой поток, модулированный акустическим сигналом, который принимают оптической системой и подают на вход фотодетектора, который формирует электрический сигнал соответствующий интенсивности светового потока, далее усиливают электрический сигнал и демодулируют с выделением модулированной частоты формируя при этом электрический сигнал, соответствующий  исходному акустическому сигналу.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана общая схема приемного устройства оптического канала связи для передачи акустических сигналов.
На фигурах обозначено: 1 - оптическая система; 2 - фотодетектор; 3 - устройство усиления; 4 - блок обработки сигнала; 5 - внешнее устройство регистрации.
Осуществление изобретения.
Приемное устройство оптического канала связи для передачи акустических сигналов состоит из оптической системы 1, выполненной с возможностью фокусирования и сбора видимого света с определенного углового направления. Оптическая система 1 представляет собой одну или несколько линз и соединена с фотодетектором 2. Фотодетектор 2 последовательно соединен с устройством усиления 3, которое может представлять из себя усилитель, выполненный с возможностью усиления сигнала, пришедшего с фототранзистора 2 до требуемого уровня. Устройство усиления 3 соединено с блоком обработки сигнала 4, которое включает в себя по меньшей мере один подстраиваемый фильтр и соединено с внешним устройством регистрации 5. В качестве внешнего устройства регистрации 5 могут выступать осциллографы, персональные и специализированные компьютеры и др.
В варианте реализации, если используется несколько линз оптической системы 1, оптические линзы объединяются в группы для уменьшения количества аберраций поступающего светового потока.
В варианте реализации в оптической системе 1 используют синий светофильтр в связи с тем, что для современных светодиодных источников света наибольшей информативностью обладает коротковолновый диапазон белого света.
В варианте реализации оптическая система 1 может быть представлена в виде оптической трубки.
В варианте реализации фотодетектор 2 может быть выполнен в виде фототранзистора, фотодиода (кремневый фотодиод, PIN-диод, лавинный фотодиод и др.) или датчика изображения. При этом фотодетектор 2 выполнен с возможностью регистрации светового потока, прошедшего через оптическую систему 1.
В вариантах реализации подстраиваемый фильтр может быть, как цифровым, так и аналоговым, при этом подстраиваемый фильтр выполнен с возможностью выделения модулированной частоты.
В варианте реализации в качестве внешнего устройства регистрации 5 может выступать персональный компьютер с предустановленным программным обеспечением СПО «Осциллограф АКИП».
В варианте реализации в качестве внешнего устройства регистрации 5 может выступать сотовый телефон.
Способ формирования оптического канала связи для передачи акустических сигналов реализуют следующим образом.
Первоначально в служебных помещениях размещают источник света (в качестве которого, например, может выступать светодиодная лампа) в который встраивают микрофонный усилитель (на фиг. не показан), далее микрофонный усилитель модулирует высокочастотное напряжение, которым питается источник света, акустическим сигналом (возникающим за счет воздействия акустических сигналов на цепи управления источником света («микрофонный эффект»)), получая, при этом модулированный акустическим сигналом световой поток различной интенсивности.
В вариантах реализации в качестве источника, модулированного акустическим сигналом светового потока, могут использоваться другие устройства, способные излучать световой поток различной интенсивности при воздействии акустических сигналов.
Далее на оптическую систему 1 попадает модулированный акустическим сигналом световой поток различной интенсивности, который проходит через одну или несколько оптических линз и светофильтр. Таким образом, посредством оптической системы 1 выделяют селективный световой поток от излучения источника света, путем формирования действительного или мнимого изображения какого-либо объекта (или группы объектов).
В варианте реализации, когда линзы в объективе оптической системы 1 объединены в группы, не только формируют изображение какого-либо объекта (или группы объектов) но и уменьшают количество аберраций светового потока.
Далее оптическая система 1 передает полученное изображение в фотодетектор 2, который осуществляет регистрацию светового потока, прошедшего через оптическую систему 1.
Далее полученный от фотодетектора 2 сигнал передают посредством соединительного кабеля на устройство усиления 3. Устройство усиления 3 усиливает пришедший сигнал до требуемого уровня. Далее усиленный сигнал передают посредством соединительного кабеля на блок обработки сигнала 4, который осуществляет фильтрацию поступившего сигнала с выделением модулированной частоты, тем самым осуществляют процесс демодуляции. Далее сигнал, содержащий выделенную модулированную частоту, передают посредством соединительного кабеля на внешнее устройство регистрации 5, где по физическим характеристикам сигнала модулированной частоты получают информацию о исходном акустическом сигнале.
Технический результат изобретения реализация назначения изобретения, достигается за счет того, что микрофонным усилителем принимают акустический сигнал и формируют соответствующий ему электрический сигнал, который модулируют высокочастотным электрическим сигналом и затем подают на вход питания источника света. Таким образом на выходе источника света получают модулированный акустическим сигналом световой поток различной интенсивности. Далее полученный световой поток принимают оптической системой 1 и подают на вход фотодетектора 2, который формирует электрический сигнал, соответствующий интенсивности светового потока. Далее, посредством устройства усиления 3, усиливают электрический сигнал и демодулируют, при помощи блока обработки сигнала 4, с выделением модулированной частоты формируя при этом электрический сигнал, соответствующий исходному акустическому сигналу. Таким образом, реализуется оптический канал связи, в приемной части которого осуществляется прием и обработка светового излучения, модулированного акустическими сигналами.
Заявителем в 2021 году был реализован заявленный способ, апробация которого подтвердила заявленный технический результат.
Пример достижения технического результата.
В служебном помещении, предварительно, размещают оптическую систему 1 в виде светодиодной лампы и источник света, в который встраивают микрофонный усилитель. При этом их взаимное расположение организуют таким образом, чтобы световой поток, излученный светодиодной лампой, мог беспрепятственно попадать на оптическую систему 1.  После того как в служебном помещении начинает происходить служебный разговор, говорящими формируется акустический сигнал, который фиксируется микрофонным усилителем и благодаря «микрофонному эффекту», модулируется высокочастотное напряжение, которым питается светодиодная лампа, благодаря чему формируется модулированный световой поток переменной интенсивности. При попадании данного потока в оптическую систему 1, формируют действительное изображение, передают полученное изображение в фотодетектор 2, где формируют сигнал, который передают в устройство усиления 3, далее в блок обработки сигнала 4, на выходе которого в компьютерном интерфейсе получают исходный акустический сигнал, содержащий информацию о проходящем в служебном помещении служебном разговоре. Таким образом образуется оптический канал связи с возможностью передачи, приема и обработки светового излучения, модулированного акустическими сигналами.