ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОФОН

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в устройствах громкоговорящей и телефонной связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические, а также в системах пожарной сигнализации и в корабельных оптических системах связи.
Известна конструкция оптического микрофона, содержащая корпус, мембрану, закрепленную по периметру корпуса, источник излучения, волоконнооптический световод, фокусирующую линзу и фотоприемник, при этом он снабжен направляющей линзой, установленным за ней поляризатором, анализатором, установленным перед фокусирующей линзой, фотоумножителем и регистратором, анализатор соединен через шток с внутренней поверхностью мембраны с возможностью поворота при помощи пружинно-рычажного механизма, а источник излучения оптически связан через волоконнооптический световод, направляющую линзу, поляризатор, анализатор, фокусирующую линзу, фотоприемник, фотоумножитель с регистратором (см. Толстунов С.А., Мозер С.П. Оптический микрофон. Патент RU №2273115, Бюл. №9, 27.03.2006, кл. H04R 23/00). Недостатками данной конструкции являются низкие чувствительность и надежность, а также невозможность дистанционного включения/отключения, в частности при температурных колебаниях.
Известна конструкция оптического микрофона, содержащая корпус, закрепленную по его периметру мембрану, источник монохроматического излучения, фокусирующую линзу и фотоприемник, а также с целью повышения чувствительности и надежности, на внутренней поверхности мембраны по спирали выполнены продольные пазы, в которых размещен волоконно-оптический световод, причем пазы покрыты пленкой, а источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода, (см. Катанович А.А., Шитов Б.В. Оптический микрофон. Патент RU №2047944, 10.11.1995, кл. H04R 23/00). Недостатками данной конструкции являются низкая чувствительность и надежность, а также невозможность дистанционного включения/отключения, в частности при температурных колебаниях.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция оптического микрофона, содержащая корпус, мембрану, закрепленную по его периметру, монохроматический источник света, фокусирующую линзу и фотоприемник, причем источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода, при этом мембрана выполнена гофрированной из тонкого слоя нитрида силикона толщиной 0,1 мкм, а отражение света у нее происходит от центрального участка диаметром 0,4 мм, полученного с помощью нанесения золота фотолитографическим методом (см. Катанович А.А., Бондарь М.В., Ершов В.Н., Нестерчук А.А., Рочев A.M. Оптического микрофона. Патент RU №2473181, 20.01.2013, кл. H04R 23/00). Недостатком данной конструкции является невозможность дистанционного управления процессом включения/отключения в частности при температурных колебаниях.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в расширении функциональных и эксплуатационных возможностей, а также области применения устройства данного типа, в частности возможность совместного использования с системой пожарной сигнализации, в корабельной оптической связи.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в наличии чувствительности к изменениям температурного поля и возможности прерывания или восстановления оптического потока, что обеспечивает включение/отключение волоконно-оптического канала связи.
Данный технический результат достигается тем, что в оптическом микрофоне, содержащем корпус, мембрану, закрепленную по его периметру, монохроматический источник света, фокусирующую линзу и фотоприемник, причем источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода, при этом мембрана выполнена гофрированной из тонкого слоя нитрида силикона толщиной 0,1 мкм, а отражение света у нее происходит от центрального участка диаметром 0,4 мм, полученного с помощью нанесения золота фотолитографическим методом, новым является то, что на входе или выходе волоконно-оптического световода в него вмонтирован волоконно-оптический геркон с термобиметаллической пружиной (см. Лабковская Р.Я., Ткалич В.Л., Пирожникова О.И., Коробейников А.Г. Магнитоуправляемый контакт. Патент RU №144305, Бюл. №23, 20.08.2014, кл. Н01Н 1/66), замыкание которой при температурных нагрузках приводит к включению аварийной пожарной сигнализации.
Устройство оптического микрофона, изображенного на фигуре, содержит контактный монохроматический источник света 1, фокусирующую линзу 2, размещенную напротив входа в волоконно-оптический световод 3 входной ветки, связанный с гофрированной мембраной 4, на которой установлено золоченое кольцо 5, а также фотоприемник 6, расположенный напротив выходной ветки выхода световода 3. Микрофон размещен в корпусе 7, имеющем отверстия, защищенные декоративной сеткой. На входе или выходе волоконно-оптического световода 3 в него вмонтирован волоконно-оптический геркон 8, напротив которого расположена электромагнитная катушка управления герконом или движущийся постоянный магнит 9 и пульт аварийной пожарной сигнализации 10. Волоконно-оптический геркон 8 содержит термобиметаллическую пружину с нижним инертным 11 и верхним активным 12 слоями и токопроводящую пружину 13, а также два световода с ферромагнитными участками 14 и 15.
Наличие двух контактных узлов в волоконно-оптическом герконе с термобиметаллической пружиной обеспечивает три функциональных состояния двух электрических цепей магнитоуправляемого контакта (см. фиг.):
- замыкание контактного узла I вызвано изменением магнитного потока, создаваемого обмоткой управления или постоянным управляющим магнитом, при этом магнитный поток, протекая по ферромагнитным участкам со световодами 14 и 15, вызывает их сближение, что приводит к перекрытию (наложению) торцов световодов и обеспечивает прохождение светового потока из одного световода в другой, что обеспечивает включение оптического микрофона;
- замыкание контактного узла II, образованного термобиметаллической пружиной с нижним инертным 11 и верхним активным 12 слоями и токопроводящей пружиной 13, установленной в противоположном внутреннем торце диэлектрического баллона магнитоуправляемого контакта, вызвано изменением температурного поля окружающей среды и сопровождается размыканием другого контактного узла со световодами, в случае их предварительного замыкания управляющим магнитным потоком. Замыкание контактного узла II приводит к включению аварийной пожарной сигнализации, например, сопровождающемуся световым сигналом и звуком сирены.
- размыкание обеих электрических цепей при отсутствии факта достижения пороговых значений магнитного и теплового потоков в окружающей среде.
Световой пучок от источника 1 света фокусируется линзой 2 и направляется перпендикулярно входному торцу световода 3 на мембрану 4. Под воздействием акустических колебаний мембрана 4 начинает изменять свою форму. При колебаниях мембраны, на которой находится золоченое кольцо 5 (активная область мембраны), световой поток модулируется и идет по второму оптоволокну на фотодиод 6, который преобразует сигнал в переменный ток. Интенсивность модулированного светового луча зависит от геометрии отражающей мембраны, расстояния между концом оптоволокна 3 и поверхностью мембраны 4 и угловой позиции волокна относительно поверхности мембраны. Относительно важную роль для интенсивности выходного луча играет также выбор углового положения оптоволокна относительно поверхности мембраны. При колебании мембраны происходит боковой сдвиг светового пятна относительно центра принимающего волокна, пропорционально величине этого сдвига уменьшается световая интенсивность в выходной ветке световода 3.
Таким образом, при использовании данной полезной модели в кораблестроительных оптических системах связи, в частности на подводных лодках, где возможно повышение температурного режима при нарушении работы реактора, происходит включение аварийно-пожарной сигнализации и одновременное отключение оптического микрофона, работа которого в условиях повышенной температуры может транслировать заведомо ложный сигнал из-за его искажения, что приводит к расширению функциональных и эксплуатационных возможностей (см. Волоконно оптические сети и системы связи: Учебное пособие. 2е изд., стер. - СПб.: Издательство «Лань», 2010. С. 170-173, 247-248).