ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОФОН

Полезная модель относиться к области электротехники и может быть использовано в устройствах громкоговорящей и телефонной связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические.
Для работы по волоконно-оптическим линиям связи на кораблях, судах и других подвижных объектах необходимо применять элементы, работающие по оптическому кабелю. К таким элементам относятся и оптические микрофоны.
В настоящее время волоконные световоды нашли широкое применение на кораблях, судах и подводных лодках. [Катанович А.А., Николшин Ю.Л. Корабельные оптические системы связи. СПб., Судостроение, 2009 г. 239]. Важной проблемой, возникающей при внедрении корабельных оптических систем связи, является преобразование акустических сигналов в электрические. Используемые обычные электроакустические преобразователи - микрофоны типа ДЭМШ в аппаратуре связи корабельных комплексов обладают недостаточной защищенностью от радиопомех.
Оптические микрофоны используют принцип модуляции интенсивности лазерного светового луча: луч света от лазерного источника направляется по оптоволокну и освещает мембрану микрофона. При колебании мембраны световой поток модулируется (по интенсивности) и идет по второму оптоволокну на фотодиод, который преобразует сигнал в переменный ток. При таком принципе не используется преобразование колебаний мембраны непосредственно в электрический сигнал как в обычных микрофонах. Мембрана может быть вообще, размещаться на расстоянии нескольких десятков метров от источника света и фотодиода из-за низких потерь при передачи сигнала по оптоволокну (потери сигнал/шум составляют меньше 2 дБ на 1 км оптоволокна).
Оптический микрофон не производит никаких электромагнитных излучений (ни за счет капсюля, где в других типах микрофонов обычно размещен предусилитель, ни за счет кабелей), и сам нечувствителен к электромагнитным полям. Из-за малых размеров может быть размещен в любом труднодоступным месте (при этом его сложно обнаружить известными методами) и может работать в сильных магнитных, электрических или радиополях.
Аналогом устройства является оптоэлектронный микрофон. АС СССР №627599, кл. HO4R 23|00, 1979. Микрофон содержит корпус, мембрану, закрепленную по периметру на корпусе микрофона, монохроматический источник света и оптическую систему с фотоприемником для преобразования механических колебаний в электрические.
Прототипом является Оптический микрофон. Патент РФ №2047944 кл. 6 НO4R 23/00, 1990. Микрофон содержит корпус мембрану, закрепленную по периметру корпуса, источник монохроматического излучения, фокусирующую линзу и фотоприемник. Источник монохроматического излучения и фокусирующая линза установлены напротив первого конца волоконно-оптического световода, а фотоприемник расположен напротив второго конца волоконно-оптического световода.
Недостатками, как аналога, так и прототипа являются большие потери световой энергии и малый диапазон преобразования акустического сигнала в электрический, невысокая надежность этих устройств при внешних воздействиях (ударах, вибрации и т.п.), при этом самое главное не обеспечивается стабильность работы микрофона из за технологических проблем, вызванных, прежде всего необходимостью обеспечения стабильности работы микрофона и оптимизации отношения сигнал-шум. Источником шума является, в первую очередь, фотодетектор, Для снижения шума следует увеличить мощность источника света (за счет применения диодных лазеров высокой яркости) и увеличить точность детектирования смещений мембраны (которая выполняет роль отражающего зеркала) при колебаниях. Для этого необходимо разработать мембрану, обладающую высокой чувствительностью и точностью воспроизведения звука.
Цель полезной модели - повышение надежности и чувствительности оптического микрофона.
Поставленная цель достигается тем, что в оптическом микрофоне, состоящем из корпуса, мембраны, закрепленной по его периметру, монохроматического источника света, фокусирующей линзы и фотоприемника, 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 связана с чувствительным элементом в виде столбика иммерсионной жидкости посредством штока с кольцом на конце, причем чувствительный элемент выполнен изогнутым с точкой прогиба в центральной части, величина изгиба соответствует области линейного участка характеристики зависимости значения интенсивности светового потока на выходе световода от смещения мембраны.
На Фиг. показан предлагаемый оптический микрофон. Он содержит корпус 1, монохроматический источник 2 света, фокусирующую линзу 3, размещенную напротив входа в волоконно-оптический световод 4 связанный с мембраной 5 через чувствительным элементом 6 в виде столбика иммерсионной жидкости посредством штока 7 с кольцом 8 на конце. Чувствительный элемент 6 выполнен изогнутым с точкой прогиба в центральной части. Величина изгиба соответствует области линейного участка характеристики зависимости значения интенсивности светового потока на выходе световода 4 от смещения мембраны. Сигнал на выходе световода 4 модулируется фотодиодом 9 в соответствии с характером акустических колебаний.
Световой пучок от источника монохроматического света 2 фокусируется линзой 3 и направляется по световоду 4 на чувствительный элемент 6.. Под воздействием акустических колебаний мембрана 5 начинает изменять свою форму. Колебания мембраны принимаются чувствительным элементом 6 в результате чего световой поток модулируется и идет по второму оптоволокну 4 на фотодиод 9, который преобразует сигнал в переменный ток.
Оптический лазер и фотодиод микрофона смонтированы на одной стеклянной плате, они отделены друг от друга непрозрачной перегородкой и покрыты сверху эпоксидной резиной.
Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом предложенный оптический микрофон обеспечивает высокую чувствительность и диапазонные свойства.