光超声波麦克风制造技术

一种光超声波麦克风，由传递从开口部（４）接收的声波的声波导路（６）、形成声波导路（６）壁面至少一部分的光声传播介质（２）、ＬＤＶ头（８）构成，光声传播介质（２）中接收沿声波导路（６）行进的声波，在光声传播介质（２）内高效地随着声波行进而产生折射率变化，利用ＬＤＶ头（８）以光调制的形式提取，从而构成极宽频带的光超声波麦克风。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用了光的麦克风(microphone)，特别是涉及一种接收在空气等 气体中传播的超声波，利用光将接收到的超声波转换成电信号的光超声波麦克风。
技术介绍
作为收集声波将其转换成电信号的设备，在可听频带范围动态麦克风(dynamic microphone)或电容麦克风被广泛利用，在超声波区域压电传感器被广泛利用。这些设备利 用声波是空气的细微振动这一原理，将声波向振动片入射，将由声音在振动片上激励的细 微振动转换成导电型、静电型或压电型电信号。另一方面，利用以激光为代表的光测量细微且高速振动的激光多普勒振动仪(以 下，简称为“LDV”。)等光学系统被广泛利用，尝试着收集利用这种装置产生的声波。专利文献1所述的声压转换装置中，揭示了一种光麦克风，其是应用了普通麦克 风常用的振动片和利用光三角法进行光测量。专利文献2中还揭示了一种激光多普勒麦克风，其是在声场中直接传播激光，利 用LDV直接捕捉因声波而在空气中产生的折射率变化，从而测量声压。以下，关于专利文献2中的激光多普勒麦克风的结构、工作参照图11进行说明。图 11中，121是LDV，122、123是一对反射镜，124是立体反光镜，125是激光路径，126是声场， 127是运算部。图11所示的构成中，一对反射镜122及123平行配置，LDV121和立体反光镜124 设置在一个反射镜123的上下两端。从LDV121朝向反射镜122以适当的角度照射激光。照 射的激光在反射镜122及123上伴随着多次反射沿着激光路径125传播，到达设置在反射 镜123终端的立体反光镜124。入射到立体反光镜124的激光在立体反光镜124内部多次 反射后，朝向激光往立体反光镜124入射的方向，从立体反光镜124释放出，再经由一对反 射镜122及123进行多次反射，沿着激光路径125反方向传播，到达LDV121。到达了 LDV121 的激光在LDV121内部受到光学及电处理，并且由运算部127换算振动速度成分。图11的构成中，由于没有振动的部分，因此通常振动速度成分为0。当在反射镜 122及123工作的空间存在声音时，由于声波而在空气的密度上产生疏密。这些密度的变化 造成空气中的折射率的变化，使激光的传播速度发生变化，因此，像在反射镜122、123或立 体反光镜124上发生振动那样，测量与声压对应的速度成分。另外，本专利技术者在专利文献3中揭示的专利技术涉及了一种气体用超声波收发器，可 以在气体中利用超声波的折射，高灵敏、宽频带地收发超声波。另外，非专利文献1中报告 了 500kHz的超高频率区域下的收发特性。图12表示专利文献3及专利文献4所揭示的专利技术的超声波收发器的模式图。图12所示，专利文献3的专利技术的超声波收发器101至少具有超声波振动元件102、 设置在超声波振动元件102前面填埋环境流体104和超声波振动元件102之间的传播介质 部103。105表示超声波的行进方向。将这种方式的超声波收发器特别称为折射传播型超4声波收发器(或倾斜传播型超声波收发器本体)。在此，将超声波振动元件102和传播介质部103的界面定义为第1表面区域111， 将传播介质部103和环境流体104的界面定义为第2表面区域112。专利文献3的折射传播型超声波收发器能够高效地从空气等声阻极小的介质向 传播介质的传播介质内收发超声波，从而高灵敏地收发超声波。通常，在像气体和固体这样声阻有很大不同的介质的界面，超声波几乎不能进行 反射、不能高灵敏地发送或接收。这样一来，为了实现超声波在气体中的高效透过，而在折 射传播型超声波收发器101中，利用由特殊材料构成的传播介质部103构成超声波收发器 101。传播介质部103必须有声速比环境流体104慢、密度大于环境流体104的特性，专利 文献3中采用由二氧化硅骨架构成的干燥凝胶材料作为这种材料。干燥硅凝胶是能够经过 制造流程而具有各种声速和密度的材料，作为一例，材料可以取作的值如密度200kg/m3、声 速150m/s这样满足可高效透过超声波的传播介质部103的条件。使用这样的材料作为传播介质部103，如图12所示，通过分别适当选择传播介质 部103内部的第2表面区域112的法线与超声波传播方向所成的角度θ i、与环境流体104 内的超声波传播方向所成的角度θ 2，从而能够使第2表面区域112上超声波的反射大致为 0，实现具有高收发灵敏度的超声波收发器。另外，声波的频率与第2表面区域112的透过 效率无关，从而在原理上能够实现宽频带特性，能够高效地测量各种频率。具体地说，当收发超声波时，超声波振动元件102通过没有图示的驱动电路被加 载电信号，发生超声波。在此，如图12那样设定XYZ方向。在超声波振动元件102上发生 的超声波从第1表面区域111向第2表面区域112，在传播介质部103中沿Y轴正方向传 播。并且，到达第2表面区域112的超声波依照折射定律改变传播方向，朝向超声波传播路 径105的方向(这种情况是箭头的相反方向)向流体104传播下去。接收超声波的情况与发送的情况相反，在周围空间的流体104中传播来的超声波 一到达第2表面区域112就发生折射，透过到传播介质部103，朝着Y轴的负方向在传播介 质部103内部传播，到达超声波振动元件102。到达超声波振动元件102的超声波使超声波 振动元件102变形，从而在电极间发生电位差，利用没有图示的发送电路进行检测。在倾斜传播型超声波收发器本体101中，即使流体104是空气等声阻(材质的声 速X材质的密度)极小的介质时，超声波也能够高效地从流体104入射到传播介质部103 或者高效地从传播介质部103向流体104入射超声波。倾斜传播型超声波收发器本体101中，为了提高超声波的透过效率，设定成超声 波在传播介质部103的声速C1、超声波在流体104中的声速C2、传播介质部103的密度P ^ 流体104的密度P 2满足下式(2)。(p2/p i) < (CVC1) <1 .....(2)另夕卜，θ工用Q、C2, P1, P2设定满足下式(3)。(tan O1)2= [(P2/Pl)2- (C1ZC2)2] / [ (C1ZC2) 2_1] · · · · · (3)另外，θ工和θ 2之间存在下式(4)所示的关系。sin θ /C1 = sin θ 2/C2 .....(4)如专利文献4所示，当满足所述式(2)、式(3)和式(4)时，第2表面区域112中超 声波的透过效率大致为1。从而，能够提供可高效率接收及发送超声波的作为倾斜传播型超声波收发器本体101的倾斜传播型超声波传感器。专利文献1 JP特开2004-12421号公报专利文献2 JP特开2004-279259号公报专利文献3 :W02004/098234号公报专利文献4 美国专利申请公开第2005/0139013号说明书非专利文献1 “纳米发泡材料的声特性和在超声波传感器上的应用(一般/声 学影像)(Acoustic Properties of Nanofoam Material and itsApplied Ultrasonic Sensors) ”桥本雅彦、永原英知、杉之内刚彦(HASHIMOTO Masahiko, N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光超声波麦克风，对充满气体的周围空间进行声波接收，其特征在于，包括：基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部和传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分并传播从所述声波导路来的所述声波和光，光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述光的调制，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ↓［ｎ］及声速Ｃ↓［ｎ］，与充满所述声波导路的气体密度ρ↓［ａ］及声速Ｃ↓［ａ］之间满足下式。（ρ↓［ａ］／ρ↓［ｎ］）＜（Ｃ↓［ｎ］／Ｃ↓［ａ］）＜１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种光超声波麦克风，对充满气体的周围空间进行声波接收，其特征在于，包括基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部和传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分并传播从所述声波导路来的所述声波和光，光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述光的调制，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρn及声速Cn，与充满所述声波导路的气体密度ρa及声速Ca之间满足下式。(ρa/ρn)＜(Cn/Ca)＜12.根据权利要求1所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光声传播介质部由无机 氧化物或有机高分子的干燥凝胶构成。3.根据权利要求2所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶具有密度 100kg/m3以上、声速300m/s以下的物理性质。4.根据权利要求2或3所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶的固体骨架 部进行了疏水化处理。5.根据权利要求1 3任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源为激光 光源。6.根据权利要求5所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光检测装置检测来自所 述激光光源的激光的频率调制。7.根据权利要求6所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源和所述光检测装置 由激光多普勒检测装置兼构成。8.一种光超声波麦克风，其特征在于，包括声波导构件，其具有第1开口，该声波导构件规定使从所述第1开口入射的声波向声波 传播方向传播的声波导路；光声传播介质部，其与所述声波导路相对配置，具有设于所述声波导路的透过面，所述 透过面沿着所述声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面构成为，随着所 述声波在所述声波导路中传播而分别使所述声波的一部分从所述透过面向所述光声传播 介质部透过会聚在会聚点，光源，其对所述光声传播介质部的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本雅彦，永原英知，杉之内刚彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]