抗干擾微光機電麥克風

李高林+古仕林+李翔+高天雨

摘 要：文中針對復雜環境干擾下的聲音采集、解調、還原等問題，采用微光機電技術和MEMS技術，研制出一種基于F-P腔干涉光纖傳輸聲音信號的抗干擾微光機電麥克風，可有效避免外界復雜環境的干擾，顯著提高其靈敏度和精密度。經調研，該產品具有廣闊的發展前景和可觀的經濟效益。

關鍵詞：微光機電；MEMS；F-P腔

0 引 言

本作品針對復雜環境干擾下的聲音采集、解調、還原等問題，采用微光機電技術和MEMS技術，研制出一種基于F-P腔干涉光纖傳輸聲音信號的抗干擾微光機電麥克風。由于本作品基于F-P腔干涉，可將探測到的聲音信號轉換為光信號在光纖中傳導，有效避免外界復雜環境的干擾，體現了較好的抗干擾性。與傳統聲傳感器相比，該產品的靈敏度和精密度都顯著提高，可應用于復雜環境干擾下聲音等信號的探測還原。

目前通用的各種電子通訊設備易受電磁干擾的影響，如話筒產生尖刺聲，核事故的范圍受到電磁干擾導致麥克風等通訊設備無法使用。相比之下，本作品最大的優點在于其優良的抗干擾性能，可削弱背景噪聲，有效避免各種電磁和輻射干擾而不影響聲音的探測還原。還可以根據需要調節系統的靈敏度和放大倍數，實現對微小聲音等信號的探測，在日常生產生活中具有廣闊的應用前景。該產品的實物如圖1所示。

1 工作原理

本作品基于F-P腔干涉原理。激光器工作發出的激光經光纖耦合器連接傳感頭，連接傳感頭的激光經端面發生全反射，反射激光經耦合器傳到探測器。此時若有外界聲音等振動信號引起傳感頭硅膜振動，則會改變傳感頭內的空氣腔長度，使反射激光與入射激光符合發生干涉光條件，從而發生干涉，可將攜帶聲音信號的振動信號加載攜帶聲音信號的光信號，再經光纖和光纖耦合器傳輸到后端處理系統光電探測器模塊（遠離或隔離干擾環境），后端處理系統解調還原光信號中的聲音信息，經信號放大器放大后播放實現整個聲音信號的探測還原過程。系統基本原理如圖2所示。

本產品的核心部件傳感頭基于法布里-珀羅干涉腔多光束干涉的基本原理，利用其對一定頻率和強度的聲音信號都具有良好的響應能力，設計制作復雜環境下探測聲音信號的抗干擾微光機電麥克風。在傳感頭中，聲感應膜制作采用微加工技術，封裝時實現對硅膜和光纖準直器空間位置的精確控制，使傳感頭對聲音信號具有良好的響應還原能力，滿足抗干擾微光機電麥克風設計的靈敏度和精密度要求。探測頭的設計原理如圖3所示。

2 創新點

本產品創造性地利用F-P干涉原理將振動信號轉變為光信號，實現兩種信號之間的轉換，并充分利用其抗干擾耐高溫的特點，具有微型化、多功能、智能化和高集成度等優點，適于大批量生產。與傳統聲傳感器相比，靈敏度和精密度都有顯著提高。

本產品具有抗干擾性強、穩定性高、環保無污染等特點，能廣泛應用于各種場合（多功能性）微小聲音信號（如音量極低的聲音信號和各種振動信號等）的探測，并將探測到的信號在不受電磁等環境干擾的情況下傳輸到后端處理系統，將信號放大還原，如地震救援探測，地質活動監測，海底救援微弱信號的探測等。其多功能性使得本產品不僅在實際生活中應用廣泛，在軍事上亦有廣闊的應用前景。本產品可用于各種復雜戰場環境下的穩定通信，大量安裝于人煙稀少的邊境地區，用于邊境地區的安防，并監測是否有敵機等武裝力量入侵等，以保衛國家的領土安全和人民群眾的財產安全。

3 市場前景

本產品具有抗干擾性強、穩定性高、環保無污染等特點，能廣泛應用于各種場合（多功能性）微小振動信號（如音量極低的聲音信號和各種振動信號等）的探測，并可以廣泛應用。其廣泛應用的特點也激發了廣泛需求。我們在現有基礎上綜合考慮成本及性能，盡量降低產品的生產成本，使得產品更易于推向市場，并進一步開發產品的新功能，更換不同探頭以實現陸、海、空環境下探測信號穩定不失真。在不斷完善項目產品的同時做好宣傳，將一代、二代產品推向市場，收集用戶對產品性能和功能的意見、建議，及時改進產品，提高用戶體驗，形成完善的三代、四代產品。根據現有數據預測，本產品有廣泛的市場需求，經濟效益十分可觀。