CN108106715A - 交流反馈激光声音测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交流反馈激光声音测量方法及装置，包括：通过半导体激光器内的激光二极管发出激光照射到目标振动物体上并反射回半导体激光器内部，该激光信号经光电二极管检测形成光电流；通过去直流光电检测模块将光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；通过增益调节模块对交流光电流信号进行放大并反馈给可调恒流源模块；通过可调恒流源模块结合放大后的交流光电流信号及恒流偏置形成半导体激光器内的激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；通过采集模块对经过增益调节模块放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。本发明能够实现微弱声音信号远距离高精度测试，解决远距离嘈杂环境语音交互问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光声音测量技术领域，特别涉及一种能够实现微弱声音信号远距离高精度测试，解决远距离嘈杂环境语音交互问题的交流反馈激光声音测量装置。
背景技术
智能机器人正在慢慢成为人们所熟悉的事物，未来有望迎来爆发式的增长。触控、手势和语音是目前智能机器人与人交互的三大方式，其中语音交互更加便捷，所以更受青睐。
现有的语音交互硬件采用振膜传感声压再转化为电信号的模式，受到背景噪音、其他人声干扰、回声、混响等多重复杂因素影响，导致识别率波动或降低很多甚至无法使用，因此很迫切需要发展一种行之有效的远距离拾音降噪解决方案对声音信号进行降噪和还原，提升语音交互的用户体验。
一些研究机构和公司还根据自身需要设计了各种激光声音测量方法，如奥地利初创公司Xarion Laser Acoustics，开发的基于激光器的光学麦克风，其利用激光器发射出波长1550nm的电信级红外激光光束，穿过法布里-珀罗标准具(实质为间距2mm的两个平行光学反射镜)，记录声压导致的介质中折射率的微小变化。这些微小变化改变了红外激光光束的波长和传输，光学麦克风将这些细微变化转化为声音的测量电信号。但该方法依旧没有摆脱振膜传感声压的固有模式，环境噪音会反映到介质折射率的变化，导致其在强噪音环境应用受限。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种能够实现微弱声音信号远距离高精度测试，解决远距离嘈杂环境语音交互问题的交流反馈激光声音测量方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种交流反馈激光声音测量方法，包括如下步骤：
步骤1、通过半导体激光器内的激光二极管发出激光照射到目标振动物体上并反射回所述半导体激光器内部，该激光信号经所述半导体激光器内的光电二极管检测形成光电流；
步骤2、通过去直流光电检测模块将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
步骤3、通过增益调节模块对所述交流光电流信号进行放大并反馈给可调恒流源模块；
步骤4、通过可调恒流源模块结合放大后的所述交流光电流信号及恒流偏置形成所述半导体激光器内的激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
步骤5、通过采集模块对经过所述增益调节模块放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
所述恒流偏置为电压可调的恒流偏置。
为实现上述目的，本发明还采用以下技术方案：
提供一种交流反馈激光声音测量装置，包括：半导体激光器、去直流光电检测模块、增益调节模块、可调恒流源模块、采集模块、恒流偏置、目标振动物体，所述半导体激光器内部包括有光电二极管及激光二极管：
所述半导体激光器用于通过所述激光二极管发出激光照射到所述目标振动物体上并反射回所述半导体激光器内部，该激光信号经所述光电二极管检测形成光电流；
所述去直流光电检测模块用于将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
所述增益调节模块用于对所述交流光电流信号进行放大并反馈给所述可调恒流源模块；
所述可调恒流源模块用于结合放大后的所述交流光电流信号及所述恒流偏置形成所述激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
所述采集模块对经过所述增益调节模块放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
所述恒流偏置为电压可调的恒流偏置。
本发明的有益效果在于：半导体激光器发射激光照射到目标振动物体并反射回半导体激光器内部，激光信号经半导体激光器内部光电二极管检测形成光电流，该光电流经去直流光电检测模块，对背景直流电平进行补偿和去除后输出交流的光电流信号，再由增益调节模块进行放大后反馈给可调恒流源模块，可调恒流源模块结合该交流信号和可调的恒流偏置形成半导体激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测。该方案与传统的声音测量装置相比，能获得更低的噪声、更高的相位稳定性，从而提高系统的声音信号的解调精度。
附图说明
图1所示为本发明流反馈激光声音测量方法的流程框图。
图2为本发明流反馈激光声音测量装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
如图1和2所示，提供一种交流反馈激光声音测量方法，包括如下步骤：
步骤1、通过半导体激光器1内的激光二极管发出激光照射到目标振动物体7上并反射回所述半导体激光器1内部，该激光信号经所述半导体激光器1内的光电二极管检测形成光电流，需要说明的是，所述半导体激光器1内部包括有激光二极管及光电二极管；
步骤2、通过去直流光电检测模块2将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
步骤3、通过增益调节模块3对所述交流光电流信号进行放大并反馈给可调恒流源模块；
步骤4、通过可调恒流源模块4结合放大后的所述交流光电流信号及恒流偏置6形成所述半导体激光器1内的激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
步骤5、通过采集模块5对经过所述增益调节模块3放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
一个实施例中，所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
一个实施例中，所述恒流偏置6为电压可调的恒流偏置。
为实现上述目的，本发明还采用以下技术方案：
如图2所示的实施例中，提供一种交流反馈激光声音测量装置，包括：半导体激光器1、去直流光电检测模块2、增益调节模块3、可调恒流源模块4、采集模块5、恒流偏置6、目标振动物体7，所述半导体激光器1内部包括有光电二极管及激光二极管：
所述半导体激光器1用于通过所述激光二极管发出激光照射到所述目标振动物体7上并反射回所述半导体激光器1内部，该激光信号经所述光电二极管检测形成光电流；
所述去直流光电检测模块2用于将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
所述增益调节模块3用于对所述交流光电流信号进行放大并反馈给所述可调恒流源模块4；
所述可调恒流源模块4用于结合放大后的所述交流光电流信号及所述恒流偏置6形成所述激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
所述采集模块5对经过所述增益调节模块3放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
一个实施例中，所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
一个实施例中，所述恒流偏置6为电压可调的恒流偏置。
结合图1和2，半导体激光器1发射激光照射到目标振动物体1并反射回半导体激光器1内部，激光信号经半导体激光器1内部光电二极管检测形成光电流，该光电流经去直流光电检测模块2，对背景直流电平进行补偿和去除后输出交流的光电流信号，再由增益调节模块3进行放大后反馈给可调恒流源模块4，可调恒流源模块4结合该交流信号和可调的恒流偏置6形成半导体激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测。该方案与传统的声音测量装置相比，能获得更低的噪声、更高的相位稳定性，从而提高系统的声音信号的解调精度。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种交流反馈激光声音测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、通过半导体激光器内的激光二极管发出激光照射到目标振动物体上并反射回所述半导体激光器内部，该激光信号经所述半导体激光器内的光电二极管检测形成光电流；
步骤2、通过去直流光电检测模块将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
步骤3、通过增益调节模块对所述交流光电流信号进行放大并反馈给可调恒流源模块；
步骤4、通过可调恒流源模块结合放大后的所述交流光电流信号及恒流偏置形成所述半导体激光器内的激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
步骤5、通过采集模块对经过所述增益调节模块放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
2.如权利要求1所述的交流反馈激光声音测量方法，其特征在于，所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
3.如权利要求2所述的交流反馈激光声音测量方法，其特征在于，所述恒流偏置为电压可调的恒流偏置。
4.一种交流反馈激光声音测量装置，其特征在于，包括：半导体激光器、去直流光电检测模块、增益调节模块、可调恒流源模块、采集模块、恒流偏置、目标振动物体，所述半导体激光器内部包括有光电二极管及激光二极管：
所述半导体激光器用于通过所述激光二极管发出激光照射到所述目标振动物体上并反射回所述半导体激光器内部，该激光信号经所述光电二极管检测形成光电流；
所述去直流光电检测模块用于将所述光电流的背景直流电平进行补偿和去除后输出交流光电流信号；
所述增益调节模块用于对所述交流光电流信号进行放大并反馈给所述可调恒流源模块；
所述可调恒流源模块用于结合放大后的所述交流光电流信号及所述恒流偏置形成所述激光二极管的驱动电流，完成振动信号的反馈闭环检测；
所述采集模块对经过所述增益调节模块放大后的交流信号进行采集，经微分后形成声音信号。
5.如权利要求4所述的交流反馈激光声音测量装置，其特征在于，所述激光二极管为单模半导体激光二极管。
6.如权利要求5所述的交流反馈激光声音测量装置，其特征在于，所述恒流偏置为电压可调的恒流偏置。
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