光纤传声


光纤传声






操作说明:

按下启动按钮,旋转光纤,将光纤一端正对支撑座上的发射点、另一端对准接收点,即可实现声音的传播。


产品简介:

此展项由音源系统、光纤、互动装置等构成,用于演示光纤在声音传递方面的应用,让观众了解光纤的特殊性质,即光信号可以在玻璃纤维中能沿玻璃面不断反射进行传播。现代通信技术就是利用其特点将声音或图像转变为光信号通过光纤传递的。观众转动有机玻璃管,让光纤分别正对两端的声源装置和接收装置,即可看到利用光纤实现声音的传递的演示过程。


视频演示:


原    理:

光纤传声的原理‌是通过光的全反射和折射在光纤中传输声音信号。具体过程如下:

  1. 声音信号的采集与转换‌:声音信号首先通过麦克风或其他音频输入设备转换成电信号。这些设备能够将声音信号转换成电信号,并将其送入编码设备中进行数字化‌。

  2. 信号的数字化与光信号转换‌:数字化的声音信号通过光纤传输设备转换成光信号。这通常是通过激光二极管或其他光源完成的,将电信号转换成光信号‌。

  3. 光的全反射与折射‌:在光纤中,光信号通过全反射和折射进行传输。光纤的圆心和圆周部分的折射率不同,光束在一定的入射角范围内不会散射出去,被完全限制在光纤内部传输,从而减少损耗‌。

  4. 接收与还原‌:在接收端,光信号被光纤接收器接收并转换成电信号。这些电信号再通过解码设备还原成原始的声音信号,并输出到扬声器或其他音频输出设备中‌。

光纤传声的优点

  • 高传输速度‌:光纤传输速度快,能够迅速、稳定地将声音信号从发送端传输到接收端。

  • 低损耗‌:光纤传输具有低损耗的特点,能够减少信号在传输过程中的衰减。

  • 抗干扰能力强‌:光纤传输具有阻燃、抗电磁干扰和抗雷电干扰等特点,能够保障声音信号的传输安全和稳定性‌。



应    用:

‌光纤传声的应用主要包括分布式光纤声波传感技术(Distributed Acoustic Sensing, DAS)‌。DAS技术利用光纤作为传感元件,通过测量光纤中光信号的散射来检测周围环境的声波变化,从而实现声波的传输和监测。

DAS技术的基本原理

DAS技术通过向光纤发送脉冲激光,光纤的晶格缺陷会将部分光散射回解调器。利用后向瑞雷散射,DAS可以推断沿光纤每几米的纵向应变变化。这种技术可以在整根光纤长度上对沿光纤分布的应变进行实时监测,获取空间分布状态和随时间变化的信息‌。

DAS技术的应用领域

‌地震监测‌:DAS技术能够高灵敏和高分辨地监测地震波,适用于远震波形监测和地震断层特征揭示。例如,利用20公里的光缆进行远震波形监测,其波形与宽频带监测结果具有良好的一致性‌。

‌地下结构成像‌:DAS技术可以用于地下结构的详细成像,揭示城市地下空间的详细信息‌。

‌大气环境监测‌:该技术能够监测大气中的声波变化,适用于环境监测和污染检测‌。

‌海洋监测‌:DAS技术可以监测水下声音,适用于海洋研究和安全防御‌。

‌生物学监测‌:在生物学研究中,DAS技术可以用于监测生物活动产生的声波‌。

‌极地探测‌:在极地环境中,DAS技术能够适应严苛的自然条件,进行远程监测‌。

‌结构健康监测‌:在工程领域,DAS技术用于监测铁路、高速公路、地铁隧道等基础设施的健康状况,确保结构的安全和稳定性‌。


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