听觉感知是移动机器人不可或缺的功能, 传统电声式麦克风灵敏度较低、易受电磁干扰, 致使移动机器人听觉感知能力较差, 使用受到很大限制。采用自制的Fabry-Perot干涉式(FPI)光纤麦克风代替电声式麦克风, 在市售移动机器人平台上构建了四元十字型光纤麦克风阵列, 设计了基于FPGA的信号处理与声源定位算法程序, 实现了机器人听觉感知与被动式声导航功能。介绍了FPI光纤麦克风的工作原理, 测试并比较其与市售驻极体麦克风的灵敏度; 优化了基于FPGA的声达时差(Time Difference of Arrival, TDOA)定位算法, 完成了移动机器人搭载声源定位系统的设计与集成。实验表明移动机器人搭载的光纤麦克风声源定位系统具有水平全向声源定位功能, 在平均距离为6.60 m的情况下, 室内定位方位角平均误差为1.54°、距离平均误差为0.09 m; 室外定位方位角平均误差为1.84°、距离平均误差为0.16 m, 具有较高的精确度与稳定性; 且移动机器人均能准确到达声源处完成声导航功能, 具有很强的实用性与广阔的应用前景。

设计并制作了一种基于光纤干涉仪的低频声传感器,用于检测频率小于20 Hz的次声信号。该传感器利用厚度为5 μm,半径为1/2 inch(1 inch=2. 54 cm)的圆形镍膜作为振膜,该振膜被平整地固定在金属腔体的一个端口,呈周边拉伸式。伸入腔室的单模光纤的端面与振膜内表面构成一个非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪(EFPI),用于检测由声音导致的振膜的振动。为了优化传感器性能,基于弹性力学原理和有限元仿真软件,分析了振膜预应力和振膜厚度对传感器一阶谐振频率的影响。仿真结果表明在一定的膜厚范围内,一阶谐振频率对预应力非常敏感而对膜厚不敏感。利用B&K 4193-L-004型标准声传感器和42AE型标准次声发射腔对所制光纤次声传感器进行了测试,结果表明该传感器在0.1~20 Hz范围内具有良好的频率响应特性,对1 Hz声波的灵敏度高达285 mV/Pa。