研制了一种光栅干涉集成麦克风，其传感核心尺寸为0.93 mm×0.34 mm×2.50 mm（体积小于0.8 mm³），并且具有基于波长调谐实现控制工作点的功能。针对光栅干涉仪集成化设计问题，系统分析了激光器发散角对麦克风性能的影响。提出了集成型光栅干涉仪的设计指导，制作出了光栅干涉集成麦克风探头，探头整体尺寸为10.0 mm×10.0 mm×2.5 mm，并进行了实验测试。实验测试结果表明，该探头在50~300 Hz的低频范围内具有平坦的频率响应曲线，灵敏度为-33.11 dBV/Pa @ 251.2 Hz，在低频噪声监测领域有着广阔的应用前景。

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。

在麦克风阵列声源定位中, 不同阵列阵型及声源频率高低均对定位结果产生影响, 探讨上述不同变量对定位结果产生误差的定量分析。使用到达时间差测量(TDOA)算法, 运用 16个麦克风分别组成十字型、同心圆、方型、L型、Y型阵列, 探讨不同形状的麦克风阵列在不同频率声源下所产生的定位误差, 并在 Matlab上进行仿真分析, 尝试得到较为准确的声源定位结果, 提出一种误差最小的用于麦克风阵列声源定位的同心圆阵列阵型。

基于麦克风阵列的波达方向估计在野外传感网络的理论研究和工程实践领域有着重要的战略意义，多通道麦克风阵列在进行声源定向时往往因为各个通道存在幅度和相位的不一致而产生定向误差。针对这一问题，提出了一种自适应的麦克风阵列通道不一致校正方法。该方法基于子空间分解原理构造了信号谱空间的目标代价函数，结合模拟退火算法模型，通过对代价函数最小化的方法，求得阵列的校正矩阵。通过计算机使用上述方法对8元麦克风阵列进行仿真模拟，并采用4元麦克风阵列进行实际测试，仿真及实际测试结果验证了该校正方法的可行性。

提出一种采用激光器频率调制准连续相移干涉实现膜片式光纤声传感器阵列同时解调的技术。通过调制光栅Y分支(MG-Y)可调谐激光器的快速频率调谐引入相移,4个具有π/2相位偏置的光频率按顺序切换,产生准连续的正交相移信号。基于五步相移算法,任意5个相邻相移信号用于相位恢复,由于没有机械运动部件,实现了高速稳定的相位解调。该系统的相位采样率(600 kHz)取决于频率调制速度。实验结果表明,通过调整激光器输出频率,可以正确解调宽腔长范围的非本征Fabry-Perot干涉(EFPI)传感器。此外,构建了一个紧凑的多点声传感阵列系统,实现了声源定位应用。

声传感器和光声池是激光光声光谱技术的核心组件。结合光纤迈克耳孙干涉仪、相位载波解调技术和纵向共振光声池,提出一种共光声池腔的芯轴型空气衬底光纤麦克风。光纤麦克风中的铜毛细管被用作光声池的共振腔,传感臂由10 m长的超细光纤缠绕在铜毛细管上构成,参考臂为5 cm长的短臂且已进行隔声隔振处理。基于结构共振频率稳定的特点,优化光纤麦克风的共振频率,使其略低于光声池的一阶纵向共振频率,以实现准双共振。实验结果表明,麦克风在共振频率为1443 Hz处的最小可检测声压为0.69 μPa/Hz 1/2。在1 kHz处,声压电压响应线性度为99.98%(5 mPa~3 Pa),动态范围为112.52 dB。该光纤麦克风适用于高温、易爆和高电磁干扰等特殊环境下痕量气体的高精度检测。

对现有强度调制型光纤麦克风做了分析和讨论，采用单模光纤(SMF)熔接多模光纤(MMF)的方法设计了一种新的反射式光纤麦克风。适当长度的折射率分布为抛物线形的多模光纤具有准直透镜的作用，直接熔接在单模光纤上，可以使光纤麦克风进一步微型化、成本低廉化。用单频正弦波信号做声源测试该光纤麦克风，输出正弦波电压信号与声源频率一致，振幅随声源振幅线性变化。结果表明，该结构的光纤麦克风在原理和实验上可以用于语音通信中。

在MEMS麦克风贴片工艺中, 真空吸嘴吸取MEMS芯片以后需要进行芯片位姿的精确校正。为实现高速高精度贴片功能, 提出了一种基于旋转式反射镜的飞行视觉系统, 该方案利用齿轮齿条将吸嘴的升降运动转化为反射镜的旋转运动, 通过设计齿轮参数, 实现反射镜不干涉吸嘴的拾放功能。当反射镜旋转到与水平位置夹角呈45°时, 视觉系统可以获得MEMS芯片的静止的清晰图像, CCD相机采集一幅图像后, 在贴片头飞行的过程中, 控制系统完成MEMS芯片的位置和角度的校正。实验结果表明, 该系统可以获取高质量MEMS芯片图像。该系统结构简单紧凑, 成像无失真, 不限制贴片头的运动轨迹, 显著提高了MEMS芯片的贴片质量和贴片效率, 可广泛地应用于贴片机系统中。

鉴于光纤传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身的低损耗、耐腐蚀和安全可靠等优良特性，将光纤传感器应用到麦克风中可使麦克风的体积显著降低而灵敏度和抗电磁干扰性显著提高。提出一种新型反射式光纤麦克风的设计方法，采用Y形单根多模反射式光纤传感探头结构形式，给出了光纤麦克风的系统框图。由光纤出射光场分布理论出发，给出弹性膜片在声场作用下，中心形变大小h与出射光光强调制函数I(Z″)的关系。根据实际应用中有关参数的取值，用Matlab软件模拟出膜片形变后变形量h与光强调制函数I(Z″)的关系曲线。