玻璃材质“纤维麦克风”问世 可在极端高温与强电磁情况中精确拾音

为了验证在极端情况中的机能，研究人员将该麦克风在1000摄氏度的炉内持续测试100分钟，成果显示其构造与旌旗灯号传输均保持稳定。 实验还注解，该传感器在40千赫兹至1.6兆赫兹的超宽频段范围内具备靠得住声学响应，并可以或许在空气和水劣等不合介质中正常工作，显示出在多种应用处景下的适应才能。

研究团队表示，这种全光纤麦克风的一个经久目标应用，是被直接置入高压变压器内部，用来“倾听”设备早期故障的微弱声学旌旗灯号，在问题演变为大年夜面积停电或爆炸变乱之前发出预警。 论文作者之一、来自上海大年夜学的张晓北指出，传统电子类传感器在高温情况下轻易掉效，且在强电磁场中极易受到干扰，而新型光纤麦克风既可在危险情况中生计，又足够灵敏，可以或许捕获设备故障萌芽阶段的细微旌旗灯号。

研究成果已揭橥在 Optica 出版集团旗下期刊《Optics Express》上。 这款麦克风可响应从40千赫兹到1.6兆赫兹的频率范围，远超人耳可听范围，全部传感构造被“封装”在直径仅125微米的单模光纤内部，无需像传统麦克风那样依附体积宏大年夜的外部壳体。 研究人员表示，全光纤设计使其可直接安排在空间受限、情况恶劣的工业设备内部，实现及时监测。

在具体应用假想上，团队本次重点针对高压变压器中的局部放电旌旗灯号监测展开研究。 局部放电是一类渺小的电气故障，可在大年夜范围故障爆发之前充当“前兆”，但因为变压器内部高温且电磁噪声强烈，传统传感器难以在设备运行状况下精确捕获这些旌旗灯号。 为解决这一难题，研究人员应用光纤中的光弹效应——即机械振动激发光在光纤中折射率渺小变更的现象——构建了一套完全基于光的声学探测筹划。

这款光纤麦克风内部集成了一套精细的传感构造，包含一个对振动敏感的微型膜片以及悬浮于单模光纤内部的玻璃微梁，两者合营构成一个高精度的法布里–珀罗干涉仪构造，用来测量极其渺小的振动。 要在如斯狭小的光纤内部制造出悬浮构造，研究团队采取了皮秒激光引诱化学刻蚀工艺，这一先辈制造技巧可在固体材料内部精确加工微纳标准构造。

张晓北指出，全部干涉构造被一体化集成在“发丝般纤细”的光纤中，使得这种自封装的单体设计无需额外保护壳体，即可在高温、空间受限的情况中直接安排。 团队瞻望，这种麦克风有望用于高压电力设备状况在线监测、工业无损检测、医学成像、航空航天发念头监控以及天然灾害预警等范畴，为关键基本举措措施供给更早、更精准的声学诊断手段。

瞻望将来，研究团队筹划在该装配中进一步集成声学功能模块，以持续晋升灵敏度极限。 他们还筹划应用多激光复合增材与减材制造平台，将二氧化硅3D打印与超快激光微加工结合，打造更为稳定的一体化全硅封装构造，从而进一步晋升麦克风的机械强度与传感机能。 研究人员表示，这将为其在真实工业情况中、尤其是在运行中的电力变压器内部经久安装与应用铺平门路，使这类光纤麦克风真正成为极端情况下靠得住的“听诊器”。