فهرست مطالب
میکروفون تمام شیشهای فیبر نوری، با مقاومت بالا در دماهای تا ۱۰۰۰ درجه و ایمنی کامل در برابر اختلالات الکترومغناطیسی، قادر به تشخیص صداهای ریز در محیطهای صنعتی و زیر آب است.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، میکروفون فیبر نوری تازه ساختهشده نشان میدهد که حسگری مبتنی بر نور میتواند محدودیتهای فناوری الکترونیک سنتی را در محیطهای شدید و چالشبرانگیز پشت سر بگذارد.
این میکروفون بهقدری کوچک طراحی شده که درون یک رشته فیبر سیلیکا جای میگیرد، با این حال قادر است اصوات فراتر از محدوده شنوایی انسان را دریافت کند. به دلیل ساختار تمام شیشهای دستگاه، این میکروفون میتواند در شرایط شدید از جمله دماهای تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بهطور مستمر عمل کند. یکی از اهداف استراتژیک این فناوری، نصب آن در ترانسفورماتورهای با ولتاژ بالا است تا بتواند علائم اولیه اختلالات را پیش از وقوع خرابی یا قطعی برق تشخیص دهد.
حتما بخوانید: دیزل ایرباد سیمی USB C با طراحی زنجیری و میکروفون داخلی عرضه کرد
ژانگ شیائوبی، عضو تیم تحقیقاتی دانشگاه شانگهای، میگوید: «حسگرهای الکترونیکی سنتی اغلب در برابر فشار حرارتی ناکارآمد میشوند یا دچار اختلال شدید سیگنال میگردند. میکروفون فیبر نوری ما در محیطهای خطرناک پایدار در برابر اختلالات الکترومغناطیسی مصون است، در حالی که حساسیت بالای آن امکان تشخیص دقیق علائم اولیه خرابی تجهیزات را فراهم میکند.»
مطالعه منتشرشده در مجله Optics Express نشان میدهد که این میکروفون قادر به پاسخدهی به فرکانسهای ۴۰ کیلوهرتز تا ۱.۶ مگاهرتز است. برخلاف میکروفونهای سنتی که به محفظه خارجی بزرگ نیاز دارند، کل سیستم حسگری درون فیبر نوری با قطر تنها ۱۲۵ میکرون تعبیه شده است.
ژانگ افزود: «میکروفون فیبر نوری ما میتواند بهطور مستقیم در ترانسفورماتورها نصب شود و جرقههای کوچک داخلی را در زمان واقعی رصد کند، از قطعی برق یا انفجار جلوگیری کرده و امنیت تأمین انرژی را تضمین کند. دوام فوقالعاده و گستره شنوایی وسیع این میکروفون، آن را برای کاربردهایی از آزمایشهای صنعتی و تصویربرداری پزشکی گرفته تا پایش موتورهای هوافضا و هشدار زودهنگام بلایای طبیعی ایدهآل میسازد.»
برای مطالعه بیشتر: این میکروفون بیسیم کوچک DJI امکانات فوقالعادهای دارد
شناسایی صدا با استفاده از نور
در این تحقیق، تمرکز محققان بر شناسایی تخلیه جزئی (Partial Discharge) در ترانسفورماتورهای با ولتاژ بالا بود. تخلیه جزئی نقصهای کوچک الکتریکی محسوب میشود که میتوانند هشدار اولیهای برای بروز مشکلات بزرگ قبل از انتشار خرابیهای گسترده در شبکه برق باشند.
ثبت این سیگنالها در تجهیزات عملیاتی، به دلیل حرارت شدید و اختلالات قوی الکترومغناطیسی، بسیار دشوار است و کارایی حسگرهای الکترونیکی سنتی را محدود میکند. برای رفع این محدودیت، تیم تحقیقاتی میکروفون فیبر نوری ساختند که از اثر فوتوالاستیک بهره میبرد. این پدیده اجازه میدهد تغییرات مکانیکی کوچک، مانند لرزشها، ضریب شکست نور عبوری از فیبر را تغییر دهند و به این ترتیب صدا به صورت اپتیکال قابل تشخیص شود.
بیشتر بخوانید: بهترین میکروفون ها برای ضبط پادکست و استریم
میکروفون مذکور دارای ساختار حسگری اختصاصی شامل یک غشاء حساس به لرزش و یک میکرو تیرک شیشهای معلق درون فیبر نوری تکمدی است. این ترکیب، یک مداخلهسنج Fabry-Pérot ایجاد میکند که قادر به اندازهگیری لرزشهای بسیار ریز، از جمله آنهایی که ناشی از تخلیه الکتریکی هستند، میباشد. ایجاد این سازه معلق در فیبری با قطر بسیار کم نیازمند فناوری فوقالعاده دقیقی بود. محققان از فرایند پیشرفته حکاکی شیمیایی با لیزر پیکوثانیهای بهره بردند که امکان ایجاد میکرو و نانوساختارهای پیچیده در عمق مواد جامد را فراهم میکند.
عملکرد میکروفون فیبر نوری در شرایط سخت
ژانگ میگوید: «کل ساختار مداخلهسنج درون فیبری به ضخامت یک تار مو تعبیه شده است. این طراحی یکپارچه و خودمحافظ امکان استقرار بدون نقص در محیطهای با دمای بالا و فضاهای محدود را بدون نیاز به هرگونه محافظ اضافی فراهم میکند.»
میکروفون فیبر نوری توسط تیم تحقیقاتی در کورهای با دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰۰ دقیقه مورد آزمایش قرار گرفت و ثابت شد که دستگاه پایدار باقی مانده و سیگنالهای شفاف و بدون اختلال را منتقل میکند. همچنین عملکرد آکوستیکی حسگر در محدوده فرکانسی فوقالعاده وسیع ۴۰ کیلوهرتز تا ۱.۶ مگاهرتز سنجیده شد و توانایی آن در تشخیص صدا هم در محیط هوایی و هم زیر آب تایید شد.
برای آینده، محققان قصد دارند از متامواد آکوستیکی برای افزایش بیشتر حساسیت میکروفون بهره ببرند. علاوه بر این، برنامه دارند با استفاده از پلتفرم تولید ترکیبی افزودنی و کاهشی مبتنی بر لیزر، شامل چاپ سهبعدی سیلیکا و میکروماشینینگ لیزر فوقسریع، بستهبندی تمام شیشهای فوقالعاده مقاوم ایجاد کنند تا عملکرد حسگری و مکانیکی میکروفون بهطور چشمگیری بهبود یابد. این پیشرفت امکان نصب میکروفون در تجهیزات صنعتی واقعی، از جمله ترانسفورماتورهای در حال کار، و بقا در شرایط شدید و بلندمدت را فراهم میکند.
