Ултраустойчив звук: Стъклен микрофон издържа на екстремни температури и електромагнитни смущения

Учени от Китай създадоха оптичен микрофон с размерите на човешки косъм, който може да работи при температури до 1000°C и да улавя ултразвук с честота до 1,6 MHz. Устройството се състои изцяло от стъкло, не съдържа никаква електроника и следователно е напълно имунизирано срещу електромагнитни смущения. Основната цел на разработката е ранната диагностика на високоволтовите трансформатори с цел предотвратяване на аварии и прекъсвания на електрозахранването.

„Сегашните електронни сензори често се провалят поради термични напрежения или силни смущения“, казва Джан Сяобей от Шанхайския университет, член на изследователския екип. – Нашият изцяло влакнест микрофон е в състояние да работи в опасни среди и е напълно устойчив на електромагнитните смущения, като същевременно остава достатъчно чувствителен, за да улавя фините сигнали за ранно предупреждение за неизправност на оборудването.“

Технологията се основава на фотоеластичния ефект: акустичните вибрации деформират чувствителна на вибрациите мембрана и стъклен микропръстен, вградени в оптичното влакно, което променя индекса на пречупване на светлината. Тази конструкция работи като интерферометър на Фабри-Перо, като превръща звука в оптичен сигнал. За да се създаде такава миниатюрна окачена структура във вътрешността на 125-микроновото влакно, е използван метода на лазерното химическо гравиране.

Функцията на микрофона е да открива частичните разряди във вътрешността на трансформаторите. Тези микроскопични електрически искри са предвестници на сериозни повреди, но е почти невъзможно да бъдат открити с конвенционалните сензори поради високите температури и мощните електромагнитни полета. Оптичният сензор е лишен от тези недостатъци и може да бъде поставен директно в работното оборудване, пише Scitech Daily.

Тестовете потвърдиха изключителната издръжливост на разработката: микрофонът издържа 100 минути в пещ с температура 1000°C, запазвайки стабилността на сигнала. Диапазонът на възприеманите честоти се простира от 40 kHz до 1,6 MHz, като сензорът работи ефективно както във въздушна, така и във водна среда.

В бъдеще изследователите планират да интегрират акустични метаматериали в конструкцията, за да увеличат чувствителността. Те също така разработват технология за опаковане от изцяло силициев диоксид, като използват 3D печат и свръхбърза лазерна микрообработка. Това ще позволи микрофонът да бъде монтиран в промишлено оборудване.

Освен в енергетиката, авторите виждат приложения на технологията в конструкцията на самолетните двигатели, медицинските изображения, промишлената диагностика и системите за ранно предупреждение за природни бедствия – навсякъде, където е необходим свръхчувствителен „слух“ в екстремни условия.

По принцип стъклените сензори могат да работят в условията на вакуум и силна радиация, пренасяйки аудио данни чрез оптични влакна на големи разстояния без загуба на качество. Това е поредното доказателство, че преосмислянето на класическите материали може да доведе до иновации, които буквално променят правилата на играта.