無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)及其應(yīng)用
基于移動(dòng)機(jī)械部件(如薄膜)的麥克風(fēng)無(wú)論是在電氣設(shè)備還是光學(xué)設(shè)備中都有局限性,奧地利Xarion公司開(kāi)發(fā)的無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)技術(shù)現(xiàn)在正在展示其在多種不同應(yīng)用中的實(shí)用性。
超聲波技術(shù)的另一個(gè)有趣應(yīng)用是工業(yè)過(guò)程控制。盡管許多工業(yè)過(guò)程(例如切削和加工)會(huì)產(chǎn)生大量可聽(tīng)噪聲,但它們也會(huì)產(chǎn)生包含豐富有用信息的超聲頻譜。例如一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的鉆頭,它產(chǎn)生特定的聲頻和相應(yīng)的泛音;在激光焊接中的熱蒸發(fā)同樣會(huì)發(fā)射高達(dá)MHz范圍的高超聲頻率。數(shù)百kHz范圍內(nèi)的特定光譜分量的幅度通常是很難測(cè)量的參數(shù)。使用攝像機(jī)的光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)很常見(jiàn),但通常需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理來(lái)提取有價(jià)值的信息。光學(xué)麥克風(fēng)的數(shù)據(jù)流更易于管理,分析也相對(duì)容易。 聲學(xué)過(guò)程監(jiān)測(cè)并不新鮮,但環(huán)境噪聲會(huì)極大地?fù)p害聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性能。轉(zhuǎn)向高超聲頻率(300到900kHz)可以使這種監(jiān)測(cè)在統(tǒng)計(jì)上更加穩(wěn)健,因?yàn)樵谶@些頻率下環(huán)境噪聲大大降低。 雖然無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)不太可能在音樂(lè)錄音室中特別有用,但在很多情況下它可以極大地幫助傳統(tǒng)的聲學(xué)計(jì)量。由于該傳感器與1550nm單模光纖耦合,因此全光傳感器頭不受強(qiáng)電磁干擾的影響,這是電容式聲學(xué)傳感器或壓電換能器是無(wú)能為力的。例如,奧地利一家電力公司正在使用XARION的傳感器來(lái)測(cè)量高壓輸電線發(fā)出的電暈噪聲:光學(xué)傳感器安裝在距離承載380,000V的電纜僅30厘米的位置。 另一個(gè)部署了光學(xué)換能器的苛刻實(shí)驗(yàn)環(huán)境是歐洲核子研究中心的超級(jí)質(zhì)子同步加速器(大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的加速器)的聲學(xué)監(jiān)測(cè)。在這里,在加速器隧道中安裝了兩個(gè)傳感器,以研究質(zhì)子撞擊對(duì)粒子準(zhǔn)直器鉗口材料的損傷。由于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中的質(zhì)子速度極快,非常接近光速,它們的能量目前達(dá)到6.5TeV(~1μJ),而且由于許多質(zhì)子束同時(shí)在加速器環(huán)中運(yùn)動(dòng),總能量能量超過(guò)100兆焦耳。很明顯,質(zhì)子與隧道管孔的意外碰撞可能導(dǎo)致重大損壞。準(zhǔn)直系統(tǒng)通過(guò)具有小間隙尺寸的準(zhǔn)直器鉗口保護(hù)隧道管孔。在受控條件下,各種不同的金屬合金在專門(mén)的材料測(cè)試中被故意用質(zhì)子束轟擊,以評(píng)估它們的穩(wěn)健性。目標(biāo)容器發(fā)射到周?chē)淼揽諝庵械穆晧杭?jí)可以與沖擊損壞相關(guān)聯(lián),是一種有用的診斷工具。加速質(zhì)子的軔致輻射會(huì)導(dǎo)致惡劣的環(huán)境,損害傳統(tǒng)傳感器的功能。將光學(xué)傳感器頭放置在靠近撞擊位置的位置,并使用160米長(zhǎng)的光纖連接到遠(yuǎn)程激光和檢測(cè)單元,可以進(jìn)行測(cè)量15。 圖3.CERN的聲發(fā)射監(jiān)測(cè),正在研究不同材料對(duì)質(zhì)子引起的損傷的穩(wěn)健性 總而言之,無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)技術(shù)現(xiàn)在正在展示其在多種不同應(yīng)用中的實(shí)用性。廣泛的工作頻率范圍、高靈敏度和毫米大小的傳感器尺寸相結(jié)合,使該技術(shù)成為用于空氣和液體聲學(xué)計(jì)量的傳統(tǒng)傳感器的完美替代品。 上海昊量光電設(shè)備有限公司作為奧地利Xarion公司在國(guó)內(nèi)的指定代理商,為其提供專業(yè)售前、售后服務(wù),如果您對(duì)無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)感興趣,請(qǐng)隨時(shí)與我們聯(lián)系! 參考文獻(xiàn): 1. Zhang, X. et al. J. Assoc. Res. Otolaryngology 15, 867–881 (2014). 2. Bilaniuk, N. Appl. Acoust. 50, 35–63 (1996). 3. Chandler, S. J. Acoust. Soc. Am. 30, 644–645 (1958). 4. Bell, A. G. Am. J. Sci. 20, 305–324 (1880). 5. Philip, E. C. Appl. Optics 35, 1566–1573 (1996). 6. Fischer, B. Development of an Optical Microphone without Membrane PhD thesis, Vienna University of Technology (2010). 7. Bass, H. E., Sutherland, L. C. & Zuckerwar, A. J. J. Acoust. Soc. Am. 88, 2019–2020 (1990). 8. Rohringer, W. et al. Proc. SPIE 9708, 970815 (2016). 9. Kreutzbruck, M., Pelkner, M., Gaal, M., Daschewski, M. & Brackrock, D. In Proc. 12th Int. Conf. Slovenian Soc. for NonDestructive Testing 2013 303–314 (2013). 10. Wooldridge, A. B. & Chapman, R. K. in Improving the Effectiveness and Reliability of Non-Destructive Testing — A Volume in Non Destructive Testing and Materials Evaluation Ch. 4, 88 (Pergamon, 1992). 11. Potter, K., Khan, B., Wisnom, M., Bell, T. & Stevens, J. Composites Part A 39, 1343–1354 (2008). 12. Wong, S. B. Non-Destructive Testing — Theory, Practice and Industrial Applications (Lambert Academic, 2014). 13. Pelianov, I. et al. Photoacoustics 2, 63–74 (2014). 14. Bastuck, M., Herrmann, H.-G., Wolter, B., Zinn, P.-C. & Zaeh, R.-K. In Proc. 34th Int. Congress Applications Lasers & Electro-Optics 601 (2015). 15. Fischer, B., Deboy, D. & Zotter, S. In 19th World Congress on Non-Destructive Testing Tu.1.F (2016). 16. Guruschkin, E. Berührungslose Prüfung von Faserverbundwerkstoffen mit Luftultraschall MSc thesis, Technical University of Munich (2015). |

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