शंघाई विश्वविद्यालय की एक वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में एक अति पतला माइक्रोफोन विकसित किया है जो पूरी तरह से सिलिका ऑप्टिकल फाइबर से बना है। इसका व्यास बाल जितना पतला है, लेकिन यह मानव श्रवण की ऊपरी सीमा से परे अल्ट्रासोनिक संकेतों की एक विस्तृत श्रृंखला का पता लगा सकता है, और 1,000 डिग्री सेल्सियस तक के वातावरण में काम करना जारी रख सकता है। क्योंकि पूरा उपकरण पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों के बजाय एक ग्लास ऑप्टिकल संरचना का उपयोग करता है, यह अभी भी अत्यधिक उच्च तापमान और मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप वातावरण में स्थिर प्रदर्शन बनाए रख सकता है। इसे अत्यधिक कामकाजी परिस्थितियों में पारंपरिक सेंसर की सीमाओं को तोड़ने का एक महत्वपूर्ण प्रयास माना जाता है।
अनुसंधान टीम ने कहा कि इस ऑल-फाइबर माइक्रोफोन के दीर्घकालिक लक्ष्य अनुप्रयोग को प्रारंभिक उपकरण विफलताओं के कमजोर ध्वनिक संकेतों को "सुनने" के लिए सीधे उच्च-वोल्टेज ट्रांसफार्मर के अंदर रखा जाना है और समस्या के बड़े पैमाने पर बिजली आउटेज या विस्फोट में विकसित होने से पहले प्रारंभिक चेतावनी जारी करना है। पेपर के लेखकों में से एक, शंघाई विश्वविद्यालय के झांग ज़ियाओबेई ने बताया कि पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक सेंसर उच्च तापमान वाले वातावरण में विफलता की संभावना रखते हैं और मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में हस्तक्षेप के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। हालाँकि, नया फाइबर-ऑप्टिक माइक्रोफोन खतरनाक वातावरण में जीवित रह सकता है और उपकरण विफलता के उभरते चरण में सूक्ष्म संकेतों को पकड़ने के लिए पर्याप्त संवेदनशील है।
शोध के नतीजे ऑप्टिका पब्लिशिंग ग्रुप के जर्नल ऑप्टिक्स एक्सप्रेस में प्रकाशित हुए हैं। यह माइक्रोफ़ोन मानव कान की श्रव्य सीमा से कहीं अधिक, 40 किलोहर्ट्ज़ से 1.6 मेगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति रेंज पर प्रतिक्रिया कर सकता है। संपूर्ण सेंसिंग संरचना केवल 125 माइक्रोन के व्यास के साथ एकल-मोड ऑप्टिकल फाइबर के अंदर "एनकैप्सुलेटेड" है, जिससे पारंपरिक माइक्रोफोन जैसे भारी बाहरी आवास पर भरोसा करने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। शोधकर्ताओं ने कहा कि ऑल-फाइबर डिज़ाइन इसे वास्तविक समय की निगरानी प्राप्त करने के लिए सीमित स्थान और कठोर वातावरण के साथ सीधे औद्योगिक उपकरणों के अंदर तैनात करने की अनुमति देता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग विचारों के संदर्भ में, टीम ने उच्च-वोल्टेज ट्रांसफार्मर में आंशिक डिस्चार्ज सिग्नल मॉनिटरिंग पर शोध पर ध्यान केंद्रित किया। आंशिक डिस्चार्ज एक प्रकार का छोटा विद्युत दोष है जो बड़े पैमाने पर विफलता होने से पहले "अग्रदूत" के रूप में कार्य कर सकता है। हालांकि, ट्रांसफार्मर के अंदर उच्च तापमान और मजबूत विद्युत चुम्बकीय शोर के कारण, उपकरण चलने के दौरान पारंपरिक सेंसर के लिए इन संकेतों को सटीक रूप से पकड़ना मुश्किल होता है। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ऑप्टिकल फाइबर में फोटोइलास्टिक प्रभाव का उपयोग किया - वह घटना जिसमें यांत्रिक कंपन ऑप्टिकल फाइबर में प्रकाश के अपवर्तक सूचकांक में छोटे बदलावों को ट्रिगर करते हैं - पूरी तरह से प्रकाश पर आधारित ध्वनिक पहचान समाधान का निर्माण करने के लिए।
यह फाइबर ऑप्टिक माइक्रोफोन एक परिष्कृत सेंसिंग संरचना को एकीकृत करता है, जिसमें एक कंपन-संवेदनशील माइक्रोडायफ्राम और सिंगल-मोड फाइबर के अंदर निलंबित ग्लास माइक्रोबीम शामिल हैं। दोनों मिलकर बेहद छोटे कंपन को मापने के लिए एक उच्च परिशुद्धता फैब्री-पेरोट इंटरफेरोमीटर संरचना बनाते हैं। ऐसे संकीर्ण ऑप्टिकल फाइबर के अंदर एक निलंबित संरचना बनाने के लिए, अनुसंधान टीम ने पिकोसेकंड लेजर-प्रेरित रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग किया। यह उन्नत विनिर्माण तकनीक ठोस सामग्रियों के अंदर सूक्ष्म और नैनोस्केल संरचनाओं को सटीक रूप से संसाधित कर सकती है।
चरम वातावरण में इसके प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 100 मिनट के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर भट्ठी में माइक्रोफोन का परीक्षण किया। नतीजों से पता चला कि इसकी संरचना और सिग्नल ट्रांसमिशन स्थिर रहा। प्रयोगों से यह भी पता चलता है कि सेंसर के पास 40 किलोहर्ट्ज़ से 1.6 मेगाहर्ट्ज़ के अल्ट्रा-वाइड फ़्रीक्वेंसी बैंड के भीतर विश्वसनीय ध्वनिक प्रतिक्रिया है, और हवा और पानी के नीचे जैसे विभिन्न मीडिया में सामान्य रूप से काम कर सकता है, जो विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों में इसकी अनुकूलन क्षमता को दर्शाता है।
झांग ज़ियाओबेई ने बताया कि संपूर्ण हस्तक्षेप संरचना को "बाल-पतले" ऑप्टिकल फाइबर में एकीकृत किया गया है, जिससे इस स्व-संपुटित मोनोलिथिक डिज़ाइन को अतिरिक्त सुरक्षात्मक गोले की आवश्यकता के बिना उच्च तापमान, अंतरिक्ष-सीमित वातावरण में सीधे तैनात किया जा सकता है। टीम का अनुमान है कि इस माइक्रोफोन का उपयोग उच्च-वोल्टेज बिजली उपकरण स्थिति की ऑनलाइन निगरानी, औद्योगिक गैर-विनाशकारी परीक्षण, चिकित्सा इमेजिंग, एयरोस्पेस इंजन निगरानी और प्राकृतिक आपदा प्रारंभिक चेतावनी जैसे क्षेत्रों में किए जाने की उम्मीद है, जो महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे के लिए पहले और अधिक सटीक ध्वनिक निदान विधियां प्रदान करता है।
भविष्य को देखते हुए, अनुसंधान टीम संवेदनशीलता सीमा में सुधार जारी रखने के लिए डिवाइस में ध्वनिक कार्यात्मक मॉड्यूल को और एकीकृत करने की योजना बना रही है। वे एक मजबूत एकीकृत ऑल-सिलिकॉन पैकेजिंग संरचना बनाने के लिए अल्ट्रा-फास्ट लेजर माइक्रोमशीनिंग के साथ सिलिकॉन डाइऑक्साइड 3 डी प्रिंटिंग को संयोजित करने के लिए एक मल्टी-लेजर कम्पोजिट एडिटिव और सबट्रैक्टिव मैन्युफैक्चरिंग प्लेटफॉर्म का उपयोग करने की भी योजना बना रहे हैं, जिससे माइक्रोफोन की यांत्रिक शक्ति और सेंसिंग प्रदर्शन में और सुधार होगा। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह वास्तविक औद्योगिक वातावरणों में, विशेष रूप से ऑपरेटिंग पावर ट्रांसफार्मर के अंदर, इसकी दीर्घकालिक स्थापना और अनुप्रयोग का मार्ग प्रशस्त करेगा, जिससे इस प्रकार के फाइबर ऑप्टिक माइक्रोफोन वास्तव में चरम वातावरण में एक विश्वसनीय "स्टेथोस्कोप" बन जाएंगे।