Được làm hoàn toàn từ thủy tinh silica, thiết bị nhỏ bé này có thể phát hiện âm thanh siêu âm vượt xa phạm vi nghe của con người, và một ngày nào đó nó có thể giúp ngăn ngừa sự cố mất điện bằng cách lắng nghe các dấu hiệu cảnh báo sớm bên trong thiết bị điện áp cao.

Chiếc microphone mới này được phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Thượng Hải và được mô tả trong tạp chí Optics Express. Khác với các microphone thông thường sử dụng các linh kiện điện tử, loại này được tích hợp trực tiếp vào một sợi quang, đường kính chỉ 125 micron.

Vì không chứa các linh kiện điện tử, nó miễn nhiễm với nhiễu điện từ và không bị hỏng dưới nhiệt độ cực cao, hai vấn đề thường làm hỏng các cảm biến truyền thống trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Microphone này có thể phát hiện các tần số siêu âm từ 40 kilohertz (kHz) đến 1,6 megahertz (MHz). Phạm vi rộng này rất quan trọng vì nhiều dấu hiệu ban đầu của sự cố thiết bị, chẳng hạn như các tia lửa điện nhỏ được gọi là phóng điện cục bộ, tạo ra các rung động siêu âm.

Các tia lửa điện thường xuất hiện bên trong các máy biến áp cao áp rất lâu trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng, vụ nổ hay mất điện. Việc phát hiện sớm chúng, có thể giúp các kỹ sư khắc phục sự cố trước khi chúng trở thành thảm họa.

Thay vì phát hiện âm thanh bằng điện, thiết bị này sử dụng ánh sáng. Khi sóng âm chạm vào microphone, chúng gây ra các rung động cực nhỏ bên trong sợi thủy tinh. Các rung động này làm thay đổi nhẹ cách ánh sáng truyền qua sợi quang, hiện tượng được gọi là hiệu ứng quang đàn hồi.

Bằng cách phân tích cẩn thận những thay đổi ánh sáng đó, hệ thống có thể phát hiện ngay cả những tín hiệu siêu âm yếu nhất. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cấu trúc phức tạp bên trong chính sợi quang.

Sử dụng các xung laser picosecond cực nhanh, tiếp theo là khắc hóa học, họ tạo ra một màng rung nhỏ và một thanh thủy tinh treo bên trong sợi quang. Cả hai kết hợp với nhau, tạo thành một khoang quang học, hoạt động như buồng nghe âm thanh có độ nhạy cao.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm microphone trong lò nung ở 1.000°C trong hơn một giờ và nhận thấy nó vẫn hoạt động ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm. Họ cũng chứng minh nó có thể phát hiện sóng siêu âm trong cả không khí và nước, mở ra nhiều ứng dụng ngoài hệ thống điện.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu dự định sẽ tiếp tục nâng cao độ nhạy và độ bền của micro. Các ứng dụng tiềm năng trong tương lai bao gồm kiểm tra công nghiệp, chẩn đoán hình ảnh y tế, giám sát động cơ máy bay, thậm chí cả hệ thống cảnh báo sớm thiên tai.

Mục tiêu của họ là chế tạo thiết bị đủ bền để sử dụng lâu dài bên trong các thiết bị công nghiệp đang hoạt động. Nếu thành công, microphone sợi quang này có thể thu âm được ở những nơi mà không cảm biến thông thường nào có thể tồn tại, giúp duy trì hoạt động an toàn của các hệ thống quan trọng.