Рис. Волоконно-оптический микрофон был изготовлен с использованием пикосекундного лазерного облучения с последующим химическим травлением, которое включает шесть основных этапов (SMF: одномодовое волокно, HF: плавиковая кислота). Автор фото: Сяобэй Чжан, Шанхайский университет.

Исследователи сосредоточились на обнаружении частичных разрядов внутри высоковольтных трансформаторов — типа небольших электрических неисправностей, которые могут сигнализировать о проблемах с оборудованием до того, как произойдут масштабные сбои в электросетях. Обнаружение этих сигналов непосредственно внутри оборудования крайне затруднительно с помощью существующих датчиков из-за сильного нагрева и сильных электромагнитных помех.

Для решения этой задачи был разработан волоконно-оптический микрофон, основанный на фотоупругом эффекте, который можно использовать для обнаружения механических изменений, таких как вибрации (они изменяют показатель преломления света).

Уникальная конструкция состоит из чувствительной к вибрациям мембраны и внутренним стеклянным микробалоном, подвешенным внутри одномодового оптического волокна. Вместе эти компоненты образуют интерферометр Фабри-Перо, способный обнаруживать чрезвычайно малые вибрации, включая искры, возникающие при электрических разрядах. Для создания структуры, подвешенной глубоко внутри тончайшего волокна, было использовано пикосекундное лазерное химическое травление — передовая технология, позволяющая создавать высокоточные микро- и наноструктуры.

Тестирование показало, что при температуре 1000 °C в течение 100 минут микрофон оставался стабильным и продолжал передавать четкие сигналы. Были продемонстрированы акустические характеристики датчика в сверхшироком диапазоне от 40 кГц до 1,6 МГц, что подтверждает способность обнаруживать звуки как в воздушной, так и в подводной среде.