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2026-02-12 14:53:00
2026 年 2 月 12 日
熱や高電圧に強い光学式センサーは、変圧器内部の問題を発見できます。
研究者らは、人間の耳が届かない広範囲の超音波、つまり音の周波数を検出できる、完全にシリカ繊維で作られた「髪の毛ほどの細い」マイクを製造した。最高1,000℃の温度に耐えることができるこのデバイスは、停電が発生する前に故障の初期兆候を検出するために高圧変圧器の内部で使用できる可能性があると彼らは述べています。
「従来の電子センサーは、熱ストレスで故障したり、深刻な信号干渉を受けたりすることがよくあります」と、研究チームのメンバーであるシャオベイ・チャン氏は述べた。 上海大学。 「当社のオールファイバーマイクは危険な環境でも耐えることができ、電磁干渉の影響をまったく受けませんが、機器の故障の微妙な早期警告信号を聞き取るのに十分な感度を維持しています。」
の論文に記載されている オプティクスエクスプレス、研究者らは、40 kHz から 1.6 MHz までの周波数に敏感な新しいマイクについて説明しています。かさばるハウジングに依存する従来のマイクとは異なり、新しいマイクは直径わずか 125 μm のファイバー内に統合されています。
「当社のオールファイバーマイクは変圧器の中に直接設置することができ、内部の小さな電気スパークをリアルタイムで聞くことができるため、停電や爆発を防ぎ、電源を安全に保つことができます」とZhang氏は述べています。 「このマイクの驚異的な耐久性と広い可聴範囲により、工業用試験や医療画像処理から航空宇宙エンジンの監視、自然災害の早期警報の提供まで、あらゆる用途に最適です。」
光で音を感知する
研究者らは、広範囲の電力網の故障が発生する前に機器の問題を知らせることができる、小規模な電気故障の一種である高圧変圧器内部の部分放電の検出に焦点を当てました。彼らは、これらの信号を機器内部で直接検出することは、「極度の熱と強力な電磁干渉のため、電流センサーでは困難であり、電力システムにとって信頼性の高い監視が大きな課題となっている」と述べています。
この課題を解決するために、研究者らは光弾性効果に基づいたファイバーベースのマイクを開発しました。この効果は、光の屈折率を変える機械的変化 (振動など) を検出するために使用できます。
彼らは、振動感知膜とシングルモード光ファイバー内に吊り下げられた内部ガラスマイクロビームを使用する独自のサウンドセンシング設計を開発しました。これらのコンポーネントを組み合わせると、放電によって発生する火花などの非常に小さな振動を検出できるファブリ ペロー干渉計が形成されます。
髪の毛ほどの細い繊維の奥深くに浮遊構造を彫刻するために、研究者らは、高精度のマイクロおよびナノ構造を作成するために使用できる高度な技術であるピコ秒レーザー誘起化学エッチングを使用しました。
極限を超えてパフォーマンスを発揮する
「干渉構造全体が髪の毛ほどの細いファイバー内に直接統合されています」と Zhang 氏は述べています。 「この自己パッケージ化されたモノリシック設計により、追加の保護を必要とせずに、高温でスペースに制約のある環境でもシームレスに導入できます。」
研究者らはマイクを1000℃の炉で100分間テストし、この間安定した状態を保ち、クリアな信号を送信し続けたと報告した。また、40 kHz ～ 1.6 MHz の超広範囲にわたるセンサーの音響性能も実証し、空中と水中の両方の環境で音を検出する能力を検証しました。
今後を見据えて、研究者らは音響メタマテリアルをデバイスに統合して、感度の限界をさらに押し上げることを計画しています。また、シリカ 3D プリンティングと超高速レーザー微細加工を組み合わせたマルチレーザー アディティブおよびサブトラクティブ マニュファクチャリング プラットフォームを使用して、マイクロホンのセンシング性能と機械的性能の両方を大幅に向上させる超堅牢なオールシリカ パッケージングを作成することも計画しています。
#上海グループ電力網監視用耐熱ファイバーマイクを開発