聲學(xué)是一個小量的世界。在日常辦公室談話中,人類耳膜的運動大約是0.1 μm。因此,當(dāng)試圖用光學(xué)手段測量聲音時,人們面臨著苛刻的技術(shù)規(guī)范。一種常見的方法是光學(xué)檢測懸臂梁或反射膜的聲誘導(dǎo)機械運動。早在1880年,英國著名發(fā)明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾(Alexander Graham Bell)就利用反射膜在陽光照射下的偏差,將語音轉(zhuǎn)化為電信號。
然而,基于移動機械部件(如膜)的麥克風(fēng)——無論是在電氣或光學(xué)設(shè)備中——都有局限性,因為它們受到相關(guān)結(jié)構(gòu)的機械性能的影響,這些結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為耦合的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)。例如,含有膜或機械變形壓電材料的麥克風(fēng)具有幾個不同的共振頻率。阻尼系統(tǒng)可以提高器件頻率響應(yīng)的線性度,但代價是降低靈敏度。另外,傳統(tǒng)有膜麥克風(fēng)會受到電磁、高溫高壓等環(huán)境的影響,為惡劣環(huán)境的聲探測。因此,人們對于更高靈敏度、更寬探測范圍、更不易受到環(huán)境影響的光學(xué)聲探測器提出了強烈需求。
虹科提供一種新的聲學(xué)傳感器系列,稱為無膜光學(xué)麥克風(fēng),其中聲壓波由一個微型Fabry-Pérot 標(biāo)準(zhǔn)具實現(xiàn)純光學(xué)檢測。這個標(biāo)準(zhǔn)具是一個由兩個平行的毫米大小的半透明鏡子組成的小干涉腔。虹科超聲傳感器的新奇之處在于,它不像人們可能期望的那樣,通過感應(yīng)腔鏡的運動或變形來工作。相反,它的工作原理是感知腔內(nèi)聲音傳播介質(zhì)折射率的微小變化。
一個1mw的光束,從一個1550nm的激光二極管發(fā)射,在連續(xù)波模式下,通過光纖發(fā)送到Fabry-Pérot標(biāo)準(zhǔn)具。當(dāng)腔內(nèi)的壓力發(fā)生變化時,透射(和反射)光的強度也相應(yīng)地被調(diào)制。由于使用單一光纖的簡單傳感器設(shè)置是許多應(yīng)用的首選,因此可以監(jiān)測反射光。在普通光纖中進出傳感器頭的光束使用光學(xué)環(huán)行器進行分割,因此可以監(jiān)測來自傳感器的反射光。
技術(shù)優(yōu)勢
光學(xué)麥克風(fēng)相較于其他傳統(tǒng)的超聲探測器,具有明顯優(yōu)勢:因為它的反射鏡是如此的小而堅硬,它們的機械共振沒有可測量的影響。因此,基于這一原理的麥克風(fēng)可以從次聲(從大約5 Hz開始,激光漂移開始占主導(dǎo)地位)到1 MHz的超聲頻率具有非常平坦的頻率響應(yīng)。> 極端超聲頻率范圍從空氣中的 10 Hz 到 2 MHz,液體中的 20 MHz> 聲學(xué)和超聲檢測比現(xiàn)有技術(shù)高 10 倍> 具有完美線性頻率響應(yīng)的傳感器原理。雖然外殼需要精心設(shè)計,以盡量減少其對聲場的影響,但換能器本身并不依賴于頻率> 空氣和液體中的聲音檢測> 超高聲壓級認(rèn)證(高達 190 dB SPL)> 由于不涉及移動的惰性質(zhì)量,光學(xué)麥克風(fēng)具有真正的時間脈沖響應(yīng)。> 陣列配置中的固有相位匹配> 沒有金屬部件和玻璃纖維耦合,因此可以在高電磁場中工作。虹科光學(xué)麥克風(fēng)具有更寬的探測范圍,可以有效去除低頻背景噪聲的影響,而著重分析高頻的超聲信號。
應(yīng)用
得益于虹科光學(xué)麥克風(fēng)的優(yōu)異特性,其在聲場測量、激光加工監(jiān)測以及無損檢測方面具有極佳的應(yīng)用前景。
01
聲場測量
> 超聲場表征——小尺寸和線性頻率響應(yīng)使光學(xué)傳聲器成為精確測量空氣耦合超聲波壓電等超聲波發(fā)射器的時間信號、頻率分布和聲場圖的完美工具。
> 高電磁場測量——傳感器頭中的全光組件以及光纖布線對強電磁場不敏感。因此,聲音可以在由于強電磁場或放射性場而無法使用的經(jīng)典麥克風(fēng)的應(yīng)用中錄制。
> 超高聲壓級—— Eta100 Ultra 設(shè)計用于測量極高的聲壓級(高達 180dB SPL)。我們所有的麥克風(fēng)都不會受到過高的聲壓級的損壞。
02
過程監(jiān)控
#精彩的瞬間#
> 激光過程監(jiān)控——機載超聲波發(fā)射可用于實時監(jiān)測工業(yè)激光材料工藝的質(zhì)量,例如激光焊接、結(jié)構(gòu)化或切割以及增材制造,例如粉末床融合和直接能量沉積。
> 裂紋檢測——超聲波頻率超過人類可聽見范圍的100倍。在超聲波狀態(tài)下(無背景噪聲),脆性材料(如陶瓷或高強度合金)的裂紋信號可以很容易地被光學(xué)麥克風(fēng)拾取,以觸發(fā)到生產(chǎn)線的警告信號。
> 基于AI的機器診斷——由于光學(xué)麥克風(fēng)具有巨大的頻率帶寬,因此每個記錄都包含大量可用于特征提取的數(shù)據(jù)。我們利用分類和回歸、SVM 算法、k 均值聚類和其他方法,在聲學(xué)過程信號和最終產(chǎn)品質(zhì)量之間實現(xiàn)前所未有的相關(guān)性。
03
無損檢測
多年來,在不引起損傷的情況下確定部件的機械完整性的方法在各個行業(yè)中都至關(guān)重要。無膜光學(xué)傳聲器技術(shù)在無損檢測等超聲計量領(lǐng)域的應(yīng)用尤其具有吸引力,因為其具有非接觸式超聲、非破壞性、可自動化且容錯性高的檢測優(yōu)勢。> 汽車點焊檢測——機器人高速檢測;無需偶聯(lián)液;確定 OK 焊縫和 NOK 焊縫之間的可靠區(qū)分
> 航空航天復(fù)合材料檢測——CFRP或粘合劑層的無水超聲檢測;檢測內(nèi)部缺陷和分層;單側(cè)或透射傳輸配置
> 半導(dǎo)體缺陷檢測——超高速檢測;檢測半導(dǎo)體材料的分層和缺陷;適用于實驗室與大批量生產(chǎn)線
>電池檢測——全自動機械臂檢測方式;無接觸或偶聯(lián)液的電池?zé)o損檢測;電池內(nèi)部電解液均勻分布,以及導(dǎo)熱膏分布檢測有關(guān)激光聲學(xué)技術(shù)與更多無損檢測的應(yīng)用案例,小編會在后期給大家詳細展示~
-
傳感器
+關(guān)注
關(guān)注
2550文章
51050瀏覽量
753174 -
光學(xué)
+關(guān)注
關(guān)注
3文章
751瀏覽量
36245
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論