虹科新品 | 光學(xué)麥克風(fēng)，聽見最寬范圍的聲音

聲學(xué)是一個(gè)小量的世界。在日常辦公室談話中，人類耳膜的運(yùn)動(dòng)大約是0.1 μm。因此，當(dāng)試圖用光學(xué)手段測(cè)量聲音時(shí)，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(cè)懸臂梁或反射膜的聲誘導(dǎo)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。早在1880年，英國(guó)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(hào)。

然而，基于移動(dòng)機(jī)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?yàn)樗鼈兪艿较嚓P(guān)結(jié)構(gòu)的機(jī)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(jī)械變形壓電材料的麥克風(fēng)具有幾個(gè)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(jià)是降低靈敏度。另外，傳統(tǒng)有膜麥克風(fēng)會(huì)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(cè)。因此，人們對(duì)于更高靈敏度、更寬探測(cè)范圍、更不易受到環(huán)境影響的光學(xué)聲探測(cè)器提出了強(qiáng)烈需求。

工作原理

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(gè)微型Fabry-Pérot 標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)純光學(xué)檢測(cè)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具是一個(gè)由兩個(gè)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(yùn)動(dòng)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(gè)1mw的光束，從一個(gè)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(shí)，透射(和反射)光的強(qiáng)度也相應(yīng)地被調(diào)制。由于使用單一光纖的簡(jiǎn)單傳感器設(shè)置是許多應(yīng)用的首選，因此可以監(jiān)測(cè)反射光。在普通光纖中進(jìn)出傳感器頭的光束使用光學(xué)環(huán)行器進(jìn)行分割，因此可以監(jiān)測(cè)來自傳感器的反射光。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

光學(xué)麥克風(fēng)相較于其他傳統(tǒng)的超聲探測(cè)器，具有明顯優(yōu)勢(shì)：因?yàn)樗姆瓷溏R是如此的小而堅(jiān)硬，它們的機(jī)械共振沒有可測(cè)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(cè)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(jì)，以盡量減少其對(duì)聲場(chǎng)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(cè)> 超高聲壓級(jí)認(rèn)證（高達(dá) 190 dB SPL）> 由于不涉及移動(dòng)的惰性質(zhì)量，光學(xué)麥克風(fēng)具有真正的時(shí)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(chǎng)中工作。虹科光學(xué)麥克風(fēng)具有更寬的探測(cè)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(hào)。

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(chǎng)測(cè)量、激光加工監(jiān)測(cè)以及無損檢測(cè)方面具有極佳的應(yīng)用前景。

01

聲場(chǎng)測(cè)量

> 超聲場(chǎng)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(cè)量空氣耦合超聲波壓電等超聲波發(fā)射器的時(shí)間信號(hào)、頻率分布和聲場(chǎng)圖的完美工具。
> 高電磁場(chǎng)測(cè)量——傳感器頭中的全光組件以及光纖布線對(duì)強(qiáng)電磁場(chǎng)不敏感。因此，聲音可以在由于強(qiáng)電磁場(chǎng)或放射性場(chǎng)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(jí)—— Eta100 Ultra 設(shè)計(jì)用于測(cè)量極高的聲壓級(jí)（高達(dá) 180dB SPL）。我們所有的麥克風(fēng)都不會(huì)受到過高的聲壓級(jí)的損壞。

02

過程監(jiān)控

#精彩的瞬間#

> 激光過程監(jiān)控——機(jī)載超聲波發(fā)射可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)——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(qiáng)度合金）的裂紋信號(hào)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(hào)。
> 基于AI的機(jī)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(gè)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(hào)和最終產(chǎn)品質(zhì)量之間實(shí)現(xiàn)前所未有的相關(guān)性。

03

無損檢測(cè)

多年來，在不引起損傷的情況下確定部件的機(jī)械完整性的方法在各個(gè)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(cè)等超聲計(jì)量領(lǐng)域的應(yīng)用尤其具有吸引力，因?yàn)槠渚哂?strong>非接觸式超聲、非破壞性、可自動(dòng)化且容錯(cuò)性高的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)。> 汽車點(diǎn)焊檢測(cè)——機(jī)器人高速檢測(cè)；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(cè)——CFRP或粘合劑層的無水超聲檢測(cè)；檢測(cè)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(cè)——超高速檢測(cè)；檢測(cè)半導(dǎo)體材料的分層和缺陷；適用于實(shí)驗(yàn)室與大批量生產(chǎn)線
>電池檢測(cè)——全自動(dòng)機(jī)械臂檢測(cè)方式；無接觸或偶聯(lián)液的電池?zé)o損檢測(cè)；電池內(nèi)部電解液均勻分布，以及導(dǎo)熱膏分布檢測(cè)有關(guān)激光聲學(xué)技術(shù)與更多無損檢測(cè)的應(yīng)用案例，小編會(huì)在后期給大家詳細(xì)展示~