超声波镜头清洗技术如何工作

您可能听说过高音尖叫可以震碎玻璃，那么是否听说过尖叫可以清洗玻璃？借助精确受控的高频振动，超声波清洗技术便可以用于清洗玻璃表面。在雨天情况下，这项技术可以结合汽车的后置摄像头镜头自动检测并清除车窗雨滴，无需驾驶员操作。

在本文中，我将介绍超声波镜头清洗 (ULC) 技术以及该项技术如何帮助实现自清洗摄像头应用。

超声波镜头清洗技术如何工作？

我们先了解下相关的物理知识。所有物体都有一个固有频率，该频率大小取决于物体的分子结构和几何形状。如果以这个特有频率对物体施加能量，物体会产生振动或振荡。例如，以吉他弦的固有频率拨动吉他弦时，吉他弦会发生振动。同样，以酒杯的固有频率敲击酒杯时，酒杯也会发生振动。如果在某个材料上以其固有频率重复施加能量，输入波形会对其本身波形产生显著干扰，使其振幅增大，但仍保持在同一相位内。这一现象称为共振。

为了更好地理解共振，试想一下您正在推着某人荡秋千。在秋千恰好向后摆到最高点时向前推，可以让荡秋千的人荡得更高。相反，如果推的时间点不对（例如，您跟荡秋千的人不同步），您的手臂会吸收一部分机械能，秋千能荡到的高度会降低。

玻璃、硅和聚碳酸酯镜头都有各自的固有频率，而其固有频率的大小因各自的形状和厚度而异。对这些材料以其各自的固有频率施加超声波振动（或是超出人类听力范围的振动），会使其产生共振。以玻璃物体的固有频率发声会使玻璃产生共振而破碎，与之类似，使用压电换能器和先进的半导体以特殊模式精确地施加超声波振动，可以有效地使物体表面的水、污垢和其他污染物脱落。下面图 1 展示了超声波镜头清洗系统的横切面。图 2 接着展示了超声波镜头清洗系统排水的动画。正常情况下，超声波镜头盖振动会产生约 10 微米位移，这是人眼无法感知到的。此动画中为方便演示，呈现了放大后的效果。

图1：超声波镜头清洗系统

图2：超声波镜头清洗系统排水动画

这项技术为何重要？

2014 年，美国运输部要求 2018 年 5 月 1 日之后生产的汽车必须使用后置倒车摄像头。如今，有些汽车具有多达八个摄像头和其他使用激光雷达等技术的外部传感器。

这些摄像头和传感器只有在镜头清晰且无障碍的情况下能够正常使用；溅上泥点或雨点容易使自主功能不可用。因此，随着汽车智能性、安全性和复杂性的提升，这些传感器可能需要满足新的要求，以便能在所有天气条件下正常运行，从而实现自主紧急制动等应用。

尽管使用水管的超声波清洗技术已经用于医疗领域，但通过机械设计创新、软件算法和半导体集成，超声波表面清洗现在也已经实现户外应用。摄像头镜头自清洗技术也不限于汽车行业，实际上，任何使用摄像头的应用都可以采用这项技术，包括交通监控摄像头、内窥镜和机器视觉摄像机。

其他清洗方法如何？

汽车原始设备制造商已经实验过小型挡风玻璃雨刮器、压缩空气和旋转镜头等摄像头清洗方法。遗憾的是，这些方法太过复杂、价格昂贵且并不适用于所有场景。一些高端车辆具有隐藏的喷水器，用于清洗摄像头镜头，这种方法需要额外的水管装置和额外的水箱容量。但是喷水器无法除冰，并且也无法清除雨水。

超声波镜头清洗系统可以使用机械振动来快速产热、将冰融化，然后将水清除。这类系统可以通过自动感应水滴并通过振动将其雾化，从而持续清除镜头上的雨水。借助合适的算法和机械设计，这些系统可以清除灰尘、泥浆、甚至是附着的昆虫。这可能听起来复杂，但应用特定的半导体能在很小的空间内完成这项任务。使用特定的半导体，自动超声波镜头清洗系统可以是集成的形式，除了电源和可选的数据线外，不依靠任何其他东西。

结语

鉴于人们对汽车安全和可靠性的需求，我希望汽车行业采取超声波镜头清洗技术；由于这项技术的性能优势、运行效率和简化的维护，面向农业、交通摄像头和运动拍摄的自动化系统等其他类型的终端设备也可以采用该项技术。尽管超声波镜头清洗跟尖叫并不相同，但这项技术绝对值得让您为之兴奋。
审核编辑：彭菁