视觉传感器自清洁背后的超声波清洗ULC 技术

什么是超声波清洗？

每种材料都有一个固有频率，由其分子结构和几何形状决定。这是当能量施加到物体上时物体振动的独特频率。在材料的固有频率下反复施加能量会引起共振。超声波清洗ULC 技术在这些材料的固有频率下施加超声波振动以引起共振。

我们很早就学习了基础的物理知识。共振会对材料本身产生重大影响。然而，在达到材料破碎的临界点之前，人眼很难捕捉到这种振动。超声波清洗ULC技术利用压电换能器和先进的半导体，以特殊的模式精确地对材料施加超声波振动，可以有效去除材料表面的异物。

超声波清洗系统，TI

该技术可以应用于任何有摄像头的场景，解决传感器清洁问题，特别是在汽车行业。随着汽车传感器和摄像头数量的不断增加，如何清洁这些传感器已成为影响传感性能的重要问题。最传统的方法当然是手工清洗，其缺点显而易见，复杂、成本高、耗时长。后来，使用微型雨刷、喷水器、压缩空气等方式的相机清洁解决方案也出现了。然而，这种方案会大大增加机械复杂性，且成本相当高，因此不是一种经济实用的方案。

超声波清洗ULC利用共振，利用相长干涉的概念，将微小振动产生的能量放大为更强的能量，以融化冰、吹走水，甚至对雨水施加大于表面张力的力，将其雾化。这种方法可以很容易地将镜头上的污染物移出FoV，而且成本也不太高。

利用ULC实现传感器自清洁

镜头尺寸和材料有多种选择，实现ULC 的方法也有多种。整个解决方案分为使用镜头盖的系统和不使用镜头盖的系统。 ULC技术的专用芯片组由控制器和压电传感器两部分组成。 ULC 所需的超声波振动由压电换能器产生。其原理是压电效应。极化压电材料电镀表面上电压的存在会改变其形状，从而产生超声波振动。处理器TI 采用片上低延迟DSP 制成，并配置了ULC 专有算法。

清洁时产生共振的方式有很多种，包括单模、双模和声表面波。三种路线因其技术特点而能够达到不同的清洗效果。单模是一种非常简单的产生共振的方法，通过在材料表面产生高加速度来去除透镜上的异物。但单模式清洗的加速梯度并不理想。在加速度较小的位置，能够达到的清洁效果很差，甚至无法将异物移出传感器FoV。双模式在同一循环中使用两种不同的单模式覆盖加速度梯度较差的点，消除单模式清洁时的盲点。

SAW与上述两种方法完全不同。 SAW直接作用于异物，这也意味着它需要更高的频率，并且是一种高成本的方法。这种方法通常不用于小型镜头清洁，但在较大的应用中，这是一种共振解决方案，可以提供更好的清洁效果。

ULC专用芯片组

ULC技术专用芯片组控制器和压电换能器两部分构成超声波清洗IC。处理器部分配置有嵌入式算法，用于透镜系统校准、自动材料检测、功率调节和压电传感器诊断。镜头故障。还集成了可编程清洁模式，以适应不同的异物清洁流程。控制器部分的一个严格指标是需要足够宽的驱动频率范围以实现高效的直接驱动或AD 调制。当然，封装尽可能紧凑是最好的。

ULC1001，德州仪器

压电换能器需要配套的放大器，能够实现放大功能的越简单越好。 TI用于支持ULC1001的压电传感器DRV2901只需要一个简单的无源LC解调滤波器即可提供高质量和高效的放大。

DRV2901，德州仪器

传感器需要有完善的保护系统。这些保护不仅是常见的短路保护、过流保护和欠压保护，还需要尽可能限制片内电流，以减少器件在高电平瞬变期间关断的可能性。温度也很关键；压电换能器过热会导致其去极化并失去谐振特性。该装置是针对特定应用而开发的，可以保持清洁系统的独立性并提高传感器维护效率。

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