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視覺傳感器自清潔背后的超聲波清洗ULC技術(什么是超聲波傳感器)

更新時間:2024-03-29 11:06作者:小樂

電子愛好者網(wǎng)報道(文/李寧遠)通過高頻振動清潔物品是大家一定都聽說過的技術。超聲波清洗ULC技術實現(xiàn)了高頻振動的精確控制,可以清洗許多物品的表面。這款超聲波清洗ULC裝置可以實現(xiàn)相機等常見機器視覺固態(tài)傳感器的自動檢測和清洗,大大增強了機器視覺系統(tǒng)的可靠性。

什么是超聲波清洗?

每種材料都有一個固有頻率,由其分子結(jié)構(gòu)和幾何形狀決定。這是當能量施加到物體上時物體振動的獨特頻率。在材料的固有頻率下反復施加能量會引起共振。超聲波清洗ULC 技術在這些材料的固有頻率下施加超聲波振動以引起共振。

我們很早就學習了基礎的物理知識。共振會對材料本身產(chǎn)生重大影響。然而,在達到材料破碎的臨界點之前,人眼很難捕捉到這種振動。超聲波清洗ULC技術利用壓電換能器和先進的半導體,以特殊的模式精確地對材料施加超聲波振動,可以有效去除材料表面的異物。

超聲波清洗系統(tǒng),TI

該技術可以應用于任何有攝像頭的場景,解決傳感器清潔問題,特別是在汽車行業(yè)。隨著汽車傳感器和攝像頭數(shù)量的不斷增加,如何清潔這些傳感器已成為影響傳感性能的重要問題。最傳統(tǒng)的方法當然是手工清洗,其缺點顯而易見,復雜,成本高,耗時長。后來,使用微型雨刷、噴水器、壓縮空氣等方式的相機清潔解決方案也出現(xiàn)了。然而,這種方案會大大增加機械復雜性,且成本相當高,因此不是一種經(jīng)濟實用的方案。

超聲波清洗ULC利用共振,利用相長干涉的概念,將微小振動產(chǎn)生的能量放大為更強的能量,以融化冰、吹走水,甚至對雨水施加大于表面張力的力,將其霧化。這種方法可以很容易地將鏡頭上的污染物移出FoV,而且成本也不太高。

利用ULC實現(xiàn)傳感器自清潔

鏡頭尺寸和材料有多種選擇,實現(xiàn)ULC 的方法也有多種。整個解決方案分為使用鏡頭蓋的系統(tǒng)和不使用鏡頭蓋的系統(tǒng)。 ULC技術的專用芯片組由控制器和壓電傳感器兩部分組成。 ULC 所需的超聲波振動由壓電換能器產(chǎn)生。其原理是壓電效應。極化壓電材料電鍍表面上電壓的存在會改變其形狀,從而產(chǎn)生超聲波振動。處理器TI 采用片上低延遲DSP 制成,并配置了ULC 專有算法。

清洗時產(chǎn)生共振的方式有很多種,包括單模、雙模和聲表面波。三種路線因其技術特點而能夠達到不同的清洗效果。單模是一種非常簡單的產(chǎn)生共振的方法,通過在材料表面產(chǎn)生高加速度來去除透鏡上的異物。但單模式清洗的加速梯度并不理想。在加速度較小的位置,能夠達到的清潔效果很差,甚至無法將異物移出傳感器FoV。雙模式在同一循環(huán)中使用兩種不同的單模式來覆蓋加速度梯度較差的點,消除單模式清潔時的盲點。

SAW與上述兩種方法完全不同。 SAW直接作用于異物,這也意味著它需要更高的頻率,并且是一種高成本的方法。這種方法通常不用于小型鏡頭清潔,但在較大的應用中,這是一種共振解決方案,可以提供更好的清潔效果。

ULC專用芯片組

ULC技術專用芯片組的控制器和壓電換能器兩部分構(gòu)成超聲波清洗IC。處理器部分配置有嵌入式算法,用于透鏡系統(tǒng)校準、自動材料檢測、功率調(diào)節(jié)和壓電傳感器診斷。鏡頭故障。還集成了可編程清潔模式,以適應不同的異物清潔工藝??刂破鞑糠值囊粋€嚴格指標是需要足夠?qū)挼尿?qū)動頻率范圍以實現(xiàn)高效的直接驅(qū)動或AD 調(diào)制。當然,封裝盡可能緊湊是最好的。

ULC1001,德州儀器

壓電換能器需要配套的放大器,能夠?qū)崿F(xiàn)放大功能的越簡單越好。 TI 用于支持ULC1001 的壓電傳感器DRV2901 僅需要一個簡單的無源LC 解調(diào)濾波器即可提供高質(zhì)量和高效的放大。

DRV2901,德州儀器

傳感器需要有完善的保護系統(tǒng)。這些保護不僅是常見的短路保護、過流保護和欠壓保護,還需要盡可能限制片內(nèi)電流,以減少器件在高電平瞬變期間關斷的可能性。溫度也很關鍵;壓電換能器過熱會導致其去極化并失去諧振特性。該裝置是針對特定應用而開發(fā)的,可以保持清潔系統(tǒng)的獨立性并提高傳感器維護效率。

概括

選擇可靠的半導體器件可以減小ULC清洗系統(tǒng)的尺寸并大大增加穩(wěn)定性。超聲波清洗ULC系統(tǒng)中自動傳感、溫度監(jiān)測和故障檢測等功能的引入也將大大降低視覺傳感器的維護成本,提高機器視覺的整體水平。可靠性。

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