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您可能聽說過高音尖叫可以振碎玻璃,不過您聽說過尖叫可以清潔玻璃嗎?藉由精確控制的高頻振動,超音波清洗技術可以清洗玻璃表面。這項技術可以在下雨天自動偵測並清除汽車後方攝影機鏡頭上的雨滴,而駕駛完全不需要採取任何行動。

本文將討論超音波鏡頭清潔 (ULC) 技術,以及這種技術如何有助於實現自助清潔攝影機應用。

超音波鏡頭清洗技術如何運作?

讓我們先從物理學開始。所有物體都有由分子結構和幾何形狀決定的固有頻率。這是物體在對施加能量後振動或振盪的獨特頻率。例如,吉他弦在彈奏時會以固有頻率振動。同理,酒杯在受敲擊時會以自然頻率振動。如果您以特定的自然頻率反覆向材料施加能量,入射波將以有益的方式干擾現有波,現有波會更強烈,不過仍處於同一個相位。這種現象稱為共振。

為了更確實瞭解共振,試想您正在推動某人盪鞦韆。向後盪達到最高點時,在正確的時刻推動會盪得更高。另一方面,如果在錯誤的時刻推動 (例如,如果您與盪鞦韆的人不同步),您的手臂會吸收一些機械能並減弱擺盪動作的高度。

玻璃、矽和聚碳酸酯鏡頭都具有取決於形狀和厚度的固有頻率。以這些材料的固有頻率施加超音波振動 (或超出人類聽覺範圍的振動) 將導致這些材料產生共振。就像以玻璃物體的自然頻率尖叫會導致共振達到振碎的程度一樣,使用壓電式轉換器和先進的半導體以特殊模式精確施加超音波振動可以確實吹走表面的水、污垢和其它污染物。下方的圖 1 顯示超音波鏡頭清潔系統的橫截面。圖 2 隨後顯示超音波鏡頭清潔系統排出水的動畫。超音波鏡頭蓋通常會以大約 10 微米的位移振動,這比人眼可以感知的要小,基於展示目的,動畫被誇大。

1:超音波鏡頭清洗系統

2:超音波鏡頭清洗系統排出水的動畫

這項技術為什麼重要?

2014 年,美國交通部強制要求 2018 年 5 月 1 日之後生產的汽車配備後方倒車攝影機。如今,一些汽車擁有多達 8 個攝影機和使用光達等技術的其它外部感測器。

這些攝影機和感測器只有在鏡頭清晰而且沒有障礙物時才有用;泥土或雨水的飛濺很容易導致自動功能失效。因此,隨著汽車變得更智慧、更安全和更複雜,這些感測器可能必須在各種天氣條件下運作,才能用於自動緊急剎車等應用。

雖然超音波清洗已經出現在使用浴缸的醫療領域,不過機械設計、軟體演算法和半導體整合方面的創新已經實現露天超音波表面清洗的可能性。自助清潔攝影機鏡頭技術也不限於汽車產業;事實上,任何使用攝影機的應用都可以運用這項技術,包括交通監控攝影機內視鏡機器視覺攝影機

其它清潔方法如何?

汽車原始設備製造商已經嘗試使用小型化擋風玻璃刮水器、壓縮空氣和旋轉鏡頭等攝影機清潔方法。不過,這些方法過於複雜、昂貴,而且並非在所有情況下都有效。一些高端車款採用隱藏式噴水器來清洗攝影機鏡頭,這種方法需要額外的管道和額外的儲液罐容量。不過水射流無法清除冰,下雨時也毫無作用。

超音波鏡頭清潔系統可以使用機械振動來快速產生熱量、將冰融化並吹走水。如此即可藉由自動感應水並透過振動將水霧化來持續清除鏡頭上的雨水。藉由正確的演算法和機械設計,這些系統可以清除灰塵、泥土或甚至昆蟲等其它污染物。這聽起來可能很複雜,不過特定應用的半導體可以在很小的空間內處理這項任務。使用特定應用的半導體,自動超音波鏡頭清潔系統僅需要電源線和選用的數據線就可以獨立運作。

結論

考量到汽車需要安全可靠,我希望汽車產業採用超音波鏡頭清洗;例如農業自動化系統、交通攝影機和體育拍攝等其它類型的終端設備也可能會採用這項技術,因為這項技術具有性能優勢、運作效率和簡化維護的效益。雖然超音波鏡頭清潔與尖叫並不完全相同,不過這項技術絕對值得我們為之喝采。

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