技术干货｜超声波镜头清洗：您不了解却需要的固态技术

如果您曾用过便携式 CD 播放器，大概率懂得 CD 被划伤或弄脏后听到跳音的感受。或许，您也还记得 VHS 磁带的缠绕问题、磁带老化和图像质量差的体验。闪存作为一种经济实用的固态解决方案，淘汰了这些复杂的机械存储方式。在如今的汽车行业，制造商可以通过使用微型雨刮器、喷水器、压缩空气和其他系统来解决摄像头和传感器的清洗问题。然而，由于这些解决方案价格昂贵且机械复杂度高，因此普及使用的可能性不大。在本文中，我们将介绍超声波镜头清洗 (ULC) 固态解决方案，可实现摄像头和传感器的自清洗，并且具有成本效益。 ，时长00:10

在阅读本文前，大家可以阅读本期的次条技术知识点科普推送“什么是超声波镜头清洗技术？”，了解更多相关背景信息！ 鉴于镜头尺寸和材料繁多，实现 ULC 的结构方法也多种多样。那么，半导体如何发挥作用？尽管 ULC 可实现的功能不限于本文所述，为方便起见，本文将典型圆形摄像头上的水滴作为污染物进行演示。 要清洗镜头，可以施加一个力将水滴从镜头上排到视场 (FoV) 外，或者也可以通过施加大于表面张力的力将水滴雾化。正如在本期的次条技术知识点科普推送“什么是超声波镜头清洗技术？”中讲到的，ULC 通过共振并利用相长干涉的概念，将从微小振动产生的能量放大为可以移动水滴或将其雾化的较强能量。具有疏水性和疏油性的外壳可有效降低镜头极性，优化 ULC 系统的性能。

驱动

要产生所需的振动，执行器必须产生必要的力、具有宽带宽和小外形尺寸，并且具有成本效益。 压电执行器通常称为压电换能器，不仅可以满足这些要求，而且其可靠性可满足军事和汽车应用的要求。当对极化压电材料的电镀表面施加一个电压电势，其形状会发生变化。如果电压电势本质上是交流的，则压电材料会以交流信号的频率产生共振。因此，压电换能器是 ULC 中产生振动的有效执行器。图 1 展示了两个不同形状的压电材料被驱动产生振动而慢速运动。

图 1：压电换能器被驱动产生慢速运动的动画

清洗

使镜头以其固有频率之一产生共振的一种简单方法是产生驻波（称为“单模”）。 表面的高加速度可以排除水滴。在直径为 10mm 至 40mm、厚度为 0.5mm 至 2mm 的圆形玻璃镜头上驱动单模的典型频率通常介于 20kHz 和 100kHz 之间。由于共振频率会因污染物稍有变化，清洗周期范围可能为镜头的固有频率上下几千赫兹。例如，如果固有频率为 30kHz，ULC 系统的频率范围可为 28kHz 至 32kHz，以便确保进行合适的清洗。单模清洗的缺点是加速度梯度，加速度较小的点上可能清洗效果较差并且会留下肉眼可见的残留物。图 2 展示了单模清洗系统的仿真及其加速度梯度，突出显示了此缺点。

图 2：单模清洗系统的仿真及其加速度梯度

双模清洗是在连续清洗周期内采用两个不同驻波的高级 ULC 方法，如图 3 所示。该方法有助于消除盲点或没有（以及几乎没有）清洗到的点，从而确保实现全面覆盖。

图 3：双模清洗系统的仿真及其加速度梯度

另一种 ULC 方法是使用表面声波 (SAW)，SAW 不会直接让玻璃板产生振动。与用于排走污染物的驻波不同，SAW 沿表面传播，并通过对污染物直接施加能量将其弹掉。相比直接使镜头产生振动，SAW 方法需要的频率高得多且每个玻璃板需要多个执行器，因此更加复杂，成本也更高。 但是，这种方法在较大的平面和矩形面板（如激光雷达窗口片）上要比直接振动效果更好。由于 SAW 在表面传播，该方法比使大且厚的镜头振动更节省能量。

镜头盖系统

TI 发明的 ULC 方法使用一个支架来连接具有统一厚度的镜头和环形压电换能器。 环形换能器需要占据一点额外的空间，支架可避免玻璃镜头与压电换能器的任何直接接触（连接非常具有挑战性），这样可以实现可扩展的制造过程并获得可靠的产品。紧凑地罩在摄像头镜头上的组件称为镜头盖系统 (LCS)，与您看到的智能手机摄像头上的平面盖板玻璃类似。曲面 LCS 可提供较大的 FoV 且光学失真非常小，如图 4 所示。

图 4：具有大于 190 FoV 的曲面 LCS

完全集成式 ULC

在不使用镜头盖的情况下，通过驱动末级摄像头镜头产生振动，可在摄像头模块中直接实现 ULC。 末级摄像头镜头称为前端元件，如图 5 所示。与添加镜头盖相比，通过集成可以减小整体系统尺寸，但也会增加超声波清洗和制造过程的复杂性，部分原因在于前端元件的厚度并不统一，无论是单模清洗还是双模清洗，均会抑制产生足够的驻波。前端元件可能需要具有不同厚度，以便使光发生折射进入光学传感器，但镜头盖的作用仅是保护摄像头，所以可以使用统一厚度。此外，由于前端元件是摄像头镜头堆叠的一部分，需要在制造过程中与光学传感器精密对齐，因此增加了完全集成式 ULC 系统设计流程和工艺的复杂度。

图 5：摄像头镜筒中的镜头堆叠示例

半导体的作用

TI 的 ULC1001 等专用标准产品 (ASSP) 可通过在单个器件中组合多种功能来降低成本和减小尺寸 。鉴于制造多样性、外壳组装和安装的差异，每个镜头的固有频率均不同，并且会在各自生命周期内略有变化。ULC1001 可以在任何点来表征镜头系统，提升效果。另一个集成功能是温度检测，该功能可方便检测和除冰，更重要是可以用于保持压电功能。如果超出了居里温度阈值，压电换能器会去极化并丢失其共振属性。ULC1001 可监测压电换能器的温度，确保换能器不会在超过居里温度点后被驱动，并且还能检查所有镜头故障，如碎裂。ULC1001 具有集成式数字信号处理器和反馈闭环，无需图像处理即可实现自动污染物检测和清洗。全新的镜头清洗 IC 实现了上述功能，其状态机示例如图 6 所示，可针对给定应用进行定制。

图 6：ULC 状态机简化示例

让我们一起突破现状

尽管 ULC 比较复杂并且涉及方方面面，TI 提供了开源的机械设计和应用特定的半导体等，为该技术打下了基础。在此，诚邀您一起探索 ULC 设计资源并突破汽车和工业市场的现状，打造具有自清洗功能的更优质、更智能、更经济实惠的摄像头。

光纤端面的检查与清洁方法，你知道吗？

文 | 小星 | 微信公众号：江苏吉星KomShine

“5G”无疑是当下光通信行业火热的词汇，随着5G网络的快速发展建设，光通信行业迎来了更多的机遇。面对5G建设浪潮袭来，光纤、光模块、光器件等变成了“抢手货”，尤其光纤。随着5G基站的大规模建设，未来，光纤的使用量至少有数亿芯公里，其将成为“首要受益者”。作为光通信信号的“载体”，其重要性已不言而喻，然而你懂得如何让其充分发挥状态？接下来，就与你一同分享下……

在网络维护中发现，要使光纤跳线与光纤耦合器连接良好，光纤端面的清洁度与否是一个很重要的影响因素，其直接影响到光网络的通信质量。而当下，在日常的光纤网络施工中，由于不规范的操作或其它原因，光纤端面很容易就被污染；而当光纤端面附着大量的灰尘、油污等脏污时，如若不做检测、清洁的话，一旦将其相互连接，则将会引起光信号衰减增大，造成光网络故障，严重着将会导致整个光信号系统瘫痪。

因此可以看出光纤端面检测清洁的重要性，那么该如何检查光纤端面清洁度和清除方法呢？接着往下看……

如何发现光纤端面脏污

一、目测检查

在光通信行业有些“老司机”，他们检查端面是否脏污的做法通常是断开设备，然后拿起跳线对着光线，通过观察端面对光线的折射亮度来辨别端面是否洁净。但这种方法，小星认为其可行度不高，原因有以下几点，①该情况多适用于光通信系统未全线正常工作状态，否则将会造成大面积断网故障；②该情况存在诸多不确定因素，不适合广泛使用。

二、仪器检查

目前市场上针对光纤端面检查的仪器较多，但常用的主要有光纤放大镜，也可称为光纤显微镜，还有种就是可以通过LCD屏幕清晰地显示出端面情况，检查端面时无需断开设备的端面检查仪。因此为了解决众多用户的痛点所需，江苏吉星推出KFM-200光纤放大镜、KIP-600v光纤端面检测仪以及KIP-600p光纤端面探测器。作为国内光通信检测专业制造厂商，江苏吉星不断创新研发，以“专于产品、专于市场、专于客户”的目标理念，深度分析光通信市场，以解决用户的实际所需为产品设计出发点。

那光纤端面检测仪使用方便？性价比如何？检查效果如何？……这些问题恐怕都是通信人所关注的。

光纤端面 检测一

①光纤端面检测仪功能

KIP-600v光纤端面检测仪可谓是检查光纤端面的一大“利器”，其在设计之初就充分考虑了用户实际使用的便捷性、舒适度。该款光纤端面测试仪外观轻便小巧，手持测试舒适，采用3.5英寸高清LCD显示屏，其端面检测识别精度高且仅小于1μm（微米），而且可将端面图像有效放大400倍率，检查时不仅连端面灰尘、油污清晰可见，而且连端面是否破损都一清二楚。

kip-600v光纤端面检测仪

KIP-600v光纤端面检测仪支持UPC连接器下的SC、FC、ST、LC公头检测，也能够满足SC、LC母头检测，同时其也能够满足APC下的SC公头、SC母头端面检测。相较下，产品性价比优越。（小星提醒：UPC是普通标配，而APC则需要选配，现已支持选配）

光纤探头

②光纤端面检测仪使用

光纤端面检测仪使用方法？根据待测光纤接口来选择KIP-600v光纤端面检测仪探头（也可称为转接头），将探测器轻插入待测接口（切忌不可用力过猛，以免损坏插芯），然后通过左右旋转调焦按钮，来快速对焦，然后通过ZOOM按钮可以将图像一键放大，以便通过屏幕可以清晰地看到光纤端面的脏污与否。

光纤端面检测二

①光纤放大镜功能

KFM-200光纤端面放大镜（光纤显微镜）手持式外观设计，其内核集成了进口镜片，一键即可以将光纤端面放大至400倍，拥有200倍、400倍两种模式可选择；该款光纤放大镜搭载了进口原件，有着1.25mm和2.5mm通用接口，可以适用于SC、FC、ST、e2000以及LC、MU端面检测。该款放大镜测试时准确稳定，衔接紧密，即插即用的功能让用户快速洞悉端面细微；其产品机械强度高、防尘又防水，能够适应外出检测时的特殊工况，而且其组装部件少，对于刚入行的新人来说，操作简单快捷。

光纤放大镜厂家

②光纤放大镜使用

使用江苏吉星光纤放大镜“四步”即可完成端面检查。

①安装光纤放大镜：先检查部件是否齐全，然后安装电池（注意电池正极朝着开关方向），组装完毕后检查是否有遗漏部件。

②插入检测光纤：将光纤轻插入光纤插口，然后从放大镜的目镜处光纤端面。

③切换光照度：从目镜处看光纤端面详情，若光照度不够则通过开关调节。

④调节焦距：当端面观看不清晰时则可以调节焦距轮，直至找到清晰的观测点为止。

如何有效进行光纤端面清洁

通过光纤端面检测仪发现端面存在脏污后该如何清洁呢？每个维护人员可能都有各自的方法去做清洁维护，然而不同的清洁方法可能得到不同的清洁效果，但建议还是得使用专业的端面清洁工具来清除端面脏污。

目前市场上光纤清洁器的品牌很多，但论厂家直销的却寥寥无几，而江苏吉星就是其一。江苏吉星研发推出有多种型号的光纤清洁工具，以产品性价比高、清洁效果好、使用快捷方便等深受用户青睐。

①使用光纤清洁笔清洁

光纤清洁笔又可叫一按式光纤清洁器，江苏吉星清洁笔采用防静电的树脂原料，无尘清洁丝和清洁丝剂，能够有效确保产品不受尘埃的二次污染，其拥有1.25mm、2.5mm两种端面清洁笔，足够满足SC、FC、LC等日常接口检测，而且单支清洁笔有效清洁次数超800次，性价比颇高。

江苏吉星一按式光纤清洁笔

使用前，根据待测接口来选择清洁笔；使用时，将光纤清洁笔轻插入待测接口，切忌不可用力过猛以免损坏插芯，然后向内轻轻按压一下，当听到“卡塔”音提示的时候，说明端面清洁已完成，若担心一次清洁效果不佳，可重复多操作2~3次即可，然后拔出清洁笔，整个清洁过程就完成了。在端面接口清洁前后，可以用KIP-600v光纤端面检测仪来重复检查一遍，确保端面无任何脏污。

手持光纤端面检测仪

②使用光纤清洁盒清洁

光纤清洁盒采用高密度纺织纤维制造，使用时无需添加酒精，不起静电，不脱毛，使用方便快捷。江苏吉星光纤清洁盒拥有kcc-550卡带式光纤清洁盒、kcc-600便携式清洁盒，能够适用于SC、FC、LC、ST等多种光纤连接器，大容量的清洁带芯使用次数超过500次，不仅如此，为了帮助用户控制使用成本，江苏吉星光纤清洁盒中的清洁带芯还可以单独更换，经济实惠。

使用时，单手握持清洁盒，通过按压清洁盒开关使其露出干净的清洁带芯，然后将待测的光纤插芯在清洁带上轻轻擦拭几下，切忌不可用力过猛以免损坏插芯，这样端面附着的脏污就清除干净了。若担心清洁效果，可通过KFM-200光纤放大镜可以清楚地看到插芯端面发生的前后变化。