[发明专利]一种基于MEMS超声换能器阵列的水下镜头在线实时超声清洗装置

说明书

本发明公开了一种基于MEMS超声换能器阵列的海洋水下镜头在线实时超声清洗装置。超声清洗装置采用尺寸小、耗能低以及易集成的MEMS超声换能器阵列，可以在环形基座上均匀圆周布置多个超声换能器阵列模块，换能器阵列模块中的每一个换能器单元都能独立工作，可以实现对海洋水下镜头进行在线实时或者定时清洗，而且可以根据实际情况控制超声换能器阵列中任意换能器单元的工作状态和换能器阵列模块的工作个数，从而改变超声清洗的辐射面，高效清洗的同时还能节省能耗。

技术领域

本发明涉及一种基于微机电(MEMS)超声换能器阵列的超声清洗装置，特别是涉及海洋水下摄像机等水下监视设备镜头的在线实时超声清洗装置。

背景技术

对海洋的探测和研究既是发展国家海洋经济的需要，同时也是保护海洋、实现可持续发展的基础，水下摄像机等水下监视设备在海洋水下作业与海洋科学研究中发挥着重要的作用。然后由于海洋生物污损，放入海水中的任何物体的表面很快就会被一层生物膜所覆盖，附着在水下摄像机镜头等其它监视设备的敏感元件表面的生物膜会影响设备的正常使用。

有效的防污措施是水下监视设备能够正常工作的保障，目前主要的防污方法可以分为物理防污法、化学防污法和生物防污法，后两种方法由于采用化学生物涂料，对海洋环境会造成一定程度的污染。物理防污方法中的超声波清洗是利用超声波器件在水中振动产生空化效应，形成一系列微小气泡，气泡破裂冲击物体表面，达到清洗被洗件的目的。超声波清洗是一种清洁高效的防污措施，但目前的超声波清洗装置尺寸比较大，耗能高，不能将其集成在水下摄像机上对镜头进行实时清洗。为了使水下摄像机这类监视设备能够正常的工作，只能将其回收到水面上进行人为清理，或者使用机器人下潜到监视器所在位置进行清理，严重阻碍了海洋水下作业和科学研究的进度，同时也大大增加了设备的维护成本。

根据目前水下摄像机在海洋开发中的大规模使用以及目前还没有一种行之有效的防污方法，有必要提供一种针对水下摄像机等水下监视设备镜头的简单、高效同时相对经济的防污去污装置。

发明内容

本发明提供了一种基于MEMS超声换能器阵列的海洋水下镜头在线实时超声清洗装置，目的是解决目前水下摄像机等水下监视设备镜头的去污问题，让设备能够长时间在水下正常工作。

本发明的水下镜头在线实时超声清洗装置采用具有尺寸小、耗能低以及易于集成等优点的MEMS超声换能器阵列作为主要的工作元件，MEMS超声换能器可以是MEMS压电式超声换能器，也可以是MEMS电容式超声换能器，每个换能器单元可以独立工作，换能器的阵列形式可以圆形阵列、环形阵列或是矩形阵列。

本发明所采用的具体技术方案如下：

基于MEMS超声换能器阵列的水下镜头在线实时超声清洗装置，其包括环形基座、MEMS 超声换能器阵列模块、盖板、环形密封盖以及控制驱动电路模块，环形基座用于将清洗装置固定在水下监视设备镜头上；环形基座周向开设有若干个通孔，通孔中安装有MEMS超声换能器阵列模块，MEMS超声换能器阵列模块中集成有呈阵列形式排布的MEMS超声换能器， MEMS超声换能器的声辐射方向朝向待清洗镜头；所述的通孔位于环形基座外表面一侧通过盖板进行固定密封；环形基座周向的通孔外部环绕固定有环形密封盖，用于对通孔进行二次防水密封；MEMS超声换能器阵列模块与控制驱动电路模块相连，MEMS超声换能器阵列模块集成于环形基座上。

作为优选，所述的MEMS超声换能器为MEMS压电式超声换能器或MEMS电容式超声换能器。

作为优选，所述的超声清洗装置与水下监视设备连接共同电源。

作为优选，所述通孔与所述的MEMS超声换能器阵列模块朝向环形基座内表面一侧之间通过防水胶进行密封固定。

作为优选，盖板与环形基座上均开设有信号线通孔，MEMS超声换能器阵列模块的信号线穿过信号线通孔后与控制驱动电路模块连接。