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的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

作为优选，所述的通孔位于环形基座外表面一侧呈矩形，位于环形基座内表面一侧呈圆形。

作为优选，所述的盖板底部镂空，mems超声换能器阵列模块安装于该镂空部位中，两者以间隙配合或者过渡配合。

作为优选，所述的mems超声换能器的阵列形式为圆形阵列、环形阵列、矩形阵列或其他规则阵列中的至少一种。

本发明可以根据实际需要可以控制mems超声换能器阵列中任意换能器单元的工作状态和控制换能器阵列模块的工作个数，从而改变超声清洗的辐射面，对水下镜头进行在线实时或者定时的清洗，高效清洗的同时还能节约能耗。整套装置结构简单，工作可靠，适合在海里高水压的环境中工作。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中区域ⅰ的局部放大图。

图中：1.环形基座，2.mems超声换能器阵列模块，3.盖板，4.环形密封盖，5.控制驱动电路模块，6.水下监视设备镜头，a.环形基座上的信号线通孔，b.盖板上的信号线通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1和2所示，本实施例的一种基于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，包括环形基座1、mems超声换能器阵列模块2、盖板3、环形密封盖4、控制驱动电路模块5。整套装置是依靠环形基座1固定在水下监视设备镜头6上的，结构紧凑。环形基座1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2，mems超声换能器阵列模块2中集成有呈阵列形式排布的mems超声换能器。为了实现对镜头的清洗，mems超声换能器的声辐射方向(发射超声波的方向)需朝向待清洗镜头，即向环形基座1中心方向辐射超声波。

换能器阵列模块使用盖板3和环形密封盖4双层固定密封，环形基座1上安装mems超声换能器阵列模块2的通孔两端的截面形状不同，其位于环形基座1外表面一侧呈矩形，位于环形基座1内表面一侧呈圆形。盖板3也采用与通孔相匹配的矩形，且内表面镂空，mems超声换能器阵列模块2的底座安装于该镂空部位中，两者以间隙配合或者过渡配合。盖板密合固定于通孔位于环形基座外表面一侧，每个mems超声换能器阵列模块2利用其底座与盖板3之间形成径向的单侧承靠。mems超声换能器阵列模块2的底座圆形直径略小于环形基座1通孔的圆形直径，模块朝向环形基座1内表面一侧在边缘使用防水胶加强固定和密封效果。超声换能器阵列模块盖板3本身依靠环形基座1通孔中的矩形部分固定，从而限制了mems超声换能器阵列模块2在切向的运动。在此基础上使用环形密封盖4环绕固定在通孔外部，环形密封盖4与环形基座1之间可以采用密封垫圈或者防水胶进行防水处理，经过该二次固定密封，密封效果好，适合在海里高水压的环境中工作。

盖板3与环形基座1上均开设有信号线通孔，mems超声换能器阵列模块2集成于环形基座上。控制驱动电路模块5固定在环形基座1上面，与水下监视设备共用电源，并通过环形基座上的信号线通孔a和盖板上的信号线通孔b与mems超声换能器阵列模块2相连接。控制驱动电路模块5可以采用与mems超声换能器阵列模块2相匹配的超声换能器驱动电路，一般主要包括处理器、超声波信号驱动器以及超声波功率放大器。控制驱动电路模块5可以采用换能器厂家预配或推荐的模块，也可以采用现有技术中报导的各种驱动模块，其具体型号和接线方式不限，只要能够实现mems超声换能器的控制即可。

mems超声换能器阵列模块2使用超声换能器阵列模块盖板3和环形密封盖4固定密封在环形基座1上，mems超声换能器是组成mems超声换能器阵列模块的基本单元，它可以是mems压电式超声换能器，也可以是mems电容式超声换能器，器件基于mems微加工工艺，性能稳定工作可靠。

mems超声换能器阵列模块将mems超声换能器阵列化，阵列形式可以是圆形阵列、环形阵列或是矩形阵列以及其他规则阵列，阵列后的器件尺寸小、结构简单、能耗低且易于集成。mems超声换能器的作用模通过通孔圆形一侧直接接触海水发挥作用。mems超声换能器的信号从上电极接出盖板的上表面，然后传输出去，各个mems超声换能器阵列模块的信号连接到一起，最后统一传到控制驱动电路模块5。

当有对镜头进行清洗的需要时，控制驱动电路模块5会产生相应的驱动信号，驱动mems超声换能器阵列模块2进行超声振动，并在水中产生空化效应，将镜头表面的生物膜和其它脏污剥落，从而达到对水下镜头进行在线实时清洗的目的。根据实际需要可以控制mems超声换能器阵列模块2中任意换能器单元的工作状态和控制换能器阵列模块2的工作个数，从而改变超声清洗的辐射面，高效清洗水下监视设备镜头6的同时还能节省能耗。

本发明的装置结构简单，工作性能稳定，能够对水下监视器的镜头进行在线实时或者定时的清洗，使其能够长时间在水里正常工作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。