本期看点 ① 超声波，人耳听不见的声音

② 超声波应用，都源于这个基本原理

③ 超声波监控，产业数字金融大有可为

超声波，人耳听不见的声音

在漆黑的夜空，蝙蝠虽然视力不好，却可以自由翱翔，发现猎物，躲开天敌，绕过障碍物，这曾令人诧异不已。在浩瀚的海洋，海豚虽然身处水下，却照样能够辨明方向，精准定位，捕食猎物，这同样曾令人感到好奇和困惑。

后来，人类终于发现，奥秘就在于超声波——蝙蝠和海豚利用超声波感知周遭：发射出超声波，传播途中遇到物体后反射回来被收到，进而分析出物体的类型、距离、大小、形状和运动方式等信息。原来，看见不一定非得依靠眼睛不可，通过回声定位，照样可以帮助感知和“看见”，世界比人耳听到的热闹得多。在天空、海洋和陆地，许多动物都能发射和接收超声波。

从18世纪在蝙蝠身上发现超声波以来，人类对超声波的研究不断深入。“君子性非异也，善假于物也”，不同于动物自身器官就可以发射和接收超声波，人类借助于设备进行超声波转换。当前，传统的块体型压电换能器技术仍是转换超声波的主流技术；同时，CMUT(电容微机械超声换能器)和PMUT(压电微机械超声换能器)技术迅猛发展，前者主要见于医学影像等领域，后者主要应用于医学监控、指纹识别、手势识别等。

从定义上讲，超声波是频率高于20000Hz（赫兹）的声波——赫兹是声波单位，表示每秒钟振动的次数——对多数人来讲，可以听到的声波频率在20Hz和20000Hz之间，超过20000Hz就听不见，因此叫超声波。对于人耳，20000Hz以上的声音，不是听不清，而是根本就听不见，不存在“马什么梅”“马冬什么”的问题。

超声波测试：测一测你能听到的声音频率范围 视频来源：youtube、知乎

超声波可以在固体、液体和气体中传播，具有方向性好、穿透力强、反射能力突出、能量易于集中等特点，不易受光线、烟雾、灰尘、颜色等因素影响。

超声波应用，都源于这个基本原理

说到超声波，许多人可能会想到家庭用超声波清洗餐具、医院用超声波检查身体、工厂用超声波焊接材料等。超声波的这些常见应用都是利用超声波的某些特点。事实上，超声波目前在生活生产中已有相当多的落地，用于成像、监控、测量等：

• 在个人消费端，有指纹识别、用户交互、VR装备、家庭用扫地机器人、智能家居等；

• 在医疗领域，有超声波检查、内镜超声、血管内超声等；在汽车行业，有ADAS、手势识别、自动泊车等应用；

• 在工业制造业，有自动化、无损检测、流量厚度容积等测量、超声波清洗、超声波焊接等。

人类利用超声波的基本原理就是：超声波传感器朝某一方向发射超声波，超声波在传播过程中遇到目标物后反射回来，被传感器接收到。如果是图影成像和检测质量，就是根据超声波通过不同媒介时声波的变化，对反射的回波进行分析。如果是测距和定位，就加入时间维度——发射超声波时计时开始，接收超声波时计时结束。超声波的传播速度有了，超声波信号发射和接收的用时有了，发射点到目标物的距离就有了，用公式来表示就是：S=1/2v*t。其中，S表示发射点到目标物的距离，v表示超声波的传播速度，t表示超声波信号从发射到接收的时间差，由于发射后遇到目标物返回，所以除以2。超声波基本原理类似于我们对着山谷喊后听到回声，区别在于听见和听不见。

图片来源：MaxBotix

利用超声波关键在于超声波传感模组。发射超声波时，超声波传感模组中的转换器将电能通过机械震荡转换成超声波；接收超声波时，又将超声波通过机械震荡转换成电能。根据国际上著名的市场调研机构Yole Development在2020年11月发布的行业报告，超声传感模组市场2019年市场规模达到46亿美元，2020年受疫情影响或降至38亿美元，此后预计将逐年增长，到2025年有望达到62亿美元，2019年到2025年的年均复合增长率预计达到5.1%。

超声波监控，产业数字金融大有可为

鉴于超声波的特点，产业数字金融运用基于超声波原理的超声波设备，对工作人员进行管理，对底层资产进行监控。超声波技术和设备在产业数字金融的应用，综合了超声波在C端和B端的多种应用，包括对人员身份的识别，对人车的管理，以及对货物所在的定位、数量的测算和质量的检查。

身份识别：产业数字金融所用超声波生物识别解决方案，利用超声波屏下指纹识别技术，通过传感器向手指发射超声波，对手指上的凹凸纹理进行3D信息捕捉，根据不同区域指纹对超声波吸收、反射和穿透的不同，判断“脊”和“谷”，对指纹信息进行识别和核对，具有穿透性强、安全性高、干湿度要求低、识别速度快、使用体验好等特点。同时，相关信息会加密处理，保护个人信息安全，防止侵犯个人隐私。

人车管理：在仓库或者特定货物区域布置超声波设备发射和接收超声波，检测人员和车辆动静，有人员和车辆出现时，超声波设备第一时间感知到，不受车辆颜色影响，并预警工作人员采取相应措施。

货物定位：利用反射式测距法，根据发射波和回波的时间差计算距离，多边定位，从而确定物体位置，该方法抗干扰性强，精度高，可以达到厘米级。

货物数量：运用超声波物位计/液位计测算和监控货物体积。产业数字金融所用超声波物位计，软硬件一体化，采用前沿芯片，配备先进算法，传感器处理速度快，能够识别并区分噪音和真正回波；量程可调整，满足从集装箱到车厢，再到仓库不同空间监控的基本需求；测量精度高，在0.5%-1.0%之间；分辨率高，为3mm或0.1%，两者取大；适用性强，显示仪表和探头分别可以适应-20℃-+60℃和-20℃-+80℃的温度环境下工作；功能多样，既能测量距离，又能测量物位，且响应速度可以根据具体需求设定为慢速、中速和快速，而安全物位同样能够按照具体情况设置为保持、最小值、最大值和设定值；应用场景广泛，固、液体两用，各种固体和液体材料、各种容器罐体都可以测量，如钢铁、煤矿、石油、化工等行业。

货物质检：超声波穿透不同材质和不同密度的物料时回波会有所不同，利用超声波技术，在保持货物原有状态的情况下，无损检测货物表面和内部质量，发现物品材质、缺陷所在等。

在产业数字金融的实践中，将超声波设备置于放有固体或者液体货物的仓库、车厢、集装箱中，实时监控，当人员、车辆和货物出现异常情况时，设备能立马感知出变化，即刻预警，获取的数据客观、实时、可视：

超声波作为一种人耳听不见的声音，用于产业数字金融控货，助力实现对底层资产的有效监管。产业数字金融运用超声波技术和设备采集数据，不受时间限制，设备7*24监控，全年无休，超声波信号不断发射，货物持续监控，数据连续上传；不受空间限制，从空间太大不容易监控的仓库，到体积太小人难以进入的集装箱，都可以实时监控；不受条件限制，货物环境不管是温度太高人不能靠近，还是温度太低人不能近前，都可以放置设备进行监控。

不同于消费互联网时代的数据，产业互联网时代的数据因多维、可防篡改、低延时、来源可信、应用场景广泛等特点而具备金融属性。超声波技术和设备可以促进产业互联网数据的客观性、准确性、完整性、实时性，与各种技术和设备相互补充，交叉验真，使数据具备金融属性。

借助于超声波等一系列技术和设备，产业数字金融实现对底层资产的实时动态持续监控，标的物在资产存续期的包括货物的位置、材质、数量、质量信息等各种数据尽在掌握之中，获取实时状态；超声波捕捉到的数据用于构建交易信用，成为风控体系的元素，进入基于实时数据的数字化风险评级和预警平台，进行风险评估和预警；货物位置、质量、数量、状态等相关实时数据，在取得数据的所有方认可的前提下，向有关金融机构和实体企业开放，资产包内所有数据做到逐笔实时展示、逐笔实时追踪、逐笔实时预警。

在产业数字金融下，货物看得见、数据信得过、资产管得住，所构建的交易信用模式丰富和完善主体信用模式，风险判断更准确，帮助实体企业更好地获得金融服务和金融机构更好地服务实体经济。

文章作者:  李万林（聚均科技综合管理中心）

图片编制:  谢冰莹（聚量集团办公室）

版面编辑:  乔嘉男（聚量集团办公室）