CN102595300A - 扬声器的故障检测装置及扬声器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扬声器的故障检测装置。本发明的有益效果是本发明利用扬声器阻抗特征创建了阻抗检测电路，结合滤波电路、故障判断控制装置，可以方便实现扬声器在线故障检测功能。该故障检测装置既独立与音频驱动，又不影响扬声器自我功能实现，与JACK连接器检测方式相比，不依赖于具体的连接器，又可以实时检测音频线是否连接、断路、音圈断路、短路的异常，具有成本低、实现简单、检测全面的优点。

Description

扬声器的故障检测装置及扬声器系统

技术领域

本发明涉及故障检测装置，尤其涉及扬声器的故障检测装置及扬声器系统。

背景技术

扬声器是一种电声转换器件，将电信号转换成声波，被广泛应用在各类设备中。在医疗设备中，扬声器用于声音报警。当检测参数出现异常，或者设备出现故障时，扬声器输出报警音提示操作者。在装配、运输和使用的过程中，扬声器的连接线可能会出现松动、脱落的风险，扬声器音圈也出现脱落、断路、短路的风险。如果扬声器出现故障，则设备会丧失声音报警功能，影响到操作者及时响应报警事件。

在现有技术方案中，PC采用JACK连接器的方法判断音频插头是否连接。每个JACK连接器（譬如耳机插座）必须具有一个独立的开关，当音频线插入时，该开关闭合，否则断开。通常情况下，该关开一端接地，另一端通过电阻接入到音频编解码芯片的SENSE引脚。音频编解码芯片通过检测SENSE引脚的阻值来判断音频连接线是否插入，同时将该状态报告给音频控制器。但该方法要求音频连接器只能采用结构复杂的JACK连接器，使用成本高，且该方法只能检测音频线是否插入，而不能判断音频线路断开、扬声器音圈断开等故障。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种扬声器的故障检测装置。

本发明提供了一种扬声器的故障检测装置，包括阻抗检测电路、信号源装置、故障判断控制装置、滤波电路、音频驱动电路、音频连接器，所述音频连接器与所述阻抗检测电路相连，所述阻抗检测电路输出端与所述滤波电路相连，所述滤波电路输出端与所述故障判断控制装置相连，所述故障判断控制装置输出端与所述音频驱动电路相连，所述音频驱动电路输出端与所述音频连接器相连，所述信号源装置与所述阻抗检测电路相连；所述故障判断控制装置用于判断扬声器的状态、并进行状态提示，所述故障判断控制装置还用于控制音频驱动电路，所述信号源装置用于为所述阻抗检测电路提供激励信号，所述阻抗检测电路用于将扬声器的状态转换成电压输出，所述滤路电路用于滤波所述音频驱动电路输出的电信号。

作为本发明的进一步改进，所述故障判断控制装置包括阀值比较电路和微处理器，所述滤波电路输出端与所述所述阀值比较电路输入端相连，所述阀值比较电路输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述音频驱动电路相连；所述阀值比较电路用于将经所述阻抗检测电路和所述滤波电路输出的模拟信号与预定的阀值比较，从而获取扬声器的状态；所述微处理器用于根据扬声器的状态进行状态提示。

作为本发明的进一步改进，所述故障判断控制装置包括模数转换器和微处理器，所述滤波电路输出端与所述所述模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述音频驱动电路相连；所述模数转换器用于将经所述阻抗检测电路和所述滤波电路输出的模拟信号转换成数字信号并输入所述微处理器；所述微处理器用于将数字信号与预定的阀值比较，从而判断扬声器的状态；所述微处理器还用于根据扬声器的状态进行状态提示。

作为本发明的进一步改进，所述阻抗检测电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容，所述第二电阻为反馈电阻，所述第二电阻两端分别连接在第一运算放大器反相端和输出端，所述第三电阻第一脚连接所述信号源装置输出端，所述第三电阻第二脚连接所述第一运算放大器同相端；第一电阻两端分别连接音频输出信号和第一运算放大器的反相输入端。

作为本发明的进一步改进，所述滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第二电容，所述第四电阻第一脚连接阻抗检测电路输出端，所述第四电阻第二脚分别与第五电阻和第二电容连接。

作为本发明的进一步改进，所述阀值比较电路包括第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容、二极管，所述第二运算放大器同相端连接所述滤波电路输出端，所述第六电阻第一脚连接参考源装置，所述第六电阻第二脚连接第二运算放大器反向端，第七电阻为第二运算放大器的反馈电阻，所述第七电阻两端分别连接第二运算放大器反向端和输出端，所述第八电阻第一脚连接第二运算放大器输出端，所述第八电阻第二脚分别连接第三电容和二极管基极，所述二极管集电极分别连接第九电阻第二脚和所述微处理器的GPIO脚。

作为本发明的进一步改进，所述参考源装置的电压为3.3V。

本发明还提供了一种具有故障检测装置的扬声器系统，包括扬声器，还包括故障检测装置，所述扬声器与所述故障检测装置的所述音频连接器相连。

作为本发明的进一步改进，所述故障检测装置集成在一块电路板上。

本发明的有益效果是：本发明利用扬声器阻抗特征创建了阻抗检测电路，结合滤波电路、故障判断控制装置，可以方便实现扬声器在线故障检测功能。该故障检测装置既独立与音频驱动，又不影响扬声器自我功能实现，与JACK连接器检测方式相比，不依赖于具体的连接器，又可以实时检测音频线是否连接、断路、音圈断路、短路的异常，具有成本低、实现简单、检测全面的优点。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明一实施例的原理框图。

图3是本发明的一实施例的电路图。

图4是本发明的扬声器等效电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种扬声器的故障检测装置，包括阻抗检测电路102、信号源装置101、故障判断控制装置108、滤波电路103、音频驱动电路106、音频连接器107，所述音频连接器107与所述阻抗检测电路102相连，所述阻抗检测电路102输出端与所述滤波电路103相连，所述滤波电路103输出端与所述故障判断控制装置108相连，所述故障判断控制装置108输出端与所述音频驱动电路106相连，所述音频驱动电路106输出端与所述音频连接器107相连，所述信号源装置101与所述阻抗检测电路102相连；所述故障判断控制装置108用于判断扬声器100的状态、并进行状态提示，所述故障判断控制装置108还用于控制音频驱动电路106，所述信号源装置101用于为所述阻抗检测电路102提供激励信号，所述阻抗检测电路102用于将扬声器100的状态转换成电压输出，所述滤路电路103用于滤波所述音频驱动电路106输出的电信号。

如图2所示，作为本发明的一个实施例，所述故障判断控制装置108包括阀值比较电路104和微处理器105，所述滤波电路103输出端与所述所述阀值比较电路104输入端相连，所述阀值比较电路104输出端与所述微处理器105输入端相连，所述微处理器105输出端与所述音频驱动电路106相连；所述阀值比较电路104用于将经所述阻抗检测电路102和所述滤波电路103输出的模拟信号与预定的阀值比较，从而获取扬声器100的状态；所述微处理器105用于根据扬声器100的状态进行状态提示。

作为本发明的另一个实施例，所述故障判断控制装置108包括模数转换器和微处理器，所述滤波电路103输出端与所述所述模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述音频驱动电路106相连；所述模数转换器用于将经所述阻抗检测电路102和所述滤波电路103输出的模拟信号转换成数字信号并输入所述微处理器；所述微处理器用于将数字信号与预定的阀值比较，从而判断扬声器100的状态；所述微处理器还用于根据扬声器100的状态进行状态提示。

状态提示包括：文字报警或LED报警。

扬声器100的状态包括：音频线是否连接、断路、音圈断路、短路的异常

如图3所示，所述阻抗检测电路包括第一运算放大器U47-1、第一电阻R499、第二电阻R500、第三电阻R505、第一电容C443，所述第二电阻R500为反馈电阻，所述第二电阻R500两端分别连接在第一运算放大器U47-1反相端和输出端，所述第三电阻R505第一脚连接所述信号源装置输出端，所述第三电阻R505第二脚连接所述第一运算放大器U47-1同相端；第一电阻R499两端分别连接音频输出信号和第一运算放大器U47-1的反相输入端。

所述滤波电路包括第四电阻R501、第五电阻R504、第二电容C441，所述第四电阻R501第一脚连接阻抗检测电路输出端，所述第四电阻R501第二脚分别与第五电阻R504和第二电容C441连接。

所述阀值比较电路104包括第二运算放大器U47-2、第六电阻R502、第七电阻R503、第八电阻R506、第九电阻R507、第三电容C444、二极管Q36，所述第二运算放大器U47-2同相端连接所述滤波电路输出端，所述第六电阻R502第一脚连接参考源装置，所述第六电阻R502第二脚连接第二运算放大器U47-2反向端，第七电阻R503为第二运算放大器U47-2的反馈电阻，所述第七电阻R503两端分别连接第二运算放大器U47-2反向端和输出端，所述第八电阻R506第一脚连接第二运算放大器U47-2输出端，所述第八电阻R506第二脚分别连接第三电容C444和二极管Q36基极，所述二极管Q36集电极分别连接第九电阻R507第二脚和所述微处理器的GPIO脚。

所述参考源装置的电压为3.3V。

本发明还公开了一种具有故障检测装置的扬声器系统，包括扬声器100，还包括故障检测装置，所述扬声器100与所述故障检测装置的所述音频连接器107相连。

所述故障检测装置集成在一块电路板上。

本发明利用扬声器100阻抗特征创建了阻抗检测电路102，结合滤波电路103、故障判断控制装置108，可以方便实现扬声器100在线故障检测功能。该故障检测装置既独立与音频驱动，又不影响扬声器100自我功能实现，与JACK连接器检测方式相比，不依赖于具体的连接器，又可以实时检测音频线是否连接、断路、音圈断路、短路的异常，具有成本低、实现简单、检测全面的优点。

信号源装置101为阻抗检测电路102提供激励信号，用于检测扬声器100的状态；为了不影响扬声器100正常的音频功能，该信号源装置101的频率范围应该在20Hz~20000 Hz之外。因为20Hz~20000 Hz是属于人耳可以分辨的频率，因此激励信号的频率是在该频率之外。

如图4所示，扬声器100可以看做一个有电感、电阻、电容组成的等效电路，其中，R1、L1分别为音圈的电阻和电感，L2为支撑系统的总顺性，C1为振动系统等效质量，R2为振动系统的迟滞阻尼。低频时扬声器100表现为电阻特性，高频时扬声器100表现为电感特性。如果扬声器100断路，则其阻抗为无穷大；若短路则在高频时阻抗也接近零。利用扬声器100的阻抗状态改变阻抗检测电路102的增益，从而改变阻抗检测电路102的输出电压。

当音频连接线脱落、音频连接线断路、或音圈断路时，第一运算放大器U47-1构成一个电压跟随器；若音频系统工作正常，第一运算放大器U47-1构成一个反相放大器。滤波电路103主要滤波音频驱动电路106输出的音频电信号；经过滤波后，然后送入阀值比较电路104的第二运算放大器U47-2，然后经过二极管Q36进行电平转换，然后通过微处理器105的GPIO脚PD10送给微处理器105。

扬声器100在工作过程中，该故障检测装置能够实时对扬声器100进行检测。

假设音频信号为                                                

；扬声器正常时输出电压为

如 式1所示，断路时输出电压为如式2所示。则：

              （1）

                   （2）

      根据式（1）、式（2），经过滤波电路的输出电压分别为：

                

                 （3）

                

                        （4）

       再经过阀值比较电路U47-2后，输出电压分别为：

             （5）

              （6）

如果设计R499=R500，R501=R504，R502=R503，则

为3.3V，

为0。在经过R507和Q36后，当扬声器正常时

为3.3V，Q36截止，Q36集电极输出为3.3V；当扬声器断路时，

输出为0V，Q36导通，Q36集电极输出为0。由于Q36集电极连接到MCU的GPIO脚，因此MCU可以通过判断GPIO的电平状态直接检测出扬声器的状况。

同时，参考信号源可以使用高于20000kHz的信号，则利用扬声器在高频时的电感特性，可以检测出扬声器短路故障。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种扬声器的故障检测装置，其特征在于：包括阻抗检测电路（102）、信号源装置（101）、故障判断控制装置（108）、滤波电路（103）、音频驱动电路（106）、音频连接器（107），所述音频连接器（107）与所述阻抗检测电路（102）相连，所述阻抗检测电路（102）输出端与所述滤波电路（103）相连，所述滤波电路（103）输出端与所述故障判断控制装置（108）相连，所述故障判断控制装置（108）输出端与所述音频驱动电路（106）相连，所述音频驱动电路（106）输出端与所述音频连接器（107）相连，所述信号源装置（101）与所述阻抗检测电路（102）相连；所述故障判断控制装置（108）用于判断扬声器（100）的状态、并进行状态提示，所述故障判断控制装置（108）还用于控制音频驱动电路（106），所述信号源装置（101）用于为所述阻抗检测电路（102）提供激励信号，所述阻抗检测电路（102）用于将扬声器（100）的状态转换成电压输出，所述滤路电路（103）用于滤波所述音频驱动电路（106）输出的电信号。

2.根据权利要求1所述的故障检测装置，其特征在于：所述故障判断控制装置（108）包括阀值比较电路（104）和微处理器（105），所述滤波电路（103）输出端与所述所述阀值比较电路（104）输入端相连，所述阀值比较电路（104）输出端与所述微处理器（105）输入端相连，所述微处理器（105）输出端与所述音频驱动电路（106）相连；所述阀值比较电路（104）用于将经所述阻抗检测电路（102）和所述滤波电路（103）输出的模拟信号与预定的阀值比较，从而获取扬声器（100）的状态；所述微处理器（105）用于根据扬声器（100）的状态进行状态提示。

3.根据权利要求1所述的故障检测装置，其特征在于：所述故障判断控制装置（108）包括模数转换器和微处理器，所述滤波电路（103）输出端与所述所述模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述音频驱动电路（106）相连；所述模数转换器用于将经所述阻抗检测电路（102）和所述滤波电路（103）输出的模拟信号转换成数字信号并输入所述微处理器；所述微处理器用于将数字信号与预定的阀值比较，从而判断扬声器（100）的状态；所述微处理器还用于根据扬声器（100）的状态进行状态提示。

4.根据权利要求2所述的故障检测装置，其特征在于：所述阻抗检测电路包括第一运算放大器（U47-1）、第一电阻（R499）、第二电阻（R500）、第三电阻（R505）、第一电容（C443），所述第二电阻（R500）为反馈电阻，所述第二电阻（R500）两端分别连接在第一运算放大器（U47-1）反相端和输出端，所述第三电阻（R505）第一脚连接所述信号源装置输出端，所述第三电阻（R505）第二脚连接所述第一运算放大器（U47-1）同相端；第一电阻（R499）两端分别连接音频输出信号和第一运算放大器（U47-1）的反相输入端。

5.根据权利要求4所述的故障检测装置，其特征在于：所述滤波电路包括第四电阻（R501）、第五电阻（R504）、第二电容（C441），所述第四电阻（R501）第一脚连接阻抗检测电路输出端，所述第四电阻（R501）第二脚分别与第五电阻（R504）和第二电容（C441）连接。

6.根据权利要求2或4或5所述的故障检测装置，其特征在于：所述阀值比较电路包括第二运算放大器（U47-2）、第六电阻（R502）、第七电阻（R503）、第八电阻（R506）、第九电阻（R507）、第三电容（C444）、二极管（Q36），所述第二运算放大器（U47-2）同相端连接所述滤波电路输出端，所述第六电阻（R502）第一脚连接参考源装置，所述第六电阻（R502）第二脚连接第二运算放大器（U47-2）反向端，第七电阻（R503）为第二运算放大器（U47-2）的反馈电阻，所述第七电阻（R503）两端分别连接第二运算放大器（U47-2）反向端和输出端，所述第八电阻（R506）第一脚连接第二运算放大器（U47-2）输出端，所述第八电阻（R506）第二脚分别连接第三电容（C444）和二极管（Q36）基极，所述二极管（Q36）集电极分别连接第九电阻（R507）第二脚和所述微处理器的GPIO脚。

7.根据权利要求6所述的故障检测装置，其特征在于：所述参考源装置的电压为3.3V。

8.一种具有故障检测装置的扬声器系统，包括扬声器（100），其特征在于：还包括故障检测装置，所述扬声器（100）与所述故障检测装置的所述音频连接器（107）相连。

9.根据权利要求8所述的扬声器系统，其特征在于：所述故障检测装置集成在一块电路板上。

Images