CN105263095B - 扬声器部件劲度系数测量系统及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器部件劲度系数的测量系统，包括测量支架、夹具和数据采集分析处理器，在测量支架上设有直线导轨，在直线导轨上设有步进电机，步进电机连接有力传感器，对着力传感器设有夹具，被测部件由夹具固定，夹具与力传感器连接；力传感器、步进电机均与数据采集分析处理器连接。所述的计算方法是：首先根据由步进电机工作状态计算出的位移信号和由力传感器所采集并经过低通滤波后的力信号，将力F表示成关于位移x的五阶多项式，然后，根据劲度系数的定义，得到劲度系数K在指定位移X处的劲度系数值K(X)。本发明测量过程方便、快捷，测量结果精确、稳定。

Description

扬声器部件劲度系数测量系统及计算方法

技术领域

本发明属于电声技术应用领域，涉及扬声器部件劲度系数测量系统及计算方法。采用本系统可测量扬声器部件(包括纸盆和定心支片)的劲度系数随位移的变化曲线，可广泛应用于扬声器部件的质量检验(控制)及扬声器设计和研发。

背景技术

扬声器部件如定心支片和纸盆折环是扬声器的基本构件，一般是由含浸的织物、橡胶或是注塑成形的特殊形状的塑胶材质做成，它们的功能主要是确保音圈在磁隙中的正确位置和提供振动系统作往复运动时的弹力。这个弹力的物理量为劲度系数K(常用单位N/mm)。该参数是扬声器品质的重要物理参量，它决定了扬声器的谐振频率f0和低频响应的下限，也在很大程度上决定了扬声器的效率以及失真的大小。但是由于测量困难，扬声器制造商通常无法提供定心支片和纸盆折环劲度系数的准确数据。

电子工业协会(EIA)RS-438标准建议，用一固定的负载(50g或100g)作为重力施加在被测部件上，通过测量在该负载作用下的被测部件的变位来间接测量它的劲度系数。音频工程协会(AES)19-1992标准则提出，先测量被测部件的共振频率，再通过计算公式：计算得到劲度系数前一种方法以一个固定的力来测量变位，是基于被测部件的弹力和形变呈线性关系的假设，而实际情况并非是线性关系；后一种方法则是通过测量共振频率来间接测量劲度系数，中间牵涉的因素较多，其准确度会受到很大影响。

发明专利“一种扬声器定心支片和纸盆折环顺性测试仪及顺性系数计算法”(ZL201310007557.3)针对上述问题提出了一套解决方案，它通过激光位移传感器和力传感器同时采集被测部件的力和位移信息，进而计算出被测部件的顺性。然而，由于该发明专利采用人工手动的方式对被测部件施加推力或拉力、并且难以避免由于夹具安装所带来的测试误差，因此，测量结果的稳定性有时难以保障。另外，由于它采用激光位移传感器读取被测部件的位移信号，所用激光位移传感器的量程范围可能会限制被测部件的位移范围，因此，使得该系统的对被测部件以及测量条件都会有一定的限制。

发明内容

本发明针对上述问题与限制，本发明提出了一种扬声器部件劲度系数测量系统及计算方法，它能够准确、快速、方便地测量和计算扬声器纸盆和定心支片的劲度系数随位移的变化。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种扬声器部件劲度系数测量系统，包括测量支架、夹具和数据采集分析处理器，在测量支架上设有直线导轨，在直线导轨上设有步进电机，步进电机上连接有力传感器，对着力传感器设有夹具，被测部件由夹具固定，夹具与力传感器连接；力传感器、步进电机均与数据采集分析处理器连接；

所述的数据采集分析处理器功能为：

1)控制步进电机工作，使得步进电机在直线导轨上沿水平方向上前后移动，从而使步进电机带动力传感器移动并带动被测部件在水平方向上前后移动；

2)采集力传感器的输出信号，并对所采集的信号进行处理、分析和保存，并在其显示器上显示所获得的扬声器部件劲度系数随位移的变化曲线；

3)根据力传感器的采集数据自动调整测量开始前被测部件的初始位置，直至力传感器的采集数据为0(即被测部件当前不在水平方向上受力)，进而避免由于安装过程所导致的测量误差；

4)控制步进电机的工作状态并根据步进电机的工作状态计算出被测扬声器部件当前所处的相对位移，无需任何位移传感器去读取被测部件的位移信息。其具体公式如下：x＝v×n÷N。其中，x表示电机当前所处的相对位移、v表示丝杆的螺距、n表示脉冲个数、N表示步进电机旋转一周需要的脉冲个数。这种获取被测部件位移的方式，相比于采用激光位移传感器或直线位移传感器的方式，即大幅度降低了硬件成本，并且也降低了安装的复杂度；

5)对所采集的力传感器信号首先需进行低通滤波处理，滤除由步进电机所带来的高频噪声干扰。

所述的扬声器部件劲度系数测量系统的劲度系数计算方法：

首先，根据由步进电机工作状态计算出的位移信号和由力传感器所采集并经过低通滤波后的力信号，将力F表示成关于位移x的五阶多项式，其中A1、A2、A3、A4和A5是拟合函数的系数：

F＝A₁(x)+A₂(x)²+A₃(x)³+A₄(x)⁴+A₅(x)⁵

根据劲度系数的定义，并选取指定位移x＝X，得到劲度系数K在指定位移X处的劲度系数值K(X)，其计算公式如下：

本发明的优点是：可以方便快捷地测量得到定心支片和纸盆折环的劲度系数随位移的变化；相比于采用激光位移传感器或直线位移传感器的方式，既降低了硬件成本，而且安装和测量简单而方便；使用自动校准功可避免由于不同安装过程所导致的测量误差，提高测量结果的准确性和稳定性。

附图说明

图1本发明测量系统方框图。

图2本发明测量系统结构示意图。

图3本发明被测部件与力传感器的连接示意图。

图4本发明测量结果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图所示一种扬声器部件劲度系数测量系统，包括测量支架2、夹具和数据采集分析处理器5，在测量支架2上设有直线导轨6，在直线导轨6上设有步进电机4，步进电机4上连接有力传感器3，对着力传感器3设有夹具，被测部件1由夹具固定，夹具与力传感器3连接，力传感器3与步进电机4连接；力传感器3、步进电机4均与数据采集分析处理器5连接。

所述的数据采集分析处理器5功能为：

1)控制步进电机4工作，使得步进电机4在直线导轨6上沿水平方向上前后移动，从而使步进电机4带动力传感器3移动并带动被测部件1在水平方向上前后移动；

2)采集力传感器3的输出信号，并对所采集的信号进行处理、分析和保存，并在其显示器上显示所获得的扬声器部件劲度系数随位移的变化曲线；

3)根据力传感器3的采集数据自动调整测量开始前被测部件1的初始位置，直至力传感器3的采集数据为0(即被测部件1当前不在水平方向上受力)，进而避免由于安装过程所导致的测量误差；

4)控制步进电机4的工作状态并根据步进电机4的工作状态计算出被测扬声器部件1当前所处的相对位移，无需任何位移传感器去读取被测部件的位移信息。其具体公式如下：x＝v×n÷N。其中，x表示电机当前所处的相对位移、v表示丝杆的螺距、n表示脉冲个数、N表示步进电机4旋转一周需要的脉冲个数。这种获取被测部件1位移的方式，相比于采用激光位移传感器或直线位移传感器的方式，即大幅度降低了硬件成本，并且也降低了安装的复杂度；

5)对所采集的力传感器信号首先需进行低通滤波处理，滤除由步进电机4所带来的高频噪声干扰。

所述的步进电机4固定于直线导轨6后端，所述的步进电机转轴连接有丝杆9，丝杆9上设有丝杆滑块8，丝杆滑块9上安装有力传感器3。

所述的夹具包括固定盘12和中心夹具11，固定盘12设于测量支架2上，中心夹具11上设有垂直通过其中心的连接杆7，被测部件1的外圈边缘由固定盘9夹住，被测部件1的内圈边缘则由中心夹具11夹住。连接杆7与力传感器3相连，被测部件1和中心夹具11竖直固定于测量支架2上，以避免被测部件和中心夹具11自身的重力对测量结果的影响。连接杆7与丝杆9平行。

所述的扬声器部件劲度系数测量系统的劲度系数计算方法：

首先，根据由步进电机4工作状态计算出的位移信号和由力传感器3所采集并经过低通滤波后的力信号，将力F表示成关于位移x的五阶多项式，其中A1、A2、A3、A4和A5是拟合函数的系数：

F＝A₁(x)+A₂(x)²+A₃(x)³+A₄(x)⁴+A₅(x)⁵

根据劲度系数的定义，并选取指定位移x＝X，得到劲度系数K在指定位移X处的劲度系数值K(X)，其计算公式如下：

本实施例中，为便于用户调整步进电机4及直线导轨6的高度，在测量支架2后端提供了可上下调整高度的手摇丝杆模组10。力传感器3用于采集被测部件1的受力信息。步进电机4用于精确控制被测部件1在水平方向上的向前(或向后)移动。力传感器3与步进电机4之间采用硬连接并一同置于直线导轨6之上。直线导轨6用于固定步进电机3。

固定盘12可根据不同的被测扬声器部件尺寸进行更换，从而满足不同尺寸的被测部件测量需求。

在测量过程中，由数据采集分析处理器5向步进电机4发出周期性的脉冲信号并控制步进电机4工作(包括移动距离、速度及方向)。本实施例中，步进电机4的移动速度设置为1毫米/秒，移动距离10毫米，到达10mm后反向运动，来回往复2次。

本实施例中，所采用的低通滤波器为巴特沃斯滤波器，低通截止频率30赫兹。

最后，应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明做了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利范围当中。

Claims (1)

1.一种扬声器部件劲度系数测量系统，包括测量支架、夹具和数据采集分析处理器，其特征在于在测量支架上设有直线导轨，在直线导轨上设有步进电机，步进电机上连接有力传感器，对着力传感器设有夹具，被测部件由夹具固定，夹具与力传感器连接；力传感器、步进电机均与数据采集分析处理器连接；

所述的数据采集分析处理器功能为：

1）控制步进电机工作，使得步进电机在直线导轨上沿水平方向上前后移动，从而使步进电机带动力传感器移动并带动被测部件在水平方向上前后移动；

2）采集力传感器的输出信号，并对所采集的信号进行处理、分析和保存，并在其显示器上显示所获得的扬声器部件劲度系数随位移的变化曲线；

3）根据力传感器的采集数据自动调整测量开始前被测部件的初始位置，进而避免由于安装过程所导致的测量误差；

4）控制步进电机的工作状态并根据步进电机的工作状态计算出被测扬声器部件当前所处的相对位移，无需任何位移传感器去读取被测部件的位移信息；

5）对所采集的力传感器信号首先需进行低通滤波处理，滤除由步进电机所带来的高频噪声干扰；

所述的步进电机固定于直线导轨后端，所述的步进电机转轴连接有丝杆，丝杆上设有丝杆滑块，丝杆滑块上安装有力传感器；

所述的夹具包括固定盘和中心夹具，固定盘设于测量支架上，中心夹具上设有垂直通过其中心的连接杆，被测部件的外圈边缘由固定盘夹住，被测部件的内圈边缘则由中心夹具夹住，连接杆与力传感器相连，被测部件和中心夹具竖直固定于测量支架上；

首先根据由步进电机工作状态计算出的位移信号和由力传感器所采集并经过低通滤波后的力信号，将力F表示成关于位移x的五阶多项式，其中A₁、A₂、A₃、A₄和A₅是拟合函数的系数，

然后，根据劲度系数的定义，并选取指定位移x=X，得到劲度系数K在指定位移X处的劲度系数值K(X)，其计算公式如下：

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