CN109153039A - 控制声音报警装置的方法及执行该控制方法的声音报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了现有的用于控制声音报警装置的方法的替代方案，其更稳健、灵活且易于实施。所述方法的基本特征在于，包括分析和测量线圈(6)的电压(U_L)变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性，所述分析由控制电路(10)在由电子开关装置(20)引起的线圈(6)的断开瞬变期间执行。所述方法的特征还在于，包括通过控制电路(10)调节脉冲发生器(30)的频率和脉冲率，其中，所述调节是根据在线圈(6)中产生较大电感变化的工作条件进行的，即，通过将声音报警装置(1)调节到其谐振频率来实现所述调节。

Description

控制声音报警装置的方法及执行该控制方法的声音报警装置

发明目的

本发明涉及声音信号系统技术领域，特别是涉及一种利用电和/或电磁传输的声音报警装置。

本发明的目的在于提供一种在谐振频率下控制声音报警装置的方法，相对于现有的控制声音报警装置的方法，该方法在检测最佳工作点时更稳定、更有效，并且更容易实施。

背景技术

目前，包括在汽车中的那类用于发出声音信号的声音报警装置(或喇叭)是众所周知的。然而，这些声音报警装置也可以应用于在紧急情况下需要做出防范、提起注意或发出警示以吸引注意力的任何地方，或者用于敦促听到它的人以某种方式行动。

更特别的是，配备有电子电路、允许对声音报警装置的不同变量进行测量以将其工作频率调节到一个被称为“谐振频率”的工作频率的声音报警装置是已知的，谐振频率即实现最大效率和声压级的最佳工作频率。

在这种意义上，诸如图1示出的传统声音报警装置(1)，是基于依据膜片(2)的运动来产生声压，膜片(2)的中心具有金属芯，即所说的移动芯(3)。膜片(2)的这种运动使得气流通过导管或管道(4)，该管道将气流放大，从而产生声压。对于盘状声音报警装置(1)，当机械膜片(2)运动并且移动芯(3)撞击声音报警装置(1)的固定芯(5)时产生声音。

为了引起膜片(2)的这种运动，声音报警装置(1)具有固定位置线圈(6)，电流循环通过该固定位置线圈(6)，产生磁场。该磁场使移动芯(3)沿图1所示的轴向轴线方向移动。移动芯(3)相对于线圈(6)的相对位置因此而变化，在现有技术中已经知道，移动芯(3)相对于线圈(6)的最大移动与声音报警装置(1)的谐振频率，即最佳工作点一致。此外，已知具有电子控制电路的声音报警装置(1)使用脉冲发生器来调节移动芯(3)的运动，并据此调节由声音报警装置(1)产生的声音的频率和声压。

迄今为止，已有不同的专利文献能够或多或少成功地将声音报警装置调整到其谐振频率，具体有：

专利文献US5414406A公开了一种用于车辆的声音报警装置或喇叭，包括以等于谐振频率的开关频率工作的电子开关电路。为此，所述喇叭具有声传感器(麦克风)，其测量喇叭工作频率处的声压并将该信息传送到A/D电路，该A/D电路使用该信息来将激励所述喇叭的线圈的脉冲发生器的频率调节至工作频率。

专利文献US7876198B2公开了一种电子喇叭，该电子喇叭使用传感器(例如声音传感器、振荡传感器、磁感应传感器或电容传感器)来测量在所述喇叭的工作频率下膜片的最大移动。通过这样的测量，给予振荡电路反馈，并且在最佳工作频率(即，谐振频率)下激励所述喇叭的线圈的脉冲发生器的频率得以调节。

还已知专利号ES2254716T3的欧洲专利的译文中，所述专利公开了一种声音报警装置，该声音报警装置通过分析线圈(或其衍生物)的磁场电流(field current)，并将测得的变量与预设的理论值相比较成功地省去了传感器的使用，但为此要使用频率分析器和信号处理器。

因此已经发现，虽然目前用于声音报警装置的控制和调节系统以及上述专利文献确实在谐振频率下工作，但它们也确实存在若干缺点，突出表现在以下方面：

-其使用“传感器”作为测量工作频率的系统。在控制系统中使用传感器会引起几个问题，即：其操作受诸如温度或湿度等环境因素影响；随着时间的推移，所述传感器的内部组件不可避免地会劣化；其受限于每个制造商提供的特定公差；此外，传感器对电磁兼容性(EMC)和机械振动敏感，使得这样的技术方案具有低鲁棒性和较小的应用范围。

-除了前面一点中指出的缺陷外，在控制系统中使用传感器还会导致更高的实施复杂度，并由此会增加经济成本。

-其它控制系统需要与先前在控制电路中编程的固定理论值进行比较。除了增加实施复杂度之外，此类技术方案还降低了声音报警装置的操作灵活性，将其应用范围限制到了非常小的值的范围内。

-其包括需要“信号放大器”的感测电路，也增加了制造和实施成本。

-另一方面，当前用于声音报警装置的控制系统要依赖许多参数和变量，例如，所使用的线圈的类型、工作温度、机械特性和制造公差，这导致它们的应用范围受到很大限制，并使报警装置出错、失灵或运行不良的可能性增大。

发明内容

本发明通过提供一种用于在其谐振频率下控制声音报警装置的方法解决了上述缺陷，相对于用于控制声音报警装置的现有方法，本发明提供的方法更加稳定、更加灵活且更易于实施。

本发明基于以下基本知识：

-具有恒定电感的线圈中的电压的变化由以下公式决定：

-与之相比，具有可变电感的线圈中的电压变化由以下公式决定：

其中，在声音报警装置的线圈的放电/断开期间，通过所述线圈的电流的变化di(t)/dt实际上是恒定的。因此，从前述内容可以推断出，线圈断开端的循环电压(U_L)的变化是由于电感的变化dl(t)/dt引起的。

因此，本发明的控制方法包括以下步骤：a)使电流循环通过可变电感励磁线圈，产生磁场；b)由于产生的磁场移动可移动金属芯；c)整体移动与所述可移动金属芯相连的膜片；d)产生声压。

所述控制方法还包括以下步骤：

e)分析和测量所述线圈的电压(U_L)的变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性，所述分析由控制电路在由电子开关装置引起的所述线圈的断开瞬变期间执行；及

f)利用所述控制电路调节脉冲发生器的频率和脉冲率(pulse rate)，其中所述调节是根据在所述线圈中产生较大电感变化的工作条件进行的，即通过将所述报警装置调节至其谐振频率。

优选地，步骤e)在所述线圈的断开瞬变期间执行，特别是在所述线圈与所述电路断开的端部处执行。然而，已经设想到所述步骤e)可以在所述电路的所述线圈开关期间产生电效应的另一点处执行。

因此，本文所述控制方法的基本方面在于其是“在所述线圈断开期间”，而非另一时间，所述控制电路分析由于所述电子开关装置的动作而被开关的所述线圈的端部处的电压(U_L)的变化。此控制电路计算所测得的变量相对于所述变量的最佳行为或趋势的偏差，并调节对所述线圈供电(即馈电(feeding))的所述脉冲发生器的频率和脉冲率。

因此，所述控制电路将所述脉冲发生器的频率和脉冲率调节到产生最高电感变化dl(t)/dt的工作条件。这又引起所述移动芯相对于所述线圈的最大移动。所述控制电路由此调节所述声音报警装置以使其在其谐振频率下工作。

因此，借由本发明的控制方法可获得若干其他优点，突出表现在以下方面：

-声音报警装置的控制电路具有更强的鲁棒性和易于实施性，而不必包含使其操作更复杂和繁琐、或由于诸如温度、EMC或振动等外部因素而限制其操作范围的“传感器”或“信号放大器”。在本发明中，所述声音报警装置的实际电感充当传感器。

-为使报警装置在其谐振频率下工作在对最佳工作点的检测上具有更大的功效，不涉及会使所述最佳工作点失真的外部组件或传感器。

-本发明报警装置的调节不需要将所测得的变量与先前在控制电路中编程的固定理论值进行比较，因此更简单。

-由于本发明所描述的控制方法与报警装置的线圈的类型、其机械性能或每个制造商的特征参数(例如工作温度)无关，因此具有更大的灵活性和应用范围。

附图说明

为了对所作的发明内容进行补充，并且为了帮助更好地理解根据本发明优选实施例的本发明的特征，附上一组附图作为所述发明内容的一个组成部分，其中，以下图示以说明性的且非限制性的方式示出：

图1为具有电子控制系统的传统声音报警装置的内部机械部件的截面图；

图2为用于负向(低侧)开关系统的本发明控制方法的框图；

图3为另一用于正向(高侧)开关系统的本发明控制方法的框图。

具体实施方式

下面参考前述附图描述一些优选的实施例，所述实施例不用于限制本发明的保护范围。

图1示出了传统声音报警装置的基本机械和电气部件。从这个意义讲，至少包括以下步骤的控制方法是已知的：

a)使电流循环通过线圈(6)，产生磁场；

b)由于产生的磁场移动可移动金属芯(3)；

c)整体移动与可移动金属芯(3)相连的膜片(2)；

d)产生声压。

关于产生声压的步骤d)，已经设想到该声压至少可以通过两种方式获得：

i)由自循环通过导管或管道(4)的气流获得，所述气流由使管道(4)振动的膜片(2)的运动产生；

ii)在膜片(2)移动之后，基于可移动金属芯(3)和报警装置(1)的固定芯(5)之间的撞击获得，类似于盘状声音报警装置中发生的那样。

因此，本发明的控制方法因包含了以下两个附加步骤脱颖而出：

e)分析和测量线圈(6)的电压(U_L)的变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性，所述分析通过控制电路(10)在由电子开关装置(20)引起的线圈(6)的断开瞬变期间执行；及

f)利用控制电路(10)调节脉冲发生器(30)的频率和脉冲率，其中，所述调节是根据在线圈(6)中产生较大电感变化的工作条件进行的，所述较大电感变化与可移动金属芯(3)相对于线圈(6)的较大运动相对应，并由此通过将报警装置(1)调节到其谐振频率。

图2示出了根据第一优选实施例的电子控制系统的框图，参见位于由虚线划定的区域内的框，其中线圈(6)的连接/断开是由电子开关装置(20)引起的，电子开关装置(20)安装在线圈(6)的“下游”并接地，构成负向开关，其就是所说的低侧开关。

接着，图3示出了根据第二优选实施例的电子控制系统的另一框图，其中线圈(6)的连接/断开是由电子开关装置(20)引起的，本实施例中，电子开关装置(20)被安装在线圈(6)的“上游”，并与电路的功率输入端相连，构成正向开关，其就是所说的高侧开关。

如图2和图3所示，两种配置都可以通过外部开关装置(110)(例如，通过车辆的方向盘的驱动)连接到电源(120)(例如，车辆的电池)。

已经设想到所述控制方法还可以包括另外的转换步骤，所述转换步骤用于通过A/D转换器(40)将被开关的线圈(6)的端部(6.1)的模拟电压或者源于其的其他电压或电流转换为数字电压。

另一方面，所述控制方法还可以包括另外的测量步骤，用于测量线圈(6)的充电和/或放电时间(times)，或源于此现象的时间。

此外，考虑接受所述方法还包括将线圈(6)的电压变化(U_L)与目标最佳条件进行比较的比较步骤的可能性，所述比较由信号处理器(50)执行，使得所述比较的结果导致对脉冲发生器(30)的至少一个参数进行调节。

根据本发明的另一个目的，本发明还要求保护执行前述控制方法的声音报警装置。

从这个意义上说，所述声音报警装置包括一系列机械元件，例如可移动膜片(2)、可移动金属芯(3)、固定芯(5)和线圈(6)，还包括控制系统，所述控制系统除了脉冲发生器(30)之外，还包括用于断开线圈(6)的端部(6.1)的电子开关装置(20)、配置成用于测量在线圈(6)的断开瞬变期间于线圈(6)的端部(6.1)处的电压(U_L)的变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性的控制电路(10)，所述控制电路(10)还适用于根据在线圈(6)中产生较大电感变化的工作条件来调节脉冲发生器(30)的频率和脉冲率。

此外，设想到所述声音报警装置(1)还可以包括：

-A/D转换器(40)，用于将线圈(6)的断开端(6.1)的模拟电压转换为数字电压；

-信号处理器(50)，用于将线圈(6)的电压(U_L)变化与目标最佳条件进行比较，使得所述比较的结果引起对所述脉冲发生器(30)的至少一个参数进行调节；及

-功耗电路(60)，用作安全元件，以防止由于过热和EMC而产生的问题。

Claims (14)

1.一种用于控制声音报警装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

a)使电流循环通过线圈(6)，产生磁场；

b)由于产生的磁场移动可移动金属芯(3)；

c)整体移动与所述可移动金属芯(3)相连的膜片(2)；

d)产生声压；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

e)分析和测量所述线圈(6)的电压(U_L)的变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性，所述分析由控制电路(10)在由电子开关装置(20)引起的所述线圈(6)的断开瞬变期间执行；及

f)利用所述控制电路(10)调节脉冲发生器(30)的频率和脉冲率，其中，所述调节是根据在所述线圈(6)中产生较大电感变化的工作条件进行的，即，通过将所述报警装置(1)调节到其谐振频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e)是在所述线圈(6)的断开瞬变期间于从所述电路断开的所述线圈(6)的端部(6.1)处执行，或者于所述电路的在所述线圈(6)开关期间产生电效应的另一点处执行。

3.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括转换步骤，用于通过A/D转换器(40)将被开关的所述线圈(6)的端部(6.1)的模拟电压或者源于其的其他电压或电流转换为数字电压。

4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括测量步骤，用于测量所述线圈(6)的充电和/或放电时间，或源于此现象的时间。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括比较步骤，用于将所述线圈(6)的电压(U_L)的变化与目标最佳条件进行比较，所述比较自信号处理器(50)执行，使得所述比较的结果引起对所述脉冲发生器(30)的至少一个参数的调节。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e)中对所述线圈(6)的连接/断开由所述电子开关装置(20)引起，所述电子开关装置(20)安装在所述线圈(6)的下游并接地，构成负开关。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e)中对所述线圈(6)的连接/断开由所述电子开关装置(20)引起，所述电子开关装置(20)安装在所述线圈(6)的上游并与由电源(120)供电的外部开关装置(110)连接，构成正向开关。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)基于通过导管或管道(4)循环的气流来执行，所述气流由所述膜片(2)的运动产生，并由所述管道(4)进行放大。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)是在所述膜片(2)移动之后，基于所述可移动金属芯(3)与所述声音报警装置(1)的固定芯(5)之间的撞击来执行。

10.一种声音报警装置(1)，其特征在于，所述声音报警装置(1)用于执行权利要求1-9中任一项所述的控制方法。

11.根据权利要求10所述的声音报警装置(1)，其特征在于，所述声音报警装置(1)包括可移动膜片(2)、可移动金属芯(3)、固定芯(5)和线圈(6)，以及包括脉冲发生器(30)的控制系统，所述控制系统还包括：

电子开关装置(20)，用于断开线圈(6)的端部(6.1)；以及

控制电路(10)，配置成用于测量在所述线圈(6)的断开瞬变期间所述线圈(6)的端部(6.1)处的电压(U_L)的变化和/或所述电压(U_L)的至少一个可变特性；所述控制电路(10)还适用于根据在所述线圈(6)中产生较大电感变化的工作条件来调节所述脉冲发生器(30)的频率和脉冲率。

12.根据权利要求11所述的声音报警装置(1)，其特征在于，所述声音报警装置(1)还包括A/D转换器(40)，用于将所述线圈(6)的断开端部(6.1)的模拟电压转换成数字电压。

13.根据权利要求11所述的声音报警装置(1)，其特征在于，所述声音报警装置(1)还包括信号处理器(50)，用于将所述线圈(6)的电压(U_L)变化与目标最佳条件进行比较，使得所述比较的结果引起对所述脉冲发生器(30)的至少一个参数进行调节。

14.根据权利要求11所述的声音报警装置(1)，其特征在于，所述声音报警装置(1)还包括功耗电路(60)。