CN109218952A - 基于相位变化测量的喇叭温度测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，包括加法器、连接于加法器输出端的功率放大器、连接于功率放大器输出端且并行设置的电压处理组件和电流处理组件、连接于电压处理组件和电流处理组件输出端的计数器、连接于计数器输出端的相位温度转换器；所述电压处理组件和电流处理组件均包括依次设置的带通滤波器、放大电路和过零检测电路。同时提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试方法。本发明提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统及方法，只需要几个组件就能够实现，其结构简单、占用面积小、功耗小。

Description

基于相位变化测量的喇叭温度测试系统及方法

技术领域

本发明涉及喇叭制造技术领域，具体地，涉及一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统及方法。

背景技术

喇叭的工作过程是电能转化成声能的过程；在喇叭工作过程中，其线圈会产生热量，如果热量不能及时散发，就会产生高温。线圈和振膜是物理上粘合在一起的，线圈温度过高会导致振膜损坏，进而造成喇叭失真甚至永久性损坏。

因此，在喇叭工作过程中，需要对喇叭线圈的温度进行监测。

现有技术中多采用基于阻抗测量法。该基于阻抗测量法的测量原理为：

手机喇叭的阻抗曲线可简单分为低频为主的A区，中频的B区和高频的C区。

其简化的电学等效模型如图1所示，其中：

Re：直流电阻；

Ls：串联电感；

Cp：并联电容；

Lp：并联电感；

Rp：并联电阻；

fo：谐振频率；

Cp、Lp决定fo的位置，Rp确定fo的Q值。

在低频的A区，由于频率较低，Ls和Lp相当于短路，总阻抗以Re为主；

在中频的B区，由于Lp远大于Ls,Cp/Lp/Rp组成的并联部分起主要作用；阻抗的最大值对应的频率即为fo；

随着频率的进一步升高，Cp的阻抗远小于Lp的阻抗，LP的影响被忽略，总阻抗减小；在Cp和Ls的谐振频率附近，定义了喇叭的额定阻抗；

频率再提高进入高频C区后，Cp的阻抗已经足够小，相当于短路；此时，喇叭的模型可以进一步简化为Re和Ls的串联。

此时：

阻抗的模Zm为：

阻抗的相位为：

喇叭的线圈多采用铜为主的金属线材，其电阻随温度而变化，可以表示为：

Re(T)＝Ro*[1+(T-To)*k]-----------------------(3)

其中Ro一般为25℃时的电阻，k为温度系数，一般为0.0034/℃；

而电感的温度系数可以忽略；这样，在不同温度，阻抗的相位就会不同；相位的变化就对应了线圈温度的变化。

基于阻抗的测试方法，多是加入位于A区的激励信号(比如次声信号)，然后提取和测试激励信号经过功率放大器后的电压和电流，最后用电压除以电流得到直流阻抗。这个过程中，通常存在如下问题：

(1)由于电流信号小，需要高精度的ADC；根据选用的ADC结构不同，可能还需要耗费面积和功耗的功率放大器和滤波器；

(2)需要除法运算，电路复杂；

(3)需要高阶滤波器，占用较大的面积。

例如申请号为201711080667.7的中国专利申请《微型扬声器控制测温整合装置及方法》，提供了一种控制测温整合装置，包括滤波器、加法器、功率功率放大器、萃取电阻、电流及电压滤波器、电流及电压积分器以及算数逻辑单元。滤波器接收输入信号并形成输出信号，加法器形成相加信号，经萃取电阻形成萃取信号以供微型扬声器发出声音信号，并形成线圈热电压信号，电流滤波器由萃取信号中撷取出滤除电流信号，电压滤波器由线圈热电压信号撷取出滤除电压信号，滤除电流信号与滤除电压信号分别通过积分与运算后得到温度信号。该装置及方法仍然没有解决上述问题，存在电路复杂、占用面积大、功耗大的缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统及方法。该系统及方法只需要功率放大器、滤波器、放大电路、过零检测电路、计数器和相位温度转换器等简单模块，就能够实现喇叭的温度测试。由于采用较高频率的超声信号，滤波器面积大幅减小，可以在芯片上集成。该发明了结构简单、占用面积小、功耗小等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，包括：加法器、连接于加法器输出端的功率放大器、连接于功率放大器输出端且并行设置的电压处理组件和电流处理组件、连接于电压处理组件和电流处理组件输出端的计数器、连接于计数器输出端的相位温度转换器；所述电压处理组件和电流处理组件均包括依次设置的带通滤波器、放大电路和过零检测电路；

其中：

所述加法器将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号，并输出至功率放大器；

所述功率放大器将得到的和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

所述电压处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电压信号中的超声电压信号，并输出至电压处理组件中的放大电路；

所述电压处理组件中的放大电路对提出的超声电压信号进行放大，并输出至电压处理组件中的过零检测电路；

所述电压处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电压信号的过零时刻，得到电压过零时刻，并输出至计数器；

所述电流处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号，并输出至电流处理组件中的放大电路；

所述电流处理组件中的放大电路对提出的超声电流信号进行放大，并输出至电流处理组件中的过零检测电路；

所述电流处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电流信号的过零时刻，得到电流过零时刻，并输出至计数器；

所述计数器计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位，并输出；

所述相位温度转换器将测得相位转换为温度并输出。

优选地，所述相位温度转换器采用存储器。

当相位温度转换器采用存储器时，计数器的输出为存储器地址，对应的数据即为为温度值。

优选地，所述相位温度转换器内置温度-相位对照表。

优选地，所述电流处理组件中的带通滤波器采用电阻采样法或电流采样法提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号。

优选地，所述功率放大器采用型号为Class AB或Class D的功率放大器；和/或

所述放大电路采用型号为Class AB或Class D的功率放大电路。

优选地，所述电压处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电压信号为如下任意一种或任意多种：

-功率放大器输入端混有超声信号的电压信号；

-用于测试的超声信号。

优选地，所述电流处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电流信号为功率放大器输出到负载的驱动电流信号。

优选地，还包括数字低通滤波器，所述数字低通滤波器连接于计数器与相位温度转换器之间；所述数字低通滤波器平滑计数器输出的测得相位。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试方法，采用上述基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，包括如下步骤：

步骤S1，将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号；

步骤S2，将和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

步骤S3：

-提取输出电压信号中的超声电压信号，对超声电压信号进行放大，对放大后的超声电压信号进行过零检测，得到电压过零时刻；

-提取输出电流信号中的超声电流信号，对超声电流信号进行放大，对放大后的超声电流信号进行过零检测，得到电流过零时刻；

步骤S4，计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位；

步骤S5，通过相位温度转换将测得相位转换为温度并输出。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，与现有技术相比，其改进之处在于：

1、本发明只需要获得电压和电流的相位信息，不需要高精度的ADC采样电流信号和电压信号。

2、本发明采用高频的超声信号，滤波器面积大幅减小，可以用模拟电路实现。

3、本发明测试信号采用高频的超声信号，响应时间大幅减小，更快的获得结果。

4、本发明不需要低频的滤波器和除法运算，因此，不需要数字电路进行各种复杂的计算，从而减小了工艺的复杂度。

5、本发明提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，只需要几个组件即可实现，其结构简单、占用面积小、功耗小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为手机喇叭简化的电学等效模型示意图；

图2为本发明一实施例提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统结构示意图；

图3为本发明一实施例中计数器计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔示意图，其中，ΔΦ表示测得相位。

图4为本发明一实施例提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，如图2所示，包括：加法器、连接于加法器输出端的功率放大器、连接于功率放大器输出端且并行设置的电压处理组件和电流处理组件、连接于电压处理组件和电流处理组件输出端的计数器、连接于计数器输出端的相位温度转换器；所述电压处理组件和电流处理组件均包括依次设置的带通滤波器、放大电路和过零检测电路；

其中：

所述加法器将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号，并输出至功率放大器；

所述功率放大器将得到的和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

所述电压处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电压信号中的超声电压信号，并输出至电压处理组件中的放大电路；

所述电压处理组件中的放大电路对提出的超声电压信号进行放大，并输出至电压处理组件中的过零检测电路；

所述电压处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电压信号的过零时刻，得到电压过零时刻，并输出至计数器；

所述电流处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号，并输出至电流处理组件中的放大电路；

所述电流处理组件中的放大电路对提出的超声电流信号进行放大，并输出至电流处理组件中的过零检测电路；

所述电流处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电流信号的过零时刻，得到电流过零时刻，并输出至计数器；

如图3所示，所述计数器计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位，并输出；

所述相位温度转换器将测得相位转换为温度并输出。

进一步地，所述相位温度转换器采用译码器或存储器。

进一步地，所述相位温度转换器内置温度-相位对照表。

进一步地，所述电流处理组件中的带通滤波器采用电阻采样法或电流采样法提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号。

进一步地，所述功率放大器采用型号为Class AB或Class D的功率放大器；和/或

所述放大电路采用型号为Class AB或Class D的功率放大电路。

进一步地，所述电压处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电压信号为如下任意一种或任意多种：

-功率放大器输入端混有超声信号的电压信号；

-用于测试的超声信号。

进一步地，所述电流处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电流信号为功率放大器输出到负载的驱动电流信号。

进一步地，还包括数字低通滤波器，所述数字低通滤波器连接于计数器与相位温度转换器之间；所述数字低通滤波器平滑计数器输出的测得相位。

基于低频阻抗测量的方法是一种很直观的方法，得到的阻抗即为线圈的直流电阻。但是，需要MCU、DSP、memory乘法器和除法器等复杂的电路，工艺要求高，成本高。而模拟的设计方法，很难在合理的成本范围内，实现高阶赫兹级别的滤波器，以及必要的高精度的乘除运算。本实施例通过相位温度转换原理，采用成熟、可靠的简单模块，在简单工艺上即可实现测试功能，使得制造成本大幅下降。并且由于采用频率较高的超声信号，获得测量结果更快。

在本实施例中：

音频信号和超声信号(测试信号)放大后，分别取出电压信号和电流信号：

电压信号通过带通过滤、电压放大，得到正弦信号，进行过零检测；

电流信号通过带通过滤、电流放大，得到正弦信号，进行过零检测；

在当前时间计算电流过零时刻和电压过零时刻的相位差，通过相位温度转换，输出温度数字信号。

测试信号可以为20KHz以上的超声信号。

功率放大器可以是Class AB、Class D等功率放大器。

放大电路也是放大器的一种，也可以采用Class AB、Class D等功率放大器。

采集到的电压信号可以是功率放大器输入端的、包括超声信号的电压信号；也可以是未加进音频信号的原始超声信号。

采集到的电流信号为通过功率放大器输出到负载(喇叭)的驱动电流信号。

采集到的电压信号和电流信号需要通过带通滤波器，取出加入的超声电压信号和超声电流信号并放大。然后用过零检测电路得到他们的过零时刻；最后用计数器计算两个信号过零点的时间间隔Φ(T)。这个时间间隔Φ(T)就是需要测量的相位，即测得相位ΔΦ。

测得相位通过相位温度转换器转换为温度。

最简单的相位温度转换器可以是一个简单的温度-相位对照表。根据输入的相位直接读出温度值。

也可以是译码器或存储器。

为了减小噪声干扰，调高简单，可以在相位温度转换器之前增加滤波器；该滤波器为数字低通滤波器。

实施例2

本实施例提供了一种基于相位变化测量的喇叭温度测试方法，采用实施例1提供的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，如图4所示，包括如下步骤：

步骤S1，将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号；

步骤S2，将和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

步骤S3：

-提取输出电压信号中的超声电压信号，对超声电压信号进行放大，对放大后的超声电压信号进行过零检测，得到电压过零时刻；

-提取输出电流信号中的超声电流信号，对超声电流信号进行放大，对放大后的超声电流信号进行过零检测，得到电流过零时刻；

步骤S4，计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位；

步骤S5，通过相位温度转换将测得相位转换为温度并输出。。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，包括：加法器、连接于加法器输出端的功率放大器、连接于功率放大器输出端且并行设置的电压处理组件和电流处理组件、连接于电压处理组件和电流处理组件输出端的计数器、连接于计数器输出端的相位温度转换器；所述电压处理组件和电流处理组件均包括依次设置的带通滤波器、放大电路和过零检测电路；

其中：

所述加法器将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号，并输出至功率放大器；

所述功率放大器将得到的和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

所述电压处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电压信号中的超声电压信号，并输出至电压处理组件中的放大电路；

所述电压处理组件中的放大电路对提出的超声电压信号进行放大，并输出至电压处理组件中的过零检测电路；

所述电压处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电压信号的过零时刻，得到电压过零时刻，并输出至计数器；

所述电流处理组件中的带通滤波器提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号，并输出至电流处理组件中的放大电路；

所述电流处理组件中的放大电路对提出的超声电流信号进行放大，并输出至电流处理组件中的过零检测电路；

所述电流处理组件中的过零检测电路检测放大后的超声电流信号的过零时刻，得到电流过零时刻，并输出至计数器；

所述计数器计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位，并输出；

所述相位温度转换器将测得相位转换为温度并输出。

2.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述相位温度转换器采用存储器。

3.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述相位温度转换器内置温度-相位对照表。

4.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述电流处理组件中的带通滤波器采用电阻采样法或电流采样法提出功率放大器输出电流信号中的超声电流信号。

5.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述功率放大器采用型号为Class AB或Class D的功率放大器；和/或

所述放大电路采用型号为Class AB或Class D的功率放大电路。

6.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述电压处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电压信号为如下任意一种或任意多种：

-功率放大器输入端混有超声信号的电压信号；

-用于测试的超声信号。

7.根据权利要求1所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，所述电流处理组件中的带通滤波器采集到的功率放大器输出的电流信号为功率放大器输出到负载的驱动电流信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，其特征在于，还包括数字低通滤波器，所述数字低通滤波器连接于计数器与相位温度转换器之间；所述数字低通滤波器平滑计数器输出的测得相位。

9.一种基于相位变化测量的喇叭温度测试方法，其特征在于，采用上述基于相位变化测量的喇叭温度测试系统，包括如下步骤：

步骤S1，将输入的音频信号和用于测试的超声信号相加，得到和信号；

步骤S2，将和信号放大，并输出电压信号和电流信号驱动负载；

步骤S3：

-提取输出电压信号中的超声电压信号，对超声电压信号进行放大，对放大后的超声电压信号进行过零检测，得到电压过零时刻；

-提取输出电流信号中的超声电流信号，对超声电流信号进行放大，对放大后的超声电流信号进行过零检测，得到电流过零时刻；

步骤S4，计算电流过零时刻和电压过零时刻的时间间隔，得到的时间间隔即为测得相位；

步骤S5，通过相位温度转换将测得相位转换为温度并输出。