CN110596582A - 音圈马达特性参数获取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音圈马达特性参数获取装置及方法。本发明提供的音圈马达特性参数获取装置，包括：音圈马达，所述音圈马达包括第一端和第二端；驱动器，所述驱动器包括连接端和输出端，其中，所述第一端和所述第二端中的其中一者与所述连接端连接并作为检测端，用于接收驱动信号并输出电压信号，另一者与所述输出端连接；以及信号处理器，与所述检测端电性连接，用于根据所述检测端的电压信号计算得到所述音圈马达的特性参数。解决了如现有技术中依赖昂贵的测量仪器而增加测量成本的问题；并且，现有技术中的测量方式周期也较长，因此本发明提供的音圈马达特性参数获取装置还缩短了测量时间，有利于提高生产效率。

Description

音圈马达特性参数获取装置及方法

技术领域

本发明涉及一种音圈马达特性参数获取装置及方法。

背景技术

现有的移动终端(例如手机、pad、电脑等)都具备拍照(或摄像)功能，其拍出来的影像质量却参差不齐，其中，上述的影像质量一定程度取决于其镜头是否可以快速稳定地完成对焦。

我们以手机为例，现有的手机上通常采用音圈马达(Voice Coil Motor，VCM)，通过将镜头锁入音圈马达来实现自动对焦。具体的，VCM主要包括壳体、线圈、镜头、磁铁组及两个弹片。镜头固定设置于线圈内部。线圈通过两个弹片结构与壳体连接。磁铁组围绕线圈的外表面设置。在线圈上加载有电流时，线圈和磁铁之间产生作用力以驱动线圈和镜头在壳体内移动。通过加载不同的电流，使得线圈和镜头移动至指定位置。在线圈上停止加载电流时，线圈和镜头在阻尼振荡作用下经过振荡周期后停止移动。在现有技术中，振荡周期和衰减因数通常是VCM的生产厂商在生产完成之后利用镭射位移器直接检测镜头的位移，并根据镜头位移计算得出出VCM的共振周期和衰减因数。但是镭射位移器的成本太高，并且测试时间也较长，则带来的时间成本和器材成本就太高，考虑到该问题，该方式不适用于VCM数量较大的情况。并且VCM可应用于具有对焦功能的电子产品中，例如手机、相机等装置。因此，为了生产和市场需要，上述问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种低成本的音圈马达特性参数获取装置及方法。

一种音圈马达特性参数获取装置，包括：

音圈马达，所述音圈马达包括第一端和第二端；

驱动器，所述驱动器包括连接端和输出端，其中，所述第一端和所述第二端中的其中一者与所述连接端连接并作为检测端，用于接收驱动信号并输出电压信号，另一者与所述输出端连接；以及

信号处理器，与所述检测端电性连接，用于根据所述检测端的电压信号计算得到所述音圈马达的特性参数。

一种音圈马达特性参数获取方法，包括如下步骤：

为所述音圈马达提供驱动信号；

获取所述音圈马达检测端电压信号；

根据所述检测端电压信号计算并输出所述音圈马达的特性参数。

与现有技术中采用高成本的测量仪器(主要包括镭射位移器)以得到音圈马达特性参数的方式相比较，本发明提供的音圈马达特性参数获取装置，只需为音圈马达提供一驱动信号，再采集音圈马达两端的电压信号，根据上述采集的电压信号，通过信号处理器即可计算得出音圈马达的特性参数，解决了如现有技术中依赖昂贵的测量仪器而增加测量成本的问题；并且，现有技术中的测量方式周期也较长，因此本发明提供的音圈马达特性参数获取装置还缩短了测量时间，有利于提高生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的音圈马达特性参数获取装置的模块示意图；

图2为本发明实施例一提供的另一音圈马达特性参数获取装置的模块示意图；

图3为本发明实施例一提供的音圈马达特性参数获取装置的结构图；

图4为本发明实施例一提供的电压信号的波形示意图；

图5为音圈马达内部的结构示意图；

图6为根据音圈马达的结构所建立的弹簧-质量-阻尼系统的示意图；

图7为音圈马达内部镜头的位移X与时间的函数图象；

图8为根据音圈马达的结构的电场力平衡关系及电路模型；

图9为本发明实施例二提供的音圈马达特性参数获取装置的局部结构图；

图10为本发明实施例三提供的音圈马达特性参数获取方法的流程示意图；

图11为图10中方法流程示意图中步骤的细化流程示意图。

主要元件符号说明

第一端 a

第二端 b

连接端 m

输出端 n

音圈马达(VCM) 10

线圈 11

磁铁组 12

弹片 13

驱动器 20

信号处理器 30

信号放大模块 31

信号处理模块 32

信号转换单元 321

峰值撷取单元 322

周期获取单元 323

分析子单元 3231

抓取电路 3232

镜头 40

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

本发明提供一种音圈马达特性参数获取装置，利用音圈马达本身的机械特性和电性特性，驱动器提供一驱动信号，以驱动音圈马达内的镜头移动，通过信号处理器检测音圈马达上的电压变化计算出音圈马达的特性参数。

实施例一：

本实施例提供的音圈马达10的特性参数获取装置，如图1所示，包括：

音圈马达10，所述音圈马达10包括第一端a和第二端b；

驱动器20，所述驱动器20包括连接端m和输出端n；

其中，第一端a和第二端b中的一者与连接端m电性连接作为检测端，并输出电压信号，另一者与输出端n电性连接；

信号处理器30，与所述音圈马达10的检测端电性连接，用于根据所述检测端的电压信号计算得到所述音圈马达10的特性参数。

在本实施方式中，特性参数为音圈马达10的共振周期和衰减因数。

在本发明实施例中，驱动器20用于通过输出端n给音圈马达10提供驱动信号,音圈马达10根据驱动信号在检测端产生电压变化。在本实施方式中，第二端b接收驱动信号时，第一端a作为检测端，且第一端a的电压根据驱动信号发生变化，该信号处理器30监测第一端a的电压并计算音圈马达10的特性参数。其中，第一端a输出的电压为模拟信号。在其他实施方式中，第一端a接收驱动信号时，第二端b作为检测端，且第二端b的电压根据驱动信号发生变化，该信号处理器30监测第二端b的电压并计算音圈马达10的特性参数。

具体地，在本发明实施例中，上述的驱动信号为一步阶电流，可通过恒流源与可变电阻的组合实现提供。

如图2所示为本实施例提供的音圈马达10的特性参数获取装置的模块示意图。信号处理器30包括信号放大模块31和信号处理模块32。

信号放大模块31用于放大检测端的电压信号。在本实施例中，由于检测端的电压值非常小，为了更好地识别信号，信号放大模块31对检测端的电压进行放大。具体地，在本实施例中，音圈马达10的第一端a连接驱动器20的连接端m(本实施例中为VaIsink端)作为检测端，第二端b连接驱动器20的输出端n(本实施例中为VCMVDD端)，所述信号放大模块31连接于检测端。电压放大的具体幅度可以根据实际的需要进行设定(例如，可根据信号转换单元321的需要，将电压放大到信号转换单元321可以识别的数值范围)，此处不作具体限定。

信号处理模块32用于将放大后的电压转换为检测信号并处理以得到特性参数。信号处理模块32与信号放大模块31电气连接。信号处理模块32包括信号转换单元321、峰值撷取单元322以及周期获取单元323。信号转换单元321与信号放大模块31电气连接，用于将该检测端的电压经过数模转换并滤波后得到检测信号，并输出给峰值撷取单元322和周期获取单元323。其中，检测信号为脉冲信号。周期获取单元323根据经过信号转换单元321输出的检测信号计算得出音圈马达10的共振周期，并进一步输出给峰值撷取单元322，峰值撷取单元322根据经过信号转换单元321输出的检测信号以及周期获取单元323计算得出的共振周期进一步计算得出音圈马达10的衰减因数。

具体地，周期获取单元323，与所述信号转换单元321电气连接，用于获取所述检测信号的周期并将所述周期输出至峰值撷取单元322，所述周期即为所述音圈马达10的共振周期；

峰值撷取单元322，与所述信号转换单元321和所述周期获取单元323电气连接，用于获取所述检测信号的峰值并接收所述周期获取单元323输出的共振周期，根据所述峰值和所述共振周期，计算出所述音圈马达10的衰减因数。

再具体地，所述周期获取单元323包括分析子单元3231和抓取电路3232。其中，分析子单元3231和抓取电路3232电气连接。

其中，所述分析子单元3231对所述检测信号进行分析并输出方波信号。所述抓取电路3232用于抓取所述方波信号的周期作为共振周期并输出至所述峰值撷取单元322和信号处理模块32的连接端。

进一步的，为了方便理解，图3示出了本实施例提供的一种音圈马达10的特性参数获取装置的电路结构，以下将结合图3进行详细阐述：

在图3中，信号放大模块31包括一运算放大器A1及与其连接的多个电阻，其中，该运算放大器A1的同相输入端与检测端连接。该信号放大模块31的组成方式普遍应用于各种形式的电路中，其共用性较强，因此在使用时，无需对整体装置的其他电路部分进行改装，节省了用户的改装时间及费用。

进一步的，如图3所示，分析子单元3231用于根据信号转换单元321输出的检测信号计算上述的检测信号的波形中每相邻的两个波峰之间的斜率并最终输出一方波信号，该方波信号的周期即对应音圈马达10的共振周期，该共振周期进一步输出至峰值撷取单元322。

峰值撷取单元322用于获取上述检测信号的至少两个相邻的峰值并计算得到衰减因数。如图4所示为本发明实施例中检测信号所对应的电压信号的波形示意图。由于随着时间的推移，信号的幅值呈减小的趋势，越靠近后面信号的幅值太小就不易获取或者获取的数值不够精确，因此尽量采取获取靠前的波峰值(即上述的峰值)的方式，但是由于第一个波峰出现的时间前后杂波比较多，则优先选取第二和第三个波峰值，既保证了信号的质量，又保证了信号获取的准确性。其中，音圈马达10的衰减因数为相邻两个波峰值的差与相邻两个波峰出现的时间之差的比值，因此，峰值撷取单元322可以根据其获取到的峰值以及抓取电路3232输出的周期值计算并输出音圈马达10的衰减因数。

应当理解，上述的信号处理方式是根据音圈马达10本身的机械特性和电性特性得出的。现阐述如下：

在本发明实施例中，音圈马达10主要包括线圈11，磁铁组12和弹片13，线圈11通过上下两个弹片13固定在磁铁组12内，当给线圈11通电时，由于电磁感应，线圈11会受力发生位移，带动被锁在线圈11内的镜头40产生位移d(见图5)。正是因为上述的结构，使得音圈马达10具备特定的机械特性和电性特性。

具体的，上述的结构可以建立为一个弹簧-质量-阻尼系统。图6中示出了上述的弹簧-质量-阻尼系统，其中，X(t)表示的镜头40的位移随时间的变化，如图7即镜头40的位移X与时间的函数图象的一个实施例，横轴为时间t，纵轴为位移X。进一步的，根据图6中的弹簧-质量-阻尼系统，分析各个力的方向，可以得到力平衡方程如下：

其中，式(1)中的各个参数意义如下：

c----阻尼系数；

K----弹簧弹性系数；

m----线圈马达音圈马达的质量；

B----磁场强度(T)。

上述的表达式(1)即为音圈马达10的机械特性。

而根据音圈马达10内部的电磁关系，同样可以根据各个力的方向分析(可参考图8)，得到电场平衡方程：

式(2)中的各参数意义解释为：

L：磁场中线圈长度；

R：电阻；

I：驱动信号(步阶电流)；

V：VCM两端的电压信号。

上述的表达式即为音圈马达10的电性特性。

当音圈马达10得到一步阶电流时，则音圈马达10受力开始产生位移，带动镜头40也产生位移，根据上述的力平衡方程(1)可知，此时式(1)中的参数m、c、B、i、L和k皆为定值带入具体数值即可得到镜头40的位移变化率dX(t)/dt，而通过式(2)可知，该位移变化率与音圈马达10两端的电压信号存在特定的函数关系。并且已知镜头40的位移随时间的变化方程可以写成形式：

因此将(3)式带入(2)式，经过计算可得到V(t)的表达式也可写为下述形式：

其中，上述的式(3)和(4)中的e^-at为衰减因数，T_RES为共振周期。因此，根据上述的分析，通过分析V(t)的波形图同样可以获得音圈马达10的共振周期和衰减因数。具体为：该电压信号的波形中，两个相邻的波峰出现的时间差即对应音圈马达10的共振周期，而上述两个相邻的波峰的幅值之差与上述时间差的比值即为音圈马达10的衰减因数。

在本发明第一实施例中，参考图3，在信号处理模块32中，out1和out2可作为用户的测试点，用于判断装置是否正常运作、输出的信号是否合理等，有助于用户及早发现音圈马达10的特性参数获取装置的故障，可以对其进行更及时的把控与调整。

应当理解，本发明实施例提供的音圈马达10的特性参数获取装置可以反复多次地获取共振周期和衰减因数，并计算多个共振周期的平均值以及多个衰减因数的平均值，以提高测量精度。当然，在多次获取的时候若存在明显与其他次数测出的值相差较大的数值可以舍弃掉，视为错误的值，可以不予以考虑。

与现有技术中采用高成本的测量仪器(主要包括镭射位移器)以得到音圈马达特性参数的方式相比较，本发明提供的音圈马达特性参数获取装置，通过监测音圈马达检测端的电压信号，根据上述检测端电压信号的变化计算得出音圈马达的特性参数，解决了如现有技术中依赖昂贵的测量仪器而增加测量成本的问题；并且，相较于现有技术中，本发明提供的音圈马达特性参数进一步缩短了测量时间，有利于提高生产效率。

实施例二：

如图9所示为本发明实施例提供一种音圈马达特性参数获取装置的局部示意图，图9中只示出了与实施例一中的区别部分，以下也只对与实施例一的区别部分进行阐述，其他部分将不再赘述，可参照实施例一中的相关描述。

具体的，本实施例与实施例一的区别在于：音圈马达10、驱动器20与信号处理器30之间的连接方式和信号处理单元的具体电路组成。

参见图9，本实施例中的信号放大模块31为一减法类比电路，由于其为现有技术中普遍应用的电路结构，因此不作过多阐述。而本实施例中，第二端b与连接端m(本实施例中为VaIsink端)连接并作为检测端，第一端a连接输出端n(本实施例中为VCMVDD)，信号放大模块31连接于检测端，用于放大检测端输出的电压信号。

应当理解，本实施例提供的音圈马达特性参数获取装置，其可以实现如实施例一中所述的音圈马达特性参数获取装置的所有有益效果。

实施例三：

如图10所示为本发明实施例提供的音圈马达特性参数获取方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S101，为所述音圈马达10提供驱动信号；

步骤S102，获取所述音圈马达10检测端电压信号；

步骤S103，根据所述检测端电压计算并输出所述音圈马达10的特性参数。在本实施方式中，特性参数为音圈马达10的共振周期和衰减因数。

在本发明实施例中，步骤S101中的驱动信号为一步阶电流，其可以由恒流源与可变电阻的组合实现。为音圈马达10提供步阶电流之后，因为音圈马达10内部的结构特性(具体可参照实施例一中的描述，此处不再赘述)，音圈马达10的检测端会产生电压变化。

如图11所示，上述的步骤S103进一步包括：

步骤S113，将所述电压信号进行放大；

步骤S123，将放大后的所述电压信号转化为与所述电压信号对应的检测信号；

步骤S133，根据所述检测信号计算所述音圈马达10的特性参数。

在本实施例中，音圈马达10检测端的电压信号十分微弱，为了后续对其进行处理计算，需要先对其进行放大处理，具体的放大方式，可采用本领域常用的放大电路来实现，此处不再多作阐述。然后，由于上述的电压信号为模拟信号，需要再将放大之后的电压信号转换为检测信号，以对其中的数据进行获取和处理。进一步的，由于音圈马达10本身的机械特性和电性特性(详见实施例一中相关描述)，音圈马达10检测端的电压信号与其特性参数可以建立关联，则上述的检测信号与音圈马达10的特性参数也存在关联，具体为：两个相邻的波峰出现的时间差即对应音圈马达10的震荡周期，而上述两个相邻的波峰的幅值之差与上述时间差的比值即为音圈马达10的衰减因数。上述的对应关系的理论基础可以参照实施例一中的相关描述，此处不再赘述。

应当理解，本发明第三实施例中提到根据检测信号计算音圈马达10的特性参数，而针对该检测信号与音圈马达10的特性参数的关联关系，可以根据实际需要，采用各种具体的计算方式(包括如实施例一、二中所述的电路)，皆应在本发明的保护范围之内。

与现有技术中采用高成本的测量仪器(主要包括镭射位移器)以得到音圈马达特性参数的方式相比较，本发明提供的音圈马达特性参数获取方法，只需为音圈马达提供一驱动信号，再采集音圈马达两端的电压信号，根据上述采集的电压信号即可计算得出音圈马达的特性参数，解决了如现有技术中依赖昂贵的测量仪器而增加测量成本的问题；并且，现有技术中的测量方式周期也较长，因此本发明提供的音圈马达特性参数获取方法还缩短了测量时间，有利于提高生产效率。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种音圈音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，包括

音圈马达，所述音圈马达包括第一端和第二端；

驱动器，所述驱动器包括连接端和输出端，其中，所述第一端和所述第二端中的其中一者与所述连接端连接并作为检测端，用于接收驱动信号并输出电压信号，另一者与所述输出端连接；以及

信号处理器，与所述检测端电性连接，用于根据所述检测端的电压信号计算得到所述音圈马达的特性参数。

2.如权利要求1所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述特性参数包括所述音圈马达的共振周期和衰减因数。

3.如权利要求1所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述驱动信号为步阶电流。

4.如权利要求1所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述信号处理器包括；

信号放大模块，用于对所述音圈马达输出的电压信号进行放大并将放大后的电压信号输出至信号处理模块；

信号处理模块，与所述信号放大模块连接，用于将所述放大后的电压信号进行处理并获取所述音圈马达的特性参数。

5.如权利要求4所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述第一端连接所述连接端并作为所述检测端，所述第二端连接所述输出端；

所述信号放大模块包括一运算放大器及多个可变电阻。

6.如权利要求4所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述第二端连接所述连接端并作为所述检测端，所述第一端连接所述输出端；

所述信号放大模块为一减法类比电路。

7.如权利要求4所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：

信号转换单元，与所述信号放大模块电气连接，用于将所述放大后的电压信号转换为对应的检测信号；

周期获取单元，与所述信号转换单元电气连接，用于获取所述检测信号的周期并将所述周期输出至峰值撷取单元及所述信号处理模块的连接端，所述周期即为所述音圈马达的共振周期；

峰值撷取单元，与所述信号转换单元和所述周期获取单元电气连接，用于获取所述检测信号的峰值并接收所述周期获取单元输出的周期，根据所述峰值和所述周期，计算出所述音圈马达的衰减因数，并将所述衰减因数输出至所述信号处理模块的连接端。

8.如权利要求7所述的音圈马达特性参数获取装置，其特征在于，所述周期获取单元包括电气连接的分析子单元和抓取电路；

其中，所述分析子单元对所述检测信号进行分析并输出方波信号，所述抓取电路用于抓取所述方波信号的周期并输出至所述峰值撷取单元和所述信号处理模块的连接端。

9.一种音圈马达特性参数获取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

为所述音圈马达提供驱动信号；

获取所述音圈马达检测端电压信号；

根据所述检测端电压信号计算并输出所述音圈马达的特性参数。

10.如权利要求9所述的音圈马达特性参数获取方法，其特征在于，所述为所述音圈马达提供驱动信号的步骤，具体为：

通过一恒流源为所述音圈马达提供步阶电流。

11.如权利要求9所述的音圈马达特性参数获取方法，其特征在于，所述根据所述电压信号计算并输出所述音圈马达的特性参数的步骤，具体包括：

将所述电压信号进行放大；

将放大后的所述电压信号转化为与所述电压信号对应的检测信号；

根据所述检测信号计算所述音圈马达的特性参数。

12.如权利要求9所述的音圈马达特性参数获取方法，其特征在于，所述特性参数包括所述音圈马达的共振周期和所述音圈马达的衰减因数。