CN112083330A - 一种测量音圈马达参数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种测量音圈马达参数的装置及方法，马达驱动模块连接音圈马达，用于激励音圈马达振荡并产生反电动势信号，差分信号放大模块连接音圈马达，用于稳定的放大音圈马达产生的反电动势信号，MCU控制模块连接音圈马达、马达驱动模块和差分信号放大模块，用于控制马达驱动模块产生对音圈马达的激励，也为差分信号放大模块提供参考电压，并采集音圈马达振荡至稳定所产生的反电动势电压数据，据此计算音圈马达的阻尼系数和振荡周期。本发明结构简单，操作方便，成本低，误差小，能够快捷、准确的测量计算出所需的阻尼因子以及振荡周期。

Description

一种测量音圈马达参数的装置及方法

技术领域

本发明涉及集成电路的控制和音圈马达的控制，尤其涉及一种测量音圈马达参数的装置及方法。

背景技术

音圈马达的阻尼通常被用于计算其被激励后能快速达到稳定状态的速度。阻尼测量可以使用包括阻尼因子、阻尼比、损耗因子、阻尼容量等不同的术语来描述。阻尼测量可以用于评估摄像头模组的对焦速度，获得阻尼因子后可控制马达驱动芯片更快的完成手机、照相机等镜头的对焦，为拍照摄像控制提供最优的方案。

目前音圈马达的阻尼测量主要使用激光测试工具，通过激励音圈马达后，使用激光测距仪来感知其机械位移振荡变化，最后将激光仪器中的数据导出来人工计算其阻尼因子，该方法操作繁琐，并且批量使用时不可能针对每一个马达去测量其参数。

发明内容

本发明提供一种测量音圈马达参数的装置及方法，结构简单，操作方便，成本低，误差小，能够快捷、准确的测量计算出所需的阻尼因子以及振荡周期。

为了达到上述目的，本发明提供一种测量音圈马达参数的装置，包含：MCU控制模块，马达驱动模块，和差分信号放大模块；

所述马达驱动模块连接音圈马达，用于激励音圈马达振荡并产生反电动势信号，所述差分信号放大模块连接音圈马达，用于稳定的放大音圈马达产生的反电动势信号，所述MCU控制模块连接所述音圈马达、马达驱动模块和差分信号放大模块，用于控制所述马达驱动模块产生对所述音圈马达的激励，也为所述差分信号放大模块提供参考电压，并采集所述音圈马达振荡至稳定所产生的反电动势电压数据，据此计算音圈马达的阻尼系数和振荡周期。

所述MCU控制模块连接所述马达驱动模块，控制所述马达驱动模块产生电流信号；

所述马达驱动模块的电压端口连接所述音圈马达的正极，给音圈马达提供电源，所述马达驱动模块的电流输出端与所述音圈马达的负极相连，通过输出电流信号产生对音圈马达的激励；

所述音圈马达负极同时连接到所述MCU控制模块的第一模数转换接口及所述差分信号放大模块的输入端，所述差分信号放大模块将反电动势信号放大；

所述MCU控制模块同时通过数模转换接口与所述差分信号放大模块的参考电压输入接口相连，给差分信号放大模块提供差分放大的参考电压；

所述MCU控制模块通过第二模数转换接口与所述差分信号放大模块的输出接口相连，采样放大后的反电动势电压数据，计算出阻尼系数和振荡周期。

所述MCU控制模块，所述马达驱动模块和所述差分信号放大模块集成在一个印制电路板中，通过夹具与音圈马达相连。

本发明还提供一种测量音圈马达参数的方法，包含以下步骤：

MCU控制模块控制马达驱动模块输出一个阶跃电流信号给音圈马达，所述的阶跃电流信号激励音圈马达使之振荡起来，音圈马达在磁场中上下振荡切割磁感线会产生反电动势电压信号，待音圈马达稳定后，MCU控制模块通过第一模数转换接口采集音圈马达输出的反电动势电压值Z；

MCU控制模块通过数模转换接口输出与反电动势电压值Z相同大小的电压给差分信号放大模块，作为差分信号放大模块的基准电压，差分信号放大模块会放大音圈马达产生的反电动势电压信号；

MCU控制模块通过第二模数转换接口采集并存储放大后的反电动势电压信号Y，根据反电动势电压信号Y计算音圈马达的阻尼系数ζ和振荡周期T。

所述计算阻尼系数的方法包含：

其中，ζ为阻尼因子，X₁为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第一个波峰值，X_n+1为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第n个波峰的值，n大于0且小于马达稳定前的总振荡次数，Y为音圈马达振荡产生的反电动势电压稳定后的值。

所述振荡周期计算的方法包含：

T＝m*T₀

其中，T为振荡周期，m为稳定后的反电动势电压波形中两个相邻波峰之间的采样次数，T₀为最小采样时间。

本发明结构简单，操作方便，成本低，误差小，能够快捷、准确的测量计算出所需的阻尼因子以及振荡周期。

附图说明

图1为本发明提供的一种测量音圈马达参数的装置的电路图。

图2为本发明使用示波器测量经过放大后的音圈马达感应电动势信号示意图。

图3为马达振荡所产生的反电动势电压的振荡波形图。

图4为本发明使用峰峰值来计算阻尼系数的示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种测量音圈马达参数的装置，包含：MCU控制模块10，马达驱动模块30，和差分信号放大模块20。

其中，所述的马达驱动模块30用于激励音圈马达(VCM)40振荡并产生反电动势信号，所述的差分信号放大模块20用于稳定的放大音圈马达(VCM)40产生的反电动势信号，所述的MCU控制模块10用于控制马达驱动模块30产生对音圈马达(VCM)40的激励，也为差分信号放大模块20提供参考电压，并采集音圈马达振荡至稳定所产生的反电动势电压数据，据此计算音圈马达的阻尼系数和振荡周期。

在本发明的实施例中，所述的MCU控制模块10的型号为STM32F103，所述的马达驱动模块30的型号为GT9764，所述的差分信号放大模块20的型号为AD620AR。所述的MCU控制模块10，马达驱动模块30和差分信号放大模块20集成在一个印制电路板中，通过夹具与音圈马达相连。所述的MCU控制模块10负责总体的控制，MCU控制模块10通过I2C总线与马达驱动模块30的I2C接口相连，控制马达驱动模块30产生电流信号，所述的马达驱动模块30的电压端口连接所述音圈马达(VCM)40的正极，给其提供电源，所述马达驱动模块30的电流输出端与所述音圈马达(VCM)40的负极相连，通过输出电流信号产生对音圈马达(VCM)40的激励，该电流信号作用于马达实现对镜头的前后移动控制以完成对焦的功能，激励产生后音圈马达会上下振荡从而在它的负极产生反电动势，音圈马达(VCM)40负极同时连接到所述的MCU控制模块10的第一模数转换接口ADC1及所述的差分信号放大模块20的输入端，放大模块会将反电动势信号放大方便后续数据的采集，所述的MCU控制模块10同时通过数模转换接口DAC与所述的差分信号放大模块20的参考电压输入接口相连，给差分信号放大模块20提供差分放大的参考电压，所述的差分信号放大模块20主要为放大音圈马达40被激励后的反电动势振荡信号，因音圈马达40振荡时输出的动态信号幅度很小，无法直接用于测量计算，因此设计了差分信号放大模块20用于稳定的放大电动势信号，并且保证放大后的振荡信号不超过MCU控制模块10所能采样的最大范围，所述的MCU控制模块10通过第二模数转换接口ADC2与所述的差分信号放大模块20的输出接口相连，通过A/D采样放大后的反电动势电压数据，最后对采样得到的振荡数据进行算法处理计算出阻尼系数和振荡周期。

本发明还提供一种测量音圈马达参数的方法，包含以下步骤：

步骤S1、MCU控制模块控制马达驱动模块输出一个阶跃电流信号给音圈马达，所述的阶跃电流信号激励音圈马达使之振荡起来，音圈马达在磁场中上下振荡切割磁感线会产生反电动势电压信号，产生的反电动势电压信号如图1中波形1所示；

步骤S2、待音圈马达稳定后，MCU控制模块通过第一模数转换接口采集音圈马达输出的反电动势电压值Z；

步骤S3、MCU控制模块通过数模转换接口输出与反电动势电压值Z相同大小的电压给差分信号放大模块，作为差分信号放大模块的基准电压；

步骤S4、重复步骤S1的操作，差分信号放大模块会放大音圈马达产生的反电动势电压信号，经过放大的反电动势电压信号如图1中波形2所示；

步骤S5、MCU控制模块通过第二模数转换接口采集并存储放大后的反电动势电压信号，如图2所示，所述的反电动势电压信号的波形为一个阻尼振荡波形；

步骤S6、MCU控制模块计算音圈马达的阻尼系数ζ和振荡周期T；

如图3中所示，MCU控制模块通过计算找到振荡波形的第一个波峰值X₁，第n个波峰值X_n+1，以及稳定后的反电动势电压值Y，计算对数衰减系数δ：

阻尼系数ζ公式为：

将式(1)代入式(2)中可得到，

由式(3)可计算出音圈马达的阻尼系数ζ，其中，ζ为阻尼因子，X₁为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第一个波峰值，X_n+1为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第n个波峰的值，n大于0且小于马达稳定前的总振荡次数，Y为音圈马达振荡产生的反电动势电压稳定后的值；

振荡周期T为：

T＝m*T₀ (4)

其中，m为稳定后的反电动势电压波形中两个相邻波峰之间的采样次数，T₀为最小采样时间。

在本发明的实施例中，将音圈马达通过夹具固定在装置上后，以上的步骤都通过MCU控制模块自动连续的完成，最终输出阻尼系数ζ和振荡周期T。

如图4所示，以n等于3来举例说明，将n＝3代入式(3)可得

本发明结构简单，操作方便，成本低，误差小，能够快捷、准确的测量计算出所需的阻尼因子以及振荡周期。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种测量音圈马达参数的装置，其特征在于，包含：MCU控制模块，马达驱动模块，和差分信号放大模块；

所述马达驱动模块连接音圈马达，用于激励音圈马达振荡并产生反电动势信号，所述差分信号放大模块连接音圈马达，用于稳定的放大音圈马达产生的反电动势信号，所述MCU控制模块连接所述音圈马达、马达驱动模块和差分信号放大模块，用于控制所述马达驱动模块产生对所述音圈马达的激励，也为所述差分信号放大模块提供参考电压，并采集所述音圈马达振荡至稳定所产生的反电动势电压数据，据此计算音圈马达的阻尼系数和振荡周期。

2.如权利要求1所述的测量音圈马达参数的装置，其特征在于，所述MCU控制模块连接所述马达驱动模块，控制所述马达驱动模块产生电流信号；

所述马达驱动模块的电压端口连接所述音圈马达的正极，给音圈马达提供电源，所述马达驱动模块的电流输出端与所述音圈马达的负极相连，通过输出电流信号产生对音圈马达的激励；

所述音圈马达负极同时连接到所述MCU控制模块的第一模数转换接口及所述差分信号放大模块的输入端，所述差分信号放大模块将反电动势信号放大；

所述MCU控制模块同时通过数模转换接口与所述差分信号放大模块的参考电压输入接口相连，给差分信号放大模块提供差分放大的参考电压；

所述MCU控制模块通过第二模数转换接口与所述差分信号放大模块的输出接口相连，采样放大后的反电动势电压数据，计算出阻尼系数和振荡周期。

3.如权利要求2所述的测量音圈马达参数的装置，其特征在于，所述MCU控制模块，所述马达驱动模块和所述差分信号放大模块集成在一个印制电路板中，通过夹具与音圈马达相连。

4.一种利用如权利要求1-3中任意一项所述的测量音圈马达参数的装置来测量音圈马达参数的方法，其特征在于，包含以下步骤：

MCU控制模块控制马达驱动模块输出一个阶跃电流信号给音圈马达，所述的阶跃电流信号激励音圈马达使之振荡起来，音圈马达在磁场中上下振荡切割磁感线会产生反电动势电压信号，待音圈马达稳定后，MCU控制模块通过第一模数转换接口采集音圈马达输出的反电动势电压值Z；

MCU控制模块通过数模转换接口输出与反电动势电压值Z相同大小的电压给差分信号放大模块，作为差分信号放大模块的基准电压，差分信号放大模块会放大音圈马达产生的反电动势电压信号；

MCU控制模块通过第二模数转换接口采集并存储放大后的反电动势电压信号Y，根据反电动势电压信号Y计算音圈马达的阻尼系数ζ和振荡周期T。

5.如权利要求4所述的测量音圈马达参数的方法，其特征在于，所述计算阻尼系数的方法包含：

其中，ζ为阻尼因子，X₁为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第一个波峰值，X_n+1为采样得到的稳定后的反电动势电压波形的第n个波峰的值，n大于0且小于马达稳定前的总振荡次数，Y为音圈马达振荡产生的反电动势电压稳定后的值。

6.如权利要求4所述的测量音圈马达参数的方法，其特征在于，所述振荡周期计算的方法包含：

T＝m*T₀

其中，T为振荡周期，m为稳定后的反电动势电压波形中两个相邻波峰之间的采样次数，T₀为最小采样时间。

Images