CN203057476U - 一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，包括头戴式扼架和连接在头戴式扼架两端的耳机听筒，在头戴式扼架的内部设置了弹性钢片，在内置弹性钢片上安置了测力传感器，所述测力传感器通过检测所述内置弹性钢片的形变状态，获得一个与弹性钢片形变相关的信息，经测量电路处理后输出一个开关信号给开关模块，该开关模块根据该开关信号进行自动开关控制。本实用新型可以对头戴式耳机进行开关智能控制，戴在头上时自动开机，摘下时自动关断，提高用户使用的方便性，同时也可以减少不必要的电耗。

Description

一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机

技术领域

本实用新型涉及一种头戴式耳机，特别涉及一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机。

背景技术

耳机是影音设备和通讯设备中广泛使用的个人声音播放设备，将音源信号转换成声音以供用户接听。在结构形式上，耳机分为耳塞式耳机和头戴式耳机，耳塞式耳机体积小、重量轻，需要塞入耳道使用；头戴式耳机通常由挂架和两个内藏发声设备的耳罩式听筒组成，体积也比较大，两个耳罩罩在耳廓上，声音传入耳道。耳罩还可以隔绝外部噪声，获得最好的声音效果。

耳机工作时需要电信号驱动来产生声音信号的，在发声情况下会涉及较大的功率消耗，在不使用或者将耳机从头戴状态取下时，最好能将耳机关掉，以便节省电力。无论是在耳机上设置开关，或者是将耳机从音源插孔中拔下，都涉及到人的操作，当用户忘记操作开关或者忘记将耳机从音源插孔中拔出，就会使耳机一直处于工作状态。

对于有独立电源供电的耳机，特别是具有蓝牙，降噪功能类型的耳机，这方面的问题尤为明显，如果不加控制，耳机的电源会产生大量的无谓消耗。通常，会在耳机设备上设置机械开关，通过操纵设置在耳机设备上的开关，可以使耳机在工作和待机（开/关）模式之间切换，如果用户忘记操作这一开关，就有可能使设备长期处于工作状态，持续地消耗电力。

中国专利200610074142.8公开了一种针对耳塞式耳机的的智能开关控制系统，利用耳塞插入耳道时，具有导电性的耳塞头与人体的接触，产生在耳机内部设置的电容传感器的信号变化，通过这一信号变化，判断听筒是否已插入用户耳道内或者已从其中移除，相应地控制耳机处于开启或待机状态。这种方法，可以大大提高用户使用的方便性。耳机塞入即开启，耳机取出即关闭，但这种技术是针对耳塞式耳机系统使用。

中国专利201120181855.0公开了一种针对头戴式耳机的智能开关控制系统，该技术在耳机听筒上设置了人体接近感应装置，当耳机戴在头上时，感应检测电路检测到耳机与人体的接近，判断耳机已经处于使用状态，即控制音频电路打开。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，利用头戴式耳机在使用时扼架内的弹性元件会因耳机的张开而产生弹性变形的现象，引入一种传感器检测扼架的变形状态，据此判断耳机是否在使用，然后自动开启或关闭该耳机的电源，提供一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，包括头戴式扼架和连接在所述头戴式扼架两端的耳机听筒，在头戴式扼架的内部安置了弹性钢片，在所述弹性钢片上设置了测力传感器；耳机戴在头上时，两侧耳机听筒张开使得所述弹性钢片产生弹性变形，进而产生适度的弹性恢复力使耳机可靠地贴紧头部和耳廓；所述测力传感器通过检测所述内置弹性钢片的形变状态，获得一个与弹性钢片形变相关的信息，经测量电路处理后输出一个开关信号给开关模块，该开关模块根据该开关信号进行自动开关控制。

在本实用新型所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机中，所述测力传感器可以是一组电阻应变片，所述电阻应变片贴在所述弹性钢片上；所述一组电阻应变片包括至少一个敏感用电阻应变片，该敏感用电阻应变片的敏感方向与所述弹性钢片受力后的应力方向一致，用于检测所述弹性钢片表面产生的弹性变形；所述一组电阻应变片组成测量电桥接入测量电路；该测量电路通过检测测量电桥输出的电压变化监测所述耳机听筒的受力变化，进而判断耳机的使用状态，控制开关模块实施正确的开关控制。

在本实用新型所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机中，所述测力传感器可以是一个单独的电阻应变片，沿所述弹性钢片受力后的应力方向贴在所述弹性钢片上，所述电阻应变片接入测量电路；该测量电路通过检测所述电阻应变片的电阻变化监测所述所述耳机听筒的受力变化，进而判断耳机的使用状态，控制开关模块实施正确的开关控制。

在本实用新型所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机中，所述测力传感器可以是一个独特的全桥电阻应变片，所述全桥电阻应变片相邻桥臂的两个电阻应变片敏感方向相互垂直，所述全桥电阻应变片相对桥臂的两个电阻应变片敏感方向一致，，且与另外一对桥臂的两个电阻应变片敏感方向垂直；将所述全桥电阻应变片取其一个电阻应变片的敏感方向沿所述弹性钢片受力后的应力方向贴在所述弹性钢片上，所述全桥电阻应变片接入测量电路，得到与所述耳机听筒的受力大小相一致的差动电桥输出。

在本实用新型所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机中，所述测量控制电路包括放大器、模数转换器、微控制器和开关模块等。

在本实用新型所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机中，所述测力传感器可以设置于所述弹性钢片的外表面。也可以设置于所述弹性钢片的内表面。在弹性钢片的内表面和外表面，应力变化方向不同，但其变化的情况都可以作为耳机是否处于使用状态的判断依据。

实施本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，具有以下有益效果：利用在头戴式耳机的头戴式扼架内部的弹性片上的测力传感器检测耳机听筒所受到作用力，感测耳机的戴上或取下动作，据此判断耳机是否戴在用户头上，从而可以对头戴式耳机进行开关智能控制，耳机戴在头上就打开，取下即关闭，不需要人为操作开关，大大提高用户使用的方便性，减少不必要的电能损耗，达到方便、节能的效果。

附图说明

图1是本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机在自由状态下的结构示意图；

图2是本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机戴在头上时的受力示意图；

图3a是本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机的头戴式扼架内部的弹性钢片受力示意图；

图3b是本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机的测量传感器示意图；

图4a是本实用新型基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机的用做测力传感器的电阻应变片的第一实施例结构示意图；

图4b是本实用新型基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机的用做测力传感器的电阻应变片的第二实施例结构示意图；

图5是本实用新型的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机的电路示意图；

其中：

100—头戴式扼架

200—耳机听筒

300—引线

400—接插头

101—头戴式扼架内的弹性钢片

102—测力传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，在本发明所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机在自由状态下的结构示意图，包括头戴式扼架100、连接在该头戴式扼架100两端的耳机听筒200；该头戴式耳机可通过引线300以及接插头400连接音源（该音源可以是电脑、手机、笔记本、MP3等）；该头戴式耳机还可以通过无线方式连接音源，即在该头戴式耳机中增加无线收发模块接收音源传送的音频信号，不需要引线300和接插头400，但相应的，需要在音源端配备无线收发模块。

为了保证头戴式耳机戴在头上稳定牢靠，使用时不松脱，应保证在戴到头上时对使用者头部（耳廓）有一定的压紧力，反过来，当耳机戴在头上时，人的耳廓对耳机听筒有一定的反作用力，使两侧耳机听筒趋于张开，这一作用力的实现，技术上是通过在耳机的扼架中设置弹性钢板来实现，自由状态下，两个耳机听筒靠的比较近，扼架内的弹性钢板处于自由状态，内部没有应力；当戴在头上时，两个耳机听筒间距被拉开，人的头部（耳廓）对两个听筒的作用力传递到头戴式扼架内的弹性钢板上，使其发生弯曲形变。依据力学理论，当一个长条形弹性体受到弯曲载荷作用时，在其上下表面会发生伸长或缩短的弹性应变。显然，耳机戴在头上与其扼架内的弹性板受张力作用发生弹性弯曲变形是共同发生的，通过采用某种测量手段，测出这一张力或者变形，就可以感知耳机的使用状态。

如图2所示，当该头戴式耳机戴在头上时，两侧耳机听筒200会受到耳廓对听筒200的作用力F的作用使该头戴式耳机的扼架100有张开的趋势。

如图3a和图3b所示，在该头戴式耳机的扼架100内安置有一个弹性钢片101，在该弹性钢片101上设置了测力传感器，该测力传感器通过检测内置弹性钢片的形变状态，获得一个与弹性钢片形变相关的信息，经测量电路处理后输出一个开关信号给开关模块，该开关模块根据该开关信号进行自动开关控制。具体的，该测力传感器是电阻应变片102；该电阻应变片102可设置于弹性钢片101的外表面或者内表面，或者在外表面和内表面均贴有电阻应变片。该电阻应变片102测量弹性钢片101在张力作用下的变形大小。

弹性钢片101采用具有良好弹性的钢材料制造，在弹性钢片的表面适当位置沿扼架受力后的应变发生方向贴上电阻应变片构成测力传感器，实时测量两个耳机听筒所受到的力的大小，根据实际结构中变形和作用力大小的对应关系，选择一定的载荷门限，当检测到两个耳机听筒所受到的作用力高于设定门限时，判定耳机已经戴在头上，及时打开音频电路开关开启耳机；反之，若检测到两个耳机听筒所受到的作用力低于设定门限时，判定耳机已经从头上取下，处于自由状态，及时关闭耳机。

该测量传感器可以是一组电阻应变片102，该电阻电阻应变片贴在弹性钢片上；所述一组电阻应变片包括至少一个敏感用电阻应变片，该敏感用电阻应变片的敏感方向与弹性钢片受力后的应力方向一致，用于检测弹性钢片表面产生的弹性变形；该一组电阻应变片组成测量电桥接入测量电路；该测量电路通过检测测量电桥输出的电压变化监测所述耳机听筒的受力变化，进而判断耳机的使用状态，控制开关模块实施正确的开关控制。

在本实用新型中，通过测量弹性钢片表面的应变，来测量弹性钢片所受到的力；电阻应变片在电学原理上是一个可变电阻，应变敏感元件是一个敏感丝栅，电阻应变片通过专用的胶贴于弹性体表面后，与弹性钢体固结在一起，弹性钢体受力作用后表面的应变导致电阻应变片的丝栅伸长或缩短，电阻随之发生变大或变小，接入测量电路后测量电阻的变化即可间接测量弹性钢体所受载荷的大小。

如图4a所示，电阻应变片102可以是单片式电阻应变片。

如图4b所示，电阻应变片102也可以是全桥式电阻应变片。

如图5所示，电阻应变片102通过引线连接成一个惠斯登电桥接入测量电路，电桥的差动输出端B和C接入差动放大电路先进行信号放大，之后经过A/D变换由微控制器进行采样、计算，分析耳机听筒200所受到的载荷F是否超过预先设定的门限，据此作出是否开启或关闭耳机的判断。

如图5所示，用于电阻应变信号测量的电桥由四个桥臂RAB、RBD、RAC、RCD组成，在电桥的一对节点A和D上施加一个稳定电压VE，在电桥的另一对节点B和C输出差动电压（VB-VC）。电桥的四个桥臂中的任意一个的电阻发生变化，都会反映在差动输出电压（VB-VC）的变化上。

作为本实用新型的第一个实施例，用于测力的电阻应变片102设计成图4b所示的全桥电阻应变片，为了实现差动输出信号，四个桥臂中RAB和RCD设计为敏感片，另两个桥臂RBD和RAC的丝栅敏感方向与RAB和RCD相互垂直，为非敏感片。贴敷到所属弹性钢片101上时，两个敏感桥臂RAB和RCD的丝栅敏感方向（即丝栅长度方向）与所述弹性钢片101受力后的应力方向一致，另两个桥臂RBD和RAC的丝栅敏感方向与所述弹性钢片101受力后的应力方向相垂直。当耳机戴在头上时，所述弹性钢片101受到外张力F的作用产生弯曲变形，外表面沿弧线长度方向产生压缩变形，两个敏感桥臂RAB和RCD的丝栅缩短，电阻值变小；另外两个桥臂RBD和RAC的丝栅方向因与受力方向垂直，无应变产生，电阻值未发生改变。反映在图5所示的电桥中，RAB和RCD变小、RBD和RAC不变，导致VB增大、VC降低，差动输出变化。通过检测这一变化，可以检测两侧耳机听筒上所受到的力F的大小。

作为本实用新型的第二个实施例，所述测力电阻应变片102也可以采用如图4a所示的单片式电阻应变片，贴敷到所属弹性钢片101上时，电阻RAB随两侧耳机听筒上所受到的力F的大小改变，所述单片式电阻应变片RAB与另外三个电阻值与之相等的固定电阻RBD、RAC、RCD组成如图5所示侧测量电桥，节点电压VB将随两侧耳机听筒上所受到的力F的大小改变，另一个节点电压VC将保持恒定，差动输出（VB-VC）提供微控制器测量和判断两侧耳机听筒上所受到的力F的大小，实现对耳机开关的智能控制。

显而易见，在同样的电阻应变片结构和激励电压VE条件下，第一实施例所获得信号强度将比第二实施例的信号强度高一倍，对于测量电路的要求会略低。

本实用新型的智能控制方法的关键是在所述弹性钢片101上合理设计敏感电阻应变片102的结构和贴敷位置，以获得良好的电桥输出信号变化用于测量和判断。当所述弹性钢片101受图3a所示外张作用力F作用时，弹性钢片101发生向外的弯曲变形，外表面受压应力，内表面受拉应力。为实现本实用新型的智能控制功能，也可以采用在内表面贴敷电阻应变片102，甚至在内表面和外表面都贴敷电阻应变片102，以期获得更强的电桥差动信号输出。但是不管采用何种结构和何种数量以及何种方式在所述弹性钢片101上贴敷电阻应变片102，都属于本实用新型所提出的头戴式耳机开关智能控制方法的细化，通过检测所述头戴式耳机的听筒200所受到的作用力F的大小来判断耳机是否戴在头上，据此进行开关的智能控制。

综上所述，尽管本实用新型通过具体实施例对本实用新型的技术进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例的描述，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域一般技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，包括头戴式扼架和连接在所述头戴式扼架两端的耳机听筒，其特征在于：在头戴式扼架的内部安置了弹性钢片，在所述弹性钢片上设置了测力传感器；耳机戴在头上时，两侧耳机听筒张开使得所述弹性钢片产生弹性变形，进而产生适度的弹性恢复力使耳机可靠地贴紧头部和耳廓；所述测力传感器通过检测所述内置弹性钢片的形变状态，获得一个与弹性钢片形变相关的信息，经测量电路处理后输出一个开关信号给开关模块，该开关模块根据该开关信号进行自动开关控制。

2.如权利要求1所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于：所述测力传感器是一组电阻应变片，所述电阻应变片贴在所述弹性钢片上；所述一组电阻应变片包括至少一个敏感用电阻应变片，该敏感用电阻应变片的敏感方向与所述弹性钢片受力后的应力方向一致，用于检测所述弹性钢片表面产生的弹性变形；所述一组电阻应变片组成测量电桥接入测量电路；该测量电路通过检测测量电桥输出的电压变化监测所述耳机听筒的受力变化，进而判断耳机的使用状态，控制开关模块实施正确的开关控制。

3.如权利要求1所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于：所述测力传感器是一个单独的电阻应变片，沿所述弹性钢片受力后的应力方向贴在所述弹性钢片上，所述电阻应变片接入测量电路；该测量电路通过检测所述电阻应变片的电阻变化监测所述所述耳机听筒的受力变化，进而判断耳机的使用状态，控制开关模块实施正确的开关控制。

4.如权利要求1所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于：所述测力传感器是一个独特的全桥电阻应变片，所述全桥电阻应变片相邻桥臂的两个电阻应变片敏感方向相互垂直，所述全桥电阻应变片相对桥臂的两个电阻应变片敏感方向一致，且与另外一对桥臂的两个电阻应变片敏感方向垂直；将所述全桥电阻应变片取其一个电阻应变片的敏感方向沿所述弹性钢片受力后的应力方向贴在所述弹性钢片上，所述全桥电阻应变片接入测量电路，得到与所述耳机听筒的受力大小相一致的差动电桥输出。

5.根据权利要求1所述基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于，所述测量电路包括放大器、与放大器连接模数转换器、与模数转换器连接的微控制器，所述微控制器与开关模块连接。

6.根据权利要求1所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于，所述测力传感器设置于所述弹性钢片的外表面。

7.根据权利要求1所述的基于张力检测的智能开关控制头戴式耳机，其特征在于，所述测力传感器设置于所述弹性钢片的内表面。

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