CN202261797U - 一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试*** - Google Patents

Abstract

一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，包括主控制单元、音频信号输出单元、调制放大单元、电压电流检测单元和阻抗检测单元，所述的电压电流检测单元和阻抗检测单元的信号输入端采集被测件单元的相应待测信号，电压电流检测单元和阻抗检测单元的检测信号输出端与主控单元的对应信号输入端相连，主控单元的控制信号输出端与音频信号输出单元的对应控制信号输入端相连，音频信号输出单元的激励信号输出端与调制放大单元的对应信号输入端相连，调制放大单元的输出端与被测件单元的对应激励信号输入端相连。本***在可靠性试验过程中，通过压电陶瓷扬声器的多通道动态容抗、感抗特性检测，提高了检测的精度和可靠性。

Description

一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***

技术领域

 本实用新型涉及一种扬声器的可靠性测试***，准确地说是一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***。

背景技术

电脑、手机等便携式电子产品已成为目前人们生活必不可少的一部分，而扬声器作为这些电子产品中的关键部件，发挥着重要的作用。扬声器俗称为喇叭，它是一种将电能转换为声能的电声器件。扬声器的种类很多，虽然它们的工作方式不同，但最终都是通过产生机械振动推动周围的空气，使空气介质产生波动从而实现“电-力-声”的转换。现在大量应用在高保真音响方面的扬声器大多都是电动式扬声器。其它的较为常见的还有静电式，平板式、压电陶瓷片等几种。

其中，压电陶瓷片是利用压电效应工作，既可以作发声元件又可以作接收声音的元件。而且它很便宜，生日卡上的发声元件就是它。压电陶瓷片是在园形铜底板上涂覆了一层厚约1mm的压电陶瓷，再在陶瓷表面沉积一层涂银层，涂银层和铜底板就是它的两个电极。压电陶瓷有一个奇妙的特性－压电效应：如将它弯曲，它的表面就会出现异种电荷，如反向弯曲，电荷的极性也会相反。如果在压电陶瓷片的两个电极上施加一定的电压，它就会发生弯曲，当电压方向改变时，弯曲的方向也随之改变。利用压电效应，有了一种声－电，电声转换的两用器件，可以当话筒用：对压电陶瓷片讲话，使它受到声波的振动而发生前后弯曲，当然人的眼睛分辨不出这种弯曲，在压电陶瓷片的两电极就会有音频电压输出。相反地，把一定的音频电压加在压电陶瓷片的两极，由于音频电压的极性和大小不断变化，压电陶瓷片就会产生相应的弯曲运动，推动空气形成声音，这时候，它又成了喇叭。

压电陶瓷扬声器是近年得到广泛使用的一种新型电声器件，但针对这种新型的电声器件的专用可靠性测试设备仍然是个空白，传统的扬声器可靠性测试设备一般仅检测扬声器工作电流的变化，而不能判别由于压电陶瓷容抗异常变化而导致的失效现象。

目前，超薄型压电陶瓷扬声器主要应用在一些新型的便携式电子产品中，其可靠性测试问题亟待解决。 

压电陶瓷扬声器可靠性试验所要完成的是在标准规定的时间内，对接受试验的压电陶瓷扬声器施加规定强度的功率音频信号，并在整个的试验过程中，动态地实时检测每个压电陶瓷扬声器的电性能变化。对于通常的动圈式扬声器而言，线圈呈现一个固定的电阻特性，不随所施加的音频信号频率的变化而改变，所以，在传统的扬声器可靠性试验中，仅检测扬声器的开路和短路的极端情况。而压电陶瓷扬声器呈现的是一个电容的容抗特性，其容抗随着施加的音频信号频率的变化而变化，其变化量直接影响到扬声器的输出音频特性，因此，只有全过程实时检测压电陶瓷扬声器的容抗指标，与理想的特性曲线相比较，才能真正地判别出压电陶瓷扬声器的试验结果。

发明内容

本实用新型的目的是针对压电陶瓷扬声器与传统的扬声器所完全不同的构造，电性能特点等，目前无法测试其可靠性的问题，提出一种通过检测电压、电流和电阻来检测压电陶瓷扬声器可靠性的***。

本实用新型的技术方案是： 

一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，包括主控制单元、音频信号输出单元、调制放大单元、被测件单元、电压电流检测单元和阻抗检测单元，所述的电压电流检测单元和阻抗检测单元的信号输入端作为可靠性测试***的信号采集端采集被测件单元的相应待测信号，电压电流检测单元和阻抗检测单元的检测信号输出端与主控单元的对应信号输入端相连，主控单元的控制信号输出端与音频信号输出单元的对应控制信号输入端相连，音频信号输出单元的激励信号输出端与调制放大单元的对应信号输入端相连，调制放大单元的输出端与被测件单元的对应激励信号输入端相连。

本实用新型的主控制单元与存储单元连接，主控制单元的信号输入端与键控单元的对应输出端连接，主控单元的显示信号输出端与显示单元的对应输入端相连。

本实用新型的音频信号输出单元包括多个音源和多路开关一，多个音源与多路开关一的对应信号输入端连接，多路开关一的控制信号输入端与主控制单元的对应信号输出端连接，多路开关一的输出与调制放大单元的对应信号输入端相连。

本实用新型的多个音源包括外部音源、正弦波音源和方波音源，所述的正弦波音源和方波音源通过频率控制模块控制所输出的正弦波和方波的频率、扫速及频宽。

本实用新型的调制放大单元包括D/A调节模块、乘法器、多路开关二、N个功率放大器和N组双刀双掷切换开关，控制乘法器的D/A调节模块的控制信号输入端与主控制单元的对应信号输出端相连，乘法器的参考输入端与音频信号输出单元的对应激励信号输出端相连，D/A调节模块的控制信号输入端与乘法器的控制信号输出端相连，D/A调节模块控制的乘法器的信号输出端与多路开关二的对应信号输入端相连，多路开关二的信号输出端与对应的N个功率放大器连接，各功率放大器均分别通过每一路相应的双刀双掷切换开关与各压电陶瓷扬声器连接，并施加相应的激励信号。

本实用新型的电压电流检测单元包括多路电压取样模块、多路电流取样模块、电压程控放大模块、电流程控放大模块、多路开关四和A/D转换模块一， 多路电压取样模块的各信号输入端分别与各功率放大器的信号输出线路连接，多路电流取样模块的各信号输入端分别与各压电陶瓷扬声器串联的电流取样电阻Rs的非接地端相连接，多路电压取样模块的信号输出端与电压程控放大模块的对应信号输入端连接，多路电流取样模块的信号输出端与电流程控放大模块的对应信号输入端连接，电压程控放大模块和电流程控放大模块的信号输出端分别与多路开关四的对应输入端连接，多路开关四的信号输出端与A/D转换模块一的信号输入端连接，A/D转换模块一的信号输出端与主控制单元的对应信号输入端连接。

本实用新型的阻抗检测单元包括阻抗检测模块、低频正弦信号源、电压/电流分解模块、多路开关五、多路开关三、程控放大模块、矢量分解模块和A/D转换模块二，阻抗检测单元模块通过每一路双刀双掷切换开关分时切换到对应扬声器两端来进行阻抗检测，其中低频正弦信号源提供激励信号驱动扬声器，电压/电流分解模块作为信号采集端负责采集电压/电流信号，电压/电流分解模块的电压、电流信号输出端与多路开关五的对应信号输入端连接，多路开关五的输出依次串接程控放大模块和矢量分解模块，矢量分解模块的各信号输出端与多路开关三的对应信号输入端连接，多路开关三的信号输出端与A/D转换模块二的对应信号输入端连接，A/D转换模块二的信号输出端与阻抗检测模块的信号输入端连接，阻抗检测模块的控制信号端与主控制单元的控制信号端双向连接，阻抗检测模块的多个控制信号输出端分别连接低频正弦信号源、电压/电流分解模块、多路开关五、多路开关三、程控放大模块和矢量分解模块的对应信号输入端。

本实用新型的低频正弦信号源与多组双刀双掷切换开关之间串接驱动模块和源电阻。

本实用新型的可靠性测试***由电源模块供电，包括数字电源、模拟电源和功率放大器电源。

本实用新型的有益效果：

本***由多个通道的功率信号源组成，信号可编程设定，在设定的时间段内，驱动压电陶瓷扬声器工作，同时***随时检测压电陶瓷扬声器在工作过程中的容抗变化，根据这一变化，判定压电陶瓷扬声器的音频工作特性是否符合。在可靠性试验过程中，通过压电陶瓷扬声器的多通道动态容抗、感抗特性检测，提高了检测的精度和可靠性。随着国家对电声行业投入的加大，该项目产品的用量将进一步增加，推动该产品实现国产化，具有较好的社会经济效益。

本实用新型集成了压电陶瓷扬声器性能测量和可靠性试验于一台设备上，由于传统的扬声器可靠性试验设备不具有对压电陶瓷扬声器性能实时检测的功能，所以不能判别可靠性试验过程由于压电陶瓷容抗异常变化而导致的失效现象，本项目将有效的解决这一问题。

本实用新型采用了DDS数字合成的正弦波和方波信号源，可精密的产生多个通道、多种特性的音频扫频信号，相对于模拟方式的信号源，更具有精密、稳定、可控的特点。

本实用新型***软件上对可靠性试验过程中的数据进行了分析处理，并通过LCD屏幕直观地显示出来，也可通过RS-232/RS-485通讯接口传输到PC做进一步的处理。

附图说明

图1是本实用新型原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型为一种多通道的扬声器可靠性测试***，包括主控制单元、音频信号输出单元、调制放大单元、被测件单元、电压电流检测单元和阻抗检测单元。

本实用新型的音频信号输出单元包括多个音源和多路开关一；调制放大单元包括D/A调节模块、乘法器、多路开关二、多个功率放大器和多组双刀双掷切换开关；电压电流检测单元包括多路电压取样模块、多路电流取样模块、电压程控放大模块、电流程控放大模块、多路开关四和A/D转换模块一；阻抗检测单元包括阻抗检测模块、低频正弦信号源、电压/电流分解模块、多路开关五、多路开关三、程控放大模块、矢量分解模块和A/D转换模块二。 

工作时，主控制单元通过音频信号输出单元产生符合要求的音频扫频信号，经多路开关施加到连接在N路功放上的每个扬声器上，多路取样单元实时采集试验扬声器上的工作电流，并判断扬声器是否过流或开路故障。

阻抗测量单元通过N组双刀双掷切换开关连接被测扬声器的两端，分时扫描测量被测扬声器的阻抗状态。

该平台的试验要求既要符合EIA-426-B国际扬声器测试标准，又要符合超薄型压电陶瓷扬声器的性能特点，因此，该项目的研发将集成压电陶瓷器件测试***，多通道、多类型测试信号源***和可靠性试验软件综合***，组成一个专业性极强，高效率、高可靠性的综合性试验设备。

1、超薄型压电陶瓷扬声器可靠性试验所要完成的是在标准规定的时间内，对接受试验的压电陶瓷扬声器施加规定强度的功率音频信号，并在整个的试验过程中，动态地实时检测每个压电陶瓷扬声器的电性能变化，对于通常的动圈式扬声器而言，线圈呈现一个固定的电阻特性，并不随所施加的音频信号的频率变化而改变，所以，在传统的扬声器可靠性试验中，仅需检测扬声器的开路和短路的极端情况。而压电陶瓷扬声器呈现的是一个电容的容抗特性，其随着施加的音频信号频率变化而变化，其变化量直接影响到扬声器的输出音频特性，因此，只有全过程实时检测压电陶瓷扬声器的容抗指标，与理想的特性曲线相比较，才能真正地判别出压电陶瓷扬声器的试验结果。

2、在扬声器的寿命检测方面，传统的扬声器寿命试验仪一般是针对试验扬声器的不同阻抗和功率要求，给出一个特定的试验信号，在整个的试验过程中，除了对因扬声器短路可能对试验仪器的损伤进行检测外，对扬声器在整个试验过程中的电性能参数变化并不进行实时的检测；而超薄型压电陶瓷扬声器与传统的动圈扬声器有很大的差异。它们表现为一个容性负载，而不是阻性负载。在不同的试验信号作用时，随着其容性负载的变化，其等效阻抗也在不断地变化，因此，在这种负载的情况下，对试验信号的要求也就更为苛刻，需要符合一下两个要求:

(1)一个能满足负载在整个音频区域以近乎短路和接近开路的变化状态的可靠的扫频信号源；信号源的频率和幅度满足EIA-426-B国际扬声器测试标准所要求的精度；

(2)在整个试验过程中，能对超薄型压电陶瓷扬声器的整个试验过程进行检测，并对整个过程中的试验数据进行记录，分析。

在上述几个方面，本实用新型的多路压电陶瓷扬声器可靠性试验仪是一款多通道、多功能功率试验设备。内置正弦波及方波扫频信号发生器，此外还配有两个外接信号输入通道， 多路压电陶瓷扬声器可靠性试验仪能充分满足中小功率压电陶瓷扬声器和各种通信用受话器老化试验的技术要求，其技术指标符合国家相关技术标准。

基本技术指标如下： 

1．接口部分 

最大可接入路数： 20路，分两组，通道1-10为一组，通道11-20为另一组，各组试验参数可独立设置。 

老化试验时间： 0.1 - 999.9h，可任意设定。 

无故障时间： 20路同时监测，自动记录并显示。

状态判断： 开路、短路或容抗过度变化。 

故障警告： 面板上的20路LED显示有故障通道位置。 

人机界面： 320×240液晶屏显示，键盘输入，中英文界面。 

远程控制接口： 计算机远程控制，RS-485，可同时监控多台功率试验仪的工作状态，最大控制距离大于100米。 

2.信号发生器部分 

正弦波信号发生器： 

测试频率范围： 20Hz - 20,000Hz 

频率准确度： ±0.01% 

频率稳定性: 优于60ppm 

总谐波失真（THD）： ≤0.5%  1kHz 

可选择扫频功能： 每倍频程96点，扫频时间可选 

3.外接信号源输入: 

两路BNC输入，可通过面板选择。 

4.功率放大器部分: 

20路独立功率放大器 

每路最大输出功率： 15W 

最大总输出功率： ≥300W 

频率响应： 20 - 20,000Hz（±1dB） 

总谐波失真（THD）： ≤0.01%  1W 

输出阻抗： ≤0.15Ω 

负载阻抗： 4 - 500Ω 

输出电压可调节范围： 0.5 - 10V（调节精度为0.1V） 

5.其他 :

工作电压： ~220V±10%，2A 

工作环境温度： 5 - 40℃ 

储存环境温度： 0 - 60℃ 

外形尺寸： 483mm×445mm×190mm 标准19”上架机箱。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是它包括主控制单元、音频信号输出单元、调制放大单元、被测件单元、电压电流检测单元和阻抗检测单元，所述的电压电流检测单元和阻抗检测单元的信号输入端作为可靠性测试***的信号采集端采集被测件单元的相应待测信号，电压电流检测单元和阻抗检测单元的检测信号输出端与主控单元的对应信号输入端相连，主控单元的控制信号输出端与音频信号输出单元的对应控制信号输入端相连，音频信号输出单元的激励信号输出端与调制放大单元的对应信号输入端相连，调制放大单元的输出端与被测件单元的对应激励信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的主控制单元与存储单元连接，主控制单元的信号输入端与键控单元的对应输出端连接，主控单元的显示信号输出端与显示单元的对应输入端相连。

3.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的音频信号输出单元包括多个音源和多路开关一，多个音源与多路开关一的对应信号输入端连接，多路开关一的控制信号输入端与主控制单元的对应信号输出端连接，多路开关一的输出与调制放大单元的对应信号输入端相连。

4.根据权利要求3所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的多个音源包括外部音源、正弦波音源和方波音源，所述的正弦波音源和方波音源通过频率控制模块控制所输出的正弦波和方波的频率、扫速及频宽。

5.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的调制放大单元包括D/A调节模块、乘法器、多路开关二、N个功率放大器和N组双刀双掷切换开关，控制乘法器的D/A调节模块的控制信号输入端与主控制单元的对应信号输出端相连，乘法器的参考输入端与音频信号输出单元的对应激励信号输出端相连，D/A调节模块的控制信号输入端与乘法器的控制信号输出端相连，D/A调节模块控制的乘法器的信号输出端与多路开关二的对应信号输入端相连，多路开关二的信号输出端与对应的N个功率放大器连接，各功率放大器均分别通过每一路相应的双刀双掷切换开关与各压电陶瓷扬声器连接，并施加相应的激励信号。

6.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的电压电流检测单元包括多路电压取样模块、多路电流取样模块、电压程控放大模块、电流程控放大模块、多路开关四和A/D转换模块一， 多路电压取样模块的各信号输入端分别与各功率放大器的信号输出线路连接，多路电流取样模块的各信号输入端分别与各压电陶瓷扬声器串联的电流取样电阻Rs的非接地端相连接，多路电压取样模块的信号输出端与电压程控放大模块的对应信号输入端连接，多路电流取样模块的信号输出端与电流程控放大模块的对应信号输入端连接，电压程控放大模块和电流程控放大模块的信号输出端分别与多路开关四的对应输入端连接，多路开关四的信号输出端与A/D转换模块一的信号输入端连接，A/D转换模块一的信号输出端与主控制单元的对应信号输入端连接。

7.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的阻抗检测单元包括阻抗检测模块、低频正弦信号源、电压/电流分解模块、多路开关五、多路开关三、程控放大模块、矢量分解模块和A/D转换模块二，阻抗检测单元模块通过每一路双刀双掷切换开关分时切换到对应扬声器两端来进行阻抗检测，其中低频正弦信号源提供激励信号驱动扬声器，电压/电流分解模块作为信号采集端负责采集电压/电流信号，电压/电流分解模块的电压、电流信号输出端与多路开关五的对应信号输入端连接，多路开关五的输出依次串接程控放大模块和矢量分解模块，矢量分解模块的各信号输出端与多路开关三的对应信号输入端连接，多路开关三的信号输出端与A/D转换模块二的对应信号输入端连接，A/D转换模块二的信号输出端与阻抗检测模块的信号输入端连接，阻抗检测模块的控制信号端与主控制单元的控制信号端双向连接，阻抗检测模块的多个控制信号输出端分别连接低频正弦信号源、电压/电流分解模块、多路开关五、多路开关三、程控放大模块和矢量分解模块的对应信号输入端。

8.根据权利要求7所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的低频正弦信号源与多组双刀双掷切换开关之间串接驱动模块和源电阻。

9.根据权利要求1所述的用于压电陶瓷扬声器的可靠性测试***，其特征是所述的可靠性测试***由电源模块供电，包括数字电源、模拟电源和功率放大器电源。

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