专利名称：扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备的制作方法
技术领域：
扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备技术领域[0001]本实用新型涉及测试扬声器音盆杨氏模量和损耗因数的测试设备。
背景技术：
[0002]杨氏模量是固体材料中极其重要的物理量，在宏观上反映物体受外力作用时的抗变形能力，是力学计算中不可缺少的物理量；在微观上能反映材料的结构.所以对杨氏模量的测定历来被人们所重视.一般来说，测定杨氏模量有两种方法，即静态测定法和动态测定法.静态法通常通常用于大变形和常温下，它的缺点是由于载荷大，加载速度慢， 存有弛豫过程，不能真实反映材料内部结构的变化，对于脆性材料(玻璃，陶瓷等)和非常温情况，无法用这种方法测量.同时静态法不能测试材料的损耗因数，用动态法就可以避免这些缺点.动态法常用弯曲横向共振法，[0003]目前扬声器音盆的杨氏模量与损耗因数主要测试方法有以下几种[0004]测量方法(一)。[0005]谐振法。由德国波尔顿 萨克尔道物(C. Bordone · Sacwedote)介绍。测量时， 采用宽30mm、长260mm的纸条，用一个弹簧夹子将它悬挂在一个牢固的支架上，并在支架和夹子之间插入一个压电拾振器，用于指示支架的反作用。在支架下端用一些已知质量的重物来拉紧纸条，在重物下面有一个电磁元件，可以激发这个系统使之振动。当激发频率和系统的一个谐振频率相符时，支架的反作用等于极大值，纸条的杨氏模量为[0006]E= (2 31 )2(p I f 2gs)[0007]式中E-杨氏模量[0008]P——纸条重量；[0009]f-谐振频率；[0010]I——纸条长度；[0011]g——重力加速度；[0012]损耗因数tan Θ为[0013]tan Θ =2. 2/fT[0014]式中tan Θ-损耗因数(有时记为η);[0015]f 谐振频率；[0016]T——振动振幅的混响时间。[0017]此测试纸条长为250mm，对小纸盆就不适合，这个测试纸样从大纸盆上截取。[0018]对杨氏模量的测量表明，在频率50Hz 300Hz的范围内，杨氏模量是一恒量。[0019]其缺点是此方法属于静态法，具有静态法测试杨氏模量的各种缺点，同时此方法不能针对扬声器音盆不均厚和弯曲的特点进行测量，从测量结果看，在同类样品中，杨氏模量值各不相同，而且差别很大。[0020]测量方法(二 )。[0021]测量方法(二)是采用哈纳曼(Hahemann)与海希特(Hecht)设计的电动振动计。[0022]这个振动计有两个线圈，绕在一个与待测纸样连接的线圈架上。这两个线圈都处在环形磁极的磁场中。由声频振荡器输出的励磁电流i通过线圈I而产生一个电动力为[0023]F=B1, L1I1[0024]式中B1——磁通密度；[0025]L1——线圈I导线长度；[0026]线圈2的作用是捡拾和振动系统的速度V成正比的电压u2，则[0027]U2=B2L2V[0028]待测纸样宽b=50mm，长100mm。测量在这个系统谐振时进行。在插入纸条样品并计算出谐振频率的变化后，可测出劲度Sr。[0029]经推导得[0030]Sr = 2b/L3E[0031]由此求出S,即可得杨氏模量E (此处记为E ‘。)。[0032]其缺点是此方法不能针对扬声器音盆不均厚和弯曲的特点进行测量，从测试结果看，此方法也存在结果重复性差，误差大的缺点。[0033]测量方法(三)。[0034]根据莫尔斯(Morse)在《振动与声》中提到的棒振动模式，关爱光等提出用快速傅里叶变换(FFT)测试杨氏模量和损耗因数的方法。[0035]其是采用一端钳紧的棒的振动法，用一扬声器作声源，给扬声器输入一个脉冲信号，激励被测试片振动，把电容拾振器固定极板靠近被测试片，拾取试片的振动信号，通过话筒放大器将信号放大，通过A/D转换器将信号转换成数字信号，再通过FFT，变为时间与频率的关系，从而求出试片的谐振频率为[0036]fm= 0.56 ζ^Ε(Γ/12)/P[0037]式中L1——棒的基频共振频率；[0038]I——棒长度(m);[0039]E-杨氏模量(10 5N/cm2)；[0040]t——棒在振动方向的厚度(cm);[0041]P——棒的密度(g/com3)。[0042]经换算得[0043]E = ^21 ((Jfll4)It2[0044]而损耗因数的测量是用共振法，当读出^并在曲线上找出左、右两个下降3dB的频率点f\、f2,即可求出损耗因数为[0045]Il = (^f1)Zf01[0046]本方法缺陷是本方法采用电容拾振方式.由于扬声器音盆主要是纸类非金属材料，为了达到激振和拾振的目的.需要在传感器一侧贴上金属片或者涂上导电物质，这样会增加试样额外负载，影响了测试结果的精度.另外，本方法未能针对扬声器纸盆不均厚和弯曲的特点进行测量和修正.测试结果有一定的误差。[0047]测量方法(四)。[0048]南京大学沙家正教授在1998年4月提出一种杨氏模量测试方法。[0049]从振膜中剪取一细长条纸片试样，在钳定装置上装好计试片，使试片满足一端钳定、一端自由的边界条件，试片放在强磁场中，试片自由湍粘有两根极细且很柔软的导线， 导线均匀、对称地贴在试片的两面，导线的引出线分别接激振信号源和拾振的电压放大器。 一根导线中接通已经过功率放大器的正弦激励信号，由于通电的导线在磁场中受到力的作用，试片受力作简谐弯曲振动，当激励信号的频率与试片弯曲振动的固有频率一致时，发生共振。因为在磁场中，运动的导线产生电动势，同样位置的另一根导线作捡拾振动用，导线中产生的电动势经过放大器放大，用HP35665A动态信号分析仪得出振动幅度与的关第曲线。当试片发生共振时，导线对应的电动势最大，经过电压放大器，信号进入HP35665A中， 反映在幅度频率曲线上，就是此时对应曲线上的共振峰，这就是把振动信号的测量转换为对电压的测量。由共振峰的中心频率和3dB宽度，可求出扬声器振膜材料的杨氏模量模量 E和损耗因数η。[0050]本方法缺陷是由于本方法需要在扬声器音盆试样上固定导线做为拾振，试片受到额外负载的影响，使测试结果出现误差.同时此方法也不能针对扬声器音盆不均厚和弯曲的特点进行测量，使测试结果出现误差。[0051]测量方法(五)。[0052]1983年中国电子工业部曾经制定了测量扬声器纸浆弹性模量和损耗因数的方法标准.提出了用”四周固定的圆板振动法”来测量纸的杨氏模量，试样为一四周固定的圆板，试样在受信号源(声源)激励振动时，随着频率的增加，表现出不同模式的共振.由拾振器拾取振动信号，并将振动信号转换为电信号，再经放大器放大.由电[平记录器记录其频响曲线，由曲线上求出本征频率F0，根据相关公式即可求出杨氏模量。[0053]在曲线上找出左右下降3DB的两个频率点，Fl和F2，则可根据公式[0054]& =(F2-F1)/F0 求出损耗因数。[0055]本方法缺陷是本方法测试样尺寸比较大，不能直接在扬声器音盆上取样，必须重新抄片，更加不能针对扬声器纸盆不均厚和弯曲的特点进行测量，经多年的实践证明， 该方法测试数据离散性较大，可信度比较低[0056]综上所述，现有的相关测试扬声器音盆杨氏模量与损耗因数的方法，局限于将音盆材料抄成平板纸片后进行测试，从而对音盆的制造材料做出相关定性分析。[0057]然而实际生产中的音盆很多都是具有一定的弯曲弧度，而且音盆各部分不均厚。 由于同一种纸盆材料在抄成音盆的过程中由于抄造工艺的不同，音盆材料的纤维形态和内部结构会发生变化，所成型的纸盆杨氏模量E和损耗因数对比其原材料都会发生相应的变化，所以单纯通过抄平板纸片测试的杨氏模量E和损耗因数只能做为选择音盆材料的一种参考，不能用来指导扬声器参数的设计，否则会造成较大的扬声器设计误差。实用新型内容[0058]为克服上述技术问题，本实用新型提供了一种扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备。[0059]为解决上述技术问题，扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备的技术方案是 扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，包括箱体、扬声器及音盆试样夹具，所述的扬声器安装在箱体上，在箱体上开有通槽，音盆式样夹具安装在位于通槽处的箱体上；还包括三维自动导轨系统、非接触式激光拾振装置及处理器；所述的三维自动导轨系统包括机架、纵向导向杆、纵向驱动装置、滑块、横向导向杆、横向驱动装置、固定座及旋转驱动装置，纵向导向杆安装在机架上，滑块设在纵向导向杆上，纵向驱动装置能驱动滑块沿纵向导向杆纵向运动，横向导向杆设在滑块上，固定座设在横向驱动装置和横向导向杆上，横向驱动装置能带动固定座横向运动，旋转驱动装置安装在固定座上；所述的非接触式激光拾振装置包括位移传感器、放大器及信号转换器，位移传感器安装在旋转驱动装置上，位移传感器将检测到的模拟信号输入到放大器放大后输入到信号转换器中；信号转换器将信号输入到处理器中。通过处理器计算出损耗因数，同时，计算出杨氏模量。[0060] 上述结构，由于设置了三维自动导轨系统，这样，位移传感器能对扬声器音盆试样从顶部到根部连续多个测试点进行测试，位移传感器且在旋转驱动装置的作用下，能寻找到与每个测试点的垂直位置，从而使位移传感器的运动轨迹始终与音盆的弧度保持一致.连续多个点的测试结果最后平均成音盆的平均杨氏模量和损耗因数.这样就解决了测试具有弯曲弧度、不均厚音盆试样的杨氏模量和损耗因数精度不高的技术问题，同时，在同一测试点，通过处理器控制位移传感器对给定的频率段进行连续扫面，从而得到光滑、精确的振幅频率曲线，因此，通过寻找到与测试点的垂直位置，对频率进行连续扫描，则能提高测试盆试样的杨氏模量和损耗因数的精度。[0061 ] 作为具体化，所述的纵向驱动装置包括纵向步进电机、纵向传送丝杆和纵向螺母， 纵向步进电机安装在机架上，纵向传动丝杆与纵向步进电机的输出轴连接，纵向传动丝杆的轴向与纵向导向杆的轴向平行，纵向螺母设在滑块上，纵向传送丝杆与纵向螺母相啮合； 所述的横向驱动装置包括横向步进电机、横向传送丝杆及横向螺母，横向传送丝杆与横向步进电机的输出轴连接，横向传送丝杆的轴线与横向导向杆的轴线平行，横向螺母设在滑块上，横向传送丝杆和横向螺母相啮合，所述的固定座设在横向传送丝杆上。利用传送丝杆和螺母作用驱动装置，并利用导向杆进行导向，则能提高位移的精度，从而进一步提高测试杨氏模量和损耗因素的精度。[0062]作为具体化，在箱体上设有扬声器夹具，扬声器固定在扬声器夹具上。采用箱体作用激振装置，其结构简单，成本低。[0063]作为具体化，通槽设在与扬声器相对的位置；所述的音盆试样夹具包括压板和锁紧螺母，所述的压板通过锁紧螺母安装在位于通槽处的箱体上。上述音盆试样夹具，不仅结构简单，成本低，而且能将音盆试样快速、可靠的夹持在压板和箱体之间，且便于拆卸。[0064]作为改进，在位于通槽的箱体上设有呈阶梯状的对正块。采用对正块，在夹持音盆试样时，能快速的对正，这样，一方面能提高测试的效率，另一方面能保证在长度方向上位移传感器能快速、准确的找到每一测试点，避免因无法找到测试点而影响测试过程。[0065]作为改进，在通槽处沿音盆试样长度方向上设有刻度板，通过刻度板则能快速、方便的测量出音盆试样的长度，便于设置各测试点。
[0066]图I为本实用新型的方框图。[0067]图2为本实用新型的结构示意图。[0068]图3为本实用新型的分解示意图。[0069]图4为箱体的结构图。6[0070]图5为振动级数的曲线图。
具体实施方式
[0071]
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行进一步详细说明。[0072]扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备包括激励声波发生装置、激振装置、音盆试样夹具、三维自动导轨系统、非接触式激光拾振装置、处理器6、控制柜及控制屏7。[0073]所述的激励声波发生装置包括信号发生器I、功放2及扬声器3，信号发生器I产生正弦信号作为激励源，正弦信号的产生及频率段由处理器6控制，正弦信号产生后经功放2放大后输入到扬声器3中，扬声器3产生声压。[0074]如图3和图4所示，激励装置为箱体8，在箱体8上设有扬声器夹具，扬声器3固定在扬声器夹具上。在箱体8上相对于扬声器3处开有通槽81。[0075]如图2和图3所示，音盆试样夹具包括压板91和锁紧螺母92，所述的压板91通过锁紧螺母92安装在位于通槽81上方处的箱体8上，当需要安装音盆试样100时，松开锁紧螺母92，将音盆试样100的上端插入到压板91和箱体8外壁之间，然后拧紧锁紧螺母92 即可，如要拆卸音盆试样100，则松开锁紧螺母92即可。为了能方便、快速的测试音盆试样 100的长度，在箱体8上位于通槽81的一侧安装刻度板10。在安装音盆试样100时，为了能找正，则在箱体8上位于通槽81的底部安装有呈阶梯状的对正块11，这样，一方面能提高测试的效率，另一方面能保证在长度方向上位移传感器能快速、准确的找到每一测试点，避免因无法找到测试点而影响测试过程。[0076]所述的三维自动导轨系统包括机架121、纵向导向杆122、纵向驱动装置、滑块 124、横向导向杆125、横向驱动装置、固定座127及旋转驱动装置。所述的机架121与箱体 8固定连接；纵向导向杆安装在机架121上；所述的纵向驱动装置包括纵向步进电机1231、 纵向传送丝杆1232和纵向螺母，纵向步进电机1231安装在机架121上，纵向传动丝杆1232 与纵向步进电机1231的输出轴连接，纵向传动丝杆1232的轴向与纵向导向杆122的轴向平行，纵向螺母设在滑块124上，纵向传送丝杆1232与纵向螺母相啮合；所述的滑块124 可滑动设在纵向导向杆122上；横向导向杆125设在滑块124上，能在滑块124上滑动；所述的横向驱动装置包括横向步进电机1261、横向传送丝杆1262及横向螺母，横向传送丝杆 1262与横向步进电机1261的输出轴连接，横向传送丝杆1262的轴线与横向导向杆125的轴线平行，横向螺母设在滑块124上，横向传送丝杆1262和横向螺母相啮合，所述的固定座 127通过轴承设在横向传送丝杆1262上，且固定座127还与横向导向杆125固定连接。所述的旋转驱动装置为旋转步进电机，旋转步进电机固定在固定座127上。为了能控制纵向、 横向和旋转的行程，分别设置了纵向、横向和旋转的限位开关。[0077]所述的非接触式激光拾振装置包括位移传感器131、放大器4及信号转换器5，位移传感器131安装在旋转步进电机的输出轴上，通过旋转步进电机能带动位移传感器131 旋转，位移传感器131将检测到的模拟信号输入到放大器4放大后输入到信号转换器5中； 信号转换器5将信号输入到处理器6中，通过处理器6计算出损耗因数，同时，处理器根据公式计算出杨氏模量。[0078]所述的处理器6为CPU，并与控制屏7连接。所述的CPU安装在控制柜中，控制柜中还安装了其他的如功率电源等电器元件，通过功率电源供电。[0079]—种扬声器音盆杨氏模量和损耗因数的测试方法包括；[0080](I)在音盆锥体上截取一长条音盆试样100，音盆试样100的弯曲弧度与音盆锥体上的一致。由于铜片和铝片的杨氏模量值是已知的，所以本方法将铝片和铜片做成弯曲状进行测试，使得测试值与已知值进行比对，来说明利用本实用新型测试设备和测试方法对杨氏模量的测试精度。[0081](2)松开锁紧螺母92，将音盆试样100上端夹入到压板91和箱体8外壁之间，并利用对正块11找正音盆试样100，然后锁紧锁紧螺母92以达到将音盆试样100夹持的目的。[0082](3)在控制屏7中输入相关测试信息，包括测试样品的物理数据、长度、宽度、厚度、重量、测试起始频率和停止频率，试样测试起点和测试终点，试样自上到下需要测试的点数量等。[0083](4)按回复原点键，纵向步进电机1231带动纵向传动丝杆1232旋转，使得滑块124 沿着纵向导向杆122纵向运动，同时,横向步进电机1261带动横向传动丝杆旋转,使固定座 127、横向导向杆125横向运动，且横向驱动装置和固定座127还同滑块124 一起运动，使位移传感器131回复到原点。[0084](5)按开始键，纵向步进电机1231带动纵向传动丝杆1232旋转，使得滑块124沿着纵向导向杆122纵向运动，同时，横向步进电机1261带动横向传动丝杆旋转,使固定座 127、横向导向杆125横向运动，且横向驱动装置和固定座127还同滑块124 —起运动，使位移传感器131找到第一个测试点。[0085](6)通过旋转驱动装置使位移传感器131自动寻找到与该点垂直距离位置。[0086](7)信号发生器I产生正弦信号，然后利用功放2将信号放大到扬声器3的额定工作功率，由扬声器3产生声压,声压通过箱体8使音盆试样100产生简谐振动。[0087](8)位移传感器131在该点连续的扫描给定频率段的所有频率并形成模拟电信号。[0088](9)模拟电信号被输入到放大器4中放大后输入到信号转换器5中,信号转换器5 将模拟电信号转换数字信号输入到CPU中；[0089](10)处理器根据数字信号绘出振幅频率曲线，根据振幅频率曲线计算出损耗因数，并根据公式/n2= % 计算出杨氏模量，其中，/ = S~、A = bd，则丄=#/12，式中， 4π hPA12Aαη为振动级数，E为杨氏模量，P为音盆密度，Itl为音盆试样长度.fn为音盆式样的共振频率，b为音盆试样的宽度，d为音盆式样形成矩形截面的厚度。αη中的η取整数，是基振，h、Ci2…分别表示第1，第2谐振等，如图5所示，其中a为第O级的曲线图，b为第I级的曲线图，c为第2级的曲线图，每一级的^ 可确定出一常数；共振是指一个物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动的情形，此一特定频率称之为共振频率，根据上述记载，在某一测试点上，会对一给定的频率段连续进行扫描，处理器则会绘出连续光滑的振幅曲线，根据振幅曲线处理器能找到最大振幅，从而可确定出共振频率。[0090](11)如要进行下一测试点的测试，则通过纵向驱动该装置和横向驱动装置使位移传感器131找到下一测试点，之后重复上述的步骤(7)至(10)。[0091](12)当测试了多个测试点时，则通过CPU计算所有测试点损耗因数的平均值和杨氏模量的平均值。[0092]日本1987年度出版的理科年表中所列出的铜的杨氏模量为130GPa,招的杨氏模量为70GPa.[0093]将铜片和铝片制成弯曲状，用本方法进行测试.所得所得测试结果铜杨氏模量为 129GPa,铝杨氏模量为72GPa.测试结果与确定值误差在±8%之内，证明了本方法测试的准确性和可行性。9
权利要求1.扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，包括箱体、扬声器及音盆试样夹具，所述的扬声器安装在箱体上，在箱体上开有通槽，音盆式样夹具安装在位于通槽处的箱体上；其特征在于还包括三维自动导轨系统、非接触式激光拾振装置及处理器；所述的三维自动导轨系统包括机架、纵向导向杆、纵向驱动装置、滑块、横向导向杆、横向驱动装置、固定座及旋转驱动装置，纵向导向杆安装在机架上，滑块设在纵向导向杆上，纵向驱动装置能驱动滑块沿纵向导向杆纵向运动，横向导向杆设在滑块上，固定座设在横向驱动装置和横向导向杆上，横向驱动装置能带动固定座横向运动，旋转驱动装置安装在固定座上；所述的非接触式激光拾振装置包括位移传感器、放大器及信号转换器，位移传感器安装在旋转驱动装置上，位移传感器将检测到的模拟信号输入到放大器放大后输入到信号转换器中；信号转换器将信号输入到处理器中。
2.根据权利要求I所述的扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，其特征在于所述的纵向驱动装置包括纵向步进电机、纵向传送丝杆和纵向螺母，纵向步进电机安装在机架上，纵向传动丝杆与纵向步进电机的输出轴连接，纵向传送丝杠的轴向与纵向导向杆的轴向平行，纵向螺母设在滑块上，纵向传送丝杆与纵向螺母相啮合；所述的横向驱动装置包括横向步进电机、横向传送丝杆及横向螺母，横向传送丝杆与横向步进电机的输出轴连接，横向传送丝杆的轴线与横向导向杆的轴线平行，横向螺母设在滑块上，横向传送丝杆和横向螺母相啮合，所述的固定座设在横向传送丝杆上。
3.根据权利要求I所述的扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，其特征在于在箱体上设有扬声器夹具，扬声器固定在扬声器夹具上。
4.根据权利要求3所述的扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，其特征在于通槽设在与扬声器相对的位置；所述的音盆试样夹具包括压板和锁紧螺母，所述的压板通过锁紧螺母安装在位于通槽处的箱体上。
5.根据权利要求I所述的扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，其特征在于在位于通槽的箱体上设有呈阶梯状的对正块。
6.根据权利要求I所述的扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，其特征在于在通槽处沿音盆试样长度方向上设有刻度板。
专利摘要本实用新型公开了扬声器音盆杨氏模量和损耗因数测试设备，包括箱体、扬声器及音盆试样夹具，还包括三维自动导轨系统、非接触式激光拾振装置及处理器；所述的三维自动导轨系统包括机架、纵向导向杆、纵向驱动装置、滑块、横向导向杆、横向驱动装置、固定座及旋转驱动装置；所述的非接触式激光拾振装置包括位移传感器、放大器及信号转换器，位移传感器安装在旋转驱动装置上，位移传感器将检测到的模拟信号输入到放大器放大后输入到信号转换器中；信号转换器将信号输入到处理器中。利用本实用新型的测试设备和测试方法，测试出杨氏模量和损耗因数的精度高。
文档编号H04R29/00GK202818603SQ20122037880
公开日2013年3月20日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者梁乃忠, 王立世, 陈港 申请人:广州市拓煌电声配件科技有限公司