專利名稱：揚(yáng)聲器振膜材料動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量及阻尼測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚(yáng)聲器振膜的測(cè)試儀器，尤其涉及一種揚(yáng)聲器振膜材料動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量 及阻尼測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
揚(yáng)聲器發(fā)聲的主要部件是振膜，而振膜的性能取決于振膜的幾何形狀、振膜的材料 和振膜的加工工藝。當(dāng)振膜的幾何形狀設(shè)計(jì)完成之后，振膜的材料和加工工藝對(duì)揚(yáng)聲器 性能和音質(zhì)有舉足輕重的影響。對(duì)于紙漿類振膜音質(zhì)柔和耐聽，而且工藝成熟、成本低 廉，其音色又為人們所習(xí)慣、接受和認(rèn)可，因此，目前使用最多、應(yīng)用最廣的揚(yáng)聲器振 膜材料仍是紙漿材料，即紙盆。由于振膜材料屬于非金屬材料，且柔性大，對(duì)其材料動(dòng) 態(tài)性能的研究一直是個(gè)難題。已有的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法為了獲得試樣的振動(dòng)信號(hào)，采用在試 樣上粘貼金屬材料的激振拾振方法，操作和調(diào)試復(fù)雜，測(cè)試誤差大，且力學(xué)模型沒(méi)有考 慮紙盆材料的粘彈性特性，而是利用了完全彈性模型，所以沒(méi)有實(shí)際的應(yīng)用。而靜態(tài)法 測(cè)量時(shí)加載速度慢，存有弛豫過(guò)程，不能真實(shí)地反映材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變換。
為了得到音質(zhì)優(yōu)良的揚(yáng)聲器，均要求揚(yáng)聲器同時(shí)具備承受功率大、動(dòng)態(tài)范圍大、失 真小、頻響寬廣平坦和瞬態(tài)響應(yīng)良好的特性。而生產(chǎn)高性能的電聲器件需要有可靠的材 料測(cè)試儀器，通過(guò)測(cè)試獲得材料的動(dòng)態(tài)性能，以指導(dǎo)揚(yáng)聲器紙盆的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。因此， 研發(fā)一種既方便、實(shí)用，又具有較高精度的復(fù)彈性模量及內(nèi)阻尼測(cè)試儀器，可以有效的 指導(dǎo)揚(yáng)聲器振膜的設(shè)計(jì)、研究和實(shí)際生產(chǎn)，為揚(yáng)聲器生產(chǎn)企業(yè)選擇紙盆材料提供依據(jù)， 也可以為新型紙盆材料的開發(fā)提供理論指導(dǎo)，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，釆用非接觸式的激振系統(tǒng)和拾振系統(tǒng)， 被測(cè)材料采用懸臂梁模型，成功研制出一種測(cè)試精度、測(cè)試效率較高的揚(yáng)聲器振膜材料 動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量及阻尼測(cè)試儀。該測(cè)試儀用于輕薄試樣的測(cè)量，完全克服了接觸式測(cè)量 系統(tǒng)與試樣接觸造成的誤差。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種揚(yáng)聲器振膜材料動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量及 阻尼測(cè)試儀，其特征在于包括用于對(duì)被測(cè)試樣產(chǎn)生聲壓激振的激振系統(tǒng)和用于采集、 分析、處理被測(cè)試樣產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的激光拾振系統(tǒng)，所述激振系統(tǒng)包括音頻掃頻信號(hào) 發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器，所述激光拾振系統(tǒng)包括激光傳感器、放大器和裝有采集 卡的計(jì)算機(jī)，所述揚(yáng)聲器和激光傳感器分別置于被測(cè)試樣的兩側(cè)，所述音頻掃頻信號(hào)發(fā) 生器與功率放大器連接，功率放大器與揚(yáng)聲器連接；所述激光傳感器與放大器連接，放 大器與計(jì)算機(jī)里的采集卡連接。
本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是
1. 采用了非接觸的測(cè)量技術(shù)，由于沒(méi)有在試樣上粘貼金屬，保證了試樣的質(zhì)量、剛 度和阻尼不變，測(cè)試精度高，且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，測(cè)試效率高。
2. 本發(fā)明基于材料的粘彈性特性建立了力學(xué)模型(懸臂梁模型)，使得理論模型更 接近試樣真實(shí)的受力情況，從而減小理論帶來(lái)的分析誤差，并通過(guò)模塊化的軟件設(shè)計(jì)， 計(jì)算試樣的復(fù)彈性模量及內(nèi)阻尼，不僅計(jì)算精度高，且測(cè)試、存儲(chǔ)方便。
3.本發(fā)明不但適于為揚(yáng)聲器生產(chǎn)企業(yè)選擇振膜材料提供依據(jù)，也可以為各種研究機(jī) 構(gòu)開發(fā)新型振膜材料提供理論指導(dǎo)。


圖1為本發(fā)明的硬件系統(tǒng)連接框圖并作為摘要附圖； 圖2為軟件模塊及功能方框圖； 圖3為本發(fā)明的幅頻特性曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明硬件系統(tǒng)(見附圖)包括用于對(duì)被測(cè)試樣產(chǎn)生聲壓激振的激振系統(tǒng)和用于采 集、分析、處理被測(cè)試樣產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的激光拾振系統(tǒng)，激振系統(tǒng)包括音頻掃頻信號(hào) 發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器，激光拾振系統(tǒng)包括激光傳感器、放大器和裝有采集卡的 計(jì)算機(jī)，揚(yáng)聲器和激光傳感器分別置于被測(cè)試樣的兩側(cè)，音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器與功率放 大器連接，功率放大器與揚(yáng)聲器連接；激光傳感器與放大器連接，放大器與計(jì)算機(jī)里的
采集卡連接。
音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器采用的是產(chǎn)生正弦信號(hào)的音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器。數(shù)據(jù)采集卡采 集經(jīng)過(guò)激光傳感器檢測(cè)到的試樣的振動(dòng)信號(hào)，該數(shù)據(jù)采集卡可安裝在各種微處理器的插 槽內(nèi)，由微處理器進(jìn)行采樣、存儲(chǔ)、分析處理并通過(guò)顯示屏予以顯示。
動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量和內(nèi)阻尼是指導(dǎo)紙盆研制和生產(chǎn)的重要指標(biāo)，要求儀器測(cè)試精度高， 操作簡(jiǎn)單。為了實(shí)現(xiàn)此目的，必需建立基于計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集和分析系統(tǒng)。信號(hào)源能夠 在低頻段產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦信號(hào)，且通過(guò)功率放大器，產(chǎn)生足夠的功率推動(dòng)揚(yáng)聲器工作以 產(chǎn)生聲壓。
本發(fā)明的工作過(guò)程及工作原理為音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大 器放大，產(chǎn)生一定功率的電信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器振動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)激勵(lì)空氣產(chǎn)生聲壓， 從而驅(qū)動(dòng)試樣振動(dòng)產(chǎn)生位移。試樣的振動(dòng)信號(hào)由激光傳感器檢測(cè)，振動(dòng)位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電壓信號(hào)，并由放大器放大，然后運(yùn)行存在于計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集程序，模擬電壓信號(hào)由 數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行分析處理。
首先建立試樣的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，試樣的力學(xué)模型為懸臂梁模型，被測(cè)試樣1固定 在懸臂梁模型上。將試樣作為粘彈性體，即數(shù)學(xué)模型中考慮試樣的粘性阻尼項(xiàng)，從而推 導(dǎo)出試樣的彈性模量和阻尼的理論計(jì)算公式。
測(cè)試時(shí)，確定基頻所在的頻段，以該頻率區(qū)間為掃頻范圍，對(duì)試樣進(jìn)行逐個(gè)頻率激 振，然后記錄并保存穩(wěn)定振動(dòng)頻率及對(duì)應(yīng)的幅值，繪制幅頻特性曲線，從而計(jì)算試樣的 彈性模量和阻尼。在"數(shù)據(jù)采集"環(huán)境下采集信號(hào)，先調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器至某一頻率，振 模試樣將在該激振源的激勵(lì)下作受迫振動(dòng)，當(dāng)試樣振動(dòng)波形平穩(wěn)時(shí)，記錄此波形，并保 存此時(shí)試樣振動(dòng)的振幅和頻率。然后再調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器改變激振頻率進(jìn)行下一個(gè)頻率的 測(cè)試，直到分析完所有感興趣的頻率范圍內(nèi)的激振頻率，采集完成后，將頻率和振幅以 文本文件格式存儲(chǔ)。
數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析在"數(shù)據(jù)處理"環(huán)境下進(jìn)行，打開指定文件后可在窗口中繪制出 試樣振動(dòng)的幅頻特性曲線圖，并進(jìn)行樣條擬合得到光滑曲線。通過(guò)"力學(xué)性能分析"模 塊進(jìn)行分析運(yùn)算。數(shù)據(jù)運(yùn)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果以報(bào)表的形式表達(dá)，包括測(cè)試試樣的紙漿成份、形
狀尺寸、質(zhì)量密度、譜峰頻率、3dB帶寬、動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量和阻尼系數(shù)。
本發(fā)明的軟件系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)基于模塊化的軟件設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)故障檢測(cè)儀的功
能，使其具有可擴(kuò)展性，主要的功能模塊有
(a) 文件管理
采集和分析得到的數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)，需要保存的數(shù)據(jù)有兩種幅頻特性曲線數(shù)據(jù) 和紙盆材料試樣的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
(b) 信號(hào)采集、顯示
在激振的同時(shí)，利用激光傳感器采集試樣的振動(dòng)時(shí)間歷程，并監(jiān)視振動(dòng)波形，直觀 地判斷振動(dòng)是否已達(dá)到穩(wěn)定。 (C)信號(hào)存儲(chǔ)及分析
記錄試樣在各個(gè)振動(dòng)頻率下的振動(dòng)波形，進(jìn)而分析試樣本身的固有頻率，理論上最 大振幅對(duì)應(yīng)的頻率近似為試樣的固有頻率。分析并存儲(chǔ)試樣振動(dòng)的振幅和相應(yīng)的頻率。 (d)計(jì)算復(fù)彈性模量及內(nèi)阻尼系數(shù)
4打開存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的歷史記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行B樣條數(shù)據(jù)擬和，繪制幅頻特性曲線， 計(jì)算試樣的復(fù)彈性模量和阻尼系數(shù)。
本發(fā)明利用懸臂梁模型，被測(cè)試樣是很細(xì)的一個(gè)試條，其它接觸式測(cè)量手段改變了 試條的質(zhì)量和剛度，測(cè)量誤差大。而靜態(tài)測(cè)量方法則不能反映材料的動(dòng)態(tài)特性。本發(fā)明 采用完全非接觸式的聲壓激振、激光拾振方式，并采用了正弦掃頻激振法。建立了專用 的振動(dòng)臺(tái)和采集分析軟件。本發(fā)明可以應(yīng)用在特種紙、紙盆生產(chǎn)及音箱生產(chǎn)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1、一種揚(yáng)聲器振膜材料動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量及阻尼測(cè)試儀，其特征在于包括用于對(duì)被測(cè)試樣(1)產(chǎn)生聲壓激振的激振系統(tǒng)和用于采集、分析、處理被測(cè)試樣(1)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的激光拾振系統(tǒng)，所述激振系統(tǒng)包括音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器，所述激光拾振系統(tǒng)包括激光傳感器、放大器和裝有采集卡的計(jì)算機(jī)，所述揚(yáng)聲器和激光傳感器分別置于被測(cè)試樣的兩側(cè)，所述音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器與功率放大器連接，功率放大器與揚(yáng)聲器連接；所述激光傳感器與放大器連接，放大器與計(jì)算機(jī)里的采集卡連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于揚(yáng)聲器振膜材料動(dòng)態(tài)復(fù)彈性模量及阻尼測(cè)試儀。該測(cè)試儀包括用于對(duì)被測(cè)試樣產(chǎn)生聲壓激振的激振系統(tǒng)和用于采集、分析、處理被測(cè)試樣產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的激光拾振系統(tǒng)，激振系統(tǒng)包括音頻掃頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器，激光拾振系統(tǒng)包括激光傳感器、放大器和裝有采集卡的計(jì)算機(jī)。揚(yáng)聲器和激光傳感器分別置于被測(cè)試樣的兩側(cè)。本發(fā)明采用了非接觸的測(cè)量技術(shù)，由于沒(méi)有在試樣上粘貼金屬，保證了試樣的質(zhì)量、剛度和阻尼不變，測(cè)試精度高，且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，測(cè)試效率高。本發(fā)明不但適于為揚(yáng)聲器生產(chǎn)企業(yè)選擇振膜材料提供依據(jù)，也可以為各種研究機(jī)構(gòu)開發(fā)新型振膜材料提供理論指導(dǎo)。
文檔編號(hào)G01N29/14GK101520438SQ20091006824
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者盧學(xué)軍, 張吉宏, 偉 殷, 王詩(shī)強(qiáng), 王高升, 許傳峰 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué);天津市中環(huán)電子信息集團(tuán)有限公司;天津中環(huán)真美聲學(xué)技術(shù)有限公司