用于测量微型扬声器中的隔膜位移和温度的传感器组件制造技术

本发明专利技术题为“用于测量微型扬声器中的隔膜位移和温度的传感器组件”。本文公开了一种包括微型扬声器的微型扬声器组件，该微型扬声器具有顶板、平行于顶板的底板，耦接到顶板或底板中的一者的磁体组件、定位在磁体组件和顶板或底板之间的顺应性构件，以及耦接到顺应性构件的音圈，所述顺应性构件能够操作以响应于声音输入而移位。该组件还包括光学传感器，所述光学传感器耦接到微型扬声器，所述光学传感器具有光发射器和光检测器，所述光发射器和所述光检测器固定地耦接到顶板或底板，并且所述光学传感器能够操作以产生与顺应性构件的位移对应的位移信号和与磁体组件的温度对应的温度信号。

【技术实现步骤摘要】
用于测量微型扬声器中的隔膜位移和温度的传感器组件
本专利技术的一个实施例涉及具有用于测量换能器特性的光学传感器的换能器，更具体地讲，具有用于测量隔膜位移和温度的反射式光学接近传感器的微型扬声器。还描述了其它实施方案并要求对其进行保护。
技术介绍
在现代消费电子产品中，随着数字音频信号处理和音频内容传送的不断改进，音频功能正在发挥越来越大的作用。在这方面，范围广泛的消费电子设备可以从音频性能的改进中受益。例如，智能电话包括例如电声换能器(诸如喇叭扩音器和耳机接收器)，其可以从音频性能的改善中受益。然而，智能手机没有足够的空间容纳更大的高保真声音输出设备。这对于某些便携式个人计算机诸如膝上型电脑、笔记本电脑和平板电脑，并且在较小程度上，对于内置扬声器的台式个人计算机也是如此。许多这些设备使用通常被称为“微型扬声器”的扬声器。微型扬声器是扬声器的小型化版本，使用移动音圈马达驱动声音输出。动圈式电机可包括定位在框架内的隔膜、音圈和磁体组件。此外，与音圈的电连接件通常由从音圈延伸至其他固定部件的电线组成。在一些情况下，希望实时测量和/或监测微型扬声器特性以便对扬声器行为进行建模和预测。然而，由于微型扬声器的相对紧凑性质，将用于测量/监测的电子部件结合到扬声器设计中是很困难的。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方案涉及换能器，该换能器具有用于测量换能器的声音辐射或声音拾取表面(例如隔膜)的位移的传感器。传感器还可操作以测量换能器内的温度。例如，换能器可以是微型扬声器，并且传感器可以是反射式光学传感器。反射式光学传感器可集成在微型扬声器内，使得微型扬声器和光学传感器是单个单元或模块的一部分。例如，在一个实施方案中，光学传感器可沿微型扬声器隔膜的一侧并且与微型扬声器磁体相邻安装，使得其可用于检测隔膜的位移和磁体的芯温度。隔膜位移检测可用于对微型扬声器的行为进行建模和预测。例如，使用位移数据，可以对微型扬声器的非线性进行测量和补偿，并且可实现位移控制算法(例如，防止崩溃)。此外，关于温度检测，光学传感器可包括放置在磁体的例如腔体内的光发射器(例如发光二极管(LED))和光检测器。由于LED与磁体的接近，LED可用于直接测量磁芯温度。具体地讲，已认识到，随着LED的接合温度升高，恒定电流处的LED正向电压(Vf)线性减小。此外，应当理解，LED的接合温度是围绕LED的环境温度的函数。换句话讲，LED的接合温度可被理解为对应于周围磁体的温度。例如，随着磁体温度的增加，LED的接合温度将进一步升高；这将继而导致LED正向电压(Vf)降低。因此，LED的正向电压(Vf)可用于确定微型扬声器内的磁芯温度。磁芯温度可实时检测，并用作扬声器保护系统，防止磁体过热(退磁)。例如，这些实时测量可用于在磁体过热的情况下，降低对扬声器的供电(例如，减小超过温度阈值的音圈信号电压)，以降低磁体的超过其操作极限的温度。此外，温度测量可用作材料/磁体等级选择的设计工具，并且用于在扬声器设计中使磁体等级固定。例如，已认识到NdFeB磁体可用于空间受限的微型扬声器驱动器中，因为按体积来讲它们是最强类型的永久磁体。钕(Nd)、铁(Fe)和硼(B)的基础组合物与若干其他重稀土元素相结合，其主要目的是在一定程度上增加对材料的耐温性。材料成分中包含的这些重稀土元素越多，在材料退磁发生之前磁体可能接触到的温度越高。然而，重稀土元素是高耗能地从矿石中提取出来的，全球范围内拥有有限数量的沉积物并且通常配置在具有铀和钍等放射性材料的沉积物中。因此，不同等级的NdFeB材料可用于针对不同温度性能要求的不同组合物。因此，将适当的磁体等级与换能器应用相匹配以便减少重稀土元素的使用，这是很重要的。因此，能够检测磁体的磁芯温度并降低扬声器功率以避免如本文所公开的过热，允许在不出现过热的情况下使用/选择在成分中几乎没有重金属元素的磁体等级。代表性地，在一个实施方案中，本专利技术涉及一种包括微型扬声器的微型扬声器组件，该微型扬声器具有顶板、平行于顶板的底板，耦接到顶板或底板中的一者的磁体组件、定位在磁体组件和顶板或底板之间的顺应性构件，以及耦接到顺应性构件的音圈，所述顺应性构件能够操作以响应于声音输入(例如，音频信号输入)而移位。该组件还可包括光学传感器，所述光学传感器耦接到微型扬声器，所述光学传感器具有光发射器和光检测器，所述光发射器和所述光检测器固定地耦接到顶板或底板，并且所述光学传感器能够操作以产生与顺应性构件的位移对应的位移信号和与磁体组件的温度对应的温度信号。光发射器能够操作以沿顺应性构件的方向发射光，并且光检测器能够操作以检测从顺应性构件反射的光以产生位移信号。磁体组件可包括形成于其中的腔体，并且光发射器和光检测器可定位在该腔体内。在一些实施方案中，磁体组件、光发射器和光检测器可耦接到微型扬声器的底板。在另一些实施方案中，磁体组件可耦接到微型扬声器的底板，并且光发射器和光检测器可耦接到微型扬声器的顶板。在一些情况下，光学传感器能够操作以检测所述顺应性构件在与光学传感器的线性响应区域对应的距离范围内的位移。组件还可包括电路，该电路能够操作以处理由光学传感器输出的位移信号和温度信号。位移信号可对应于由所述光检测器检测到的光的强度，并且电路能够操作以基于所检测到的所述光的所述强度来测量所述顺应性构件的位移。在一些情况下，光学传感器为第一光学传感器，并且位移信号为指示顺应性构件的第一部分的位移的第一位移信号，组件还包括第二光学传感器，其中第二光学传感器能够操作以输出指示所述顺应性构件的第二部分的位移的第二位移信号，并且电路还能够操作以基于第一位移信号和第二位移信号来检测顺应性构件的倾斜度。在一些实施方案中，温度信号对应于光发射器的正向电压信号，并且电路能够操作以基于正向电压信号来测量磁体组件的温度。此外，电路还能够操作以基于所述磁体组件的所述温度来改变对所述微型扬声器的功率输入以使所述微型扬声器免于过热。另外，电路还能够操作以改变对光学传感器的功率输入，以补偿由于磁体组件的温度所致的光学传感器的输出的变化。在其它实施方案中，本公开涉及一种包括电动扬声器的电动扬声器组件，所述电动扬声器具有顶板、平行于顶板的底板、耦接到顶板或底板中的一者的磁体组件、定位在磁体组件和顶板或底板之间的隔膜，以及耦接到隔膜的音圈，所述隔膜能够操作以响应于声音输入而移位。该组件还可包括光学接近传感器，所述光学接近传感器定位在磁体组件的腔体内，所述光学接近传感器具有能够操作以沿隔膜的方向发射电磁辐射的光束的发光二极管(LED)和能够操作以检测来自隔膜的电磁辐射的光束的反射的光检测器。LED和光检测器可固定地定位在底板上，使得它们位于同一平面上。磁体组件的腔体可位于磁体组件的中心内。在一些情况下，光学接近传感器能够操作以基于电磁辐射的光束的反射来检测隔膜的位移。此外，光学接近传感器能够操作以检测磁体组件的温度。在另一个实施方案中，光学接近传感器能够操作以检测隔膜的倾斜度。在其他实施方案中，本专利技术涉及包括换能器的换能器组件，所述换能器具有磁体组件、悬置在磁体组件之上的顺应性构件，以及耦接到顺应性构件的音圈，所述顺应性构件能够操作以响应于声音输入而移位。该组件还可包括耦接到微型扬声器的反射式光学传感器，所述反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型扬声器组件，包括：微型扬声器，所述微型扬声器具有顶板、平行于所述顶板的底板、耦接到所述顶板或所述底板中的一者的磁体组件、定位在所述磁体组件和所述顶板或所述底板之间的顺应性构件，以及耦接到所述顺应性构件的音圈，所述顺应性构件能够操作以响应于声音输入而移位；以及光学传感器，所述光学传感器耦接到所述微型扬声器，所述光学传感器具有光发射器和光检测器，所述光发射器和所述光检测器固定地耦接到所述顶板或所述底板，并且所述光学传感器能够操作以产生与所述顺应性构件的位移对应的位移信号和与所述磁体组件的温度对应的温度信号。

【技术特征摘要】
2017.05.22 US 15/601,9311.一种微型扬声器组件，包括：微型扬声器，所述微型扬声器具有顶板、平行于所述顶板的底板、耦接到所述顶板或所述底板中的一者的磁体组件、定位在所述磁体组件和所述顶板或所述底板之间的顺应性构件，以及耦接到所述顺应性构件的音圈，所述顺应性构件能够操作以响应于声音输入而移位；以及光学传感器，所述光学传感器耦接到所述微型扬声器，所述光学传感器具有光发射器和光检测器，所述光发射器和所述光检测器固定地耦接到所述顶板或所述底板，并且所述光学传感器能够操作以产生与所述顺应性构件的位移对应的位移信号和与所述磁体组件的温度对应的温度信号。2.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，其中所述光发射器能够操作以沿所述顺应性构件的方向发射光，并且所述光检测器能够操作以检测从所述顺应性构件反射的光以产生所述位移信号。3.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，其中所述磁体组件包括形成于其中的腔体，并且所述光发射器和所述光检测器定位在所述腔体内。4.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，其中所述磁体组件、所述光发射器和所述光检测器耦接到所述微型扬声器的所述底板。5.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，其中所述磁体组件耦接到所述微型扬声器的所述底板，并且所述光发射器和所述光检测器耦接到所述微型扬声器的所述顶板。6.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，其中所述光学传感器能够操作以检测所述顺应性构件在与所述光学传感器的线性响应区域对应的距离范围内的位移。7.根据权利要求1所述的微型扬声器组件，还包括：电路，所述电路能够操作以处理由所述光学传感器输出的所述位移信号和所述温度信号。8.根据权利要求7所述的微型扬声器组件，其中所述位移信号对应于由所述光检测器检测到的光的强度，并且所述电路能够操作以基于所检测到的所述光的所述强度来测量所述顺应性构件的位移。9.根据权利要求7所述的微型扬声器组件，其中所述光学传感器为第一光学传感器，并且所述位移信号为指示所述顺应性构件的第一部分的位移的第一位移信号，所述微型扬声器组件还包括第二光学传感器，其中所述第二光学传感器能够操作以输出指示所述顺应性构件的第二部分的位移的第二位移信号，并且其中所述电路还能够操作以基于所述第一位移信号和所述第二位移信号来检测所述顺应性构件的倾斜度。10.根据权利要求7所述的微型扬声器组件，其中所述温度信号对应于所述光发射器的正向电压信号，并且所述电路能够操作以基于所述正向电压信号来测量所述磁体组件的温度。11.根据权利要求10所述的微型扬声器组件，其中所述电路还能够操作以基于所述磁体组件的所述温度来改变对所述微型扬声器的功率输入以使所述微型扬声器免于过热。12.根据权利要求10所述的微型扬声器组件，其中所述电路还能够操作以改变对所述光学传感器的功率输入，以补偿由于所述磁体组件的所述温度所致的所述光学传感器的输出的变化。13.一种电动扬声器组件，包括：电动扬声器，所述电动扬声器具有顶板、平行于所述顶板的底板、耦接到所述顶板或所述底板中的一者的磁体组件、定位在所述磁体组件和所述顶板或所述底板之间的隔膜，以及耦接到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·B·奎克，S·P·波特，R·B·霍根，陶红丹，S·C·布朗，C·维尔克，N·A·约翰宁斯梅尔，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US