[发明专利]用于信号转换及在信号间生成预定传输行为的装置和方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及用于将输入信号转换成输出信号以及用于在所述输入信号和所述输出信号之间生成预定传输行为的装置和方法。

背景技术

一般来说，本发明涉及这样的装置和方法：用于识别电磁传感器的非线性模型的参数和用于使用该信息、通过改变该电磁传感器在设计、制造中的属性以及通过利用电控制积极地补偿所述传感器的非期望的属性来校正该传感器在输入信号v和输出信号p之间的传输特性。可以将该电磁传感器分别用作执行器(actuator)(例如，扬声器)或用作具有电输入或输出的传感器(例如，麦克风)。

大多数扬声器、耳机和其他电声设备使用在静态磁场中具有移动音圈的电动力传感器。已经针对这种传感器开发了模型，其为测量和控制应用提供了充分的准确性，例如在US 4,709,391、US 5,438,625、US 4,709,391、US 5,438,625、US 6269318、US 5,523715、DE 4336608、US 5,528,695、US 6931135、US 7372966、US8019088、WO2011/076288A1、EP 1743504、EP 2453670、EP 2398253和DE 10 2012 020 271中所公开的。

将电信号转换成磁信号以及反之亦然的电磁传感器使用在固定位置处的线圈以及经由具有膜片的传动销连接的移动衔铁。这种传感器具有在电动力传感器中未发现的一些期望的属性(例如，高效率)。电磁原理中固有的非线性是信号失真的来源。通过使用利用另外的磁铁的“平衡的”衔铁可以部分地减少该缺点。

简单的失真测量技术揭露了谐波失真和该传感器固有的其他非线性症状。然而，这些测量的结果未给出对非线性传输行为的完整描述，而是取决于激发激励的具体属性。电磁传感器的精确模型需要得到物理原因中更深的洞察力以及针对任何输入信号预测大信号性能。针对电动力传感器开发的理论不适用于电磁传感器。F.V.Hunt在“电声学-对传感及其历史背景的分析”(美国声学学会，纽约、1954，1982)中开发了第一非线性模型，该文利用包含集中参数元件的等效电路描绘了电磁传感器。电感L(x)、传感系数T(x)以及磁刚度K_mag(x)取决于衔铁的位置x。该模型由J.Jensen等在于J.Audio(声音)Eng.Soc.Vol.59,No.3,2011年三月中出版的文章“平衡式衔铁接收机的非线性时域建模”中使用，以通过假定磁场中衔铁的对称静止位置(symmetrical rest position)来预测奇数阶谐波失真的生成。所有参数都从具有没有饱和(saturation)和滞后(hysteresis)的磁材料的理想传感器的几何结构导出。现有技术尚未公开用于识别适用于实际传感器的该模型的自由参数的测量技术。

发明内容

根据本发明，将电磁传感器的非线性模型扩展至考虑衔铁和其他磁材料的饱和和滞后。该扩展的模型通过使用诸如是衔铁位置x和电流i的函数的线圈电感L(x,i)、传导系数T(x,i)和磁刚度K_mm(x,i)之类的集中参数P描述了电磁传感器中非线性信号失真的主要原因。上述非线性参数对应于描述了衔铁中的磁通量φ_A的非线性通量函数f_L(x,i)。

本发明公开了一种测量技术，其通过监控传感器的至少一个状态变量来识别该扩展模型的全部自由参数。对衔铁位置x或其他机械或声音信号的直接测量需要有成本效益的传感器。通过在终端监控电信号以及通过使用该模块来识别机械参数可以减少硬件需求。通过最小化描述了所预测和所测量的状态变量之间的均方差的成本函数来估计该模型的自由参数P的最佳值。可以在复制任意激励的同时，将该测量实现为自适应过程。该测量免除了如在生产环境或在目标应用中发现的环境噪声。通过比较传感器的理论上的和实际的行为，该测量技术评估了建模的准确性。

具有所识别的参数的扩展模型将信号失真的物理原因及其关系揭露成几何机构、组件的材料和由制造中的组装过程导致的问题。存在两个可供替换的方式来使用该信息，以校正传感器的振动和传输行为。

上述参数具有较高的诊断价值，以在发展过程期间评估设计选择。上述信息也对制造和质量控制有用。偏移x_off＝x_s-x_e，例如，是用于调整衔铁的平衡位置x_e的有意义的特征。