振动单元位移检测方法、状态检测电路、设备以及介质与流程

1.本发明涉及线性马达技术领域，尤其涉及一种振动单元位移检测方法、状态检测电路、设备以及介质。


背景技术：

2.线性马达(linear resonant actuator，lra)凭借其振感强烈、丰富、清脆，能耗低等优点，已经广泛应用于电子设备的各种振动场合。
3.线性马达的振动单元的位移可通过位移检测组件检测得到，但是在线性马达内设置位移检测组件会导致马达内部接线复杂、可靠性降低、体积、重量和成本的增加。
4.为此，需要一种振动单元位移检测方法，以在不使用检测位移检测组件的情况下检测振动单元的位移状态。
5.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种振动单元位移检测方法、状态检测电路、设备以及介质，旨在解决线性马达使用位移检测组件时影响线性马达结构的技术问题。
7.为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种振动单元位移检测方法，方法包括：
8.当线性马达的振动单元振动时，获取线性马达的当前电流和当前电压；
9.基于当前电流、当前电压以及线性马达的模型参数，获得振动单元的当前速度；
10.根据当前速度和历史速度，确定振动单元的速度信息；
11.对振动单元在前半周期起始时刻至当前时刻内的速度信息进行积分，得到振动单元的当前位移，其中，前半周期起始时刻为上一速度极值对应的时刻。
12.在一实施例中，对当前速度进行积分，并将当前速度的积分值作为振动单元的当前位移之后，方法还包括：
13.判断当前速度是否为速度极值；
14.若当前速度为速度极值，则将当前速度的积分值清零，并将当前位移确定为初始位置处。
15.在一实施例中，判断当前速度是否为速度极值，包括：
16.将当前速度分别和至少一个第一速度以及至少一个第二速度进行对比；其中，第一速度为前半周期起始时刻至当前时刻内任一时刻对应的速度，第二速度为当前时刻至后半周期起始时刻内任一时刻对应的速度，其中，后半周期起始时刻为下一速度极值对应的时刻；
17.若至少一个第一速度和至少一个第二速度均小于或等于当前速度时，或者至少一个第一速度和至少一个第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
18.在一实施例中，将当前速度分别和至少一个第一速度以及至少一个第二速度进行对比，包括：
19.将当前速度分别和上一时刻对应的上一第一速度以及下一时刻对应的下一第二速度进行对比；
20.若至少一个第一速度和至少一个第二速度均小于或等于当前速度时，或者至少一个第一速度和至少一个第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值，包括：
21.若上一第一速度和下一第二速度均小于或等于当前速度时，或者上一第一速度和下一第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
22.在一实施例中，线性马达与驱动模块连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动；
23.对振动单元在前半周期起始时刻至当前时刻内的速度信息进行积分，得到振动单元的当前位移之后，方法还包括：
24.判断当前位移的绝对值是否大于或者等于预设预警位移；
25.若绝对值大于或者等于预设预警位移，则向驱动模块发送调整信号，以使驱动模块响应于调整信号，调整线性马达的实时驱动电压，以减小振动单元在当前振动周期的最大振幅。
26.在一实施例中，模型参数包括直流电阻和磁场强度；
27.基于当前电流、当前电压以及线性马达的模型参数，获得振动单元的当前速度，包括：
28.基于当前电流、当前电压、直流电阻、磁场强度和预设公式，获得振动单元的当前速度；其中，预设公式为：
[0029][0030]
其中，v为当前速度，i为当前电流，u为当前电压，bl为磁场强度，r为直流电阻。
[0031]
第二方面，本发明还提供了一种状态检测电路，包括：
[0032]
电流检测模块，用于与线性马达连接，以检测线性马达的当前电流；
[0033]
电压检测模块，用于与线性马达连接，以检测线性马达的当前电压；
[0034]
处理模块，处理模块分别与电流检测模块和电压检测模块连接，用于当线性马达的振动单元振动时，获取线性马达的当前电流和当前电压；基于当前电流、当前电压以及线性马达的模型参数，获得振动单元的当前速度；根据当前速度和历史速度，确定振动单元的速度信息；对振动单元在前半周期起始时刻至当前时刻内的速度信息进行积分，得到振动单元的当前位移，其中，前半周期起始时刻为上一速度极值对应的时刻。
[0035]
在一实施例中，线性马达与驱动模块连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动；
[0036]
处理模块与驱动模块连接；
[0037]
处理模块，还用于判断当前位移是否大于或者等于预设预警位移；若当前位移大于或者等于预设预警位移，则向驱动模块发送调整信号，以使驱动模块响应于调整信号，调整线性马达的实时驱动电压，以减小振动单元在当前振动周期的最大振幅。
[0038]
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：
[0039]
线性马达；
[0040]
驱动模块，驱动模块与线性马达连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动；以及
[0041]
如上述的状态检测电路。
[0042]
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有振动单元状态检测程序，振动单元状态检测程序被处理器执行时实现如上述的振动单元位移检测方法。
[0043]
本发明提出的一种振动单元位移检测方法、状态检测电路、设备以及介质，该方法通过检测线性马达的当前电压和当前电流，结合线性马达的模型参数解算出振动单元的当前速度，对速度信息进行积分得到振动单元的当前位移。由此，该方法通过电压和电流观测得到振动单元的位移，避免引入位移传感器等位移检测组件，从而避免了位移传感器安装带来的接线复杂、可靠性降低、体积、重量和成本的增加等问题，降低了线性马达的成本。
附图说明
[0044]
图1为本本技术状态检测电路第一实施例的结构示意图；
[0045]
图2为本技术振动单元位移检测方法第一实施例的流程示意图；
[0046]
图3为本技术振动单元位移检测方法第二实施例的流程示意图；
[0047]
图4为本技术振动单元位移检测方法第三实施例的流程示意图。
[0048]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0049]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0050]
线性马达(linear resonant actuator，lra)凭借其振感强烈、丰富、清脆以及能耗低等优点，已经广泛应用于各种消费级电子设备的各种振动场合。为了实现足够强烈的振动反馈，线性马达的振动单元，即振子一般在马达壳体内做尽可能大的位移运动，容易导致振动单元在运动过程中与马达壳体发生碰撞，从而造成线性马达结构损坏，甚至引起马达失效。
[0051]
为了防止线性马达在启动、刹车动态过程以及其他意外情况下，振动单元碰撞壳体，通常会在振动单元的额定工作状态下对应的最大振幅的基础上再额外预留足够的余量，从而导致线性马达体积增大，进而带来质量和成本的增加。
[0052]
或者，线性马达的振动单元的位移可通过位移检测组件检测得到，从而控制振动单元的振动，但是在线性马达内设置位移检测组件会导致马达内部接线复杂、可靠性降低、体积、重量和成本的增加。
[0053]
因此，本技术提供一种振动单元位移检测方法，通过电压和电流观测得到振动单元的位移，避免引入位移传感器，从而避免了位移传感器安装带来的接线复杂、可靠性降低、体积、重量和成本的增加等问题，降低了线性马达的成本。
[0054]
下面结合一些具体实施例进一步阐述本技术的发明构思。
[0055]
本技术实施例提供一种状态检测电路第一实施例。参阅图1，图1为本技术状态检
测电路第一实施例的结构示意图。
[0056]
本实施例中，状态检测电路包括：电流检测模块、电压检测模块以及与电流检测模块和电压检测模块均连接的处理模块。
[0057]
其中，电流检测模块，用于与线性马达连接，以检测线性马达的当前电流；
[0058]
电压检测模块，用于与线性马达连接，以检测线性马达的当前电压；
[0059]
具体而言，线性马达包括壳体，壳体内设置有振动单元，振动单元在驱动电压的作用下在壳体内往复振动。电流检测模块与线性马达串联，电压检测模块与线性马达并联。
[0060]
处理模块包括第一输入端和第二输入端，第一输入端和电流检测模块连接，第二输入端和电压检测模块连接。从而在线性马达处于运行状态时，电流检测模块检测线性马达的当前电流并将当前电流发送至处理模块进行后续处理，电压检测模块就检测线性马达的当前电压并将当前电压发送至处理模块进行后续处理。
[0061]
处理模块在当线性马达的振动单元振动时，执行下述步骤：
[0062]
当线性马达的振动单元振动时，获取所述线性马达的当前电流和当前电压；
[0063]
基于所述当前电流、所述当前电压以及所述线性马达的模型参数，获得所述振动单元的当前速度；
[0064]
根据所述当前速度和历史速度，确定所述振动单元的速度信息；
[0065]
对所述振动单元在前半周期起始时刻至所述当前时刻内的所述速度信息进行积分，得到所述振动单元的当前位移，其中，所述前半周期起始时刻为上一速度极值对应的时刻。
[0066]
在一实施例中，处理模块还用于判断当前速度是否为速度极值；
[0067]
若当前速度为速度极值，则将当前速度的积分值清零，并将当前位移确定为初始位置处。
[0068]
在一实施例中，处理模块还用于将所述当前速度分别和至少一个第一速度以及至少一个第二速度进行对比；其中，所述第一速度为所述前半周期起始时刻至所述当前时刻内任一时刻对应的速度，所述第二速度为所述当前时刻至后半周期起始时刻内任一时刻对应的速度，其中，所述后半周期起始时刻为下一速度极值对应的时刻；
[0069]
若至少一个第一速度和至少一个第二速度均小于或等于当前速度时，或者至少一个第一速度和至少一个第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
[0070]
在一实施例中，处理模块还用于：
[0071]
将当前速度分别和上一时刻对应的上一第一速度以及下一时刻对应的下一第二速度进行对比；
[0072]
若上一第一速度和下一第二速度均小于或等于当前速度时，或者上一第一速度和下一第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
[0073]
在一实施例中，模型参数包括直流电阻和磁场强度；
[0074]
处理模块还用于基于当前电流、当前电压、直流电阻、磁场强度和预设公式，获得振动单元的当前速度；其中，预设公式为：
[0075]
[0076]
其中，v为当前速度，i为当前电流，u为当前电压，bl为磁场强度，r为直流电阻。
[0077]
在一实施例中，线性马达与驱动模块连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动；
[0078]
处理模块包括输出端，输出端与驱动模块连接。
[0079]
处理模块还用于判断当前位移是否大于或者等于预设预警位移；
[0080]
若当前位移大于或者等于预设预警位移，则向驱动模块发送调整信号，以使驱动模块响应于调整信号，调整线性马达的实时驱动电压，以减小振动单元在当前振动周期的最大振幅。
[0081]
在一些实施例中，驱动模块和线性马达之间还设置有一功率放大器，功率放大器对驱动模块传输至功率放大器的驱动电压进行功率匹配。其中，驱动电压可以是模拟信号，还可以是数字信号。功率放大器可以是本领域常见的如a类，b类，ab类，或者d类驱动器。
[0082]
此外，本技术实施例提供一种振动单元位移检测方法第一实施例，参阅图2，图2为本技术振动单元位移检测方法第一实施例的流程示意图。
[0083]
本实施例中，方法包括以下步骤：
[0084]
步骤s101、当线性马达的振动单元振动时，获取线性马达的当前电流和当前电压。
[0085]
线性马达包括壳体，壳体内设置有振动单元，振动单元在驱动电压的作用下在壳体内往复振动。在线性马达处于运行状态时，可通过与线性马达串联的电流检测模块检测线性马达的当前电流，电流检测模块将检测得到当前电流发送至处理模块。并通过与线性马达并联的电压检测模块检测线性马达的当前电压，电压检测模块将检测得到当前电压发送至处理模块。
[0086]
步骤s102、基于当前电流、当前电压以及线性马达的模型参数，获得振动单元的当前速度。
[0087]
具体而言，在单频驱动的应用场合下，线性马达的振动是电学与运动学变量互相影响、相互耦合的过程。壳体内的线圈受驱动电压驱动形成电流，电流产生的安培力驱动振动单元运动，振动单元运动产生的反电势又反过来影响电流，因此结合线性马达的电学方程和运动学方程可解析出线性马达在恒定幅值、恒定频率的电压驱动下的速度和位移表达式。
[0088]
可以理解的，根据马达的结构设计，可得到电压、电流之间的电学方程与运动学方程：
[0089]
u
‑
ir＝blv；
[0090]
bli＝ma rv kx。
[0091]
其中，v为当前速度，i为当前电流，u为当前电压，bl为磁场强度，r为直流电阻，m为振动单元质量，r为阻尼系数，k为弹簧劲度系数，x为振子位移；a为振子加速度。其中，对于一线性马达，bl、r、m、r、k等为该线性马达的模型参数，基于该模型参数可构建该线性马达的数学模型。
[0092]
其中，当线性马达的额定工作电压幅值a，额定工作电压角频率ω均配置好以后，驱动电压可表示为一正弦信号：
[0093]
u
d
＝asin(ωt)。
[0094]
因此步骤s102具体为：
[0095]
基于当前电流、当前电压、直流电阻、磁场强度和预设公式，获得振动单元的当前速度；其中，预设公式为：
[0096][0097]
其中，v为当前速度，i为当前电流，u为当前电压，bl为磁场强度，r为直流电阻。
[0098]
在处理模块获取到当前电流和当前电压后，可根据预设公式计算得到振动单元的当前速度。
[0099]
可以理解的，本实施例中，振动单元沿壳体的长度方向往复移动，可以以振动单元沿移动方向运动的速度为正，以移动方向的反方向运动的速度为负。
[0100]
步骤s103、根据所述当前速度和历史速度，确定所述振动单元的速度信息。
[0101]
振动单元在振动过程中的任一时刻的速度均可通过该时刻对应的电流和电压值计算得到，从而可根据时间数据和历史速度数据构建振动单元的速度时间曲线图，即速度信息。
[0102]
步骤s104、对所述振动单元在前半周期起始时刻至所述当前时刻内的所述速度信息进行积分，得到所述振动单元的当前位移，其中，所述前半周期起始时刻为上一速度极值对应的时刻。
[0103]
速度极值可包括正方向运动的速度最大值，即正方向运动的速率最大值，以及负方向运动的速度最小值，即负方向运动的速率最大值。
[0104]
可以理解的，由于驱动振动单元的振动的驱动电压为一正弦信号：
[0105]
u
d
＝asin(ωt)。
[0106]
此时，振动单元的速度表达式v(t)和位移表达式x(t)如下所示：
[0107][0108][0109]
其中，ω0为线性马达的谐振角频率，
[0110]
a
22
、b均为系数，其中，
[0111]
由振动单元的速度表达式v(t)和位移表达式x(t)可得，振动单元的速度超前位移90度相位，因此当速度出现速度极值时，如处于极大值或极小值时，位移恰好处于0位置，即初始位置处。值得一提的是，由于u
d
＝asin(ωt)，因此在每个驱动电压周期内，速度会出现两次极值。
[0112]
因此，本实施例中，可以该速度时间曲线图中上一速度极值对应的时刻，即前半周期启示时刻为起点，即速度时间曲线图中当前时刻前最近的波峰或者波谷对应的时刻为起
点，此时，振动单元的位移为0。以当前时刻为终点构建一目标时间段，对该时间段内的速度曲线进行积分，可得到一积分值，该积分值即为该目标时间段内振动单元的位移。
[0113]
且可以理解的，本实施例中，振动单元沿壳体的长度方向往复移动，可以以振动单元沿移动方向运动的位移为正，以移动方向的反方向运动的位移为负。因此，在任一振动周期内，对于正方向而言，当振动单元运动至速度为0时，此时振动单元的振幅和正位移均达到最大值，当振动单元开始沿反方向移动时，由于速度为负，此时，振幅和位移均开始缩小。对于负方向而言，当速度为0时，此时振动单元的振幅达到最大值，负位移达到最小值，当振动单元运动至开始沿正方向移动时，由于速度为正，此时，振幅开始缩小，负位移开始增大。
[0114]
本实施例中，通过上述步骤检测线性马达的当前电压和当前电流，结合线性马达的模型参数解算出振动单元的当前速度，然后对速度信息进行积分得到振动单元的当前位移。由此，该方法通过电压和电流观测得到振动单元的位移，避免引入位移传感器，从而避免了位移传感器安装带来的接线复杂、可靠性降低、体积、重量和成本的增加等问题，降低了线性马达的成本。
[0115]
基于上述实施例，提出本技术一种振动单元位移检测方法第二实施例。参阅图3，图3为本技术振动单元位移检测方法第二实施例的流程示意图。
[0116]
本实施例中，方法在步骤s104之后，还包括：
[0117]
步骤s105、判断当前速度是否为速度极值。
[0118]
具体而言，步骤s104包括：
[0119]
步骤a10、将所述当前速度分别和至少一个第一速度以及至少一个第二速度进行对比；其中，所述第一速度为所述前半周期起始时刻至所述当前时刻内任一时刻对应的速度，所述第二速度为所述当前时刻至后半周期起始时刻内任一时刻对应的速度，其中，所述后半周期起始时刻为下一速度极值对应的时刻；
[0120]
具体而言，对于速度时间曲线图而言，第一速度可为当前时刻和速度曲线中当前时刻前最近的波峰或者波谷对应的时间内任一时刻对应的速度。第二速度为所述当前时刻至速度曲线中当前时刻后最近的波峰或者波谷对应的时间内任一时刻对应的速度。即将当前时刻的速度和该当前时刻附近时刻对应的速度进行对比。
[0121]
步骤a20、若至少一个第一速度和至少一个第二速度均小于或等于当前速度时，或者至少一个第一速度和至少一个第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
[0122]
此时，将某一时刻的当前速度和该某一时刻前至少一个时刻对应的至少一个第一速度以及该某一时刻后至少一个时刻对应的至少一个第二速度进行数值比较，若至少一个第一速度和至少一个第二速度均小于或等于当前速度时，则当前速度为正方向上的最大速度值。至少一个第一速度和至少一个第二速度均大于或等于当前速度时，则当前速度为负方向上的最小速度值。
[0123]
在一些具体实施方式中，由于振动单元振动速度较快，为了降低计算量，以提高计算速度，步骤s105包括：
[0124]
步骤b10、将当前速度分别和上一时刻对应的上一第一速度以及下一时刻对应的下一第二速度进行对比；
[0125]
步骤b20、若上一第一速度和下一第二速度均小于或等于当前速度时，或者上一第
一速度和下一第二速度均大于或等于当前速度时，则将当前速度确定为速度极值。
[0126]
此时，比较连续3个时刻的速度，当中间时刻的速度同时小于或等于前、后相邻两个时刻的速度时，或者当中间时刻的速度同时大于或等于前、后相邻两个时刻的速度时，判定中间时刻的速度为极值，记录该中间时刻，作为速度出现极值的时刻。
[0127]
步骤s106、若当前速度为速度极值，则将当前速度的积分值清零，并将当前位移确定为初始位置处。
[0128]
由振动单元的速度表达式v(t)和位移表达式x(t)可得，振动单元的速度超前位移90度相位，因此当速度处于极大值或极小值时，位移恰好处于0位置。
[0129]
值得一提的是，由于u
d
＝asin(ωt)，因此在每个驱动电压周期内，速度会出现两次极值，即正方向运动的最大值，此时正方向运动的速率最大值，以及负方向运动的最小值，此时为负方向运动的速率最大值。
[0130]
因此，本实施例中，可利用当速度处于极大值或极小值时，位移恰好处于初始位置这一特性，在振动单元的每个振动周期对积分进行清零校准，然后在清零校准的基础上重新积分，避免持续积分导致的发散和误差累积问题，提高位移检测的准确性。
[0131]
基于上述实施例，提出本技术的一种振动单元位移检测方法第三实施例。参阅图4，图4为本技术振动单元位移检测方法第三实施例的流程示意图。
[0132]
本实施例中，线性马达与驱动模块连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动。处理模块包括输出端，输出端与驱动模块连接。
[0133]
本实施例中，步骤s104之后，方法还包括：
[0134]
步骤s107、判断当前位移的绝对值是否大于或者等于预设预警位移；
[0135]
步骤s108、若绝对值大于或者等于预设预警位移，则向驱动模块发送调整信号，以使驱动模块响应于调整信号，调整线性马达的实时驱动电压，以减小振动单元在当前振动周期的最大振幅。
[0136]
可以理解的，为了实现足够强烈的振动反馈，线性马达的振动单元一般在马达壳体内做尽可能大的位移运动，容易导致马达振子在运动过程中与马达壳体发生碰撞，从而造成马达结构损坏，甚至引起马达失效。
[0137]
因此，检测到振动单元的当前位移的绝对值大于或者等于预设预警位移时，即以当前驱动电压u
d
＝asin(ωt)继续驱动，振动单元可能在运动至最大位移处时，也即是当前振动周期的幅值最大处时，与壳体发生碰撞。值得一提的是，预设预警位移的具体值可根据线性马达壳体和振动单元的最大振幅之间的余量决定。
[0138]
本实施例中，若当前位移的绝对值大于或者等于预设预警位移，则向驱动模块发送调整信号，以使驱动模块响应于调整信号，调整线性马达的实时驱动电压，以减小振动单元在当前振动周期的最大振幅。
[0139]
当驱动电压u
d
＝asin(ωt)发生变化时，对应的振动单元的位移也发生变化，因此可通过改变马达额定工作电压幅值a和额定工作电压角频率ω改变驱动电压，以抑制位移的绝对值的进一步增大。
[0140]
本实施例中，当前位移可用于反馈到驱动模块中对振子位置进行实时监测，一旦振动单元接近壳体，即当前位移的绝对值大于或者等于预设预警位移，就通过调整驱动电压信号来抑制位移的进一步增大，从而可以适当降低马达结构设计时预留的壳体空间余
量，减小马达的体积、重量和成本，降低马达失效风险。也即是在较小的马达空间设计余量的情况下，有效降低马达因振子碰撞壳体带来的失效风险。
[0141]
此外，参阅图1，本发明还提供了一种电子设备，包括：
[0142]
线性马达；
[0143]
驱动模块，驱动模块与线性马达连接，驱动模块为线性马达提供驱动电压，以驱动振动单元振动；以及
[0144]
状态检测电路。
[0145]
该状态检测电路的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0146]
其中，电子设备可以是智能手机、平板电脑或者智能眼镜等电子设备。
[0147]
此外，本发明实施例还提出一种计算机存储介质，存储介质上存储有振动单元状态检测程序，振动单元状态检测程序被处理器执行时实现如上文的振动单元状态检测方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本技术所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
[0148]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
‑
only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0149]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。