触觉致动器的现场监测、校准和测试的制作方法
1.本公开一般涉及电磁换能器(例如触觉致动器)的现场监测、校准和测试。
背景技术：
2.振动触觉换能器，例如线性共振致动器(lra)，广泛用于便携式设备，例如移动电话，以向用户产生振动反馈。各种形式的振动触觉反馈为用户的皮肤创造了不同的触摸感觉，并可能在现代设备的人机交互中发挥越来越大的作用。
3.lra可建模为质量弹簧机电振动系统。当用适当设计或控制的驱动信号驱动时，lra可产生某些期望形式的振动。例如，用户手指上的尖锐和清晰的振动模式可用于创建模仿机械按钮点击的感觉。然后，这种清晰的振动可以用作虚拟开关，以取代机械按钮。
4.图1示出了设备100中的振动触觉系统的示例。设备100可以包括控制器101，控制器101被配置为控制施加到放大器102的信号。然后，放大器102可以基于该信号来驱动振动致动器(例如，触觉换能器)103。控制器101可以由触发器触发以输出信号。触发器可以例如包括设备100的屏幕或虚拟按钮上的压力或力传感器。
5.在各种形式的振动触觉反馈中，持续时间的音调振动可以起到重要作用，以向设备的用户通知某些预定义事件，例如来电或消息、紧急警报和定时器警告等。为了有效地生成音调振动通知，可能期望在其共振频率下操作触觉致动器。
6.触觉换能器的共振频率f0可以近似估计为：
[0007][0008]
其中c是弹簧系统的柔量，并且m是等效移动质量，其可以基于触觉换能器中的实际移动部分和保持触觉换能器的便携式设备的质量来确定。
[0009]
由于各个触觉换能器中的样品间变化、移动设备组装变化、老化引起的时间组件变化以及使用条件，例如用户握住设备的各种不同强度，触觉换能器的振动共振可能会不时变化。
[0010]
图2示出了建模为线性系统的线性共振致动器(lra)的示例。lra是非线性组件，根据例如应用的电压水平、工作温度和工作频率，其行为可能有所不同。然而，在某些条件内，这些组件可以建模为线性组件。在本示例中，lra被建模为具有电气和机械元件的三阶系统。特别是，re和le分别是线圈磁铁系统的dc电阻和线圈电感；并且bl是线圈的磁力系数。驱动放大器以输出阻抗ro输出电压波形v(t)。终端电压v
t
(t)可以在触觉换能器的终端上被感测。质量弹簧系统201以速度u(t)移动。
[0011]
触觉系统可能需要精确控制触觉换能器的移动。这种控制可能依赖于磁力系数bl，其也可以被称为触觉换能器的电磁传递函数。在理想情况下，磁力系数bl可以由乘积b
·
l给出，其中b是磁通量密度，并且l是磁场内电导体的总长度。在理想情况下，磁通量密度b和长度l应保持恒定，且运动沿单轴进行。然而，这种理想化的情况通常并不代表真实的设备。
[0012]
相反，触觉换能器的磁力系数bl通常是非线性、非稳态、温度相关的，并且具有运
动的离轴分量，这可能导致在不希望的方向上移动，并降低触觉换能器的功率传递效率。非理想因素可能会对触觉换能器性能产生负面影响，这进而可能导致客户体验不满意。
技术实现要素：
[0013]
根据本公开的教导，可以减少或消除与用于表征电磁换能器的非理想因素的现有方法相关联的缺点和问题。
[0014]
根据本公开的实施例，一种方法可以包括在没有主动驱动电磁负载的驱动信号期间，测量具有移动质量的电磁负载的电参数，测量包括电磁负载的主设备的机械运动的机械参数，关联机械参数和电参数之间的关系，以及基于该关系在多个机械运动条件下来校准电磁负载。
[0015]
根据本公开的这些和其他实施例，一种系统可以包括第一输入，用于在没有主动驱动电磁负载的驱动信号期间测量具有移动质量的电磁负载的电参数；第二输入，用于测量包括电磁负载的主设备的机械运动的机械参数；以及处理子系统，其被配置为关联机械参数和电参数之间的关系，并基于该关系在多个机械运动条件下来校准电磁负载。
[0016]
根据本公开的这些和其他实施例，主设备可以包括电磁负载和处理子系统，该处理子系统被配置为在没有主动驱动电磁负载的驱动信号期间测量具有移动质量的电磁负载的电参数，测量包括电磁负载的主设备的机械运动的机械参数，关联机械参数和电参数之间的关系，并基于该关系在多个机械运动条件下校准电磁负载。
[0017]
本公开的技术优点对于本领域普通技术人员来说可以从本文所包括的附图、说明书和权利要求书中容易地显而易见。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达到。
[0018]
应当理解，上述一般描述和以下详细描述都是示例和解释性的，并且不限制本公开中提出的权利要求。
附图说明
[0019]
通过参考结合附图进行的以下描述，可以获得对本实施例及其优点的更完整的理解，其中类似的附图标记表示类似的特征，并且其中：
[0020]
图1示出了本领域已知的设备中的振动触觉系统的示例；
[0021]
图2示出了本领域已知的建模为线性系统的线性共振致动器(lra)的示例；
[0022]
图3示出了根据本公开的实施例的使用主设备的电磁负载的结合力感测的示例主设备的选定组件；以及
[0023]
图4示出了根据本公开实施例的用于电磁换能器的现场监测、校准和测试的示例方法的流程图。
具体实施方式
[0024]
下面的描述阐述了根据本公开的示例实施例。对于本领域普通技术人员来说，进一步的示例实施例和实施方式将是显而易见的。此外，本领域普通人员将认识到，可以应用各种等效技术来代替或结合下面讨论的实施例，并且所有这些等效物应被视为包含在本公开中。
[0025]
各种电子设备或智能设备可以具有换能器、扬声器和声学输出换能器，例如用于将合适的电驱动信号转换成声学输出(例如声压波或机械振动)的任何换能器。例如，许多电子设备可以包括用于声音生成(例如用于音频内容的回放、语音通信和/或用于提供可听通知)的一个或多个扬声器或扩音器。
[0026]
这种扬声器或扩音器可以包括电磁致动器，例如音圈马达，其机械地耦合到柔性膜片，例如常规扩音器锥体，或者其机械地耦合到设备的表面，例如移动设备的玻璃屏幕。一些电子设备还可以包括能够产生超声波的声学输出换能器，例如用于接近检测类型应用和/或机器对机器通信。
[0027]
许多电子设备可以附加地或替代地包括更专门的声学输出换能器，例如，触觉换能器，其被定制用于产生振动以用于向用户提供触觉控制反馈或通知。附加地或替代地，电子设备可以具有连接器，例如，插座，以用于与辅助装置的对应连接器形成可移除的配合连接，并且可以被布置为向连接器提供驱动信号，以便在连接时驱动辅助装置的上述一种或多种类型的换能器。这样的电子设备因此将包括驱动电路系统，以用于用合适的驱动信号来驱动主设备或连接的附件的换能器。对于声学或触觉换能器，驱动信号通常可以是模拟时变电压信号，例如，时变波形。
[0028]
图3示出了根据本公开的实施例的使用主设备300的电磁负载301的结合力感测的示例主设备300的选定组件。主设备300可以包括但不限于移动设备、家庭应用、车辆和/或包括人机界面的任何其他系统、设备或装置。电磁负载301可以包括具有复阻抗的任何合适的负载，包括但不限于触觉换能器、扩音器、微型扬声器、压电换能器或其他合适的换能器。
[0029]
在操作中，主设备300的处理子系统305的信号发生器324可以生成原始换能器驱动信号x
′
(t)(在一些实施例中，其可以是波形信号，例如触觉波形信号或音频信号)。原始换能器驱动信号x
′
(t)可以基于信号发生器324接收的期望回放波形来生成。
[0030]
原始换能器驱动信号x
′
(t)可由补偿滤波器326接收，如下文更详细地描述的，补偿滤波器326可被应用于原始换能器驱动信号x
′
(t)，以补偿电磁负载301的非理想因素，从而产生补偿的换能器驱动信号x(t)。
[0031]
补偿换能器驱动信号x(t)可依次由放大器306放大，以产生驱动信号v(t)，以用于驱动电磁负载301。响应于驱动信号v(t)，电磁负载301的感测终端电压v
t
(t)可以通过第一模数转换器(adc)303转换为数字表示。同样，感测电流i(t)可以通过第二adc 304转换为数字表示。电流i(t)可以通过分流电阻器302感测，该分流电阻器的电阻rs耦合到电磁负载301的终端。终端电压v
t
(t)可由终端电压感测块307(例如电压表)感测。
[0032]
如图3所示，处理子系统305可以包括反向emf估计块308，其可以估计反向(back)emf电压vb(t)。通常，可能不能从触觉换能器外部直接测量反向emf电压vb(t)。然而，在触觉换能器的终端处测量的终端电压v
t
(t)可能通过以下与vb(t)有关：
[0033][0034]
其中参数定义如参考图2所述。因此，反向emf电压vb(t)可根据等式(2)估计，等式(2)可重新排列为：
[0035][0036]
因为反向emf电压vb(t)可以与电磁负载301的移动质量的速度成比例，所以反向
emf电压vb(t)可以反过来提供这种速度的估计。
[0037]
在一些实施例中，反向emf估计块308可以实现为具有比例和并行差路径的数字滤波器。dc电阻re和电感le的估计可能不需要精确(例如，可以接受大约10％的误差)，因此，来自离线校准或来自数据表规范的固定值可能就足够了。作为示例，在一些实施例中，反向emf估计块308可以根据2019年9月3日提交的美国专利申请序列号16559238(其全部内容通过引用并入本文)的教导确定估计的反向emf电压vb(t)。
[0038]
基于这种估计的反向emf电压vb(t)和来自惯性测量单元312的速度和/或加速度的测量，如下文更详细描述的，现场表征子系统310可以计算和存储磁力系数bl的经验测量值，其又可用于生成用于控制补偿滤波器326的响应的补偿参数。
[0039]
惯性测量单元312可以包括任何合适的系统、设备或装置，其被配置为感测与主设备300的运动相关的一个或多个参数，例如速度和/或加速度，并生成指示这样一个或多个测量参数的一个或多个信号。例如，惯性测量单元312可以包括一个或多个加速度计、陀螺仪和磁力计。在一些实施例中，惯性测量单元312可以包括六个测量轴，从而允许感测速度、加速度或与主设备300的运动相关的其他参数。
[0040]
估计的反向emf电压vb(t)、磁力系数bl和电磁负载301的移动质量的估计速度u(t)之间的关系可以由以下关系确定：
[0041]vb
(t)＝bl
·
u(t)
[0042]
因此，在没有信号发生器324接收到的回放波形的情况下，当主设备300被移动(例如，由其最终用户)时，惯性测量单元312可以测量速度u(t)。因此，通过知道测量的速度u(t)和估计的反向emf电压vb(t)，现场表征子系统310可以允许计算特定于观所察速度的磁力系数bl。例如，如果估计的反向emf电压vb(t)在电磁负载301的移动质量的0.1米每秒的速度下被测量为80毫伏，则现场表征子系统310可以确定电磁负载301在0.1米每秒的速度下等于0.8tesla米的磁力系数bl。
[0043]
注意，该计算依赖于将主设备300视为电磁负载301的质量-弹簧系统的高阻抗速度源。这种约定在本领域中可以被称为“超兼容性”，并且在主设备300的质量与电磁负载301的移动质量的质量之间存在高比率的情况下，可以证明在本文中使用这种约定是合理的。另外或替代地，主设备300可以由外部速度源驱动，该外部速度源能够产生实现电磁负载301的质量弹簧系统的速度所需的力。
[0044]
在其操作期间，现场表征子系统310可以创建各种速度下的磁力系数bl测量的库，从而在速度空间的三维中提供磁力系数bl的完整操作空间。因此，现场表征子系统310可以基于各种速度下的磁力系数bl的表征，以补偿参数的形式生成一个或多个控制信号并将其传送给补偿滤波器326，以便控制补偿滤波器326的响应以补偿电磁负载301的非理想因素，包括磁力系数bl的非线性和其他非理想因素。
[0045]
这种连续的数据收集还可以使得现场表征子系统310能够基于磁力系数bl随时间的变化来执行诊断。例如，磁力系数bl随时间变化的阈值可用于触发对最终用户的警报和/或其他补救措施。
[0046]
在一些实施例中，现场表征子系统310可以在最终用户正常使用主设备300期间执行其功能，这可以被称为实时或现场校准，其中最终用户(例如，有意或无意地)向主设备300提供运动。在这些和其他实施例中，现场表征子系统310可在生产后校准期间执行其功
能，其中运动可由测试/校准系统的机械激励器控制。
[0047]
图4示出了根据本公开的实施例的用于电磁换能器的现场监测、校准和测试的示例方法400的流程图。根据一些实施例，方法400可以从步骤402开始。如上所述，本公开的教导可以在主设备300的各种配置中实现。因此，方法400的优选初始化点和包括方法400的步骤的顺序可以取决于所选择的实施方式。
[0048]
在步骤402处，现场表征子系统310可以确定回放波形是否输入到信号发生器324。如果回放波形输入到信号生成器324，则方法400可以前进到步骤404。否则，方法400可以前进到步骤406。
[0049]
在步骤404处，响应于确定回放波形正被输入到信号发生器324，现场表征子系统310可以冻结表征，并且补偿滤波器326的响应可以基于从磁力系数bl的现有表征生成的现有补偿参数。在完成步骤404之后，方法400可以再次返回到步骤402。
[0050]
在步骤406处，响应于不存在输入到信号发生器324的回放波形，现场表征子系统310可以从反向emf估计块308接收估计的反向emf电压vb(t)的测量值，以及从惯性测量单元312接收与主设备300的运动相关的一个或多个测量参数，包括速度u(t)。
[0051]
在步骤408处，现场表征子系统310可以基于估计的反向emf电压vb(t)和速度u(t)的测量值来计算相关联的磁力系数bl并将多个测量的速度u(t)中的每个关联到针对每个速度u(t)计算的各个磁力系数bl，并将速度u(t)的这些映射存储到各个磁力系数bl(例如，在与主设备300集成并且可由现场表征子系统310访问的计算机可读介质中)。
[0052]
在步骤410处，现场表征子系统310可以基于根据速度u(t)新计算的磁力系数bl来更新传送到补偿滤波器326的补偿参数。在完成步骤410之后，方法400可以再次前进到步骤402。
[0053]
虽然图4公开了关于方法400要采取的特定数量的步骤，但是方法400可以用比图4中所示的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，虽然图4公开了关于方法400要采取的步骤的特定顺序，但是包括方法400的步骤可以以任何合适的顺序完成。
[0054]
方法400可以全部或部分地使用主设备300和/或可操作来实现方法400的任何其他系统来实现。在某些实施例中，方法400可以部分或全部地以计算机可读介质中包含的软件和/或固件来实现。
[0055]
如本文所使用的，当两个或更多个元件被称为彼此“耦合”时，该术语表示这两个或更多个元件处于电子通信或机械通信，如适用，无论是间接连接还是直接连接，有或没有中间元件。
[0056]
本公开包括本领域普通技术人员将理解的对本文示例实施例的所有改变、替换、变化、更改和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求包括本领域普通技术人员将理解的对本文示例实施例的所有改变、替换、变化、更改和修改。此外，在所附权利要求中，对装置或系统或装置或系统的组件的引用，适用于、被安排、能够、被配置、被启用、可操作或有效以执行特定功能，包括该装置、系统或组件，无论其或该特定功能是否被激活、开启或解锁，只要该装置、系统或组件被如此调整、布置、能够、配置、启用、可操作或有效。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的系统、装置和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的组件可以集成或分离。此外，本文公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或者其他步骤。此外，可
以以任何合适的顺序执行步骤。如本技术中所用的，“每个”指集合的每个成员或集合的子集的每个成员。
[0057]
尽管示例性实施例在图中示出并在下文中描述，但是本公开的原理可以使用任何数量的技术来实现，无论当前已知与否。本公开不应以任何方式限制于附图中所示和上文所述的示例性实施方式和技术。
[0058]
除非另有特别说明，否则附图中描绘的物品不一定按比例绘制。
[0059]
本文中所述的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解本公开和发明人为推进本领域所贡献的概念，并被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。尽管已经详细描述了本公开的实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种改变、替换和更改。
[0060]
尽管上面列举了具体优点，但是各种实施例可以包括一些、没有或全部列举的优点。此外，本领域普通技术人员在审查上述附图和描述之后，其他技术优势可能变得显而易见。
[0061]
为了帮助专利局和根据本技术发布的任何专利的任何读者解释本技术所附的权利要求，申请人希望注意，除非在特定权利要求中明确使用词语“用于
…
的装置(means for)”或“用于
…
的步骤(step for)”，否则他们不打算任何所附权利要求或权利要求元素援引《35 u.s.c.
§
112(f)。
