主要在汽车工业中使用的振动声学诊断工具的听音钳

摘要

本发明涉及一种钳（10），其在汽车维护或售后支援操作期间主要使用于振动声学诊断工具中，其包括两个铰接臂（11、12），每个臂在一端包括卡爪（13、14）并且在另一端包括手柄（15、16）。衬垫（20）经由球窝接头（21）被安装在每个卡爪（13、14）上，以使得衬垫（20）确保钳（10）和被测试部件之间的有效接触，并且使钳的本体与听音部件分开。本发明用于机动车辆领域中。本发明也用于机动车辆或机动车辆子单元的振动声学诊断。

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2010年1月4日提交的法国申请1050016和2010年1月 18日提交的法国申请1050291的优先权，它们的内容（文字、附图及权利 要求）通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于声学振动分析工具的听音钳，以及一种使用所述 听音钳的声学振动分析工具。这些对象特别地使用于机动车辆的维护操作 或售后服务中。

背景技术

声学振动分析工具以已知的方式包括适用于噪声环境的头戴式耳机、 扩音器、用于检测结构件属性的噪声的四个钳以及立即识别最接近被检测 的声学振动现象的钳的选择器。

已知类型的听音钳包括两个铰接臂，每个臂都包括卡爪以及布置在铰 接部两侧的手柄。这种钳包括复位弹簧，其限定卡爪的闭合静止位置（不 工作位置）。卡爪是直接夹紧在待测试元件上的刚性金属本体，例如电池充 电钳的常用卡爪。传感器包括单个轴线加速度计，其离接触区有一段距离 地粘贴在一个卡爪上。使用所述钳，只有沿垂直于加速度计在钳中的定位 的方向产生的振动被转变成电信号并且可以被操作者听到。另外，将钳定 位在构造上以待分析诱发显著的大音量和水平变化。传感质量不高并且使 得诊断相对困难。另外，利用所述类型的钳，特别是当钳被用于混合动力 车辆时，存在短路的风险，这可能特别麻烦。此外，在车辆中，特别是在 动力总成组合上或在接地连接部上，这种钳的不同类型的应用需要使用不 同尺寸的多组听音钳（一般同样工具的听音钳具有三个不同的尺寸），并且 在结构件的相同元件上，听音根据所选择的钳被选定，这因此造成困难和/ 或判读误差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于声学振动分析工具的听音钳，其特 别是一种一方面促进和提高在自动车辆保养或售后服务操作期间进行的声 学振动分析、另一方面促进和提高专业人员的工作的听音钳，所述专业人 员可以借助于所记录的声音和视频从用于试验、分析和报告的快速工具共 同地获益。

本发明的另一个目的是提供一种具有特别在0和4000Hz之间的良好 频率响应的听音钳，其具有良好的夹钳开度和减小的总尺寸，这避免了电 短路的所有风险并且是便宜的。

最后，本发明的另一个目的是提供一种声学振动分析工具，其允许同 时监测多个装有仪表的钳。

为了实现这些目的，本发明涉及一种用于声学振动分析工具的听音钳， 其包括由两个围绕铰接部轴线铰接的臂形成的本体，每个臂在一端包括卡 爪并且在另一端包括手柄。在根据本发明的所述新颖的钳中，衬垫借助于 旋转接头的被安装在每个卡爪上，以使得所述衬垫确保了钳和被测试结构 件之间的有效接触，同时使钳的本体与传感部件分离。

根据一个特定的实施方式，听音钳包括与两个臂的铰接轴线同轴的弹 簧，其在没有钳开启作用在臂上的情况下推压两个卡爪抵靠彼此，由此弹 簧具有相对高的刚性以限制非线性效应。

根据另一个实施方式，钳的本体的塑料材料大约80的肖氏D硬度，并 且衬垫具有大约40的肖氏D硬度。

根据另一个实施方式，钳的长度在8.5cm和9cm之间，当钳打开时两 个衬垫之间的距离为大约3.5cm。

本发明的目的还在于一种声学振动分析工具，其包括适用于噪声环境 的头戴式耳机、用于测量空气噪声的扩音器、多个用于测量通过结构件传 递的噪声的听音钳、以及选择箱，所述选择箱被操作者使用以直接地识别 最接近被试验的声学振动现象的听音钳，由此所述听音钳与本发明相一致。

根据一个特定的实施方式，声学振动分析工具包括四个根据本发明的 听音钳。

附图说明

本发明的其它目的、优点和特征将呈现在以下三个附有附图的优选的、 非限制性的实施方式的描述中，在所述附图中：

图1示出了声学振动分析工具的构件；

图2以示意性的方式示出了根据本发明的第一实施方式的用于声学振 动分析工具的听音钳；

图3是图2的听音钳的衬垫的示意性透视图；

图4是图2的听音钳的弹簧的弹性特征的代表性曲线图；

图5是图2的听音钳的透视图，其示出了衬垫连接；

图6示出了四个不同类型和形式的被测试的听音钳；

图7是在振动传感器置于听音钳的卡爪中的情况下作为频率的函数的 振动响应的代表性曲线图；

图8是在振动传感器置于听音钳的旋转衬垫中的情况下作为频率的函 数的振动响应的代表性曲线图；

图9类似于图2并且示出了根据本发明的第二实施方式的听音钳式；

图10是图9的听音钳的衬垫的横截面视图；

图11是根据第三实施方式的听音钳的衬垫的结构的示意性透视图；以 及

图12是图11的衬垫的横向横截面视图。

具体实施方式

图1示出了一种声学振动分析工具，其适用于由称为“售后服务流动 小组”的流动小组在维护和售后服务操作期间在机动车辆上进行的诊断。 所述类型的工具用于执行不同噪声源的振动分析，以便识别车辆中的机能 障碍（一定数量的故障或机能障碍诱发声学的和振动的故障现象）。

根据本发明的分析工具包括适用于噪声环境的头戴式耳机1、适用于测 量空气噪声（由没有与所分析的结构件接触的源产生的噪声）的扩音器2、 多个适用于测量结构件噪声（由所分析的结构件的直接振动发出的噪声） 听音钳10（在此是四个听音钳10）、以及选择箱4，所述选择箱4由操作者 使用以直接地识别最接近被研究的声学振动现象的听音钳。头戴式耳机1、 扩音器2和听音钳10装备有用于连接到选择箱4的插塞。基于由扩音器2 和听音钳10提供的电信号，选择箱4进行信号处理以便针对所测量的噪声 中的每一个产生可听信号。选择箱4包括开关，操作者利用所述开关可以 选择听音钳10以便听到头戴式耳机1中的可听信号。优选地，所有听音钳 10都具有相同尺寸。

本发明还涉及分析工具的听音钳10。利用所述听音钳10，可以通过同 时听取多个钳进行声学振动分析。参考图2和9，本发明的听音钳10包括 由两个臂11、12形成的本体10a，所述臂11、12围绕铰接轴线A铰接， 所述铰接轴线A在此位于臂11、12的中间部分中。除了本体10a之外，听 音钳10还包括两个衬垫20、30（它们在此是相同的）。每个臂11、12都包 括一端的卡爪13、14和另一端的手柄15、16。卡爪13、14的远侧端18、 19彼此面对并且每个都包括衬垫20。

听音钳的本体10a由刚性塑性材料制成以使得在使用听音钳10期间没 有电短路可以出现。所选择的塑料材料可以具有大约80的肖氏D硬度，例 如为ABS类型的刚性弹性体（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物）。

有利地，衬垫20由硬塑料材料制成，例如具有大约40的肖氏D硬度。

由于除了在铰接部A处它们的中间部分中之外两个臂11、12由穿孔的 肋部11A、11B；12A、12B形成以便使得它们更轻的事实，因此本发明的 听音钳10比已知的现有技术中的钳轻，在铰接部A处它们相反被加强。

参考图2和3，听音钳10可以具有以下尺寸：

在手柄15、16的自由端位置处臂11、12之间的距离（a）：4.5cm；

在上部分的基部处臂11、12之间的距离（b）：2.5cm；

手柄15、16的长度（c）：4cm；

臂11、12的中间加强部分的长度（e）：1.5cm；

卡爪13、14的长度（f）：3.5cm；

衬垫20的长度（g）：1cm；

衬垫20的厚度（h）：0.4cm；

衬垫20的长度（k）：1.5cm；

有利地，听音钳10的长度在80和100mm之间；优选地，其总长度 （l）在8.5cm和9cm之间，并且听音钳10的两个衬垫20之间的距离在 打开时为大约3.5cm。所述听音钳10因此在小的占据面积下具有大的夹钳 开度。

尽管其尺寸小，但根据本发明的听音钳10具有比在目前的现有技术中 的诊断工具中使用的大钳更大的中心距离。应该注意的是，根据本发明的 钳的尺寸大大小于在目前已知的诊断工具中使用的平均钳尺寸。因为根据 本发明的钳的尺寸和中心距离，因此汽车听音装置可以装备有相同尺寸的 四个钳，这允许在不同位置处同时听音，而没有由不同的钳的结构响应引 起的传感质量下降的风险。

每个衬垫20借助于旋转接头被安装在相应的卡爪13、14上，以使得 衬垫20确保了听音钳的本体10a与待分析的结构件之间的有效接触以及对 振动的适当的采集。衬垫借助于插脚21被枢转地安装到卡爪13、14上， 它们的枢转角例如可以是大约30°以确保最优的固定和传感。旋转铰接部确 保衬垫20与本体10a分离，并且为待测试的结构件提供接触的可变点。尽 管在所示出的示例中衬垫相对于卡爪13和14围绕轴线被枢转地安装，但 还可以以相对于卡爪具有两个枢转自由度而安装衬垫。

听音钳10包括弹簧17（其有利地是与铰接部A的轴线同轴的扭转弹 簧），其在手柄15和16上没有打开力的情况下推压两个卡爪13和14到一 起。所述弹簧17具有相对高的刚性以限制非线性效应。图4的曲线图示出 了作为表征弹簧17的位移量“d”（以毫米表示）的函数的弹簧17上的力 “E”（以牛顿表示）。钳10提供比现有技术中的钳大的夹紧力。

图5更精确地示出了插脚21位置处的卡爪13、14的远侧端18、19的 几何结构。如图3所示，本发明的第一实施方式的衬垫20包括圆柱形空腔 24，其适用于接收插脚21以形成听音钳10的本体10a中衬垫20的铰接部。 插脚21借助于引导部23插入衬垫20中，并且在本体10a中卡扣就位，并 且由于在圆柱形空腔24上方凸出的凸片22而保持就位。

本申请人已经利用图6的视图中示出的四个类型的听音钳P1、P2、P3 和P4进行了振动测试。全部都由塑料材料制成以便不引起电短路和用户风 险的这四个钳具有硬塑料材料的衬垫，根据以上所述示例，其借助于旋转 接头被安装，这因此一方面提供了钳和待试验部件或组件之间的有效接触， 另一方面提供了钳的本体与听音传感器部件的分离。这四个类型的钳具有 不同的尺寸。这些振动测试得出结论，对于维护或售后服务中的声学振动 分析应用来说最适合的钳是指定为P2的钳。

图7和8是振动响应（功率谱密度或PSD）的代表性曲线图，其作为 以赫兹（Hz）为单位的频率的函数，通常表达为以g²/Hz为单位。图7的 测试利用置于卡爪中的传感器（加速度计）被执行，图8的测试利用旋转 衬垫中的传感器（加速度计）被执行。在这些图中，曲线EX对应于激励 并且相对“平坦”，曲线F（P2）表示钳P2的响应，曲线F（P）表示平均 的钳（图6的钳P1）的响应。

重要的是注意到当加速度计位于衬垫中（图8）时，过电压被高度地缓 冲并且响应相当“平坦”直到大约3800Hz的频率。根据本发明的听音钳 10满足0至4000Hz频率范围中相当“平坦”的振动响应的要求。

图9示出了根据第二实施方式的听音钳10，其中衬垫30中的一个包括 加速度计（在所述图中未示出），所述加速度计借助于电缆28被连接至适 用于插入选择箱4中的插塞27。电缆28可以以自由移动的连接器的形式在 手柄16的端部具有分隔件（separation）。这样，听音钳10可以容易地安装 在待测试的结构件上而不会被电缆28干扰。电缆28可以穿过本体10a并 且借助于胶接与其连接。

钳还可以具有安装在一个卡爪中的加速度计，并且相应的衬垫具有相 对一个衬垫凸出的球状体，由此所述球状体作为来自夹在钳的卡爪之间的 元件的振动的收集器。

如更精确地在图10中示出的那样，衬垫30包括朝向夹钳空间定向的 平板32以及安装部件33，在其中形成用于插脚21的圆柱形空腔24。所示 出的衬垫30包括置于腔室34底部中的加速度计36。取决于所需的听音精 度，使用具有一个或多个轴线的加速度计36。

衬垫30的板32包括呈局部球体形式的孔，球状体34被容纳在其中。 球状体35形成用于结构噪声的收集元件。球状体34基本上具有相对于板 32凸出到自由空间中以便接触到待测试元件的部分。由于其球体形状，因 此球状体34在接触待测试结构件时独立于衬垫30相对所述元件的定向而 收集振动信息。安装部件33的平坦部件32用于将球状体34收集的振动信 息传递至加速度计36。实际上，由所述类型的衬垫30得到的传感质量被显 著地提高：一方面，振动收集以及传递振动至加速度计的功能被分解开， 另一方面，振动从元件被传递至球状体23，其以极佳地被识别和被控制的 特性构成收集器。确实，甚至当使用三轴线加速度计时，在没有收集球状 体的听音钳中，测量信号的振幅依据钳的定向而极大地保留。

有利地，加速度计36被设置为与球状体34竖直对齐。这样，所收集 的振动在它们被传递到加速度计36时承受相对有限的变形（或扭曲）。在 所示出的示例中，球状体34与腔室24被设置为在一条直线上，加速度计 36被容纳在所述腔室24的底部中。为了不受到振动干扰，加速度计36实 际上与插脚21间隔开。有利地，对于多轴线加速度计来说，在听音钳10 的臂内侧，加法电路被布置为离加速度计36有一段距离。为了避免变形现 象，加速度计36的不同轴线之间的相位移将有利地为零。可以使用一种加 速度计，其例如为整体结合到移动电话中的加速度计。

球状体34有利地由不锈钢制成以优化其寿命和振动传递的质量。球状 体34可以具有小于或等于平坦部件32一半宽度的直径。平坦部件32可以 具有以下尺寸：25mm的长度、5mm的宽度、以及稍微大于球状体34的 直径的厚度。在平坦部件32中接收球状体34的孔可以具有稍微小于球状 体34的半径的深度。球状体34可以借助于优化振动传递的刚性胶合剂被 安装在平坦部件32中。所使用的胶合剂有利地耐受内燃机的构件通常遇到 的高表层温度。

平坦部件32和安装部件33有利地由单块弹性体衬垫形成。所述弹性 体的硬度可以大于或等于40肖氏（D）硬度以优化振动朝向加速度计的传 递。有利地，球状体34的硬度至少是衬垫硬度的5倍大。

图11是用于根据第三实施方式的听音钳10的衬垫40的变化形式的透 视图。除了衬垫40外，根据第三实施方式的听音钳具有与第二实施方式类 似的结构。

衬垫40包括与未示出的安装部件坚固地连接的平坦部件42。安装部件 适合于安装到听音钳10的卡爪上，以便围绕平行于卡爪之间的枢转轴线的 轴线枢转地安装衬垫40。球状体44被布置为在安装部件的相反侧与平坦部 件42接触。另一个平坦部件45具有与球状体44接触的一个表面和用于接 触到待测试结构件的另一个表面。平坦部件42和45静止时平行并且它们 之间的距离因此由球状体44的直径确定。在平坦部件42和45之间的虚线 中限界的容积部包括弹性体材料47的插入物。球状体44由弹性体插入物 47围绕。弹性体插入物47的厚度等于球状体44的直径。

平坦部件45具有重要的表面，其有助于在待测试构造上的夹紧。由于 其球体形状，因此球状体44与平坦部件45点接触，并且作为收集器，其 用于独立于衬垫40相对所述元件的定向而汇总振动信息。平坦部件42和 安装部件用于将球状体44收集的振动信息传递至未示出的加速度计。弹性 体插入物47使球状体44在平坦部件42和45之间保持就位。插入物47还 将平坦部件42和45连接在一起，同时允许它们之间一定量的枢转。密封 也减小平板42和45之间的振动，以使得球状体44传递的振动保持为最重 要的。插入物47可以被粘合至平坦部件42和45。

如在前述实施方式那样，加速度计有利地布置为与球状体44在一条直 线上。例如，加速度计可以布置在形成于安装部件中的圆柱形空腔中，并 且被布置为与球状体44在一条直线上。

球状体44有利地由不锈钢制成，并且其硬度有利地远远大于平坦部件 42和45的硬度。平坦部件42和45有利地由弹性体材料制成。所述弹性体 材料的硬度大于或等于40肖氏（D）硬度。用于插入物47的弹性体材料具 有比板42和45显著地低的硬度。优选地，所述硬度小于40肖氏（A）硬 度。

所示出的尺寸意图是有助于理解衬垫40的结构，球状体44的大小和 插入物47的厚度相对平板42和45事实上显著地小。

本发明通过使用收集仪器提高了传感质量，所述收集仪器借助于点接 触从待测试的元件回收振动。此外，本发明有助于在汽车的维护操作或售 后服务期间进行的振动分析，或者有助于可获益于快速试验和分析工具的 专业人员的工作。这种钳另外还提供良好的频率响应，特别是在0和4000 赫兹之间，同时限制电短路的风险。