摘要:压电式蜂鸣器具有电声转换功能，将压电材料黏贴于金属片上，在压电材料和金属片两端施加额定电压后，蜂鸣器会因为机械变形而发出声响。因具有体积小、灵敏度高、可靠性好的特点，凭借低廉的价格，广泛运用于各种小型电子产品中。以PA-13S-85DB压电无源贴片式蜂鸣器为例，针对蜂鸣器声压设计、制作工艺流程、不良品的分析研究和现场质量管理进行详细的阐述。
关键词:制作工艺流程;不良品的分析研究;现场质量管理
0引言
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示［1］。蜂鸣器主要分为电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片和外壳等组成。电磁式蜂鸣器接通电源，振荡器所产生的音频信号电流会通过电磁线圈，使得电磁线圈产生磁场，振动膜片会在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地发生振动。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。它是一种电声转换器件，将压电材料黏贴在金属片上，在压电材料和金属片两端施加一个电压后，因压电效应，蜂鸣片会产生机械变形从而发出声响;压电材料有很多，用在蜂鸣片上的压电材料通常是高压极化后的压电陶瓷片。
1发声原理
根据蜂鸣器的发声原理可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。这里的“有源”和“无源”并不是指电源，而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路，工作时需不需要外加脉冲信号，是否可以直接加额定的直流电压就能使蜂鸣器产生音频信号，如图1所示［2］。无论是“有源”还是“无源”蜂鸣器，都是通过蜂鸣片振动从而发声，这种规律叫压电效应。即某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时两个相对表面上会出现正负极性相反的电荷。当给蜂鸣片加直流电压时，蜂鸣片会朝一个方向发生形变，当给蜂鸣器加一个电流方向随时间作周期性变化的交流电时，蜂鸣片会上下振动推动空气发出声音。图2、图3分别为无源蜂鸣器和有源蜂鸣器的发声原理图。
2外观材质选取
PA-13S-85DB压电贴片式蜂鸣器外形尺寸为12．8mm×12．8mm×2．7mm，焊接时采用回流焊装配，焊接温度必须控制在240℃～255℃之间。为防止在高温焊接条件下变形，塑壳需采用黑色LCP高分子复合材料，这种材料在高温下焊接不易产生形变且有较强的延展型。具体检测流程及相关要求如图4所示。
3驱动电路测试分析
PA-13S-85DB蜂鸣器本质上是一个储能元件，其两端的电压和电流不能瞬变，需有一个电阻R2提供续流。当电路中电流消失瞬间会产生一个反向电压，若没有R2电阻元件会有刺耳的尖音出现，对电路有破坏作用;而通过电阻元件R2可构成完整的回路，从而消耗产生的多余功率，便不会存在刺耳的尖音［3］。此外蜂鸣器需要的电流比较大，通过三极管对基极电流进行放大可为蜂鸣器提供足够大的电流。三极管还起到开关的作用，当基极为高电平时三极管导通，使蜂鸣器发声;而基极为低电平时三极管关闭，蜂鸣器停止发声。图5中R1为分压电阻，为三极管分掉一部分电压，起到保护三极管的作用。
4频响、声压测试分析
4．1扫频初测。将扫频仪、声级计、测试夹具按设备操作规程调试好，预热5min后开始测试。将产品膜片面对准声级计话筒，输出正极(红表棒)接产品“+”，输出负极(黑表棒)接产品“－”开始测试，操作人员需带上绝缘指套，如图6所示。仪器使用之前应校对判别无误，以YX-1307S01-2．4(R8)型号为例，设置相关参数如下:初测电压2．5Vp－p、频率范围控制在2200Hz～2360Hz之间，中心频率为2400Hz。频率起步曲线达标且没有异音(无声、沙哑)判定为测试通过，检测图形如图7所示。
4．2频响、声压测试。将扫频仪、声级计、测试夹具按设备操作规程调试好，预热5min后开始测试，测试前进行样件比对。将产品塑料壳面朝下放入测试限位工装内，输出正极(红表棒)接产品“+”，输出负极(黑表棒)接产品“－”开始测试，为确保测试的准确性，与产品接触的手部必须戴上绝缘指套，如图8所示。仪器使用之前应校对判别无误，以YX-1307S01-2．4(R8)型号为例，设置相关参数如下:复测电压3．0Vo－p、频率范围控制在2300Hz～2400Hz之间，中心频率为2400Hz，声压≥92dB。频率起步曲线达标且没有异音(无声、沙哑)判定为测试通过，检测图形如图9所示。
5不合格产品原因分析
案例一:声压测试工位的不良产品里，产品出现音小异音现象。分析原因:初步判定为导电胶脱落。在检测过程中，第一步将产品进行曲线扫频，发现曲线波形出现无规律的上下浮动;第二步将产品底盖撬开，发现瓷片上无导电胶。得出结论:漏打导电胶造成产品出现音小的现象，而在后道检查工序时，未能及时发现这一问题，导致有隐患的产品流转到下一工序。处理方法:第一步将本批次产品全部重新检听，确保没有类似问题;第二步将涉及此事的人员进行重新培训，发现打导电胶工序的员工有不按照作业指导书操作的行为，对其进行培训跟踪，强调操作者对产品质量的认识和自我管理的重要性。案例二:客户反馈PA-13S-85dB蜂鸣器塑壳有气泡，影响外观，如图10所示。分析原因:初步判定塑壳在注塑前烘料时间不够，在过回流焊时，由于受高温影响，引起塑壳表面起泡。得出结论:在对生产记录检查后，发现此批塑壳中有少量前一天剩余在烘料机内的塑料原料注塑出的产品，而注塑员工在注塑时未将前一天剩余在烘料机内的原料进行二次烘料，因为直接使用导致塑壳过回流焊高温出现气泡现象。处理方法:在生产现场对塑壳原料进行正常烘料，放置在烘料机内隔天进行注塑，在进行SMD回流焊试验后发现仍有塑壳表面出现气泡的现象，故将解决此问题的方法，整理如图11所示。
6结论
对于压电式蜂鸣器的检测，外观的要求是:表面光洁，无明显的凹痕、霉斑、划伤、变形、偏心、毛刺、缺边等，极片A与极柱B垂直不倾斜，没有明显的缝隙和快口，极柱顶端面为平整面，没有缺损和凸起。镀层的要求是:色泽光洁、均匀、无明显花斑及油污，在经盐雾实验6h后，不发生锈蚀现象，用布胶布黏3次极柱顶面无脱落问题。频响声压的要求是:起频范围在2160Hz～2340Hz之间，中心频率为2400Hz，声压大于92dB。在检听音质时的要求是:采用2400Hz的方波，耳听声音不能有沙哑、杂音等其他异常声。
参考文献:
［1］黄学荣，马敢啸．零件加工质量缺陷分析及纠正工艺设计［J］．煤矿机械，2018(2):69－70．
［2］姚伯堂．基于虚拟仪器的数字万用表自动检定系统的研究［D］．西安:西安电子科技大学，2012．
［3］王伏生．压电蜂鸣器的设计与制作［J］．家用电器科技，2008(2):21－22．
作者:万萍 单位:常州刘国钧高等职业技术学校