專利名稱：變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種非接觸的數字式電子琴鍵盤力度實時采集裝置，更具體的是 提供了 一種變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置。
背景技術：
電子樂器的發(fā)聲原理不同于一般樂器，它以電聲合成電路產生的電信號作為發(fā)聲 源，發(fā)聲過程受諸多參數控制。對電子琴而言，需要專門的鍵盤采集電路采集鍵盤演奏信息 以控制電聲合成器的發(fā)聲過程，電聲合成過程中音的強弱、包絡曲線長短、揉弦幅度等都與 演奏者的按鍵力度有關，因此實時細膩的琴鍵力度測量能有效地提高電子樂器豐富細致的 表現力。隨著電子技術的發(fā)展，電子樂器的能力不斷增強，部分高端電子樂器已經可以逼 真的模擬普通物理發(fā)聲樂器的演奏效果，而且電子樂器的演奏形式豐富，不再局限于傳統(tǒng) 鍵盤方式。從模擬普通樂器的角度和創(chuàng)造新樂器的角度，高端電子樂器對琴鍵力度采集提 出了新的要求。目前為了解決電子樂器演奏控制和琴鍵力度采集的問題，出現了以下幾種 解決方法。1、機械開關法電子琴琴鍵力度采集的機械開關法所涉及的系統(tǒng)，由兩個以上機械開關和與之配 合的輔助電路組成。機械開關采用導電橡膠、霍爾開關或簧片結構。其方法為，通過測量機 械開關閉合的時間差計算按鍵運動的平均速度，利用該平均速度近似地表示琴鍵力度。該 方法結構簡單、成本低，但仍存在缺陷首先，測量精度低且一次按鍵的力度只能測量一次， 只有按鍵再次按下才能進行下一次測量；其次，琴鍵的壽命短，導電橡膠和簧片等材料長時 間使用容易氧化變形；最后，機械開關存在抖動，開關閉合時的抖動將影響琴鍵力度采集質 量。2、力敏傳感器法電子琴琴鍵力度采集的力敏傳感器法所涉及的系統(tǒng)，由力度傳感器和與之配合的 輔助電路組成。力度傳感器采用壓力傳感器、應變片或電阻橡膠。其中壓力傳感器又分為 壓阻式、電感式、電容式、諧振式等，應變片分為電阻式和半導體式，電阻橡膠是一種彈性材 料，受到壓力后產生形變，力越大形變越大，相應的電阻越大。力敏傳感器法的基本原理就 是借助力度傳感器和與之配合的輔助電路，將琴鍵按下后的壓力反映到傳感電路的輸出電 信號上，壓力不同傳感電路的輸出電信號不同。這種方法測量精度高，但仍存在缺陷首先， 壓力傳感器的成本較高，輔助的傳感電路結構較復雜，壓力信息要經過多級電路處理轉換， 高成本和結構復雜給實現帶來了困難；其次，該方法測量的力度信息只能反映琴鍵按下后 的壓力信息，不能反映琴鍵按壓過程中的壓力信息。3、磁敏傳感器法電子琴琴鍵力度采集的磁敏傳感器法所涉及的系統(tǒng)，由電磁傳感器和與之配合的 輔助電路組成。電磁傳感器由安裝在琴鍵下的磁體和傳感線圈組成。磁敏傳感器法的基本原理就是利用與傳感線圈相連的電壓檢測器測量琴鍵力度。線圈中磁通的變化率與琴鍵速 度的變化率成正比，按鍵力度正比于線圈的感應電動勢，借助線圈的感應電動勢反映實時 的按鍵力度。但該方法也存在缺陷首先，琴鍵內部空間狹小導致線圈距離很近，傳感器間 容易產生干擾；其次，檢測的壓力信號仍為模擬信號，且線圈的體積受限于琴鍵的結構，影 響了測量精度；最后，復雜的變換電路給該方法在實現上帶來了困難。綜上所述，目前已有的各種方法在具有獨特的性能優(yōu)勢的同時都存在不可避免的 缺陷?，F有各方法均不能同時解決結構復雜、成本高、壽命有限、易受干擾的問題，而且現有 各方法不具備高精度實時測量琴鍵壓下量的能力。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提出新型的非接觸式琴鍵壓下量實時測量傳感裝置，具體 涉及一種變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置。利用這種非接觸式、實時傳感裝 置解決琴鍵壓下量測量結構復雜、精度低、成本高、壽命有限、易受干擾的問題。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置包括電容傳感器 (1)、物理轉換電路(2)及數字壓下量檢測電路(3)，電容傳感器(1)安裝在琴鍵(4)下方， 琴鍵(4)移動帶動電容傳感器(1)的電介質板(2-2)移動導致電容傳感器(1)的電容變化， 基于電容傳感器(1)構成的物理轉換電路(2)將電容傳感器(1)的電容變化轉換為矩形波 脈沖寬度變化，數字壓下量檢測電路(3)測量物理轉換電路(2)的矩形波信號的脈沖寬度 得到琴鍵壓下量的相關信息。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感 器(1)由負電容極板(2-1)、正電容極板(2-3)和電介質板(2-2)組成；負電容極板(2-1) 位于電容傳感器(1)的最外兩側，正電容極板(2-3)位于負電容極板(2-1)之間，電介質 板(2-2)位于負電容極板(2-1)和正電容極板(2-3)之間；負電容極板(2-1)和正電容極 板(2-3)固定于基座線路板(6-1)上，等間距平行排放；電介質板(2-2)固定于琴鍵⑷下 方，等間距平行排放；安裝后的電介質板(2-2)平行穿插于負電容極板(2-1)和正電容極 板(2-3)之間，構成電介質板(2-2)相對于負電容極板(2-1)和正電容極板(2-3)平行移 動的柵形結構。因為每一塊正電容極板(2-3)和負電容極板(2-1)之間穿插一塊電介質板 (2-2)，使得一塊正電容極板(2-3)可以對應兩塊負電容極板(2-1)，所以電容傳感器(1)的 電容將提升一倍，測量靈敏度增加一倍。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感 器(1)的電路連接方式為正極接線端(6-2)與電容傳感器(1)的正電容極板(2-3)相連， 負極接線端(6-3)與電容傳感器⑴的負電容極板(2-1)相連，因為正電容極板(2-3)和 負電容極板(2-1)固定在基座線路板(6-1)上，所以正極接線端(6-2)和負極接線端(6-3) 可以使用PCB線路的形式鋪設在基座線路板(6-1)上，這在結構上保證了加工的簡易性和 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，負極接線端(6-3)安裝后要接地，負極接線端(6-3)接地使得相鄰兩個琴鍵 (4)對應的電容傳感器(1)可以共用同一塊負電容極板(2-1)，簡化了結構，同時，位于電容 傳感器(1)的最外側的負電容極板(2-1)的接地對電容傳感器(1)起到了屏蔽抗干擾作 用。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器⑴的測量原理為當琴鍵沒有壓下時，電容傳感器⑴的初始電容Ctl可以等效為兩個 電容Cltl和C2tl的并聯(lián)，Cltl是以電介質板(2-2)為電介質的電容，C2tl是以空氣為電介質的電 容，電容傳感器(1)的初始電容Ctl的計算公式如下
r r , . Ao , , 4ο . + ^ ΧΑ-^· A A +A -α C0 =C10+C20 =ξ^0 — + ζ0 — ---- ~d~ ^r0 d '+Λ20~Λ其中ξ^為電介質板(2-2)相對于空氣電介質的相對介電常數，為空氣電介 質的介電常數，<。為電容傳感器⑴在琴鍵沒有壓下時的等效介電系數，d為電容傳感器 ⑴的負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)的板間距，A為電容傳感器(1)的負電容極 板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積，Altl為電容Cltl的負電容極板(2-1)與正電容極 板(2-3)的正對面積，A2tl為電容C2tl的負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積。 當琴鍵壓下的時候，電介質板(2-2)伸入到負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)之間，置 換空氣電介質。電容傳感器(1)的電容C就等效SC1和C2的并聯(lián),C1是琴鍵壓下后以電介 質板(2-2)為電介質的電容，C2是琴鍵壓下后以空氣為電介質的電容，電容傳感器(1)在琴 鍵壓下后的電容C的計算公式為c ==+= ++
dAdAa dZUe [O5Z-^10] ,A1 =A10+ AA ,A2 =A20-AA ,Αλ+A2 =A其中其中ξ ^為電介質板(2-2)相對于空氣電介質的相對介電常數，ξ ^為空氣電 介質的介電常數，<。為電容傳感器(1)在琴鍵沒有壓下時的等效介電系數，‘為電容傳感器 ⑴在琴鍵壓下時的等效介電系數，d為電容傳感器⑴的負電容極板(2-1)與正電容極板 (2-3)的板間距，A為電容傳感器⑴的負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積， A1為電容C1的負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積，A2為電容C2的負電容極 板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積，L為電介質板(2-2)與負電容極板(2-1)和正電 容極板(2-3)的最大正對面積，Δ A為電介質板(2-2)移動后A1相對于Altl的變化。由電容 傳感器(1)在琴鍵壓下后的電容C的計算公式可得到得到電容傳感器(1)的等效介電系數
ξ',=ξΙο + {ξΓ~1]ξθΑΑ。因為電容傳感器⑴的負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)在基 A
座線路板(6-1)上的位置固定，所以負電容極板(2-1)與正電容極板(2-3)的正對面積A和
板間距離d都是常數。而電容器的電容量計算公式又為c = 。根據< =ξν, + {ξν'Χ)ξΜ
aA
便知，在琴鍵沒有壓下的時候，電容傳感器(1)的等效介電系數<為常數，電容傳感器(1)
的電容不變化。當琴鍵壓下的時候，電介質板(2-2)伸入到負電容極板(2-1)與正電容極
板(2-3)之間產生ΔΑ的變化，電容傳感器(1)的等效介電系數ξ/成為一變化值，即電
容傳感器(1)的電容成為反映琴鍵壓下量的變化值。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的物理轉換 電路⑵采用自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)或他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)；自激式矩形 波發(fā)生電路(3-1)利用基于電容傳感器⑴構成的矩形波振蕩電路將電容傳感器⑴的電容變化轉換成矩形波周期的變化；他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)利用基于電容傳感器(1) 構成的門限電壓比較電路將電容傳感器⑴的電容變化轉換電容傳感器⑴的充電上升時 間(4-3)的變化，他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)中電容傳感器(1)的充放電矩形波由數字 壓下量檢測電路(3)提供。電容傳感器(1)將琴鍵壓下量轉化為電容變化量，而進行壓下量測量和處理的數 字壓下量檢測電路(3)不能直接測量電容，所以需要通過物理轉換電路(2)將電容變化量 轉換為矩形波信號量，使琴鍵壓下量實時的反映數字壓下量檢測電路(3)可測量的矩形波 信號量。當物理轉換電路(2)采用自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)時，電容傳感器(1)的電 容與物理轉換電路(2)輸出的矩形波信號(3-2)的周期有如下對應關系T κ R3C其中T是矩形波信號(3-2)的周期，C是電容傳感器(1)的電容，R3是回路電阻。 電容傳感器⑴的電容正比于物理轉換電路⑵輸出的矩形波信號(3-2)的周期。在琴鍵 壓下的時候，電容傳感器(1)的電容產生變化，矩形波信號(3-2)的周期也相應的發(fā)生變 化。當物理轉換電路(2)采用他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)時，電容傳感器(1)的電容與 充電上升時間(4-3)具有如下對應關系Tr R1C其中Tr是充電上升時間(4-3)，C是電容傳感器(1)的電容，R1是回路電阻。電 容傳感器(1)的電容與充電上升時間(4-3)成正比關系。充電上升時間(4-3)是指從數字 壓下量檢測電路(3)給出激勵信號到電容傳感器(1)充電超過比較器閾值電壓所經過的時 間。在琴鍵壓下時，電容傳感器⑴的電容變化反映到充電上升時間(4-3)的變化上。相 對于自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)，他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)具有等間隔采樣的優(yōu)勢。 物理轉換電路(2)的兩種實現方式都使用比較器作為核心轉換元件。采用比較器電路使得 物理轉換電路(2)的成本很低、結構簡潔，有利于生產制造，同時穩(wěn)定的脈沖輸出確保了較 高的精度。將電容變化直接轉化為數字信號也提高了測量的抗干擾能力。本實用新型的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的數字壓下 量檢測電路(3)由FPGA/CPLD電路實現。數字壓下量檢測電路(3)通過檢測物理轉換電 路(2)輸出矩形波的脈沖寬度來計量琴鍵壓下量。對琴鍵壓下量進行二次數據處理，實時 測速度、校正以實現琴鍵擊鍵力度測量，實時測位移、校正以實現揉弦模擬功能。數字壓下 量檢測電路(3)根據參數設定，借助特性校正環(huán)節(jié)對采集的數據做線性或非線性壓下量校 正，調節(jié)采集特性以達到擊鍵力度和揉弦模擬的要求。當物理轉換電路(2)采用他激式矩 形波發(fā)生電路(4-1)時數字壓下量檢測電路(3)還需要為電容傳感器⑴提供充放電矩形 波激勵信號。數字壓下量檢測電路(3)引入了數字處理的優(yōu)勢，實現了對琴鍵壓下量測量 的高精度、高速度、高復雜程度的處理。本實用新型相對于現有技術的優(yōu)勢1、與現有技術相比，本實用新型具有非接觸的特點，非接觸測量使傳感器元件無 摩擦工作，延長了傳感器元件的壽命，同時非接觸還克服了抖動問題。2、與現有技術相比，本實用新型具有實時測量的特點。采集的琴鍵壓下量信息實 時反映了琴鍵的運動過程。3、與現有技術相比，本實用新型采用的傳感器元件和物理轉化電路具有成本低、結構簡潔的優(yōu)勢，不需要使用昂貴的測量傳感器和模數轉換器件，降低了實現的成本和復 雜度，為生產制造提供了便利。4、與現有技術相比，本實用新型采用了數字信號處理方法，測量系統(tǒng)引入了數字 處理的方法，帶來了高精度、高速度、高復雜程度處理的優(yōu)點。5、與現有技術相比，本實用新型提升了抗干擾能力。電容傳感器(1)的負電容極 板(2-1)接地，并放置在最外側起屏蔽作用，電容極板位置和走線固定的結構，提升了傳感 器元件的抗干擾能力。6、與現有技術相比，本實用新型具有較高的精度，能夠達到的分辨率高于的琴 鍵壓下量測量，具有非常細膩的音樂表現力。7、與現有技術相比，本實用新型支持獨特的揉弦演奏方式。傳統(tǒng)的鍵盤采用單獨 設立調音輪的方式實現樂器的揉弦功能，本實用新型則直接采用實時琴鍵壓下量作為揉弦 控制量，產生揉弦演奏的效果，具有更高的弦樂器模擬能力?？偨Y上述優(yōu)勢，本實用新型解決了現有方法存在的不能同時具有低成本、低加工 難度、長使用壽命、高精度、高抗干擾能力的問題，同時還創(chuàng)新地提出了利用實時琴鍵壓下 量進行揉弦控制的新演奏模式。
圖1為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置結構框圖。圖2為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器結構 圖。圖3為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的自激式矩形波發(fā) 生電路及其波形圖。圖4為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的他激式矩形波發(fā) 生電路及其波形圖。圖5為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的數字壓下量檢測 電路框圖。圖6為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器在琴 鍵中的裝配圖。圖7為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器裝配 接線圖。圖中標號1為電容傳感器，2為物理轉換電路，3為數字壓下量檢測電路，4為琴 鍵，5為電聲合成器；2-1為負電容極板，2-2電介質板，2-3為正電容極板；3-1為自激式矩 形波發(fā)生電路，3-2為自激式矩形波發(fā)生電路輸出的矩形波信號；4-1為他激式矩形波發(fā)生 電路，4-2為數字壓下量檢測電路(3)輸出的激勵源，4-3為充電上升時間；6-1為基座線路 板，6-2為正極接線端，6-3為負極接線端。具體實施方法結合附圖與具體實施方式
對本實用新型的技術細節(jié)作進一步詳細說明如下。圖1為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置結構框圖。所示的傳感裝置 包括電容傳感器(1)、物理轉換電路(2)及數字壓下量檢測電路(3)，電容傳感器(1)安裝在琴鍵(4)下方，琴鍵(4)移動帶動電容傳感器(1)的電介質板(2-2)移動導致電容傳感 器⑴的電容變化，基于電容傳感器⑴構成的物理轉換電路⑵將電容傳感器⑴的電 容變化轉換為矩形波脈沖寬度變化，數字壓下量檢測電路(3)測量物理轉換電路(2)的矩 形波信號的脈沖寬度得到琴鍵壓下量的相關信息。圖2為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器結構 圖。所示的電容傳感器(1)包括負電容極板(2-11)、正電容極板(2-3)和電介質板(2-2) 組成；負電容極板(2-1)位于電容傳感器(1)的最外兩側，正電容極板(2-3)位于負電容 極板(2-1)之間，電介質板(2-2)位于負電容極板(2-1)和正電容極板(2-3)之間；負電 容極板(2-1)和正電容極板(2-3)固定于基座線路板(6-1)上，等間距平行排放；電介質板 (2-2)固定于琴鍵(4)下方，等間距平行排放；安裝后的電介質板(2-2)平行穿插于負電容 極板(2-1)和正電容極板(2-3)之間，構成電介質板(2-2)相對于負電容極板(2-1)和正電 容極板(2-3)平行移動的柵形結構；琴鍵壓下時，電介質板(2-2)相對于負電容極板(2-1) 和正電容極板(2-3)移動，置換空氣電介質，改變電容傳感器(1)的等效介電系數，引起電 容傳感器(1)的電容變化。圖3為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的自激式矩形波發(fā) 生電路及其波形圖。所示的自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)包括基于電容傳感器(1)組成 的RC電路和滯回比較器。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網絡，通過RC充放電實現輸 出高低電平的自動轉換。由于電容傳感器(1)的電容正比于物理轉換電路(2)輸出的矩形 波信號(3-2)的周期，所以琴鍵壓下量帶來的電容變化就反映為矩形波信號的周期變化。圖4為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的他激式矩形波發(fā) 生電路及其波形圖。所示的他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)包括激勵源(4-2)、滯回比較器 和基于電容傳感器(1)組成的RC電路。激勵源(4-2)給出RC電路充放電的矩形波激勵信 號。RC電路充放電產生不同的充電上升時間。由于電容傳感器(1)的電容與充電上升時間 (4-3)成正比，所以琴鍵壓下量帶來的電容變化就反映為充電上升時間的變化。圖5為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的數字壓下量檢測 電路框圖。所示的數字壓下量檢測電路(3)由FPGA/CPLD電路實現，包括壓下量數字化、揉 弦參數提取、鍵前力度提取、揉弦特性校正、力度特性校正、激勵信號處理模塊。數字壓下量 檢測電路(3)使用脈寬計數器測量物理轉換電路(2)輸出的矩形波脈沖寬度，利用矩形波 脈沖寬度計數值測得琴鍵壓下量，對壓下量進行數據處理，通過實時測位移以提取揉弦參 數，通過實時測速度以提取鍵前力度，數字壓下量檢測電路(3)根據參數設定，借助揉弦特 性校正、力度特性校正環(huán)節(jié)對揉弦參數、鍵前力度進行校正，以達到琴鍵力度測量和揉弦模 擬的要求。當物理轉換電路(2)采用他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)時，數字壓下量檢測電 路(3)需要為電容傳感器(1)提供充放電矩形波激勵信號，激勵信號要確保電容傳感器(1) 正常充電超過滯回比較器的閾值。圖6為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器在琴 鍵中的裝配圖。裝配后的電容傳感器(1)的電容極板為梯形結構，在不影響按鍵運動的情 況下使電容極板正對面積最大。裝配后的電介質板(2-2)的下邊線為弧形，確保電介質板 (2-2)不影響按鍵的運動，并且使按鍵按下后電介質板(2-2)與電容極板的正對面積最大。 提升電容極板的正對面積和電介質板的面積可以顯著加大電容傳感器(1)的電容，提高測量的精度。 圖7為變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置所涉及的電容傳感器裝配 接線圖。正極接線端(6-2)與電容傳感器(1)的正電容極板(2-3)相連，負極接線端(6-3) 與電容傳感器⑴的負電容極板(2-1)相連。正極接線端(6-2)和負極接線端(6-3)以 PCB線路的形式鋪設在基座線路板(6-1)上。負極接線端(6-3)安裝后要接地以保證電容 傳感器(1)的高抗干擾能力。
權利要求一種變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置，其特征在于裝置包括電容傳感器(1)、物理轉換電路(2)及數字壓下量檢測電路(3)，電容傳感器(1)安裝在琴鍵(4)下方，琴鍵(4)移動帶動電容傳感器(1)的電介質板(2 2)移動導致電容傳感器(1)的電容變化，基于電容傳感器(1)構成的物理轉換電路(2)將電容傳感器(1)的電容變化轉換為矩形波脈沖寬度變化，數字壓下量檢測電路(3)測量物理轉換電路(2)的矩形波信號的脈沖寬度得到琴鍵壓下量的相關信息。
2.根據權利要求1所述的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置，其特征在 于所涉及的電容傳感器(1)由負電容極板(2-1)、正電容極板(2-3)和電介質板(2-2)組 成；負電容極板(2-1)位于電容傳感器(1)的最外兩側，正電容極板(2-3)位于負電容極板 (2-1)之間，電介質板(2-2)位于負電容極板(2-1)和正電容極板(2-3)之間；負電容極板 (2-1)和正電容極板(2-3)固定于基座線路板(6-1)上，等間距平行排放；電介質板(2-2) 固定于琴鍵(4)下方，等間距平行排放；安裝后的電介質板(2-2)平行穿插于負電容極板 (2-1)和正電容極板(2-3)之間，構成電介質板(2-2)相對于負電容極板(2-1)和正電容極 板(2-3)平行移動的柵形結構；電容傳感器(1)的正極接線端(6-2)與正電容極板(2-3) 相連，負極接線端(6-3)與負電容極板(2-1)相連，正極接線端(6-2)和負極接線端(6-3) 以PCB線路的形式鋪設在基座線路板(6-1)上，電容傳感器(1)的負極接線端(6-3)接地。
3.根據權利要求1所述的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置，其特征在 于所涉及的物理轉換電路(2)采用自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)或他激式矩形波發(fā)生電 路(4-1)；自激式矩形波發(fā)生電路(3-1)利用基于電容傳感器(1)構成的矩形波振蕩電路 將電容傳感器(1)的電容變化轉換成矩形波周期的變化；他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)利 用基于電容傳感器(1)構成的門限電壓比較電路將電容傳感器(1)的電容變化轉換電容傳 感器(1)的充電上升時間(4-3)的變化，他激式矩形波發(fā)生電路(4-1)中電容傳感器(1) 的充放電矩形波由數字壓下量檢測電路(3)提供。
4.根據權利要求1所述的變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置，其特征在 于所涉及的數字壓下量檢測電路(3)由FPGA/CPLD電路實現，數字壓下量檢測電路(3)通 過檢測物理轉換電路(2)輸出的矩形波周期的變化來測量琴鍵壓下量，對琴鍵壓下量進行 實時測速度、校正以實現擊鍵力度測量，對琴鍵壓下量進行實時測位移、校正以實現揉弦模 擬功能。
專利摘要一種變電介質電容式琴鍵壓下量振蕩測量傳感裝置，裝置包括電容傳感器(1)、物理轉換電路(2)及數字壓下量檢測電路(3)，電容傳感器(1)安裝在琴鍵(4)下方，琴鍵(4)移動帶動電容傳感器(1)的電介質板(2-2)移動導致電容傳感器(1)的電容變化，基于電容傳感器(1)構成的物理轉換電路(2)將電容傳感器(1)的電容變化轉換為矩形波脈沖寬度變化，數字壓下量檢測電路(3)測量物理轉換電路(2)的矩形波信號的脈沖寬度得到琴鍵壓下量的相關信息。本實用新型提供了一種非接觸的數字式電子琴鍵盤力度實時采集裝置，傳感裝置結構簡單，成本低，精度高，具有擊鍵力度和揉弦模擬能力，為高性能電子琴設計提供了有效支撐。
文檔編號G01D5/241GK201731889SQ20102021179
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者劉蘭軍, 劉悅, 李坤, 李鵬濤, 楊睿, 楊驍 , 牛炯, 王劍, 王建國, 秦立明, 遲書凱, 黎明 申請人:中國海洋大學