[实用新型]变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种非接触的数字式电子琴键盘力度实时采集装置，更具体的是提供了一种变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置。

背景技术

电子乐器的发声原理不同于一般乐器，它以电声合成电路产生的电信号作为发声源，发声过程受诸多参数控制。对电子琴而言，需要专门的键盘采集电路采集键盘演奏信息以控制电声合成器的发声过程，电声合成过程中音的强弱、包络曲线长短、揉弦幅度等都与演奏者的按键力度有关，因此实时细腻的琴键力度测量能有效地提高电子乐器丰富细致的表现力。

随着电子技术的发展，电子乐器的能力不断增强，部分高端电子乐器已经可以逼真的模拟普通物理发声乐器的演奏效果，而且电子乐器的演奏形式丰富，不再局限于传统键盘方式。从模拟普通乐器的角度和创造新乐器的角度，高端电子乐器对琴键力度采集提出了新的要求。目前为了解决电子乐器演奏控制和琴键力度采集的问题，出现了以下几种解决方法。

1、机械开关法

电子琴琴键力度采集的机械开关法所涉及的系统，由两个以上机械开关和与之配合的辅助电路组成。机械开关采用导电橡胶、霍尔开关或簧片结构。其方法为，通过测量机械开关闭合的时间差计算按键运动的平均速度，利用该平均速度近似地表示琴键力度。该方法结构简单、成本低，但仍存在缺陷：首先，测量精度低且一次按键的力度只能测量一次，只有按键再次按下才能进行下一次测量；其次，琴键的寿命短，导电橡胶和簧片等材料长时间使用容易氧化变形；最后，机械开关存在抖动，开关闭合时的抖动将影响琴键力度采集质量。

2、力敏传感器法

电子琴琴键力度采集的力敏传感器法所涉及的系统，由力度传感器和与之配合的辅助电路组成。力度传感器采用压力传感器、应变片或电阻橡胶。其中压力传感器又分为压阻式、电感式、电容式、谐振式等，应变片分为电阻式和半导体式，电阻橡胶是一种弹性材料，受到压力后产生形变，力越大形变越大，相应的电阻越大。力敏传感器法的基本原理就是借助力度传感器和与之配合的辅助电路，将琴键按下后的压力反映到传感电路的输出电信号上，压力不同传感电路的输出电信号不同。这种方法测量精度高，但仍存在缺陷：首先，压力传感器的成本较高，辅助的传感电路结构较复杂，压力信息要经过多级电路处理转换，高成本和结构复杂给实现带来了困难；其次，该方法测量的力度信息只能反映琴键按下后的压力信息，不能反映琴键按压过程中的压力信息。

3、磁敏传感器法

电子琴琴键力度采集的磁敏传感器法所涉及的系统，由电磁传感器和与之配合的辅助电路组成。电磁传感器由安装在琴键下的磁体和传感线圈组成。磁敏传感器法的基本原理就是利用与传感线圈相连的电压检测器测量琴键力度。线圈中磁通的变化率与琴键速度的变化率成正比，按键力度正比于线圈的感应电动势，借助线圈的感应电动势反映实时的按键力度。但该方法也存在缺陷：首先，琴键内部空间狭小导致线圈距离很近，传感器间容易产生干扰；其次，检测的压力信号仍为模拟信号，且线圈的体积受限于琴键的结构，影响了测量精度；最后，复杂的变换电路给该方法在实现上带来了困难。

综上所述，目前已有的各种方法在具有独特的性能优势的同时都存在不可避免的缺陷。现有各方法均不能同时解决结构复杂、成本高、寿命有限、易受干扰的问题，而且现有各方法不具备高精度实时测量琴键压下量的能力。

发明内容

本实用新型的目的在于提出新型的非接触式琴键压下量实时测量传感装置，具体涉及一种变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置。利用这种非接触式、实时传感装置解决琴键压下量测量结构复杂、精度低、成本高、寿命有限、易受干扰的问题。

本实用新型的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置包括电容传感器(1)、物理转换电路(2)及数字压下量检测电路(3)，电容传感器(1)安装在琴键(4)下方，琴键(4)移动带动电容传感器(1)的电介质板(2-2)移动导致电容传感器(1)的电容变化，基于电容传感器(1)构成的物理转换电路(2)将电容传感器(1)的电容变化转换为矩形波脉冲宽度变化，数字压下量检测电路(3)测量物理转换电路(2)的矩形波信号的脉冲宽度得到琴键压下量的相关信息。