[发明专利]位置传感器和利用该传感器的位置信息处理系统

说明书

本发明涉及一种位置传感器和利用该传感器的位置信息处理装置，更确切地说，涉及一种用于检测例如键盘乐器上的琴键这样的可动元件的位置的位置传感器，以及用于处理由该位置传感器提供的位置信息的位置信息处理系统。

自动演奏式钢琴和无噪声(silent)钢琴是钢琴类键盘式乐器的典型实例。自动演奏式钢琴是根据发声式(acoustic)钢琴制造的，在自动演奏式钢琴中包含数据处理装置、位置传感器和线圈操作的致动器。在利用键盘进行演奏过程中，位置传感器监测琴键和/或音锤的运动，并向数据处理装置连续地提供位置信息。数据处理装置根据位置信息识别按下的琴键，并测定琴键/音锤的运动。数据处理装置产生一系列的代表琴键/音锤运动的乐曲数据代码，并将该乐曲数据代码存储在适当的记录媒体中。在播放时，乐曲数据代码顺序地由记录媒体读出，并且数据处理装置由相应于所移动的琴键的乐曲数据代码测定琴键的弹奏轨线。线圈操作的致动器沿着琴键弹奏轨线动作各个键，自动演奏钢琴无需用手指弹奏重现原先的演奏。

无声钢琴公开在序号为5374775的美国专利中。无声钢琴也是根据发声式钢琴制造的，在无声钢琴中包含音锤限位器、位置传感器、数据处理装置、音调发生器和耳机。当音锤限位器移动到一非约束位置时，在该位置音锤限位器不阻止音锤的运动，无声钢琴的行为与一个标准发声式钢琴相似，钢琴演奏员通过发声的乐音对无声钢琴调音。另一方面，如果将音锤限位器改变到阻挡位置，在该位置处，音锤在敲击琴弦之前，冲击在该音锤限位器上，无声钢琴就象一个电子键盘乐器。位置传感器监测琴键/音锤，并向数据处理装置提供琴键/音锤的位置信息。数据处理装置按实时方式处理这些位置信息，并产生代表琴键/音锤运动的乐曲数据代码。乐曲数据代码提供到音调发生器，音调发生器由该乐曲数据代码转变成音响信号。该音响信号提供到耳机，演奏者听到的是电子乐声而不是直接声学乐声。

因此，位置传感器是自动演奏式钢琴/无声钢琴的必不可少的组成元件，图1和图2表示了接触式位置传感器的典型示例。每个琴键配置一位置传感器，通常在键盘下方设80个位置传感器。

现有技术的接触式位置传感器1安装在键床2上，琴键3相对于键床2是可转动的。现有技术的接触式位置传感器1包含：置于键床2上的刚性立柱元件1a、安装在刚性立柱元件1a上的可弹性变形的球形元件1b、附着到刚性立柱元件1a上的固定触点1c和固定到可弹性变形的球形元件1b的内表面上的动触点1d。

杆形件1e附着到琴键3的下表面，与琴键3一起运动。当琴键3停在静止位置时，杆形件1e使得可弹性变形的球形元件1b能转动触点1e与固定触点1c隔开。如果琴键3被按下，杆形件1e将可弹性变形的球形元件1b压住刚性立柱元件1a，并将其挤压，从而使动触头1d与固定触头1c相接触。然后，电流在其间流过，该现有技术的接触式位置传感器1输出一个表示新的琴键位置的琴键位置信号kp1。

在图2中表示的另一种接触式位置传感器4称为“片簧开关”，也置于键床5上，用于监测琴键6。该现有技术的接触式位置传感器4包含：一安装在键床5上的绝缘块状元件4a，由绝缘块状元件4a支承的两个片簧4b和4c，以及装在下片簧4b上的固定触点4d。上片簧4c的前端部分以这样一种方式弯曲，即在绝缘块形件4a中向上伸出，用作动触头。

当琴键6处在静止位置时，上片簧4c与固定触点4d隔开，在片簧4c和固定触点4d之间没有电流流过。然而，如果琴键6被按下，琴键6与前端部分4e相接触，使片簧4e朝向另一片簧4d产生变形。片簧4c压住固定触点4d，流过电流，从而产生表示新的琴键位置的琴键位置信号kp2。

接触式位置传感器由于物理接触而改变检测点，因此，用非接触式位置传感器来代替接触式位置传感器。图3表示用于琴键7的非接触式位置传感器的典型实列。

该现有技术的非接触式位置传感器8置于键床上，它包含：附着到琴键7下表面上的一个截光叶片8a和光耦合器8b，即光发射元件8c和光检测元件8d，二者彼此隔开。光发射元件8c和光检测元件8d，均置入一字母U形的支座元件8e中，来自光发射元件8c的光束8f照射到光检测元件8d。

当琴键7处于静止位置时，截光叶片8a静置于光束8f的上方。如果琴键7被按下，琴键7连同截光叶片8a一起向下运动，截光叶片8a截住光束8f。光检测元件产生与光强成比例的电流，这种截光作用使光检测元件8d降低电流的数值。该电流用作代表琴键位置的琴键位置信号kp3。