CN101832750A - 变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法，其传感装置包含电容传感器(1)、物理转换电路(2)及数字压下量检测电路(3)。其传感方法为：电容传感器(1)随琴键压下产生的电容变化反映琴键压下量，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周期变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化，数字压下量检测电路(3)检测物理转换电路(2)输出的矩形波脉冲宽度变化实现琴键压下量的测量。本发明提供了一种非接触的数字式电子琴键盘力度实时采集方式，传感装置结构简单，成本低，精度高，具有击键力度和揉弦模拟能力，为高性能电子琴设计提供了有效支撑。

Description

变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法

技术领域

本发明涉及一种非接触的数字式电子琴键盘力度实时采集装置与方法，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与方法。

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

本发明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与方法，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与方法。利用这种非接触式、实时传感装置与方法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。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置包括：等效介电系数随琴键压下量变化的电容传感器(1)，将电容传感器(1)的电容变化转换为矩形波周期变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化的物理转换电路(2)，以及检测矩形波脉宽变化的数字压下量检测电路(3)。本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量方法为：电容传感器(1)随琴键(4)压下产生的电容变化反映琴键(4)压下量，电容传感器(1)的电容变化由琴键(4)压下带动电介质板(2-2)移动发生的电容传感器(1)的电介质改变而产生，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周期的变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化，数字压下量检测电路(3)检测物理转换电路(2)输出的矩形波脉冲宽度变化以实现琴键(4)压下量的测量。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器(1)由负电容极板(2-1)、正电容极板(2-3)和电介质板(2-2)组成；负电容极板(2-1)位于电容传感器(1)的最外两侧，正电容极板(2-3)位于负电容极板(2-1)之间，电介质板(2-2)位于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间；负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)固定于基座线路板(6-1)上，等间距平行排放；电介质板(2-2)固定于琴键(4)下方，等间距平行排放；安装后的电介质板(2-2)平行穿插于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间，构成电介质板(2-2)相对于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)平行移动的栅形结构。因为每一块正电容极板(2-3)和负电容极板(2-1)之间穿插一块电介质板(2-2)，使得一块正电容极板(2-3)可以对应两块负电容极板(2-1)，所以电容传感器(1)的电容将提升一倍，测量灵敏度增加一倍。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器(1)的电路连接方式为：正极接线端(6-2)与电容传感器(1)的正电容极板(2-3)相连，负极接线端(6-3)与电容传感器(1)的负电容极板(2-1)相连，因为正电容极板(2-3)和负电容极板(2-1)固定在基座线路板(6-1)上，所以正极接线端(6-2)和负极接线端(6-3)可以使用PCB线路的形式铺设在基座线路板(6-1)上，这在结构上保证了加工的简易性和系统的稳定性，负极接线端(6-3)安装后要接地，负极接线端(6-3)接地使得相邻两个琴键(4)对应的电容传感器(1)可以共用同一块负电容极板(2-1)，简化了结构，同时，位于电容传感器(1)的最外侧的负电容极板(2-1)的接地对电容传感器(1)起到了屏蔽抗干扰作用。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器(1)的测量原理为：当琴键没有压下时，电容传感器(1)的初始电容C₀可以等效为两个电容C₁₀和C₂₀的并联，C₁₀是以电介质板(2-2)为电介质的电容，C₂₀是以空气为电介质的电容，电容传感器(1)的初始电容C₀的计算公式如下：

A₁₀+A₂₀＝A其中ξ_r为电介质板(2-2)相对于空气电介质的相对介电常数，ξ₀为空气电介质的介电常数，

为电容传感器(1)在琴键没有压下时的等效介电系数，d为电容传感器(1)的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的板间距，A为电容传感器(1)的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积，A₁₀为电容C₁₀的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积，A₂₀为电容C₂₀的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积。当琴键压下的时候，电介质板(2-2)伸入到负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)之间，置换空气电介质。电容传感器(1)的电容C就等效为C₁和C₂的并联，C₁是琴键压下后以电介质板(2-2)为电介质的电容，C₂是琴键压下后以空气为电介质的电容，电容传感器(1)在琴键压下后的电容C的计算公式为：

$C=C_1+C_2={\mathrm{\ξ}}_r{\mathrm{\ξ}}_0\frac{A_1}{d}+{\mathrm{\ξ}}_0\frac{A_2}{d}={\mathrm{\ξ}}_r{\mathrm{\ξ}}_0\frac{A_{10}+\mathrm{\ΔA}}{d}+{\mathrm{\ξ}}_0\frac{A_{20}-\mathrm{\ΔA}}{d}=C_0+\frac{{\mathrm{\ξ}}_0\mathrm{\ΔA}}{d}({\mathrm{\ξ}}_r-1)$

$={\mathrm{\ξ}}_{r0}^{\′}\frac{A}{d}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_0({\mathrm{\ξ}}_r-1)\mathrm{\ΔA}}{A}\×\frac{A}{d}=({\mathrm{\ξ}}_{r0}^{\′}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_0({\mathrm{\ξ}}_r-1)\mathrm{\ΔA}}{A})\×\frac{A}{d}={\mathrm{\ξ}}_r^{\′}\frac{A}{d}$

ΔA∈[0，L-A₁₀]，A₁＝A₁₀+ΔA，A₂＝A₂₀-ΔA，A₁+A₂＝A

其中其中ξ_r为电介质板(2-2)相对于空气电介质的相对介电常数，ξ₀为空气电介质的介电常数，

为电容传感器(1)在琴键没有压下时的等效介电系数，

为电容传感器(1)在琴键压下时的等效介电系数，d为电容传感器(1)的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的板间距，A为电容传感器(1)的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积，A₁为电容C₁的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积，A₂为电容C₂的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积，L为电介质板(2-2)与负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)的最大正对面积，ΔA为电介质板(2-2)移动后A₁相对于A₁₀的变化。由电容传感器(1)在琴键压下后的电容C的计算公式可得到得到电容传感器(1)的等效介电系数

因为电容传感器(1)的负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)在基座线路板(6-1)上的位置固定，所以负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)的正对面积A和板间距离d都是常数。而电容器的电容量计算公式又为

根据便知，在琴键没有压下的时候，电容传感器(1)的等效介电系数

为常数，电容传感器(1)的电容不变化。当琴键压下的时候，电介质板(2-2)伸入到负电容极板(2-1)与正电容极板(2-3)之间产生ΔA的变化，电容传感器(1)的等效介电系数

成为一变化值，即电容传感器(1)的电容成为反映琴键压下量的变化值。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的物理转换电路(2)采用自激式矩形波发生电路(3-1)或他激式矩形波发生电路(4-1)；自激式矩形波发生电路(3-1)利用基于电容传感器(1)构成的矩形波振荡电路将电容传感器(1)的电容变化转换成矩形波周期的变化；他激式矩形波发生电路(4-1)利用基于电容传感器(1)构成的门限电压比较电路将电容传感器(1)的电容变化转换电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)的变化，他激式矩形波发生电路(4-1)中电容传感器(1)的充放电矩形波由数字压下量检测电路(3)提供。

电容传感器(1)将琴键压下量转化为电容变化量，而进行压下量测量和处理的数字压下量检测电路(3)不能直接测量电容，所以需要通过物理转换电路(2)将电容变化量转换为矩形波信号量，使琴键压下量实时的反映数字压下量检测电路(3)可测量的矩形波信号量。当物理转换电路(2)采用自激式矩形波发生电路(3-1)时，电容传感器(1)的电容与物理转换电路(2)输出的矩形波信号(3-2)的周期有如下对应关系：

                        T∝R₃C

其中T是矩形波信号(3-2)的周期，C是电容传感器(1)的电容，R₃是回路电阻。电容传感器(1)的电容正比于物理转换电路(2)输出的矩形波信号(3-2)的周期。在琴键压下的时候，电容传感器(1)的电容产生变化，矩形波信号(3-2)的周期也相应的发生变化。当物理转换电路(2)采用他激式矩形波发生电路(4-1)时，电容传感器(1)的电容与充电上升时间(4-3)具有如下对应关系：

                        Tr∝R₁C

其中Tr是充电上升时间(4-3)，C是电容传感器(1)的电容，R₁是回路电阻。电容传感器(1)的电容与充电上升时间(4-3)成正比关系。充电上升时间(4-3)是指从数字压下量检测电路(3)给出激励信号到电容传感器(1)充电超过比较器阈值电压所经过的时间。在琴键压下时，电容传感器(1)的电容变化反映到充电上升时间(4-3)的变化上。相对于自激式矩形波发生电路(3-1)，他激式矩形波发生电路(4-1)具有等间隔采样的优势。物理转换电路(2)的两种实现方式都使用比较器作为核心转换元件。采用比较器电路使得物理转换电路(2)的成本很低、结构简洁，有利于生产制造，同时稳定的脉冲输出确保了较高的精度。将电容变化直接转化为数字信号也提高了测量的抗干扰能力。

本发明的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的数字压下量检测电路(3)由FPGA/CPLD电路实现。数字压下量检测电路(3)通过检测物理转换电路(2)输出矩形波的脉冲宽度来计量琴键压下量。对琴键压下量进行二次数据处理，实时测速度、校正以实现琴键击键力度测量，实时测位移、校正以实现揉弦模拟功能。数字压下量检测电路(3)根据参数设定，借助特性校正环节对采集的数据做线性或非线性压下量校正，调节采集特性以达到击键力度和揉弦模拟的要求。当物理转换电路(2)采用他激式矩形波发生电路(4-1)时数字压下量检测电路(3)还需要为电容传感器(1)提供充放电矩形波激励信号。数字压下量检测电路(3)引入了数字处理的优势，实现了对琴键压下量测量的高精度、高速度、高复杂程度的处理。

本发明相对于现有方法的优势：

1、与现有方法相比，本发明具有非接触的特点，非接触测量使传感器元件无摩擦工作，延长了传感器元件的寿命，同时非接触还克服了抖动问题。

2、与现有方法相比，本发明具有实时测量的特点。采集的琴键压下量信息实时反映了琴键的运动过程。

3、与现有方法相比，本发明采用的传感器元件和物理转化电路具有成本低、结构简洁的优势，不需要使用昂贵的测量传感器和模数转换器件，降低了实现的成本和复杂度，为生产制造提供了便利。

4、与现有方法相比，本发明采用了数字信号处理方法，测量系统引入了数字处理的方法，带来了高精度、高速度、高复杂程度处理的优点。

5、与现有方法相比，本发明提升了抗干扰能力。电容传感器(1)的负电容极板(2-1)接地，并放置在最外侧起屏蔽作用，电容极板位置和走线固定的结构，提升了传感器元件的抗干扰能力。

6、与现有方法相比，本发明具有较高的精度，能够达到的分辨率高于1％的琴键压下量测量，具有非常细腻的音乐表现力。

7、与现有方法相比，本发明支持独特的揉弦演奏方式。传统的键盘采用单独设立调音轮的方式实现乐器的揉弦功能，本发明则直接采用实时琴键压下量作为揉弦控制量，产生揉弦演奏的效果，具有更高的弦乐器模拟能力。

总结上述优势，本发明解决了现有方法存在的不能同时具有低成本、低加工难度、长使用寿命、高精度、高抗干扰能力的问题，同时还创新地提出了利用实时琴键压下量进行揉弦控制的新演奏模式。

附图说明

图1为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置结构框图。

图2为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器结构图。

图3为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的自激式矩形波发生电路及其波形图。

图4为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的他激式矩形波发生电路及其波形图。

图5为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的数字压下量检测电路框图。

图6为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器在琴键中的装配图。

图7为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器装配接线图。

图中标号：1为电容传感器，2为物理转换电路，3为数字压下量检测电路，4为琴键，5为电声合成器；2-1为负电容极板，2-2电介质板，2-3为正电容极板；3-1为自激式矩形波发生电路，3-2为自激式矩形波发生电路输出的矩形波信号；4-1为他激式矩形波发生电路，4-2为数字压下量检测电路(3)输出的激励源，4-3为充电上升时间；6-1为基座线路板，6-2为正极接线端，6-3为负极接线端。

具体实施方法

结合附图与具体实施方式对本发明的技术细节作进一步详细说明如下。

图1为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置结构框图。所示的传感装置包括：等效介电系数随琴键压下量变化的电容传感器(1)，将电容传感器(1)的电容变化转换为矩形波周期变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化的物理转换电路(2)，以及检测矩形波脉宽变化的数字压下量检测电路(3)。所示的传感方法为：电容传感器(1)随琴键(4)压下产生的电容变化反映琴键(4)压下量，电容传感器(1)的电容变化由琴键(4)压下带动电介质板(2-2)移动发生的电容传感器(1)的电介质改变而产生，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周期的变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化，数字压下量检测电路(3)检测物理转换电路(2)输出的矩形波脉冲宽度变化以实现琴键压下量的测量。

图2为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器结构图。所示的电容传感器(1)包括负电容极板(2-1)、正电容极板(2-3)和电介质板(2-2)组成；负电容极板(2-1)位于电容传感器(1)的最外两侧，正电容极板(2-3)位于负电容极板(2-1)之间，电介质板(2-2)位于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间；负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)固定于基座线路板(6-1)上，等间距平行排放；电介质板(2-2)固定于琴键(4)下方，等间距平行排放；安装后的电介质板(2-2)平行穿插于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间，构成电介质板(2-2)相对于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)平行移动的栅形结构；琴键压下时，电介质板(2-2)相对于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)移动，置换空气电介质，改变电容传感器(1)的等效介电系数，引起电容传感器(1)的电容变化。

图3为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的自激式矩形波发生电路及其波形图。所示的自激式矩形波发生电路(3-1)包括：基于电容传感器(1)组成的RC电路和滞回比较器。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充放电实现输出高低电平的自动转换。由于电容传感器(1)的电容正比于物理转换电路(2)输出的矩形波信号(3-2)的周期，所以琴键压下量带来的电容变化就反映为矩形波信号的周期变化。

图4为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的他激式矩形波发生电路及其波形图。所示的他激式矩形波发生电路(4-1)包括：激励源(4-2)、滞回比较器和基于电容传感器(1)组成的RC电路。激励源(4-2)给出RC电路充放电的矩形波激励信号。RC电路充放电产生不同的充电上升时间。由于电容传感器(1)的电容与充电上升时间(4-3)成正比，所以琴键压下量带来的电容变化就反映为充电上升时间的变化。

图5为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的数字压下量检测电路框图。所示的数字压下量检测电路(3)由FPGA/CPLD电路实现，包括压下量数字化、揉弦参数提取、键前力度提取、揉弦特性校正、力度特性校正、激励信号处理模块。数字压下量检测电路(3)使用脉宽计数器测量物理转换电路(2)输出的矩形波脉冲宽度，利用矩形波脉冲宽度计数值测得琴键压下量，对压下量进行数据处理，通过实时测位移以提取揉弦参数，通过实时测速度以提取键前力度，数字压下量检测电路(3)根据参数设定，借助揉弦特性校正、力度特性校正环节对揉弦参数、键前力度进行校正，以达到琴键力度测量和揉弦模拟的要求。当物理转换电路(2)采用他激式矩形波发生电路(4-1)时，数字压下量检测电路(3)需要为电容传感器(1)提供充放电矩形波激励信号，激励信号要确保电容传感器(1)正常充电超过滞回比较器的阈值。

图6为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器在琴键中的装配图。装配后的电容传感器(1)的电容极板为梯形结构，在不影响按键运动的情况下使电容极板正对面积最大。装配后的电介质板(2-2)的下边线为弧形，确保电介质板(2-2)不影响按键的运动，并且使按键按下后电介质板(2-2)与电容极板的正对面积最大。提升电容极板的正对面积和电介质板的面积可以显著加大电容传感器(1)的电容，提高测量的精度。

图7为变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置所涉及的电容传感器装配接线图。正极接线端(6-2)与电容传感器(1)的正电容极板(2-3)相连，负极接线端(6-3)与电容传感器(1)的负电容极板(2-1)相连。正极接线端(6-2)和负极接线端(6-3)以PCB线路的形式铺设在基座线路板(6-1)上。负极接线端(6-3)安装后要接地以保证电容传感器(1)的高抗干扰能力。

Claims (4)

1.一种变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法，其特征在于：传感装置包含等效介电系数随琴键压下量变化的电容传感器(1)，将电容传感器(1)的电容变化转换为矩形波周期变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化的物理转换电路(2)，以及检测矩形波脉宽变化的数字压下量检测电路(3)，传感方法为电容传感(1)随琴键(4)压下产生的电容变化反映琴键(4)压下量，电容传感器(1)的电容变化由琴键(4)压下带动电介质板(2-2)移动发生的电容传感器(1)的电介质改变而产生，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周期的变化或电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)变化，数字压下量检测电路(3)检测物理转换电路(2)输出的矩形波脉冲宽度变化以实现琴键压下量的测量。

2.根据权利要求1所述的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法，其特征在于：所涉及的电容传感器(1)由负电容极板(2-1)、正电容极板(2-3)和电介质板(2-2)组成；负电容极板(2-1)位于电容传感器(1)的最外两侧，正电容极板(2-3)位于负电容极板(2-1)之间，电介质板(2-2)位于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间；负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)固定于基座线路板(6-1)上，等间距平行排放；电介质板(2-2)固定于琴键(4)下方，等间距平行排放；安装后的电介质板(2-2)平行穿插于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)之间，构成电介质板(2-2)相对于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)平行移动的栅形结构；琴键压下时，电介质板(2-2)相对于负电容极板(2-1)和正电容极板(2-3)移动，置换空气电介质，改变电容传感器(1)的等效介电系数，引起电容传感器(1)的电容变化。

3.根据权利要求1所述的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法，其特征在于：所涉及的物理转换电路(2)采用自激式矩形波发生电路(3-1)或他激式矩形波发生电路(4-1)；自激式矩形波发生电路(3-1)利用基于电容传感器(1)构成的矩形波振荡电路将电容传感器(1)的电容变化转换成矩形波周期的变化；他激式矩形波发生电路(4-1)利用基于电容传感器(1)构成的门限电压比较电路将电容传感器(1)的电容变化转换电容传感器(1)的充电上升时间(4-3)的变化，他激式矩形波发生电路(4-1)中电容传感器(1)的充放电矩形波由数字压下量检测电路(3)提供。

4.根据权利要求1所述的变电介质电容式琴键压下量振荡测量传感装置与方法，其特征在于：所涉及的数字压下量检测电路(3)由FPGA/CPLD电路实现，数字压下量检测电路(3)通过检测物理转换电路(2)输出的矩形波周期的变化来测量琴键压下量，对琴键压下量进行实时测速度、校正以实现击键力度测量，对琴键压下量进行实时测位移、校正以实现揉弦模拟功能。

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