CN101900613B - 电磁板压感的测量装置和电磁笔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁板压感的测量装置和电磁笔，属于计算机外围输入设备领域。该装置包括：谐振电路，在电磁笔操作时，该电路中的电感值随压力变化；测量电路，用于在电磁笔未操作时，测量出第一参数值；在电磁笔操作时，测量出第二参数值；根据第一参数值和第二参数值，计算压感；其中第二参数值与第一参数值的区别与电感值的变化相关联。谐振电路中的电感包括：由第一磁芯和绕制在第一磁芯上的漆包线组成的固定电感和通过相对于固定电感移动使得电感随压力变化的第二磁芯。本发明中，通过测量出对应于电感变化的第一参数值和第二参数值计算压感，降低了压感测量的难度和成本。

Description

电磁板压感的测量装置和电磁笔
技术领域
本发明涉及计算机外部输入设备领域，尤其涉及一种电磁板压感的测量装置和电磁笔。
背景技术
电磁板是一种常用的计算机外设产品，与其配套使用的设备是电磁笔。电磁笔在电磁板上移动的轨迹坐标、压力大小和电磁笔的倾角等数据可以通过电磁板传送给计算机，从而实现绘画的目的。电磁笔在电磁板上操作的轨迹粗细由电磁笔与电磁板接触时的作用力即电磁板测量到的压感控制。
传统的无线无源电磁感应式电磁板压感的测量主要有两种方法：第一种是根据笔内电感值的变化导致的接收信号波形相位的变化来实现，这种方法的缺点是压感随压力的变化不是平滑的，需要后期软件处理，难于控制，造成压感的测量难度较大。第二种是通过RC电路、比较器和定时器构成的电路来测量，这种方法需要一颗随压力变化电容值的可变电容，对可变电容的制造工艺有较高的要求，导致压感的测量成本较高。
发明内容
针对现有技术中的上述缺点，本发明提供一种电磁板压感的测量装置和电磁笔，以减小压感测量的难度和成本等。
为实现上述目的，本发明提供了一种电磁板压感的测量装置，该装置包括：谐振电路，在电磁笔操作时，该电路中的电感值随压力变化；
参考电平，用于与谐振电路中电阻和电感之间的电平相比较；
测量电路，用于在电磁笔未操作时，在谐振电路的电阻端加高电平后，比较参考电平和谐振电路中电阻与电感间的电平，测量出第一参数值；在电磁笔操作时，在谐振电路的电阻端加高电平，比较参考电平和谐振电路输出的电平，测量出第二参数值；根据第一参数值和第二参数值，计算压感；其中第二参数值与第一参数值的区别与电感值的变化相关联。
优选地，谐振电路中的电感包括：由第一磁芯和绕制在第一磁芯上的漆包线组成的固定电感和通过相对于第一磁芯移动使得电感随压力变化的第二磁芯。
优选地，所述第一磁芯沿其中心轴线方向开设有内腔，在该内腔的底端放置弹性球，第二磁芯通过弹性球放置在内腔中，第二磁芯位于第一磁芯的内腔内，当电磁笔在电磁板上操作时，压力作用在第二磁芯上，第二磁芯产生移动，使得谐振电路的电感值随压力变化。
优选地，测量电路包括控制器、比较器和定时器；谐振电路的电阻端连接至控制器；比较器的比较端分别连接至参考电平和谐振电路中电阻和电感之间的电平，输出端连接至控制器；控制器根据比较器输出端电平控制定时器启动或停止计时。
优选地，控制器在谐振电路的电阻端加高电平，在比较器输出端电平为低时启动定时器进行计时，在比较器输出端电平为高时控制定时器停止计时，在电磁笔未操作时记录的脉宽为第一参数值，在电磁笔操作时记录的脉宽为第二参数值。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电磁笔，该电磁笔包括上述技术方案中的绘画板压感的测量装置。
本发明中，通过利用谐振电路中电感随压力变化，分别测量出电磁笔未操作时和电磁笔操作的第一参数值和第二参数值，根据第一参数值和第二参数值，计算出压感，而不需要进行其余处理，也不需要复杂工艺的器件，从而降低了压感测量的难度和成本。
附图说明
图1为本发明电磁板压感的测量方法流程图；
图2为本发明电磁板压感的测量装置的结构框图；
图3为本发明电磁板压感的测量装置的电路图；
图4(a)为电阻R的A端加载的电平波形图；
图4(b)为电磁笔未操作时电阻R的B端输出电压波形图；
图4(c)为电磁笔未操作时比较器输出端C端输出电压波形图；
图4(d)为电磁笔操作时电阻R的B端输出电压波形图；
图4(e)为电磁笔操作时比较器输出端C端输出电压波形图；
图5为应用于本发明谐振电路中的电感的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1为本发明电磁板压感的测量方法流程图。如图1所示，本发明中，电磁板压感的测量方法流程包括：
步骤101：在电磁笔未操作时，测量出第一参数值。
步骤101可以具体为：在谐振电路的电阻端加高电平，比较参考电平和谐振电路中电阻与电感间的电平并输出比较后电平，根据比较器输出的电平控制定时器的启动和停止，记录脉宽为第一参数值；
步骤102：在电磁笔操作时，谐振电路的电感值随压力变化，测量出第二参数值；该第二参数值与第一参数值的区别与电感值的变化相关联。
步骤102可以具体为：在谐振电路的电阻端加高电平，比较参考电平和谐振电路输出的电平并输出比较后电平，根据比较器输出的电平控制定时器的启动和停止，记录脉宽为第二参数值；
其中可以在比较后输出电平为低时启动定时器进行计时，在输出电平为高时控制定时器停止计时。
步骤103：根据第一参数值和第二参数值，计算压感。
可以根据压感与第一参数和第二参数之间的差值对应关系来计算压感。
图2为本发明电磁板压感的测量装置的结构框图。如图2所示，该测量装置包括谐振电路201和测量电路202。谐振电路201为RL电路。RL电路的电感随电磁笔和电磁板之间的压力变化而变化。测量电路202用于在电磁笔未在电磁板上操作时，测量出第一参数值。在电磁笔在电磁板上操作时，测量出第二参数值；根据第一参数值和第二参数值，计算压感。
测量电路202包括控制器212、比较器222和定时器232。其中谐振电路201连接至控制212器和比较器222；比较器222的比较端分别连接至参考电平和谐振电路的电平，输出端连接至控制器212；控制器212根据比较器222输出端电平控制定时器232启动或停止计时。控制器212给谐振电路201加载高电平，在比较器201输出端电平为低时启动定时器232进行计时，在比较器201输出端电平为高时控制定时器停止计时，记录脉宽作为参数值。这里，比较器输出端电平是指参考电平和谐振电路中电阻和电感之间的电平比较的结果。
图3为本发明电磁板压感的测量装置的电路图。如图3所示，电阻302的A端连接至控制器304的I/O口，电感301、电阻302的B端连接至比较器303反向输入端以及电感301，参考电压Vref连接至比较器303同向输入端。比较器303输出端C端输出参考电压Vref与电阻302的B端输出电压的比较结果。比较器303反向输入端还连接有二极管D，该二极管D用来防止出现负电压以保护比较器303。
在电磁笔未接触电磁板且位于电磁板的感应范围时，控制器在电阻R的A端加载一高电平，如图4(a)中所示，则电阻R的B端输出电压的波形随时间变化如图4(b)中Vb所示，比较器输出端C端输出电压波形随时间变化如图4(c)中Vc所示。在比较器输出端C端电平为低时，控制器启动定时器进行计时，在比较器输出端C端电平变高时控制器控制定时器停止计时，则记录的脉宽t为压力为零时的对应初始值。
在电磁笔接触并操作电磁板时，电磁笔与电磁板之间的作用力使得电感L增大，则图4中电阻R的B端电压衰减的速度变慢，反映在图4(d)中为电阻R的B端电压曲线下降变缓，则比较器输出端C端与图4(c)相比负脉宽变宽。在比较器输出端C端电平为低时，启动定时器开始计时，在比较器输出端C端电平变高时停止计时，在这期间，记录的脉宽如图4(e)中的t’所示。计算t’-t的差值，根据此差值与压感的对应关系，从而计算出电磁笔的压感。
图5为本发明谐振电路中的电感的结构示意图。如图5所示，本发明谐振电路中的电感包括固定电感501和第二磁芯502。其中，固定电感501包括第一磁芯511和绕在第一磁芯511上的漆包线512。第二磁芯502用于根据压力使谐振电路的电感发生变化。具体地，第一磁芯511沿其中心轴线方向开设有内腔，在该内腔的底端放置弹性球，第二磁芯502通过弹性球放置在内腔中。当电磁笔在电磁板上操作时，压力垂直方向作用在第二磁芯502上，第二磁芯502沿第一磁芯511中心轴线方向向里移动，从而使谐振电路的电感L的值随之变大，电阻R的B端电压衰减变缓，脉宽变宽。当压力变小时，第二磁芯502沿第一磁芯511中心轴线方向向外移动，使谐振电路的电感L的值随之变小，电阻R的B端电压衰减变快，脉宽变窄。
本发明的上述电磁板压感的测量装置可以完全设置在电磁笔中，从而构成可测量电磁板压感的电磁笔。
本发明的上述技术方案中，通过利用谐振电路中电感随压力变化，分别测量出电磁笔未操作时和电磁笔操作的第一参数值和第二参数值，根据第一参数值和第二参数值，计算出压感，而不需要进行其余处理，也不需要复杂工艺的器件，从而降低了压感测量的难度和成本。
本发明以示例的方式给出了一种具体的电路连接，本领域技术人员也可以采用其它方式的电路结构，例如比较器的输出端直接连接至定时器而不需要经过控制器，同样可以实现对电磁板压感的测量。本领域技术人员也可以使用其它的参数值来测量压感，只要该参数值与随压力变化的电感值有对应的关系。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种电磁板压感的测量装置，其特征在于，包括：
谐振电路，在电磁笔操作时，该电路中的电感值随压力变化；
参考电平，用于与谐振电路中电阻和电感之间的电平相比较；
测量电路，用于在电磁笔未操作时，在谐振电路的电阻端加参考电平后，比较参考电平和谐振电路中电阻与电感间的电平，测量出第一参数值；在电磁笔操作时，在谐振电路的电阻端加参考电平，比较参考电平和谐振电路输出的电平，测量出第二参数值；根据第一参数值和第二参数值，计算压感；其中第二参数值与第一参数值的区别与电感值的变化相关联；其中，
测量电路包括控制器、比较器和定时器；谐振电路的电阻端连接至控制器；比较器的比较端分别连接至参考电平和谐振电路中电阻和电感之间的电平，输出端连接至控制器；控制器根据比较器输出端电平控制定时器启动或停止计时。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，谐振电路中的电感包括：
由第一磁芯和绕制在第一磁芯上的漆包线组成的固定电感和通过相对于固定电感移动使得电感随压力变化的第二磁芯。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一磁芯沿其中心轴线方向开设有内腔，在该内腔的底端放置弹性球，第二磁芯通过弹性球放置在内腔中，第二磁芯位于第一磁芯的内腔内，当电磁笔在电磁板上操作时，压力作用在第二磁芯上，使得第二磁芯产生移动，使得固定电感的电感值随压力变化。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，控制器在谐振电路的电阻端加高电平，在比较器输出端电平为低时启动定时器进行计时，在比较器输出端电平为高时控制定时器停止计时，在电磁笔未操作时记录的脉宽为第一参数值，在电磁笔操作时记录的脉宽为第二参数值。
5.一种电磁笔，其特征在于，包括权利要求1至4任一权利要求所述的测量装置。
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