CN204269847U - 新型琴键动作探测光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型限定受光角度的反射型光电传感器，用于钢琴、电子琴琴键动作探测；它包括可发光的投光元件、具有光电效应的受光元件及受光元件的遮光部件。投光元件以一定角度向未弹奏琴键表面投射光束，受光元件通过遮光部件限制，只能接收琴键表面反射，来自发光元件的投射光束。当琴键被弹奏时反射角度发生变化，导致受光元件所接收光束的强度发生变化，从而可以判断琴键的动作状态。由于限定了受光元件接收光束的角度，提高了传感器的抗干扰能力，同时利用了琴键的运动特征，增强了灵敏度，使得黑色琴键、白色琴键都可通用，且结构简单，经济实用，可靠性高。

Description

新型琴键动作探测光电传感器

技术领域

本实用新型属于音乐教学设备技术领域，特别是用于钢琴、电子琴等键盘类乐器的琴键动作探测领域。

背景技术

为了实现琴键动作状态的数据采集，在不破坏钢琴、电子琴结构的情况下，现有技术都是通过非接触的光电传感器或是霍尔传感器来实现的。

琴键动作探测主要是用于钢琴、电子琴教学设备对琴键是否被演奏者弹奏的动作数据采集。要求信号反应快速、稳定、准确度高及抗干扰能力强。

琴键有白色琴键、黑色琴键，琴键表面都比较光滑，白色琴键反射光束能力强，黑色琴键反射光束能力弱。琴键的运动方式是以琴键根部为轴心，向下作圆周运动，也就是说琴键向下运动后与原位置有一定夹角。

反射式光电传感器由一个投光元件与一个受光元件及结构支架组成。两个元器件位置并排，投光窗口及受光窗口同向，主要用于探测窗口前方物体的距离。投光元件将光束投射至被测物体表面，经被测物体反射至受光元件的受光窗口，受光元件将反射光束的强弱转换成电信号的强弱，供后接电路或计算机分析。

直接采用反射式光电传感器实现白色琴键和黑色琴键动作探测的相关专利如下，申请号：201410426511.X，发明名称《一种钢琴键盘动作的光电检测装置及其检测方法》；申请号：201010558616.2，发明名称《键盘乐器琴键状态的无改装非接触检测装置》；申请号：201320353453.3，发明名称《基于距离传感器的智能钢琴教学装置》。

这种传感器要求被测物体表面要具有良好的反射性能，探测空间区域无其他光源干扰且被测物体需要垂直于投射光束，水平前后移动不能与投射光束形成夹角，否则都会影响探测结果。白色琴键具有良好的光反射性能，黑色琴键的光反射性能就比较弱，且琴键的运动方式是以琴键根部为轴心做圆周运动，会和投射光束形成夹角。所以直接使用这种传感器，并不能很好的解决琴键探测问题。

对射式光电传感器由一个投光元件与一个受光元件及结构支架组成。两个元器件分别在结构支架的两端，投光窗口正对受光窗口，两个窗口之间有一定的间隔，投光元件将光束直接照射至受光元件的受光窗口。这主要用于探测光束有无阻断，由受光元件将光束的通断转换成电信号的强弱，供后接电路或计算机分析。

利用对射式光电传感器实现黑色琴键动作探测的相关专利如下，申请号：201410426511.X，发明名称《一种钢琴键盘动作的光电检测装置及其检测方法》。

直接采用对射光电传感器探测黑色琴键动作的方法效果非常好，但是只能适用黑色琴键，白色琴键还要找其他解决方法。并且这种传感器的安装方式会增加设备结构的复杂性，且不易安装，所以也并不完美。

对射式光电传感器结合光栅部件，来探测琴键动作的方式是由琴键带动光栅部件，光栅部件切断对射式光电传感器投光元件发射的光束，由受光元件采集信号。

采用对射式光电传感器及光栅部件相结合的方式，实现白色琴键及黑色琴键动作探测的专利有，申请号：03131512.7，发明名称《钢琴键盘动作光电数字检测装置》。

这种方式容易实现遮光，而且黑白琴键都通用，信号稳定。缺点是每个琴键上都有光栅部件，运动的部件太多容易发生故障，且结构复杂，不易生产。

霍尔传感器是根据霍尔磁电效应制作的一种磁场传感器。依靠事先在琴键上安装的小磁铁，通过琴键动作的带动，使空间磁场发生变化，由霍尔传感器将这种变化转换成电信号。

采用电磁铁及霍尔传感器组合的方式，实现白色琴键及黑色琴键动作探测的专利如下，申请号：201410044762.1，发明名称《一种钢琴键盘动作检测装置》。

这种方式的优点是信号稳定，抗干扰能力强，但是成本太高。钢琴有88个琴键要安装88个小磁铁，会影响钢琴的整体结构，所以并不实用。

还有一种通过发光元件、受光元件及导光条组成的探测结构，其实本质与反射式光电传感器类似。主要是通过导光条，实现以少量光源满足多个琴键的探测，可以降低用电量，提高效率。

采用红外发光二极管、导光条、红外接收二极管组合的方式，实现白色琴键及黑色琴键动作探测的专利如下，申请号： 201420094110.4，发明名称《键盘类乐器辅助教学器》。

但是这种方式同反射式光电传感器一样，没有较强抗干扰的能力，且结构也比较复杂，成本也比较高，所以也不是最优选择。

发明内容

本实用新型提供一种限定受光角度的反射型光电传感器，以实现对黑白琴键动作的有效探测。

新型琴键动作探测光电传感器，主要由投光元件和受光元件组成，其特征是受光元件的受光窗口上设有遮光部件。

进一步的，投光元件和受光元件在一个平面上，且所述两个元件之间有距离并位于琴键上方，投光元件的投光窗口与受光元件的受光窗口相对且成角度斜向下。

本实用新型通过受光元件遮光部件，受光元件只能接收来自特定角度由投光元件发射的经过被测琴键表面反射来的光束。发光元件投射光束的光轴和受光元件接受光束的光轴之间具有一定的角度。当琴键被弹奏时，原本反射光路的角度发生变化，受光元件接收反射光束的强弱也就发生了变化。受光元件将这种变化转换成电信号，供后续电路及设备分析。这种限定受光角度的反射型光电传感器，具有抗干扰能力强，性能稳定可靠，成本低廉的特点。针对白色琴键及黑色琴键都可通用。用遮光部件限定受光范围，提高抗干扰能力；利用琴键运动的特点所形成的角度，增大信号变化的范围，可保证黑色琴键及白色琴键都可使用；整体结构简单，性能稳定且经济耐用，故障率低。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图（琴键未动作），

图2为本实用新型原理示意图（琴键已动作），

图3为本实用新型安装在琴键上示意图，

图4为本实用新型结构示意图，

图5为本实用新型安装立体示意图，

图6为本实用新型安装俯视图。

具体实施方式

如图1-6所示，本实用新型提到的这种限定受光角度的反射型光电传感器，主要由投光元件1、受光元件3及受光元件的遮光部件5组成。投光元件1和受光元件3在一个平面上，两个元件之间有一定的距离，位于琴键6上方。投光元件的投光窗口2与受光元件的受光窗口4相对且成角度斜向下。在受光元件的受光窗口边有受光元件遮光部件。投光元件发射的光束7，投射在被测物体上，光束经过琴键表面反射，形成反射光束8，经过受光元件遮光部件形成的特定光路，照射在受光元件3的受光窗口4上。投射光束7的光轴与反射后形成光束8的光轴存在一定的夹角。

投光元件1为光源（如红外发光二极管）或由其它导光装置构成的发光体（如红外发光二极管加导光条形成的稳定光源）。

遮光部件5是装在受光窗口4上的遮光罩；或直接在使用所述传感器的设备上制成供反射光通过的通道（比如在设备壳体上制成按照反射光路所需要的通槽，受光元件3装在通槽口）。遮光部件通道的尺寸不宜过大，应该与受光窗口尺寸接近。

将投光元件置于琴键根部靠里的上方位置，将受光元件置于琴键根部靠外的上方位置。当琴键未被弹奏时投光元件将光束7投射在琴键表面上，光束经琴键表面反射经过受光元件的遮光部件至受光元件受光窗口上。当琴键被弹奏时，琴键以琴键根部做圆周运动，琴键表面与投射光束形成的入射角发生变化，反射角也随之变化，由于受光元件上的遮光部件限制，导致受光元件此时接收反射光束强度大大降低。利用琴键运动所形成的夹角，来改变反射角度，同时限定接收角度，增大受光元件接收光束强弱的变化范围，也就提高了信号的灵敏度。

由于受光元件与遮光部件形成的特定光路只能接收来自特定角度的光束，外部干扰光源很难对受光元件形成影响。

它的工作原理就是利用琴键运动所形成的夹角，及限定接收光束的角度，提高传感器的灵敏度和抗干扰能力，结构简单，性能稳定，实现了黑色琴键及白色琴键的动作探测。

只需按照技术方案描述的方法，将这种新型琴键动作探测光电传感器安装在所需的设备中，靠近琴键根部的位置，驱动投光元件投射光束，对受光元件进行特定角度的遮光处理，并将受光元件，接入到具体的电路中，即可通过电路或计算机分析琴键的状态。安装简单，性能稳定。

Claims (4)

1.新型琴键动作探测光电传感器，主要由投光元件（1）和受光元件（3）组成，其特征是受光元件（3）的受光窗口（4）上设有遮光部件（5）。

2.根据权利要求1所述的新型琴键动作探测光电传感器，其特征是投光元件（1）和受光元件（3）在一个平面上，且所述两个元件之间有距离并位于琴键（6）上方，投光元件(1)的投光窗口（2）与受光元件(3)的受光窗口（4）相对且成角度斜向下。

3.根据权利要求1或2所述的新型琴键动作探测光电传感器，其特征是投光元件（1）为光源或由其它导光装置构成的发光体。

4.根据权利要求1或2所述的新型琴键动作探测光电传感器，其特征是遮光部件（5）是装在受光窗口（4）上的遮光罩；或直接在使用所述传感器的设备上制成供反射光通过的通道。