CN2618254Y - 钢琴键盘动作光电数字检测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种钢琴键盘和踏板动作的检测装置。该装置包括分别与琴架和琴键相对固定的检测信号采集器件，其特征在于：所述信号采集器件为光发射器件、光接收器件，所述光发射器件和光接收器件之间安置可以与之相对运动的光栅。当弹奏钢琴时，光发射器件、光接收器件与光栅将因键盘相对琴架运动而相对运动，结果光发射器件发出的光信号通过相对运动的光栅后为光接收器件接收，将弹奏力度、上下方向、状态、击键速度等各种键盘动作参数转换为相应的脉冲数字信号，为后续的处理电路和计算机软件很方便地处理后，成为精确的检测结果输出。本实用新型不仅反映灵敏，结果精确，而且由于便于数字化，转换环节少，因此成本较为经济。

Description

钢琴键盘动作光电数字检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种乐器弹奏检测装置，尤其是一种钢琴键盘动作的检测装置。
背景技术
钢琴弹奏动作检测装置可以通过监测琴键和踏板的运动状态、方向、速度(即弹奏的音符及其力度、时值、止音效果)等反映出钢琴弹奏的水准，从而在指导或者评判钢琴演奏、制作电子钢琴键盘或多媒体数字键盘，以及检验钢琴质量等诸多场合给人们提供依据。据申请人了解，现有钢琴键盘动作检测装置主要有电磁感应式和簧片式两种。前者通过分别与琴架和琴键相对固定的电磁感应元件，在弹奏过程中将键盘的动作转换成电信号，实现键盘动作的检测，其缺点是成本高，难以数字化反映检测结果；后者通过分别与琴架和琴键相对固定的两簧片在弹奏过程中的通断控制，发出相应的电信号，实现键盘动作的检测，其缺点是检测精度差，并且无法全面反映键盘的动作。
发明内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的缺点，提出一种精度高、成本经济、便于数字化反映检测结果的钢琴键盘动作光电数字检测装置。
为了达到以上目的，本实用新型的钢琴键盘动作光电数字检测装置包括分别与琴架和琴键相对固定的检测信号采集器件，其中所述信号采集器件为光发射器件、光接收器件，所述光发射器件和光接收器件之间安置可以与之相对运动的光栅。
这样，当弹奏钢琴时，光发射器件、光接收器件与光栅将因键盘相对琴架运动而相对运动，结果光发射器件发出的光信号通过相对运动的光栅后为光接收器件接收，将弹奏力度、上下方向、状态、击键速度等各种键盘动作参数转换为相应的脉冲数字信号，为后续的处理电路很方便地处理后，成为精确的检测结果输出。
不难理解，本实用新型采用借助光栅的光电信号转换，不仅反映灵敏，结果精确，性能稳定可靠，而且由于便于数字化，转换环节少，因此成本较为经济。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2为图1实施例的局部结构放大图。
图3为图1实施例中光栅结构示意图。
图4为图1实施例的检测电路图。
图5为图4中的矩阵电路原理图。
图6为图5中的检测单元电路原理图。
图7为琴键运动状态与光电信号关系图。
图8为信号线波形图。
图9为图1中的踏板顶杆部件结构示意图。
图10为实施例二的检测单元电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例钢琴键盘动作光电数字检测装置的基本结构如图1所示，位于压键档10和顶柱9之间的检测杆1支撑在两端的支架2上，支架2固定在琴架上。检测装置内的具体安装情况如图2所示，检测杆1内制有滑移槽3，该槽中装有与各琴键7相对的单元检测部件4，每个单元检测部件4上连接有相对的红外光发射器件5和红外光接收器件6。这样可以根据琴键的分组以及键宽的变化调整很方便地调整红外光发射器件5和红外光接收器件6的安装位置，以适应各种型号规格的钢琴。在红外光发射和接收器件之间安置固定在琴键上的光栅8，如图3所示，光栅8上制有三排条形光孔。并且，红外光发射和接收器件所对应的光栅8上下两极限位置分别为阻光和通光状态，因此可以实现对琴键弹奏状态的识别检测。本实施例中，光栅8上极限位置对应首光栏11的阻光状态，下极限位置对应较大的末光孔12，为通光状态。
每对红外光发射器件5和红外光接收器件6构成图6所示的检测单元电路，16个检测单元电路的红外光发射器件5的电流输入端与红外光接收器件6的输出端分别接矩阵电路的行线和列线，构成图5所示的矩阵电路，6组矩阵电路与87c51微处理芯片构成图4所示的4行×24列的检测电路，图中87c51微处理芯片的脉冲输出端经四只驱动晶体管(除本实施例的驱动晶体管外，其他驱动电路也可)分别接矩阵电路的各行线，矩阵电路的各列线分别经比较器(除本实施例的比较器外，其他波形整理电路亦可)接87c51微处理芯片的信号输入端。
当弹奏钢琴敲击琴键时，该琴键上的光栅8将随之运动，从而使红外光接收器件6接收到的光信号发生变化，并被转换成相应的电脉冲信号，输入到微处理芯片，经处理后的数字信号通过其外接的RS232通讯口(除本实施例的RS232外，其他通讯口也可，如USB口)传输到上位机进一步处理。光栅运动状态与光信号的关系以及信号线波形参见图7和图8。其中图7a为光栅运动状态及过程；b为光电讯号波形；c和d分别为键盘弹下和抬起的运动折线图。依此折线数据可计算出近似的键盘运动曲线。图8中p1-p4分别为单片机输出的行扫描线1-4的波形图，p5为光讯号波形图，p6为行线1的波形图，p7为比较器的参考电位，p8为列线波形图，p9为比较器的输出波形图。根据p9脉冲可得到一个光讯号周期的脉冲数，由此可得出光栅的运动速度。结合选通的行线和列线的输出可得到运动的键盘代码和键盘的状态。
此外，如图9所示，本实施例中支架2的一端制有前伸臂2-1，该前伸臂上铰支有杠杆2-2，杠杆2-2的一端固定位于红外光发射器件和红外光接收器件之间的光栅8，另一端固定在与踏板相连的踏板顶杆2-3上。因此还可以同时实现钢琴踏板力度、上下方向、状态、速度等各种动作参数的检测。
实验证明，本实施例的光电数字检测装置便于数字化和智能化、检测精度高、反映参数全面，并且由于采用矩阵式电路结构，因此成本十分经济。
实施例二
本实施例的基本情况与实施例一基本相同，主要不同之处在于：
1、光栅8上极限位置对应首光孔(或光栅首光栏的边缘外)的通光状态，下极限位置对应末光栏，为阻光状态；
2、检测单元电路如图10所示，红外光发射器件5的电流输入端与电源相连，呈常亮状态，红外光接收器件6的输出端与开关晶体管串联后与矩阵电路的列线相连，开关晶体管的控制极与矩阵电路的行线相连，再构成图5所示的矩阵电路，这样可使整个检测电路的响应速度更快；
3、检测电路中的87c51微处理芯片为集成控制电路取代。
4、通讯口为USB取代。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。例如将检测杆安置在琴键之下；将光栅安装在与琴键连动的击弦机上，或间接安装在其他与键盘联动机构上；再如光栅8上的光孔数量在1～8之间变化，矩阵行线数在2～32之间变化，列线数在64～4之间变化，构成各种阵列；光栅及光栅孔形状变化(如变为圆孔)等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钢琴键盘动作光电数字检测装置，包括分别与琴架和琴键相对固定的检测信号采集器件，其特征在于：所述信号采集器件为光发射器件、光接收器件，所述光发射器件和光接收器件之间安置可以与之相对运动的光栅。
2.根据权利要求1所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：所述光发射器和光接收器件之间安置固定在琴键上的光栅，所述光发射和接收器件对应的光栅上下两极限位置分别为阻光和通光状态。
3.根据权利要求1或2所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：位于压键条和顶柱之间的检测杆支撑在两端的支架上，所述检测杆内制有滑移槽，所述滑移槽中装有与各琴键相对的单元检测部件，每个单元检测部件上连接有相对的光发射器件和光接收器件。
4.根据权利要求1或2所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：所述光栅上制有1-8排条形光孔。
5.根据权利要求3所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：所述支架的一端制有前伸臂，该前伸臂上铰支有杠杆，所述杠杆的一端固定位于红外光发射器件和红外光接收器件之间的光栅，另一端固定在与踏板相连的踏板顶杆2-3上。
6.根据权利要求1或2所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：所述光发射器件的电流输入端与光接收器件的输出端分别接矩阵电路的行线和列线，矩阵电路的各列线分别经波形整理电路接微处理芯片的信号输入端，所述微处理芯片的脉冲输出端经驱动电路分别接矩阵电路的各行线。
7.根据权利要求1或2所述钢琴键盘动作光电数字检测装置，其特征在于：所述光发射器件的电流输入端与电源相连，所述光接收器件的输出端与开关晶体管串联后与矩阵电路的列线相连，所述开关晶体管的控制极与矩阵电路的行线相连，所述矩阵电路的各列线分别经波形整理电路接集成控制电路的信号输入端，所述集成控制电路的脉冲输出端经驱动电路分别接矩阵电路的各行线。
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