鋼琴琴鍵排列平整性的測(cè)量

發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):1164

作者：天津大學(xué)精儀學(xué)院（300072）陳興梧劉鳴陳本智方清莉來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》　 鋼琴琴鍵排列平整性的測(cè)量

摘要：介紹一種非接觸掃描法測(cè)量鋼琴琴鍵平整性的方法，討論了建立測(cè)量基準(zhǔn)的兩種方法以及測(cè)量系統(tǒng)的基本組成。

關(guān)鍵詞：平整性測(cè)量激光模擬傳感器直線導(dǎo)軌測(cè)量基準(zhǔn)

鋼琴琴鍵排列平整與否不僅關(guān)系到鋼琴外形美觀，而且影響演奏時(shí)的手感和舒適度。因此，它是現(xiàn)代高級(jí)鋼琴的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)鋼琴生產(chǎn)廠家對(duì)鋼琴琴鍵排列平整性的測(cè)量是使用一根長(zhǎng)直尺，靠在琴鍵上，用眼睛觀察琴鍵與直尺之間的光隙，以確定其平整程度。該測(cè)量方法效率低，受人為因素影響大，同時(shí)，直尺為木質(zhì)材料，長(zhǎng)時(shí)間使用，直尺的直線度會(huì)發(fā)生變化，因此需要經(jīng)常校準(zhǔn)，給使用帶來(lái)不便。為了提高鋼琴的產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，鋼琴生產(chǎn)廠家迫切需要能夠自動(dòng)檢測(cè)琴鍵排列平整性的測(cè)量?jī)x器。

１測(cè)量原理

由于琴鍵表面光潔度要求很高，不允許有劃痕，因此，需采用非接觸法進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量系統(tǒng)中，我們使用了一對(duì)激光模擬傳感器，分別對(duì)黑鍵和白鍵進(jìn)行測(cè)量，傳感器安裝在離開琴鍵一定距離（該距離為傳感器要求的工作距離）的平直導(dǎo)軌的滑塊上，分別測(cè)出每個(gè)琴鍵到傳感器的距離。根據(jù)測(cè)量基準(zhǔn)，計(jì)算出每個(gè)琴鍵的測(cè)量處與測(cè)量基準(zhǔn)的偏差，再換算為琴鍵支點(diǎn)處的偏差，最終結(jié)果以琴鍵支點(diǎn)處應(yīng)加減墊片數(shù)表示。

1.1 激光模擬傳感器的工作原理

激光模擬傳感器的核心部件是一個(gè)位置敏感檢測(cè)器即psd，這是一種基于橫向光電效應(yīng)的新型位置敏感檢測(cè)器，其等效電路如圖1所示，其中q為光點(diǎn)位置，a、b為p側(cè)電極，c為n側(cè)電極，而io為在q點(diǎn)形成的電流，di為理想二極管，cj為結(jié)電容，rsh為并聯(lián)電阻，s為電流源。在光的照射下，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生截流子，它們?cè)诤谋M層內(nèi)電場(chǎng)的作用下發(fā)生漂移，空穴進(jìn)入p-層，電子進(jìn)入n+層，q點(diǎn)到電極a及到電極b之間的r1及r2分別與ｑ點(diǎn)到a及b之間的距離成正比。進(jìn)入p-層的空穴根據(jù)電阻r1和r2進(jìn)行分配，并以i1和i2的形式從電極a、b輸出，設(shè)電極a、b的中點(diǎn)到q點(diǎn)的距離為x，電極a、b間的距離為l，則i1和i2分別是可由式（1）和式（2）表示：

由上式可知，i1、i2是入射光能量（產(chǎn)生io）和入射位置的函數(shù)，由（1），（2），（3）可求得：

可見，通過(guò)（4）式，可以由psd的輸出電流i1和i2計(jì)算出入射光斑的中心位置，進(jìn)而得出相關(guān)的被測(cè)值。

激光模擬傳感器應(yīng)用了光學(xué)三角形測(cè)量法，其原理如圖２所示：

設(shè)置在離psd一定距離的半導(dǎo)體激光器所產(chǎn)生的光由被測(cè)對(duì)象反射以后，在psd上成象，這時(shí)，檢測(cè)入射光的位置，就能測(cè)出psd到被測(cè)對(duì)象的距離。設(shè)d為透鏡到被測(cè)對(duì)象的距離，g為基線長(zhǎng)度（發(fā)射透鏡和接受透鏡中心距離），f為接受透鏡的焦距，x為psd上光的入射位置，則有如下關(guān)系：

將（4）式代入（6）式，可得到被測(cè)物體到傳感器的距離：

1.2測(cè)量基準(zhǔn)的確定

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