钢琴琴键排列平整性的测量

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:1159

作者：天津大学精仪学院（300072）陈兴梧刘鸣陈本智方清莉来源：《电子技术应用》　 钢琴琴键排列平整性的测量

摘要：介绍一种非接触扫描法测量钢琴琴键平整性的方法，讨论了建立测量基准的两种方法以及测量系统的基本组成。

关键词：平整性测量激光模拟传感器直线导轨测量基准

钢琴琴键排列平整与否不仅关系到钢琴外形美观，而且影响演奏时的手感和舒适度。因此，它是现代高级钢琴的一项重要质量指标。目前国内钢琴生产厂家对钢琴琴键排列平整性的测量是使用一根长直尺，靠在琴键上，用眼睛观察琴键与直尺之间的光隙，以确定其平整程度。该测量方法效率低，受人为因素影响大，同时，直尺为木质材料，长时间使用，直尺的直线度会发生变化，因此需要经常校准，给使用带来不便。为了提高钢琴的产品质量，生产效率和企业的经济效益，钢琴生产厂家迫切需要能够自动检测琴键排列平整性的测量仪器。

１测量原理

由于琴键表面光洁度要求很高，不允许有划痕，因此，需采用非接触法进行测量。在测量系统中，我们使用了一对激光模拟传感器，分别对黑键和白键进行测量，传感器安装在离开琴键一定距离（该距离为传感器要求的工作距离）的平直导轨的滑块上，分别测出每个琴键到传感器的距离。根据测量基准，计算出每个琴键的测量处与测量基准的偏差，再换算为琴键支点处的偏差，最终结果以琴键支点处应加减垫片数表示。

1.1 激光模拟传感器的工作原理

激光模拟传感器的核心部件是一个位置敏感检测器即psd，这是一种基于横向光电效应的新型位置敏感检测器，其等效电路如图1所示，其中q为光点位置，a、b为p侧电极，c为n侧电极，而io为在q点形成的电流，di为理想二极管，cj为结电容，rsh为并联电阻，s为电流源。在光的照射下，半导体内产生截流子，它们在耗尽层内电场的作用下发生漂移，空穴进入p-层，电子进入n+层，q点到电极a及到电极b之间的r1及r2分别与ｑ点到a及b之间的距离成正比。进入p-层的空穴根据电阻r1和r2进行分配，并以i1和i2的形式从电极a、b输出，设电极a、b的中点到q点的距离为x，电极a、b间的距离为l，则i1和i2分别是可由式（1）和式（2）表示：

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

可见，通过（4）式，可以由psd的输出电流i1和i2计算出入射光斑的中心位置，进而得出相关的被测值。

激光模拟传感器应用了光学三角形测量法，其原理如图２所示：

设置在离psd一定距离的半导体激光器所产生的光由被测对象反射以后，在psd上成象，这时，检测入射光的位置，就能测出psd到被测对象的距离。设d为透镜到被测对象的距离，g为基线长度（发射透镜和接受透镜中心距离），f为接受透镜的焦距，x为psd上光的入射位置，则有如下关系：

将（4）式代入（6）式，可得到被测物体到传感器的距离：

1.2测量基准的确定

查看详细