一种新型采用光敏检测的力度测定装置

技术研制背景：

本技术原本是为了解决手卷钢琴不支持力度的问题而研制发明的，但本技术的应用意义要远大于问题的本身，本技术在工业检测，科学实验，航天航空等领域均有不同程度的应用意义

技术内容摘要：

本技术的设计原理是将力度的变化经过光电感应转变成电位的变化，再经过比较电路转换成双光电隔离器电阻开关导通的时间差，然后接入鉴别电路而实现力度测定。

技术内容：

本力度测定装置采用光敏检测方法，检测装置和被测定物无任何机械接触，反应速度快，在检测快速变化作用力方面，比现有技术更显独特优势。本力度测定装置主要由弹力部件，光电感应电路和比较电路构成。本力度测定装置有两种型式，一种直射型，另一种反射型。

图1是本力度测定装置直射型的主视图，图2是A-A剖面图，如图1，图2，塑料板1，固定块2，挡板3构成弹力部件。塑料板1下面固定一片挡板3，挡板3的作用是挡住光线，塑料板1和固定块2固定一起，固定块2固定在电路板7上。红外接收管4和红外发射管6构成光电感应电路。红外接收管4和红外发射管6相向焊接在印刷电路板7上，当挡板3静止时，红外发射管6发射的红外线直射进红外接收管4，红外接收管4处于饱和导通状态，当挡板3下移时，红外发射管6发射的红外线被挡住，红外接收管4处于截止状态。缓冲垫8硅胶材料，固定在电路板7上，其作用是当挡板3下移时可靠的切断光线。

图3是本力度测定装置反射型结构示意图。塑料板9下面粘一片反光纸10，塑料板9和固定块16固定，固定块16又与电路板14固定。红外接收管12和红外发射管15焊接在电路板14上，中间间隔一个挡板11，挡板11固定在电路板14上。红外发射管15上倾一定角度，使得红外发射管15发射的红外线刚好反射到红外接收管12上。当塑料板9静止时，红外发射管15反射到红外接收管12的红外光最强，红外接收管12

接近于饱和导通状态，当塑料板9下移时，红外发射管15反射到红外接收管12的红外光减弱直至0，红外接收管12接近于截止状态。

图4是比较电路电路图，电阻R1,R2,R3,R4,三极管T1,T2,二极管D，光电隔离器OC1，OC2构成了比较电路。电源电压经电阻R2加到红外接收管4，经电阻R1加到红外发射管6。当塑料板1处于静止时，红外接收管4接收到的反射光最强，处于接近饱和导通状态，输出端a电位接近于0。当塑料板1下移，直射到红外接收管4的红外光线减弱直至0，红外接收管4阻值随之增大直至接近截止状态，输出端a电位随之升高直至最大值。由于反向暗电流的存在及电阻R2阻值较大，这个最大值通常只能达到电源电压的三分之二左右。力度越大，塑料板1下移速度就越快，输出端a电位从0到最大值所用的时间就越快，因而检测输出端a电位从零升高到最大值之间任意一个固定值电位差所用的时间即可确定力度的大小。输出端a电位经过三极管T1和T2组成的射极跟随输出到光电隔离器OC1和OC2的输入端正极。由于电阻R2阻值较大，输出端a输出内阻相应大，不能直接推动光电隔离器OC1和OC2工作，三极管T1和T2组成的射极跟随输出便起着阻抗变换作用。光电隔离器OC2输入端负极经电阻R4和二极管D接到电源负极，而光电隔离器OC1输入端负极经过电阻R3接到电源负极，二极管D导通电压为0.7伏，光电隔离器OC1和OC2输入端导通电压均为1.5伏，由电路可以看出，二极管D的存在使得光电隔离器OC2导通电压要高于光电隔离器OC1导通电压一个固定值 0.7伏。串联多个二极管D可以改变这个固定值。光电隔离器OC1和OC2输出端相当于一个电阻开关，工作于导通和截止状态，相当于开关处于闭合和断开两个状态，如图中虚线所示。由电路可以看出，当输出端电位a由0向最高值升高时，由于光电隔离器OC2输入导通电压比OC1要高出0.7伏，其输入端导通时间总是要落后OC1一个时间差⊿t，同样，其输出端电阻开关导通的时间也相应落后OC1一个时间差⊿t。塑料板1下按力度越大，下移速度就越快，输出端a电位升高速度越快，光电隔离器OC1和OC2输入端导通时间差⊿t就越小，相应的，输出端导通时间差⊿t就越小。

将光电隔离器OC1和OC2输出端导通时间差⊿t输入鉴别电路，即可计算出塑料板1下按力度。

审核编辑黄宇