Датчик движения для обрабатывающего устройства

 

Изобретение относится к средствам обнаружения движения активного устройства относительно поверхности для управления работой этого устройства при обработке поверхности. Устройство содержит наконечник датчика, средство для передачи вибраций от наконечника датчика к преобразователю, который обнаруживает электрическим путем вибрации, возникающие во время движения, и выдает выходной сигнал. В устройстве может быть предусмотрено средство для фильтрации выходного сигнала выше и ниже соответствующих заданных частот и для выдачи сигнала обнаружения движения, если выходной сигнал находится в диапазоне заданных частот. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к средствам обнаружения движения активного устройства относительно поверхности для управления работой этого устройства при обработке поверхности.

В частности, изобретение может быть использовано для управления ручными устройствами, используемыми для письма, сканирования, нанесения покрытий, разбрызгивания, нагрева и т.п.

Существует много применений, при которых необходимо поднести некоторое устройство к поверхности и перемещать его над поверхностью одновременно с производимой обработкой или зондированием. Примером таких применений могут служить следующие операции: письмо или печать по поверхности путем нанесения чернил, набрызгивание какого-либо материала на поверхность, использование оптического датчика для считывания имеющихся на поверхности знаков, таких как штриховые коды или буквы, нагревание поверхности сфокусированным лучом инфракрасного излучения, нанесение или считывание магнитной записи с помощью электромагнитной головки, использование ручных печатающих устройств.

Во всех этих случаях необходимо формировать сигнал управления для обработки соответствующей заданной области поверхности.

Основная необходимая функция управления состоит в инициировании процесса обработки, когда устройство перемещается по поверхности и находится в контакте с ней.

В ряде случаев, например, в пишущем инструменте может быть необходимо выдавать сигнал о том, что контакт установлен, даже при отсутствии движения по поверхности.

Для выдачи управляющего сигнала используются различные технические средства. Простейший подход состоит в использовании переключателя, включаемого пальцем, например как в ручке со струйной подачей чернил. Пользователь должен точно определить, когда включать и выключать это устройство. Это вызывает неудобства при практическом применении и не обеспечивает достаточно точного управления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик для обрабатываемого устройства, содержащий наконечник датчика, средство для передачи вибраций от наконечника датчика к преобразователю, выполненному с возможностью обнаружения электрическим путем вибраций, возникающих при движении, и формирования выходного сигнала (см. заявку Японии N 57-132005, МПК G 01 B 7/00, 1982).

Известный датчик как обнаружитель движения предназначен для обнаружения выступов шероховатой поверхности бумаги, то есть его выходной сигнал непосредственно связан с профилем поверхности материала. Однако при обнаружении самого факта наличия движения такой датчик должен быть очень низкочастотным, чтобы исключить возможность его включения и выключения на интервалах между выступами профиля бумаги, по которой он перемещается. Это, в свою очередь, означало бы, что любое устройство, использующее сигнал известного датчика-обнаружителя движения, продолжало бы работать в течение относительно значительного интервала времени (порядка 20 мс) после того, как движение в действительности закончено, и формировать сигнал ложной тревоги. В частности, в случае ручного пишущего инструмента это означало бы обнаружение сигнала движения по факту вытекания чернил на бумагу.

Задачей изобретения является создание датчика, который позволяет преодолеть недостатки известных устройств и обеспечивает устойчивую работу в любых направлениях и высокую надежность, малые габариты, экономичность, удобную форму и конфигурацию.

Указанный результат достигается тем, что в датчике движения для обрабатывающего устройства, содержащем наконечник, соединенный через последовательно включенные средства для передачи вибраций от наконечника и средство для фильтрации электрических сигналов с преобразователем, выполненным с возможностью обнаружения электрическим способом вибраций, возникающих при движении наконечника, и формирования выходного сигнала, в соответствии с изобретением средство для фильтрации электрических сигналов выполнено с возможностью подавления электрического сигнала с частотой ниже 1000 Гц и формирования на выходе сигнала обнаружения движения наконечника при частоте электрического сигнала выше 1000 Гц.

Средство для фильтрации электрических сигналов предпочтительно выполнено с возможностью подавления электрических сигналов с частотой выше заданной частоты и формирования на выходе сигнала обнаружения движения наконечника при значении частоты электрического сигнала, лежащего в интервале значений между 1000 Гц и заданной частотой.

При этом преобразователь предпочтительно выполнен пьезоэлектрическим.

Кроме того, датчик предпочтительно содержит кронштейн, на одном конце которого установлен наконечник, а пьезоэлектрический преобразователь установлен на кронштейне с возможностью регистрации изменений усилия на кронштейне и вибрации наконечника, причем пьезоэлектрический преобразователь имеет вытянутую форму и расположен вдоль кронштейна.

Также предпочтительно, что датчик выполнен с возможностью обнаружения контакта между устройством и поверхностью перед движением устройства по поверхности и имеет средство для определения скорости движения по поверхности.

Кроме того, преобразователь может быть выполнен в виде микрофона, предназначенного для обнаружения вибраций, а датчик содержит акустический волновод, предназначенный для направления вибраций воздуха к микрофону от средства для поддержки обрабатывающего устройства в контакте с поверхностью, относительно которой оно перемещается.

И наконец, поверхность наконечника образована частицами со средним размером зерна в диапазоне 15-40 микрон, при этом поверхность наконечника выполнена закругленной с радиусом приблизительно 250 микрон.

Устройство, выполненное согласно изобретению, может применяться в ручном пишущем инструменте, но может также использоваться в целом ряде других устройств, для которых важно обнаружение движения.

Например, данное устройство может использоваться для обнаружения движения ручки по поверхности бумаги в двухкоординатном графопостроителе, используемом для подготовки чертежей и т.п. или может использоваться для обнаружения движения бумаги в таких устройствах, как принтеры, факсы, фотокопировальные устройства и так далее, для быстрого обнаружения зажима бумаги.

Далее описаны примеры датчиков, выполненных согласно данному изобретению, со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее: фиг.1 изображение датчика, выполненного согласно первому варианту, в разобранном виде, фиг.2 вид сбоку датчика, выполненного согласно первому варианту, фиг.3 вид сбоку датчика, выполненного согласно второму варианту,
фиг.4 вид сверху датчика, выполненного согласно третьему варианту,
фиг. 5 схематичное представление частичного вида сбоку третьего варианта датчика,
фиг.6 и 7 схематичное представление частичного вида сбоку третьего варианта датчика при взаимодействии с листом бумаги, причем на фиг.7 масштаб значительно увеличен,
фиг. 8 блок-схема электронных компонентов для функционирования третьего варианта датчика,
фиг.9 диаграмма сигнала, иллюстрирующая процесс фильтрации сигнала датчика.

В первом примере пишущий шрифт 1 или наконечник датчика установлен на кронштейне 2, который смонтирован на лазерном пишущем устройстве. Пьезоэлектрический тензодатчик 3 установлен на кронштейне 2 и воспринимает вибрации, возникающие при движении пишущего шрифта 1 по поверхности, на которой пишут.

Устройство работает следующим образом.

Когда обрабатывающее устройство не контактирует с поверхностью, преобразователь не воспринимает вибраций, и, следовательно, обрабатывающее устройство выключено.

Когда пишущий шрифт 1 касается поверхности, по которой пишут, импульс вибрации передается на преобразователь. Это обеспечивает выдачу сигнала об установлении контакта. Данный сигнал может быть использован для незамедлительного включения обрабатывающего устройства.

При отсутствии движения по поверхности вибрации в дальнейшем не возникают, и рабочее устройство выключается.

При движении по поверхности в любом направлении возникают вибрации, обнаружение которых приводит к включению обрабатывающего устройства для осуществления обработки поверхности, по которой оно перемещается.

В примере на фиг.1 и 2 показан датчик, установленный в ручном маркере, который работает по принципу, описанному ниже в связи с третьим примером.

Наконечник датчика состоит из пишущего шрифта 1, связанного с кронштейном, и контактирует с поверхностью 10, по которой пишут, так что при относительном движении возникают вибрации. Вибрация является результатом таких факторов, как шероховатость поверхности для письма и трение между этой поверхностью и пишущим шрифтом. Сигнал вибрации может быть усилен за счет выбора материала, из которого изготовлен пишущий шрифт, обработки его поверхности и его геометрической формы.

Тензодатчик, предпочтительно пьезоэлектрический керамический преобразователь 3, осуществляет контроль податливой области блока пишущего шрифта.

Соответствующая электронная обработка сигнала направлена на различие сигналов датчика, обусловленных операцией письма, и случайных сигналов, возникающих по другим причинам, например, в результате воздушного шума и вибраций, возникающих в корпусе маркера, например, при постукивании им. Уровень и частота вибраций могут использоваться в качестве признаков селекции.

Можно также из сигнала вибрации получить сигнал скорости. Например, по мере увеличения скорости движения ручки возрастает средняя частота вибраций и общая энергия вибрации. Подходящая обработка и калибровка сигнала позволяют управлять процессом маркировки с учетом изменений скорости.

Когда маркировка осуществляется импульсами лазерной энергии, частота повторения этих импульсов может увеличиваться при высоких скоростях, чтобы сохранить соответствующее расстояние между импульсами и маркировками.

Во втором примере, показанном на фиг.3, пишущий шрифт 1 установлен на стержне 5, который, в свою очередь, связан с кронштейном 2, на котором смонтирован преобразователь 3, как в первом примере.

В следующем примере (на чертежах не показано) устройство обработки сконструировано таким образом, что его активный элемент находится в положении, подходящем для обработки поверхности, при этом любая часть корпуса устройства обработки будет поддерживать это устройство и создавать вибрации.

Преобразователь может представлять собой обычный аудиомикрофон, установленный на соответствующей линии передачи звука к нему от обрабатываемой поверхности.

Когда вибрации возникают в результате движения корпуса по поверхности, часть этой энергии вибраций может распространяться по воздуху к преобразователю.

Третий пример, иллюстрируемый на фиг.4-9, относится к использованию изобретения в маркере.

Перед описанием датчика, использованного в третьем примере, целесообразно рассмотреть лежащую в его основе теорию.

Скорость звука в стали составляет приблизительно 6000 м/сек. При максимальной рабочей частоте датчика 20 кГц длина волны составляет 250 мм, что значительно превышает длину датчика (10 мм).

Это значит, что при моделировании поведения устройства допустимо рассмотрение его проведения в статике.

Расчетная "камертонная" резонансная частота стального стержня составляет:

где M₁ масса наконечника,
M₂ масса стержня,
I момент площади поперечного сечения.

Для данного датчика эта резонансная частота составляет f 68 кГц.

Данную конструкцию нельзя изменять таким образом, чтобы резонансная частота попала в полосу пропускания датчика, поскольку датчик будет очень чувствителен к побочным вибрациям.

Положение нейтральной поверхности относительно линии склеивания в пьезостальном стержне определяется уравнением:

где d_s толщина стали,
d_p толщина пьезоматериала,
E_s, E_p модули Юнга соответственно для стали и для пьезоматериала.

При фиксированном максимальном усилии письма накопленная в пьезоматериале энергии F максимальна, если нейтральная поверхность находится на границе склеивания.

Это также уменьшает напряжение на клей (в данном случае на линию склеивания действуют только силы сдвига). При этом Y 0, следовательно, d_p d_s · E_s/E_p.

Модуль Юнга для стали составляет 200 ГПа, а для пьезоматериала PZT5 70 ГПа. Следовательно, d_p 1,7 · d_s. Толщина пьезоматериала, таким образом, должна составлять приблизительно 850 микрон при толщине стального стержня 500 микрон.

Максимальное напряжение в стержне находится в точке опоры, так как здесь изгибающий момент G длины силы F, приложенной к наконечнику, максимален. Следовательно, пьезоматериал должен покрывать опорный конец стержня.

Существует две причины, по которым можно ожидать, что стержень, обладающий большой гибкостью, будет детектировать большие сигналы.

Во-первых, жесткий стержень будет более легко разрушать неровности высоты (рельеф) бумаги, а во-вторых, поскольку работа, выполняемая на пьезоматериале, определяется как пишущее усилие (внешне фиксированное), умноженное на отклонение стержня, то передача энергии будет выше для стержня, который дает большие отклонения.

Следовательно, стержень должен быть максимально узким. На практике пределом возможностей изготовления является стержень толщиной 1 мм.

Стержень не выдержит максимального давления при письме, если сила сдвига, действующая на линию склеивания, превышает определенный предел. Сдвигающее напряжение для фиксированной нагрузки постоянно по длине стержня и определяется как

где d_s толщина стали,
W ширина стержня.

Типичное разрушающее напряжение сдвига для большинства клеящих материалов составляет 50 Мпа, следовательно, условием надежной работы является:

Максимальная сила F 3H, ширина W 1 мм и d_s 500 микрон, следовательно

т.е. приложенное сдвигающее напряжение составляет 1/10 предельного сдвигающего напряжения при максимальном рассчитанном усилии письма.

На фиг.5 показана предлагаемая структура стержня.

Наконечник датчика должен быть выполнен из твердого материала, чтобы избежать чрезмерного износа (наиболее предпочтительные материалы окись алюминия или спеченная сталь).

Придавая этому материалу определенную поверхностную структуру, можно изменять свойства датчика. Существует два критических параметра, "ощущение" при работке с ручкой важно с точки зрения потребительских характеристик, перемещение датчика по бумаге не должно восприниматься как грубое. Наконечник должен иметь поверхностную структуру, которая обеспечивает максимальный выходной сигнал.

Поверхность бумаги состоит из слоя связанных волокон. Типичная ширина волокна около 10 микрон, что определяет и максимальный размер рельефа.

Однако наконечник воспринимает зазоры между волокнами, следовательно, типичный размер рельефа составляет около 5 диаметров волокна (50 микрон).

Согласно модели MathCad предполагается, что при гладком наконечнике спектр выходных частот будет определяться соотношением:
P(f) Af²e^-2f/l
где l типичное расстояние между волокнами.

Если типичный рельефный размер наконечника меньше или много больше этого рельефного размера, то этот спектр не зависит от поверхности наконечника.

Только при использовании наконечника с монодисперсной шероховатостью, подобной размеру волокна, увеличивается высокочастотная составляющая спектра.

Для типичного рельефного размера 30 микрон основная часть спектральной мощности приходится на область 1-3 Гц. Полезная спектральная мощность на частотах выше 5 кГц отсутствует.

Результаты экспериментов можно разюмировать следующим образом.

Частотный и энергетический отклик оптимизированы для типового размера рельефа поверхности 30 микрон. При этом исходная энергия приблизительно на 16 оВ на Вольт выше, чем энергия, создаваемая гладким наконечником (выше в 40 раз).

Грубый (30 микрон) наконечник дает более высокочастотные компоненты.

Среднеквадратичная мощность сигнала повышается в 3,2 раза при увеличении скорости в 3,7 раза, т.е. среднеквадратичная мощность приблизительно пропорциональна скорости письма.

Сопротивление остается приблизительно постоянным независимо от скорости письма. Работа, осуществляемая по преодолению сопротивления, равна сопротивлению, умноженному на скорость, т.е. можно ожидать, что выходная мощность датчика возрастает линейно в зависимости от скорости.

Мощность сигнала нелинейно зависит от приложенной нагрузки. Увеличение нагрузки в 1,3 раза приводит к увеличению среднеквадратичной выходной мощности датчика в 3,2 раза.

Этот экспоненциальный рост может объясняться дальнейшим вдавливанием наконечника в поверхность бумаги (согласно этой модели плотность волокна возрастает экспоненциально с глубиной погружения в бумагу).

Это позволяет предположить, что более острый наконечник, создающий более высокое давление при некоторой нагрузке письма, даст более высокую выходную мощность сигнала.

Следовательно, наконечник должен быть максимально острым и грубым (шероховатым) без чрезмерного ухудшения "ощущения". Уменьшение радиуса наконечника приблизительно до 100 микрон вероятно достижимо, хотя такой наконечник необходимо испытать при повышенном износе в течение его срока службы.

"Ощущение" датчика при его перемещении по бумаге, хотя и не представляет технического интереса, может иметь большое коммерческое значение в связи с его влиянием на потребительские характеристики ручки. При этом возможны следующие субъективные оценки датчика:
вибрация восприятие пальцами вибрации в ручке при ее движении,
царапание, связанное с возможностью разрыва датчиком бумажных волокон,
шум, формируемый датчиком, как будто он шероховатый.

Царапание это наихудший эффект, возникающий при наличии на наконечнике датчика малых радиусов кривизны. В этих местах приложенное при письме усилие преобразуется в большое давление, которое прокалывает поверхность бумаги и вызывает резкое прокалывающе-скользящее движение, как при движении иглы по бумаге. В наихудшем случае радиус кривизны меньше или равен типичному расстоянию между поверхностями волокон обычно 15 микрон, так что наконечник погружается в поверхность.

Субъективно этот эффект представляет собой комбинацию прокалывающе-скользящего движения, которое чувствуют пальцы, с царапающим звуком. Следовательно, во избежание разрыва общие радиусы наконечника должны быть больше 50 микрон.

Частотный предел, обусловленный временем реакции распространенных нервных клеток, составляет около 1000 импульсов в секунду, поэтому можно ожидать, что вибрации частотой более 1 кГц не будут восприниматься распространенными нервными клетками как вибрации.

Проведенные опыты показали, что субъективно воспринимаемая шероховатость зависит от типичного рельефного размера наконечника. Размеры менее 15 микрон в этом масштабе дают приемлемое "шелковистое" ощущение, тогда так при больших размерах частиц может возникать прокалывающее-скользящее движение.

Зерна диаметром менее 15 микрон должны давать приемлемое "опущение", но при этом необходим компромисс и, таким образом, используемый наконечник имеет зерна размером приблизительно 30 микрон, а диаметр наконечника составляет приблизительно 500 микрон (см. фиг.6 и 7).

Детально конструкция датчика будет рассмотрена со ссылками на фиг. 4-9.

Датчик 40 обеспечивает естественное управление подачей чернил во время письма, позволяя чернилам вытекать при письме.

Датчик должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять повреждению, например, при случайном падении инструмента, и должен быть работоспособным с разными сортами бумаги, при разном давлении руки, скорости письма, угла письма и т.д. К коммерческим требованиям относятся также низкая стоимость, малый размер, устойчивость к электрическим и механическим помехам и низкое потребление энергии.

30-150 мм/сек это типичный диапазон скорости письма, который необходимо обеспечить при усилии письма 30 300 г. Датчик должен обеспечивать восприятие жесткости, сравнимое с шариковой ручкой.

Существенной функцией датчика является выдача сигнала для электронных средств управления ручки, чтобы включать механизм подачи чернил в процессе "письма".

Процесс "письма" включает определенные конкретные условия, и поэтому подача чернил должна включаться, только если удовлетворены следующие условия:
ручка находится в контакте с бумагой и перемещается по ней в любом направлении,
ручка приходит в контакт с бумагой без перемещения по ней (как при полной остановке).

Если ручка находится в контакте с бумагой, но не движется, подача чернил должна быть прекращена, иначе чернила будут непрерывно подаваться в одну точку.

Если пишущим шрифтом ведут по бумаге (которая на микроскопическом уровне представляет собой шероховатую поверхность), возникает вибрация в трех взаимно перпендикулярных направлениях, два из которых расположены параллельно бумаге и под углом 90 градусов друг к другу, а третье направление является вертикальной компонентной, перпендикулярной бумаге. Датчик согласно данному изобретению реагирует на компонент вибрации в вертикальном направлении, что имеет следующие преимущества:
одинаковое реагирование на вибрации, возникающие при перемещении по бумаге в любом направлении,
обеспечение компактности конструкции датчика.

Датчик 40 сконструирован таким образом, что обеспечивается его размещение в неиспользуемом месте под подложкой 21 и между контактными участками.

Механизм датчика состоит из металлического стержня 41 (один конец которого закреплен, а второй содержит пишущий шрифт или наконечник 42) со связанной с ним пьезоэлектрической полоской 43. Стержень и пьезоэлектрическая полоска изгибаются в ответ на сигналы вибрации от бумаги.

Критерии выбора размера и формы элементов датчика определяются следующим:
свободным пространством в имеющемся объеме,
необходимостью выработки сигнала достаточной силы для обработки электронной системой управления, не требуя очень высокой чувствительности,
достаточной жесткостью, чтобы придать ручке соответствующее "ощущение". Это ощущение не должно быть мягким, затрудняющим процедуру письма. На прилагаемом графике показана измеряемая характеристика отношения нагрузки к отклонению для стержня/пьезоматериала.

достаточной прочностью, чтобы выдерживать сильный нажим при письме или случайный удар.

При приложении усилия к пишущему шрифту 42 в стержне 41 возникает изгибающий момент, который возрастает линейно по его длине.

Изгибающий момент создает напряжение в стержне и пьезоэлектрической полоске. Пьезоматериал 43 имеет такую характеристику, чтобы под воздействием напряжения подобного типа на его поверхностях возникал электрический сигнал.

На этих двух поверхностях размещены электроды, обеспечивающие электрическую связь посредством коаксиального кабеля для электронных средств управления.

Стальной стержень 41 выполнен как одно целое со стальной пластиной 44 большего размера, чтобы облегчить установку в ручке и образование электрических соединений. Пластина 44 снабжена прямоугольным отверстием 45, через которое проходят струи чернил из используемых сопел.

Шрифт или наконечник 42 является частью ручки, которая осуществляет контакт с поверхностью бумаги для письма и которая должна иметь следующие характеристики:
форма и текстура поверхности должны обеспечивать оптимальную комбинацию электрического сигнала (уровень и диапазон частот) и ощущения пользователя,
должна быть обеспечена достаточная прочность, чтобы выдержать движение на большое расстояние в течение всего срока службы без чрезмерного износа.

Выбор материала для шрифта 42 учитывает хорошую износостойкость при достаточной экономичности этого компонента. В качестве материала для изготовления пишущего шрифта может быть выбрана окись алюминия.

Опытным путем обнаружено, что рука человека чувствительна к вибрации с частотой ниже 1000 Гц, и поэтому одной из целей при разработке конструкции пишущего шрифта было получение максимальной энергии на частотах выше 1000 Гц.

Преимущество керамических наконечников заключается в том, что они обеспечивают на частотах выше 1000 Гц большую энергию, чем, например, стальной пишущий шрифт.

Сборочная пластина 44, на которой располагается датчик, представляет собой небольшую прямоугольную пластину, размещенную между двумя половинками корпуса. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой простое устройство с электродами на обеих поверхностях.

Одна поверхность пьезоэлектрической полоски связана со стержнем с помощью эпоксидной смолы, имеющей низкую вязкость, для обеспечения электрического контакта через связывающий слой за счет шероховатости поверхности пластины и пьезоэлектрического материала. При такой конструкции пластина составляет часть электрической цепи с пьезоэлектрической полоской.

Пишущий шрифт или наконечник 42 состоит из наконечника 42', выполненного из окиси алюминия, вставленного в латунный элемент 42'', который заклепан в конец стержня (см. фиг.6 и 7).

Пьезоэлектрическая полоска имеет размер и конструкцию, показанную на фиг. 4, и выполнена из титаната цирконата свинца, например, марки PZT5A. Стержень датчика получают путем штамповки из листового металла, такого как пружинная сталь, плакированная никелем (400-450 VPN).

Пишущий шрифт или наконечник датчика содержит основной корпус, который представляет собой небольшой точеный элемент и может быть изготовлен из различных материалов. Латунь предпочтительна ввиду ее низкой стоимости, простоты обработки и пригодности для клепки.

Пишущий шрифт или наконечник датчика содержит наконечник, выполненный из окиси алюминия, чтобы обеспечить необходимую износостойкость, как указано выше. Его можно изготовить путем прессования и обжига для получения необходимой формы и шероховатости поверхности.

На фиг. 8 показана специализированная интегральная схема, образующая часть электронной системы управления для маркера.

Эта интегральная схема содержит схему обработки сигналов 70, которая состоит из входного буфера 71, усилителя 72 с внешними элементами 73, компаратора 74 и блока одновибратора 75.

Входной буфер 71 с высоким импедансом необходим, т.к. сам датчик вибрации представляет собой источник высокого импеданса емкостью порядка 1 нф.

В сочетании с входным импедансом 480 кОм датчик образует фильтр высоких частот с частотой 330 кГц на уровне 3 дБ. Представляющий интерес сигнал, выдаваемый датчиком вибрации, имеет частоту до 5 кГц при удвоенной амплитуде 1,5 В.

Буферизованный и эталонированный сигнал затем усиливают приблизительно в 3 раза. Усилитель 72 содержит также фильтр нижних и верхних частот, чтобы ограничить ширину полосы сигнала требуемыми частотами. Нижняя частота на уровне 3 дБ составляет 1 кГц, что подавляет явление "дребезга" в начале и в конце линии или рисунка.

Напряжение, вызывающее дребезг, состоит из низкочастотных компонентов и может быть ослаблено фильтрацией высоких частот, упомянутых выше.

Верхний предел частоты 5 кГц обеспечивает минимизацию влияния любых случайных сигналов или помех за счет электрического шума, которые могут вызвать нечаянный выброс чернил. На фиг.9 приведены фильтровые характеристики усилителя 72.

Выходной сигнал от усилителя 72 поступает на компаратор 74 с гистерезисом 100 мВ. Такой относительно высокий гистерезис используется для снижения возможности должного запуска. Сигнал в цифровой форме поступает на цифровой одновибратор 75.

Одновибратор 75 может перезапускаться и формирует активный выходной сигнал в течение 10 мс для каждого запуска, что предотвращает спад выходного сигнала при отсутствии сигнала датчика вибрации в течение коротких интервалов времени. Это обычно имеет место, когда пишущий шрифт медленно движется по поверхности для письма. Это время не должно быть слишком продолжительным, в противном случае ручка будет продолжать выдавать чернила после того, как пишущий шрифт остановился или вышел из контакта с поверхностью. Выход одновибратора связан непосредственно с микроконтроллером 57, который управляет процессом выброса чернил во время использования.

Формула изобретения

1. Датчик движения для обрабатывающего устройства, содержащий наконечник, соединенный через последовательно включенные средство для передачи вибраций от наконечника и средство для фильтрации электрических сигналов с преобразователем, выполненным с возможностью обнаружения электрическим способом вибраций, возникающих при движении наконечника, и формирования выходного сигнала, отличающийся тем, что средство для фильтрации электрических сигналов выполнено с возможностью подавления электрического сигнала с частотой ниже 1000 Гц, формирования на выходе сигнала обнаружения движения наконечника при частоте электрического сигнала выше 1000 Гц.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что средство для фильтрации электрических сигналов выполнено с возможностью подавления электрических сигналов с частотой выше заданной частоты и формирования на выходе сигнала обнаружения движения наконечника при значении частоты электрического сигнала, лежащего в интервале значений между 1000 Гц и заданной частотой.

3. Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что преобразователь выполнен пьезоэлектрическим.

4. Датчик по пп. 1 3, отличающийся тем, что он содержит кронштейн, на одном конце которого установлен наконечник, а пьезоэлектрический преобразователь установлен на кронштейне с возможностью регистрации изменений усилия на кронштейне и вибрации наконечника.

5. Датчик по п. 4, отличающийся тем, что пьезоэлектрический преобразователь имеет вытянутую форму и расположен вдоль кронштейна.

6. Датчик по пп. 1 5, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью обнаружения контакта между устройством и поверхностью перед движением устройства по поверхности.

7. Датчик по пп. 1 6, отличающийся тем, что он имеет средство для определения скорости движения датчика по поверхности.

8. Датчик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что преобразователь выполнен в виде микрофона, предназначенного для обнаружения вибраций.

9. Датчик по пп. 1 6, 8, отличающийся тем, что он имеет акустический волновод, предназначенный для направления вибраций воздуха к микрофону от средства для поддержки обрабатывающего устройства в контакте с поверхностью, относительно которой оно перемещается.

10. Датчик по пп. 1 9, отличающийся тем, что поверхность наконечника образована частицами со средним размером зерна в диапазоне 15 40 мкм.

11. Датчик по пп. 1 9, отличающийся тем, что поверхность наконечника выполнена закругленной с радиусом, равным приблизительно 250 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 27-1998

(73) Новое наименование патентообладателя:
ТТП ГРУП ПЛК (GB)

Извещение опубликовано: 27.09.1998