专利名称：一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔，属信息处理领域。
背景技术：
现在公开的数码笔产品可以在普通纸上写字、绘画的同时，将笔迹真实地显示在电脑上，然后实现在电脑上任意编辑、存储、打印，广泛地应用在电化教学、会议演讲等各种领域和场合。其中基于超声波原理的数码笔系统中，基本使用聚氟乙烯(PVDF)膜材料做成的发射头发射超声波信号，在瞬间高电压激励下发射超声波信号，其缺点为对温度敏感，工作温度范围窄，另外的主要缺点是价格昂贵。
发明内容本实用新型的目的是通供一种廉价和结构简单的压电蜂鸣片作为数码笔的超声波发射器，它能在数码笔中大量使用，替代现有的昂贵的PVDF膜材料。 本实用新型在数码笔中采用价格便宜的普通的压电蜂鸣片作为超声波发射器，利
用压电陶瓷片的工作原理，即利用压电效应的可逆性，在其上施加超音频电压，就可产生机
械振动发射超声波，数码笔系统中使用一个或多个超声波发射器，解决了压电蜂鸣片发射
超声波的问题，可以在数码笔上使用压电蜂鸣片。但一般压电蜂鸣片其声束指向性较高，超
声波发射角度一般在60度左右，因其发射角度小，使用在数码笔上时，接收器很容易出现
接收不到信号的情形，所以本实用新型使用多片蜂鸣片排列在数码笔不同位置和角度，从
而解决了发射出的超声信号角度不足的问题，其次也通过多片蜂鸣片位置的信息可以计算
出数码笔笔尖的位置，可以解决了超声数码笔倾斜时引起的定位精度误差问题。 本实用新型的好处是使用廉价的压电蜂鸣片作为超声波发射器，显著降低了成
本，縮小了产品的体积；也使数码笔上可以使用多个发射器装置，以便用于多点定位和立体
定位成为了可能。 本发明中所述的数码笔，由发射器和接收器两部份组成，发射器使用压电蜂鸣片发射超声波信号，位于接受器不同位置的多个接收头可以接收到压电蜂鸣片发出的超声信号，接收器以其它发射器发射的无线或有线时间基准信号作为时间起点，由超声波信号到各接收头的时间或时间差计算发射器在不同时刻的位置。即发射器先可以发射一个时间基准信号被接收器接收到后得到第一个时间点；不失一般性，当接收器的其中一个接收头收到蜂鸣片发射的超声波信号后，就得到了第二个时间点；另一个接收头收到蜂鸣片发射的超声波信号后，得到第三个时间点；再根据已知超声波在空气中传播的速度，就可以知道发射器与接收器各个接收头之间的距离，再根据三角定理，就可以计算出发射器相对于接收器的距离，当发射器是一只笔时，通过不断地重复以上的定位过程，就可以计算出在不同时刻时笔相对于接收器的位置。 当数码笔的发射器使用一片蜂鸣片时，通过压电蜂鸣片先发射超声波信号，然后关闭压电蜂鸣片的发射，在接收器分别接收到时间基准信号和压电蜂鸣片发射的超声信号后，即可以根据接收头和接收头接收到超声信号的时间或时间差计算出发射器相对于接收 器的位置。 当数码笔的发射器使用两片或多片位置接近的蜂鸣片时，这些压电蜂鸣片可以有 夹角的摆放在一起，则超声波发射的最大角度等于所有蜂鸣片发射角度之和减去所有蜂鸣 片发射角度的重合角度之和，通过这样方式就可以扩大蜂鸣片的发射角度，满足了数码笔 的需要，若使用多片蜂鸣片，最大可以达到360度的超声信号覆盖；通过每片蜂鸣片在不同 的时间发射超声波信号方法，可以避免多路超声信号之间干扰问题。 当数码笔的发射器含有两片位置想离较远的压电蜂鸣片时，第一压电蜂鸣片和第 二压电蜂鸣片之间的已知距离较大时，就可以确定由第一压电蜂鸣片和第二压电蜂鸣片确 定的中间线和延长线，根据同在中间线和延长线上的数码笔的笔尖与第一压电蜂鸣片或第 二压电蜂鸣片的距离，即可以确定笔尖的精确位置。使用相似的计算方式，也可以计算出其 它数码笔器件的位置，如笔的尾部、笔的中点。 为了避免多路超声信号之间干扰问题，可以让每片蜂鸣片发射不同频率的超声波 信号。
附图为实现本实用新型方法的示意图。
图1是数码笔含有一片压电蜂鸣片的示意图。 图2是数码笔含有两片位置接近的压电蜂鸣片的示意图。 图3是数码笔含有两片位置较远，分别在笔头和笔尾的压电蜂鸣片的示意图。 图1中，l.接收器，2.发射器，3. —个或一组接收头，4. 一个或一组接收头，5.压 电蜂鸣片。 图2中，1.接收器，2.数码笔，3. —个或一组接收头，4. 一个或一组接收头，5.第 一压电蜂鸣片，6.第二压电蜂鸣片。 图3中，1.接收器，2.数码笔，3. —个或一组接收头，4. 一个或一组接收头，5.第 一压电蜂鸣片，6.第二压电蜂鸣片，7.笔尖，8.中线和延长线(虚线)。
具体实施方式下面给出第一个实施例。 参见图l，发射器(2)含有一片压电蜂鸣片(5)，蜂鸣片的发射面朝向接收头的方 向，发射器(2)以无线或有线方式发送时间基准信号，同时通过压电蜂鸣片(5)先发射超声 波信号，然后关闭压电蜂鸣片(5)的发射，在接收器(1)分别接收到时间基准信号和压电蜂 鸣片(5)发射的超声信号后，即可以根据接收头(3)和接收头(4)接收到超声信号的时间 或时间差计算出发射器相对于接收器(1)的位置，如此循环，就可以计算出压电蜂鸣片(5) 在不同时刻相对于接收器(1)的位置 下面是第二个实施例，参见图2，发射器(2)含有两片位置接近的压电蜂鸣片第 一压电蜂鸣片(5)，第二压电蜂鸣片(6)或更多片蜂鸣片(以下说明以两片蜂鸣片为例)， 第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)之间的距离已知，蜂鸣片的发射面朝向接收头 的方向，发射器在T0时刻以无线或有线方式发送时间基准信号，同时通过第一压电蜂鸣片(5) 先发射超声波信号，持续时间为Sl，然后关闭第一压电蜂鸣片(5)的发射；在T1时刻通 过第二压电蜂鸣片(6)发射超声波信号，持续时间为S2，然后关闭第二压电蜂鸣片(6)的 发射。在接收器(1)分别接收到时间基准信号和第一压电蜂鸣片(5)，第二压电蜂鸣片(6) 发射的超声信号后，即可以得知一组接收头接收到不同信号的时间或时间差，如此循环，就 可以计算出第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)在不同时刻相对于接收器(1)的位 置。现在分两种情况说明 第一种情况，第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)之间的已知距离较小时， 发射器(2)的超声信号发射角度为第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)发射角度之 和减去第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)发射角度的重叠部分，这样就扩大了蜂 鸣片的发射角度，并没有两路超声信号之间互相干扰的问题。假设两片蜂鸣片发射角度都 是60度，第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)发射角度的重叠了 IO度，那么扩大后 的角度就是60+60-10 = 110度。 第二种情况是第三个实施例，参见图3，第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片
(6) 之间的已知距离较大时，S卩非别在数码笔的笔头和笔尾时，经过定位过程，就可以确定 由第一压电蜂鸣片(5)和第二压电蜂鸣片(6)确定的中间线和延长线(8)，根据同在中间 线和延长线(8)上的数码笔的笔尖(7)与第一压电蜂鸣片(5)或第二压电蜂鸣片(6)的距 离，即可以确定笔尖(7)的精确位置。使用相似的计算方式，也可以计算出其它数码笔器件 的位置，如笔的尾部、笔的中点，这样就可以解决数码笔倾斜时引起的定位精度误差问题。
权利要求一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔，其特征在于它由发射器(2)和接收器(1)两部份组成，发射器(2)使用压电蜂鸣片发射超声波信号，位于接受器不同位置的多个接收头(3，4)可以接收到压电蜂鸣片(5)发出的超声信号，接收器(1)以其它发射器(2)发射的无线或有线时间基准信号作为时间起点，由超声波信号到各接收头(3，4)的时间或时间差计算发射器(2)在不同时刻的位置。
2. 按权利要求1所述的一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔，其特征在于发射器 (2)可以使用两片或多片摆放成不同角度的压电蜂鸣片(5，6)发射超声波信号。
3. 按权利要求1所述的一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔，其特征在于发射器 (2)可以使用两片或多片压电蜂鸣片(5，6)发射超声波信号，并通过已知这些压电蜂鸣片 之间的距离计算出笔尖(7)位置。
专利摘要一种使用蜂鸣片发射超声信号的数码笔，由接收器(1)和发射器(2)两部份组成，发射器使用一片、两片或多片压电蜂鸣片(5，6)发射超声波信号，位于接受器不同位置的多个接收头(3，4)可以接收到这些压电蜂鸣片(5，6)发出的超声信号，接收器以发射器发射的无线或有线时间基准信号作为时间起点，由超声波信号到各接收头(3，4)的时间或时间差计算发射器(2)在不同时刻的位置，并据此计算出其它定位信息。
文档编号G06F3/033GK201440243SQ20092000722
公开日2010年4月21日 申请日期2009年1月24日 优先权日2009年1月24日
发明者旋永南 申请人:旋永南