检测设备和方法技术

本发明专利技术披露了一种用于监视基本上呈球形的本体的方位或转动的设备。所述设备包括基本上呈球形的本体，其上固定有至少一个谐振电路。发送天线在包括所述球形本体的空间区域内产生交变磁场，所述磁场在所述谐振电路或每个谐振电路中感应电信号，以及接收天线接收响应在所述谐振电路或每个谐振电路中的所述感应电信号而产生的感应的检测信号。通过所述谐振电路或每个谐振电路在发送天线和接收天线之间的电磁耦合按照球形本体的方位而改变，从而使得在接收天线中的所述感应的检测信号按照球形本体的方位而改变。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于监视基本上为球形的本体的转动和方位的至少一个的设备。本专利技术尤其，但不是排他地，涉及一种人机接口，其中用户通过改变一个基本上为球形的本体的方位对机器输入信息。这种人机接口的一个例子是球跟踪装置，其中用户直接移动一个球形本体，球的转动方向和转动速度之一或二者将信息传递给相关的机器。这种人机接口的另一个例子是计算机鼠标，其中一个球被安装在壳体内，球的一部分通过壳体凸出，以便和计算机鼠标所在的表面接触。用户握住壳体并拖动鼠标横过表面而引起鼠标转动，转动的速度和方向之一或二者把信息传递给相关的机器。这种人机接口的另一个例子是控制杆，其中在杠杆的一端形成一个球座连接，用户移动杠杆而使得球在球座连接中转动，转动的方向和速度之一或二者把信息传递给相关的机器。用于监视球形本体的方位的普通机构利用一对正交设置的轴，它们和球形本体接触，因而它们随球形本体的转动而转动。每个轴的转动使用各自的光学检测器测量，其中光束被连附于每个轴上的叶片遮断。所得的光脉冲以电子方式被记录和处理，以便向主机提供方位信息。不过，外界物质例如污物的进入可以干扰在球形本体和转轴之间的摩擦特性，也可能妨碍光学检测器使用的光束。按照本专利技术，提供一种检测器，其中使用感应检测方案来监视安装在一个球形本体内或球形本体上的一个或几个谐振电路的方位或转动。利用这种结构，可以减少运动部件的数量，借以改善可靠性。在一个优选实施例中，感应检测器包括发送天线和接收天线，它们借助于膜片和外界环境隔离，从而阻止外界物质进入容纳着和人机接口相关的电子电路的腔体内。最好是，所述膜片是不可渗透的。下面结合附图说明本专利技术的示例的实施例，其中图1示意地表示球形本体跟踪装置的侧视图；图2是构成图1所示的球形本体跟踪装置的一部分的谐振电路的电路图；图3是构成图1所示的球形本体跟踪装置的一部分的通过球的中心的截面图；图4A-4E是构成图1所示的球形本体跟踪装置的一部分的在印刷电路板上设置的绕组的示意的平面图；图5示意地表示和图1所示的球形本体跟踪装置相关的电子电路；图6示意地表示对于图1所述的球形本体跟踪装置的另一种替代的球形本体跟踪装置的侧视图；图7示意地表示计算机鼠标的侧视图；图8示意地表示控制杆的侧视图；图9示意地表示对于图8所示的控制杆的另一种替代的控制杆的侧视图；以及图10示意地表示对于图8所示的控制杆的第二种替代的控制杆的侧视图。第一实施例现在参照图1-图5说明构成本专利技术的第一实施例的球形本体跟踪装置。如图1所示，球形本体跟踪装置包括球1，其被支承在从平面的不可渗透的膜片5伸出的3个点支承3a，3b，3c上。在这个实施例中，平面膜片5位于X-Y平面内。点支承3阻止球1相对于膜片5侧向运动，但是允许球在用户的影响下沿所有方向转动。球1包括3个谐振电路9a，9b和9c，它们一般被设置于在球1的中心交叉的相互正交的平面内。膜片5使球1和印刷电路板(PCB)7分离，在印刷电路板上形成有发送天线和接收天线(图1未示出)。点支承3把球1的中心11保持在PCB 7上的固定点13的上方。发送天线和一个激励信号发生器相连(图1未示出)，其向发送天线提供电信号，以便产生磁场。响应被施加于发送天线的电信号，产生的磁场在一个或几个谐振电路9中感应按照球1的方位而改变的谐振信号，这些谐振信号又在PCB 7上的接收天线中感应检测信号。接收天线和信号处理器(图1未示出)相连，其处理来自接收天线的检测的信号，以便确定球1的方位。应当理解，不可渗透的膜片5阻止外界物质进入容纳PCB 7、激励信号发生器和信号处理器的腔体，不会受到发送天线、接收天线和谐振电路9之间的电磁耦合的干扰。图2表示一个谐振电路9的电路图。如图所示，每个谐振电路9包括线圈21，其两端通过电容器23连接在一起。因为线圈21具有相关的电感，谐振电路9具有一个相关的谐振频率。在这个实施例中，每个谐振电路9具有在1MHz和3MHz之间的各个不同的谐振频率。如图3所示，球1由球形塑料本体31构成，其中形成有3个正交的圆周槽33a，33b和33c。每个谐振电路9由在各个圆周槽33内的10匝绝缘的铜线35a，35b和35c构成。导线的两端被焊接到电容器的各个端子上。然后，缠绕的组件被封装并借助于包覆由聚合物环氧树脂形成的涂层37密封。如图4A-4E所示，PCB 7基本上是方形的，具有固定点13，球1的中心11被点支承3支承在所述固定点的上方，所述点支承基本上位于PCB 7的中心。在这个实施例中，在PCB 7上形成有5个绕组，其中的4个形成发送天线，其余的一个形成接收天线。这5个绕组分别示于图4A-4E。发送天线由两对激励绕组形成。图4A和4B表示第一对激励绕组，下文称为X_sine线圈41和X_cosine线圈43，图4C和4D表示第二对激励绕组，以后称为Y_sine线圈51和Y_cosine线圈53。如图4A所示，X_sine线圈41由导电轨迹构成，所述轨迹基本上围绕着PCB 7的周边延伸，沿X方向沿PCB 7的一半长度离开交叉点，在交叉点，在PCB 7的每个边沿上导电轨迹跨过PCB 7的相应的相对边沿。用这种方式，有效地形成第一电流环路45a和第二电流环路45b。当信号施加于X_sine线圈41时，电流围绕第一电流环路45a和第二电流环路45b沿相反的方向流动，产生基本上垂直地通过包括点13的Y-Z平面的磁场。如图4B所示，X_cosine线圈43由导电轨迹构成，所述轨迹基本上围绕着PCB 7的周边延伸，离开两个交叉点，分别位于沿X方向沿PCB 7的路线的1/4和3/4处。用这种方式，形成3个环路47a，47b，47c，其中外环47a和47c大约是内环47b的尺寸的一半。当信号施加于X_cosine线圈43时，电流沿围绕外环47a，47c的一个方向流动，并沿围绕内环47b的相反方向流动。用这种方式，围绕内环47b流动的电流产生的磁场和围绕外环47a，47c流动的电流产生的磁场的极性相反，从而产生基本上垂直通过包括点13的X-Y平面的磁场。如果θx是在谐振电路9的平面和X方向之间的对向角，则在X_sine线圈41和谐振电路之间的电磁耦合和sinθx成比例，在X_cosine线圈43和谐振电路之间的电磁耦合和cosθx成比例。如图4C，4D所示，Y_sine线圈51和Y_cosine线圈53相应于X_sine线圈41和X_cosine线圈43分别被转动90度。用这种方式，如果θy是在谐振电路9的平面和Y方向之间的对向角，则在Y_sine线圈51和谐振电路之间的电磁耦合和sinθy成比例，在Y_cosine线圈53和谐振电路之间的电磁耦合和cosθy成比例。如图4E所示，接收天线由检测器绕组61构成，其围绕PCB 7的周边延伸。发送天线和接收天线的部局使得每个激励绕组包括在检测器绕组61中的多个电流分量，它们相互抵消，使得在发送天线和接收天线之间的直接电磁耦合基本上不产生检测电流。使用这种平衡的激励绕组具有另一个优点，即和一个平面线圈相比，来自激励绕组的发射以较快的速度随距离而减小。这允许使用较大的驱动信号，同时仍然满足对于电磁发射所需的要求。在这个实施例中，每个谐振电路9的方位借助于施加激励信号被依次询问，所述激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监视基本上呈球形的本体的方位和转动的至少一个的设备，所述设备包括：基本上呈球形的本体；相对于所述球形本体被固定的至少一个谐振电路；用于在一个空间区域内定位所述球形本体的装置；发送天线，用于在包括所述球形本体的空间区域内产生交变磁场，以便在所述谐振电路或每个谐振电路中感应电信号；以及接收天线，用于接收响应于在所述谐振电路或每个谐振电路中的所述感应电信号而产生的感应的检测信号，其中，在ｉ）所述发送天线和所述谐振电路或每个谐振电路，以及ｉｉ）所述谐振电路或每个谐振电路和接收天线，中的一项或两项之间的电磁耦合按照球形本体的方位而改变，使得在接收天线中的所述感应的检测信号根据球形本体的方位而改变。

【技术特征摘要】
GB 2002-2-5 0202648.2;GB 2002-12-9 0208672.21.一种用于监视基本上呈球形的本体的方位和转动的至少一个的设备，所述设备包括基本上呈球形的本体；相对于所述球形本体被固定的至少一个谐振电路；用于在一个空间区域内定位所述球形本体的装置；发送天线，用于在包括所述球形本体的空间区域内产生交变磁场，以便在所述谐振电路或每个谐振电路中感应电信号；以及接收天线，用于接收响应于在所述谐振电路或每个谐振电路中的所述感应电信号而产生的感应的检测信号，其中，在i)所述发送天线和所述谐振电路或每个谐振电路，以及ii)所述谐振电路或每个谐振电路和接收天线，中的一项或两项之间的电磁耦合按照球形本体的方位而改变，使得在接收天线中的所述感应的检测信号根据球形本体的方位而改变。2.如权利要求1所述的设备，其中所述球形本体具有多个谐振电路。3.如权利要求2所述的设备，其中多个谐振电路的每一个具有各自不同的谐振频率。4.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其中所述谐振电路或每个谐振电路被安装在所述球形本体内。5.如权利要求1到3中任何一项所述的设备，其中所述谐振电路或每个谐振电路被安装在所述球形本体的外部。6.如权利要求5所述的设备，其中所述谐振电路或每个谐振电路包括被形成在平面衬底上的导电轨迹。7.如权利要求6所述的设备，其中所述平面衬底是印刷电路板。8.如权利要求1到5中任何一项所述的设备，其中所述谐振电路或每个谐振电路包括平面线圈。9.如权利要求8所述的设备，其中所述平面线圈或每个平面线圈在所述球形本体的中心被对中。10.如权利要求9所述的设备，包括多个平面线圈，它们具有各自的相互正交的平面。11.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其中所述谐振电路或每个谐振电路是无源谐振电路。12.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其中所述定位装置包括允许球形本体转动的物理安装装置。13.如权利要求12所述的设备，其中所述安装装置能够操作用于可拆卸地安装所述球形本体。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA霍瓦德，CS西尔斯，VA克拉克，
申请(专利权)人：传感垫有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]