CN201218937Y - 无线点读笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及与点读机配套使用的无线点读笔，为解决现有无线点读笔方案点击反应速度慢、装配困难、点击手感不符合使用习惯等问题，本实用新型的无线点读笔中，在笔杆(1)内装有一个笔芯(2)，笔芯的下端设有从笔头的下部开孔伸出的笔尖；发射线圈(222)和线路板(221)装于笔芯内；笔杆由笔头(11)、电池仓(12)、笔套(13)、笔尾(14)组成，电池仓的中部安装AAA干电池(123)，电池仓的下端固定压力传感器(125)，压力传感器和笔芯接触，笔芯将笔尖的压力传送给压力传感器；笔帽和电池仓使用卡扣连接在一起，笔套将笔帽的一部分和电池仓套住，电池仓的上部和笔套通过卡扣连接，笔尾将电池仓和笔套的卡扣的盖住。本实用新型的无线点读笔具有点击手感符合使用习惯、点击反应速度快、生产装配简单、更换电池方便等特点。

Description

无线点读笔

技术领域：

本实用新型涉及一种与点读机配套使用的无线点读笔。

背景技术：

目前，市场上有多种共幼儿、儿童使用的语音学习装置，有电子语音书、早教机、点读机等，虽然名称不同但工作原理是基本相同的，现在“点读机”的说法占有主导地位，为了描述方便，我们姑且称它为点读机。早期点读机使用的是有线笔，例如专利号为01242809.4的实用新型专利中，就公开了一种“多功能电子书”，使用的是有线笔；后来出现使用无线笔的点读机，例如专利号为200420003299.8的实用新型专利中，就公开了一种“电子发音书装置”，其使用无线笔。

无线点读笔的原理是首先要检测到笔的点击动作，然后笔的主控电路接收到点击信号后接通电源将电磁感应信号发射到感应板上，由感应板根据笔发射的电磁感应信号判断点击笔的位置选择发音。现有无线点读笔检测笔的检测动作的装置是开关，例如在专利号为200420004504.2的实用新型专利中，就公开了一种“信号发射笔装置”，其使用开关检测笔的点击动作，又如在专利号为200620015083.2的实用新型专利中，就公开了一种“无线发射笔”，其亦使用开关检测笔的点击动作。

另外作为写字板配套设备的无线笔的点击检测要解决的问题，和无线点读笔点击检测要解决的问题基本相同，而写字板无线笔现状是压力传感器已经代替了开关来检测笔的点击动作，例如在专利号为03158994.4的发明专利中，就公开了一种“可弯曲式压力感应手写笔”，其将笔尖压力转换成转速，然后在检测转速从而计算出笔尖的压力，根据笔尖压力判断是否有点击动作，又如在专利号为200610066172.4的发明专利中，就公开了一种“笔输入装置及其使用的传感元件”，其使用压阻力传感器检测笔尖压力，根据笔尖压力判断是否有点击动作。

对于使用开关作为检测笔点击动作的装置的无线点读笔的笔尖的行程比较大、点击力大而不匀称，与使用普通笔(钢笔、圆珠笔、铅笔等)相比，手感相差太远，不符合使用习惯；而现有的写字板中带压力传感器的无线笔在一定程度上解决了这个问题，但还没有达到和普通笔手感相同的程度，并且还存在或者结构复杂或者配套电路复杂等问题。

实用新型内容：

针对现有技术上的缺陷，本实用新型解决无线点读笔笔尖的行程大带来的不适合使用习惯的问题，并且有结构、配套电路简单的特点。

本实用新型解决其技术问题采用的方案是：构造一种无线点读笔，包括笔杆和笔芯，在所述笔杆内装有电池、压力传感器，在所述笔芯内装有无线信号发射线圈、设有发射电路和检测电路的线路板；所述笔杆包括依次连接的笔帽、电池仓、笔套、笔尾，笔杆内有一空腔，空腔的顶端是压力传感器，笔芯置于笔杆空腔内，笔芯下端的笔尖由笔杆下端的开孔伸出，笔杆和笔芯组成力传送装置将笔尖受到的力作用到压力传感器；

考虑到在写字板的应用中使用者用笔来划线，压力大小对应线条的粗细，这就要求压力传感器要求能检测静态的力，以保证在使用者落笔到抬笔期间的压力始终受到检测，而在点读机应用中，使用者用笔来点击，只要点击的压力超过一个预先设定的值就可以认为是有效点击，这要求压力传感器只需检测动态的力既可，因此本实用新型中的压力传感器选择压电式力传感器，其可以满足检测点击过程中的动态力的要求，其有益效果描述如下：与其他静态力传感器相比，压电式力传感器的灵敏度高，施加很小的力就会有很大输出，一方面，笔的笔尖行程可以设计成很小，使用者可以使较小的力点击就可以使传感器的输出触发线路板上的检测电路，使笔的点击手感好，另一方面，其他类型的力传感器达到压电式力传感器的灵敏度水平，对其配套的电路的要求就会很高，甚至有些情况下无法实现，传统的无线点读笔，使用开关检测点击动作的方案有笔尖的行程大、点击过程中前半程需要的力大后半程需要的力突然变小手感差的问题，使用压电式力传感器则解决了这些问题。

本实用新型中，一种优选方案是线路板上的检测电路选择点击检测电路(连接关系见图5)和压电式力传感器一起起到感知点击动作的作用，当使用者点击时，线路板发射电磁感应信号，此方案的有益效果是，电路简单、成本低廉。

本实用新型中，一种优选方案是线路板上的检测电路选择晃动、点击检测电路(连接关系见图6)和压电式力传感器一起起到感知晃动、点击两种动作的作用，当笔拿在手中时，压电式力传感器输出信号触发线路板震荡电路上电，发射电磁感应信号，当笔点下时改变电磁感应信号的频率或者幅值或者相位特性，从而使电磁感应接收装置能检测电磁感应信号的变化，检测出点击动作，当笔放下时，笔停止晃动则主线路板延时切断震荡电路电源，停止发送电磁感应信号，此方案的一个有益效果是，当使用者拿起笔时，笔一直在发射电磁感应信号，考察使用者的点击动作，在笔尖没有点击到书本之前，笔尖的位置和点击时的位置基本相同，也就是说，根据笔已经拿在手中没有点击之前发射的电磁感应信号，电磁感应信号接收装置可以在没有检测到点击动作之前就可预测出笔的位置，并提前检索语音数据，当检测到点击时，可以立刻发出声音，从而为解决由于语音数据库通常比较大、检索时间比较长、点击后发音延时大、使使用者感觉发音迟钝的问题提供支持，此方案的另一个有益效果是，电路简单、成本低廉。

本实用新型中的压电式力传感器，优选方案是使用压电陶瓷片，压电陶瓷片本来是作为发声器件，其原理是通过在压电陶瓷的两端施加电压，使压电陶瓷变形、震动，进而产生声音，但注意到压电陶瓷片上的压电陶瓷同时还有具有对其施加外力时会产生压电电压的特性，其可以起到本实用新型中的压电式力传感器的作用；选用压电陶瓷片的有益效果在于，其易于购买、价格低廉。

本实用新型中，选用压电陶瓷片作为压电式力传感器，则要有对应的保护装置，因为压电陶瓷片并不是为压力检测设计，如果没有保护装置会损坏压电陶瓷片，保护装置的作用是限制压电陶瓷片受力形变的程度，当点击的力大于压电陶瓷片可以承受的程度时，保护装置将承受多余的力，压电陶瓷片停止更深度的形变，从而保护压电陶瓷片不受损坏；注意到压电陶瓷片的形变位移和笔芯的行程相等，所以同时此保护装置也对笔芯的行程起到限制作用，使笔芯的最大行程得到控制。

本实用新型中，笔杆和笔芯之间设有限位弹簧，限位弹簧安装后的变形弹力大于笔芯的重力，使笔芯和压力传感器紧密结合，消除了加工误差使笔芯和压力传感器耦合不紧密带来的点击行程变长、点击手感变差的问题。

本实用新型中，优选使用AAA电池，电池位于笔的中部(如图7所示)，在安装电池的状态下，笔的重心落于使用者虎口内，有益效果是AAA电池易于购买、更换方便、使用成本低，使用时笔的重心落于使用者虎口内，符合人体工学设计，使用手感好。

本实用新型中，所述发射线圈设有圆孔，线路板前端设有细长突起，插入发射线圈的圆孔内，形成一个组件，使焊接发射线圈上的非常细的漆包线变得容易，与发射线圈和线路板分离的结构相比，解决了在发射线圈焊接完后只靠漆包线连接，在安装到笔芯过程中带来不便、甚至漆包线被扯断的问题。

总结本实用新型的无线点读笔，有以下优点：

点击手感符合使用习惯、点击反应速度快、生产装配简单、更换电池方便、成本低。

附图说明：

图1本实用新型无线点读笔的立体图

图2是图1所示无线点读笔的剖视图

图3是图2所示的无线点读笔的笔头部分放大剖视图

图4是图1所示无线点读笔的分解结构图

图5是使用点击检测电路的线路板原理图

图6是使用晃动、点击检测电路的线路板原理图

图7是电池安装位置示意图

其中图1-4、图7是结构图，使用相同的编号、编号规则：图中的每个编号代表一个元件，去掉编号最后一位数字后则表示此单元所在的组件，依次类推直到最后一位，比如123代表AAA电池，其是组件电池仓(12)的组成部分，电池仓(12)又是笔杆(1)的组成部分，由此规则编号代表的含义列表如下：

1：笔杆

11：笔帽

12：电池仓

13：笔套

14：笔尾

121：电池仓骨架

122：电池负极弹簧

123：AAA电池

124：电池正极弹簧

125：压电陶瓷片

2：笔芯

21：笔芯骨架

22：电路组件

221：线路板

222：发射线圈

3：限位弹簧

其中图5、图6是线路板原理图，其标号和代表的元件类型对应表如下：

R：电阻

C：电容

L：发射线圈

Q1：三极管

Q2、Q3：MOSFET

B1：压电陶瓷片

具体实施方式：

本实用新型的优选实例描述如下：

如图1图2所示，笔杆(1)包括依次连接的笔帽(11)、电池仓(12)、笔套(13)、笔尾(14)。

笔芯(2)包括笔芯骨架(21)、线路板(221)和发射线圈(222)，线路板的下端长条部分插入发射线圈组成一个组件，此组件插入笔芯骨架组成笔芯。

如图3所示，笔帽和电池仓使用卡扣连接后形成一空腔，笔帽的下端有一圆形开孔，压电陶瓷片(125)安装在电池仓的下端，笔芯置于笔杆的空腔内，笔尖由笔帽下端的开孔伸出，笔芯置于笔杆空腔形成力传送机构，笔芯在笔杆中只能轴向运动，当有力施加到笔尖上时，笔芯会将作用力转加到压电陶瓷片上。

如图3所示，笔芯的中部和笔帽之间有一限位弹簧(3)，限位弹簧的一端顶住笔芯，一端顶住笔帽，限位弹簧安装状态的变形力大于笔芯的重力，呈托起笔芯的态势，使笔芯和压电陶瓷片紧密连接。

如图3所示，电池仓骨架下端容纳压电陶瓷片(125)的部分是弧形槽，其作用是给压电陶瓷片留出变形的空间，又限制其变形不受过大的力的损伤，电池仓骨架下端的弧形槽起到固定、保护压电陶瓷片的作用。

如图3所示，发射线圈(222)中间设有中空圆孔，线路板(221)前端有细长突起，插入发射线圈(222)圆孔中，并将发射线圈焊接到线路板之上，并使用紧配合形成一个组件。

如图3所示，笔尖内部有一定位槽，中部有线路板卡扣，线路板和发射线圈组件顺定位槽插入，定位于笔尖中部的卡扣中。

如图2所示，电池仓骨架(121)的下端深入笔帽的上端，并有卡扣定位，使笔帽和电池仓紧密连接。

如图2所示，电池仓骨架(121)的顶端有卡扣和笔套(13)连接，使电池仓和笔套紧密连接，笔套套住电池仓和笔帽外露的部分。

如图2所示，笔尾(14)有一圆形孔，使用紧配合连接到笔套(13)圆形突起之上，起到覆盖电池仓骨架(121)和笔套之间的卡扣的作用。

如图2所示，电池仓上分别设有正负极弹簧，保证电池的可靠连接，负极在下，正极在上。

压电陶瓷片和电池弹簧使用绝缘线连接到线路板上，在电池仓骨架上设有走线槽，并且电池弹簧安装后，电池弹簧和走线槽一起起到固定导线的作用。

如图4所示，整个安装过程是，将线路板(221)插入发射线圈(222)并焊接，将压电陶瓷片、电池弹簧通过绝缘线焊接到线路板上，将线路板组件(22)插入笔芯骨架(21)组成笔芯(2)，将压电陶瓷片(125)卡入电池仓骨架(121)的压电陶瓷片弧形槽内，将电池弹簧正极(124)插入电池仓骨架(121)，将电池弹簧负极(122)插入电池仓骨架(121)，这时笔芯和电池仓依靠压电陶瓷片连线和笔芯上端的伸出项形成松散组件，将限位弹簧(3)套在笔芯骨架(21)上，将以上部分插入笔帽(11)，此时形成一个连接紧密的组件，接下来安装电池，将笔套(13)套在以上组件上，最后将笔尾(14)套在笔套上，安装完成，整个过程简单、流畅。

使用点击检测电路的线路板方案中，线路板、发射线圈、压电陶瓷片的连接关系如图5所示，R1-R4、C1-C4、Q1、L1形成经典的考比兹震荡电路，当电路给震荡电路上电后，电路起震，发射线圈(L1)发射电磁感应信号，C5是电源滤波器，并担当储存能量的作用，R5、R6、Q2、B1组成点击检测电路，当压电陶瓷片(B1)因使用者点击受到冲击时其输出电压变高触发MOSFET(Q2)导通从而使震荡电路起震发射线圈发射电磁感应信号，R5、R6的作用是为压电陶瓷片提供直流工作点。

使用晃动、点击检测电路的线路板方案中，线路板、发射线圈、压电陶瓷片的连接关系如图6所示，R1-R4、C1-C4、C6、Q1、L1形成经典的考比兹震荡电路，当电路给震荡电路上电后，电路起震，发射线圈(L1)发射电磁感应信号，C5是电源滤波器，并担当储存能量的作用，R5、R6、R7、Q2、B1组成晃动检测电路，当压电陶瓷片(B1)因使用者晃动受到压力变化时其输出电压变高触发MOSFET(Q2)导通从而使震荡电路起震发射线圈发射电磁感应信号，R5、R6、R7、Q3、B1组成点击检测电路，当压电陶瓷片(B1)因使用者点击受到冲击时其输出电压变高触发MOSFET(Q3)导通从而使震荡电路中的L1、C2、C6的谐振频率偏移，发射线圈发射不同频率的电磁感应信号，当笔放下后，Q2保持截至，C5上存储的电能会使震荡电路在工作一小段时间后停止工作。

Claims (8)

1、一种无线点读笔，包括笔杆和笔芯，在所述笔杆内装有电池、压力传感器，在所述笔芯内装有电磁感应信号发射线圈、设有发射电路和检测电路的线路板；其特征在于：

所述笔杆包括依次连接的笔帽、电池仓、笔套、笔尾，笔杆内有一空腔，空腔的顶端是压力传感器，笔芯置于笔杆空腔内，笔芯下端的笔尖由笔杆下端的开孔伸出，笔杆和笔芯组成力传送装置将笔尖受到的力作用到压力传感器；

所述压力传感器使用压电式压力传感器。

2、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，所述线路板上的检测电路可选择点击检测电路和压电式力传感器一起组成点击动作检测单元。

3、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，所述线路板上的检测电路可选择晃动、点击检测电路和压电式力传感器一起组成晃动、点击两种动作检测单元。

4、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，所述压电式压力传感器使用压电陶瓷片。

5、根据权利要求4所述的无线点读笔，其特征在于，所述电池仓设有压电陶瓷片固定和保护装置，保护装置限制笔尖的最大行程，笔尖的最大行程小于压电陶瓷片最大承受的变形位移。

6、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，笔杆和笔芯之间设有限位弹簧，限位弹簧安装后的变形弹力大于笔芯的重力，使笔芯和压力传感器紧密结合。

7、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，所述电池使用AAA电池，电池位于笔的中部，在安装电池的状态下，笔的重心落于使用者虎口内。

8、根据权利要求1所述的无线点读笔，其特征在于，发射线圈中间设有圆孔，线路板前端设有细长突起，插入发射线圈的圆孔内，形成一个组件。

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