专利名称：侦测频率与频率变化的方法
技术领域：
本发明涉及一种侦测频率与频率变化的方法，特别是涉及一种电磁感应装置中的侦测频率与频率变化的方法。
背景技术：
电磁感应装置例如数字板(digitizer)或手写板以由许多部分重叠平行排列的天线或感应线圈所组成的感应区域来感应指向装置例如电磁笔或数字笔发出的电磁信号。 电磁笔或数字笔于感应区域内所在位置的天线或感应线圈接收感应电磁笔或数字笔发出的电磁信号，电磁感应装置利用此电磁信号的频率、振幅、相位角等资料计算电磁笔或数字笔位置的座标。天线或感应线圈接收感应的电磁信号为交流电压信号，并由电磁感应装置进行信号放大、侦测及模拟数字转换等处理。天线或感应线圈接收的信号要用来计算电磁笔或数字笔位置的座标必须计算信号频率。传统计算信号频率的方式之一为取样一预定周期内的信号，以计时器(timer)计算周期并转换成频率。但以计时器计算周期并转换成频率的方式却有以下缺点。当信号频率高时，计时器的时脉必须非�？欤裨虿荒芘卸铣鱿肝⒌钠德时浠�。其次是需要计数取样的周期要够多才有足够的精准度，但若使用的是无电池电磁笔或数字笔其发射的信号强度会逐渐减�。薹ɑ竦米愎坏闹芷诠┘剖⊙�。图1显示传统计算频率变化方式的示意图。此方式计算利用二个不同数目的周期(分别为二周期及五周期)把共有的误差减去，例如图1中的起始区域，而相减完的时间就非常接近现有的频率， 当频率变化时，而不致于影响的频率计算。但由于频率变化非常的微小，如以频率375KHZ 变化为372KHz为例，频率375KHz的周期为2. 666微秒(μ s)而频率372KH的周期为2. 688 微秒，其间周期变化只有0. 022微秒，必需使用高速的计时器才能计算出频率的变化。若用非常高速的计时器来解决，所需要的成本将大幅增加。传统计算信号频率的方式之二为利用相位差比较的方式，但是信号的相位偏移会因不同硬体而异，甚至造成过大的误差，而无法获得真正的频率，只能得到相对的频率差异值，且信号强度不同时，会有不同的误差。因此为了精确侦测频率与频率变化，同时避免上述传统计算频率变化方式的缺点，本发明提出新的侦测频率与频率变化的方法，以较短的周期就能计算转换出真正的频率同时避免因硬体造成频率计算的误差。由此可见，上述现有的侦测频率的方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的侦测频率与频率变化的方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的侦测频率的方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的侦测频率与频率变化的方法，能够改进一般现有的侦测频率的方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的侦测频率的方法存在的缺陷，而提供一种新的侦测频率与频率变化的方法，所要解决的技术问题是使其有效的在较短周期内，计算出频率变化的差异值，更可以进一步的得到真正的频率值，同时避免受到不同硬体所产生的相位偏移的影响，并将信号大小而造成频率的误差值降到最低，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种侦测频率与频率变化的方法，其包括以下步骤提供一指向装置于一电磁感应装置上，该指向装置发送一电磁信号至该电磁感应装置，该电磁信号具有一现有频率；根据具有该现有频率的该电磁信号积分时间χ以产生一基准积分信号；根据具有该现有频率的该电磁信号积分时间χ及具有一固定频率f^的电磁信号积分时间y以产生一目前积分信号；及根据该目前积分信号与该基准积分信号计算该现有频率f\与一目前频率f。的一频率变化值Af。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的侦测频率与频率变化的方法，其中所述的指向装置包含一无电池电磁笔。前述的侦测频率与频率变化的方法，其中所述的时间y大于时间X。前述的侦测频率与频率变化的方法，其中所述的时间y为具有固定频率&的电磁信号的周期的倍数，时间X为具有现有频率fi的电磁信号的周期的倍数。前述的侦测频率与频率变化的方法，其中所述的固定频率&高于该现有频率f”本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种侦测频率与频率变化的方法，此方法包含以下步骤。首先提供一指向装置于一电磁感应装置上，指向装置发送电磁信号至电磁感应装置，电磁信号具有一现有频率fi。接着根据具有现有频率4的电磁信号积分时间X以产生基准积分信号。然后根据具有现有频率fi的电磁信号积分时间χ及具有固定频率fo的电磁信号积分时间1以产生目前积分信号。最后根据目前积分信号与基准积分信号计算现有频率与目前频率f。的频率变化值Af。借由上述技术方案，本发明侦测频率与频率变化的方法至少具有下列优点及有益效果本发明可以有效的在较短周期内，计算出频率变化的差异值及真正的频率值，同时避免受到不同硬体所产生的相位偏移的影响，并将信号大小而造成频率的误差值降到最低。综上所述，本发明是有关于一种侦测频率与频率变化的方法，此方法包含以下步骤。首先提供一指向装置于一电磁感应装置上，指向装置发送电磁信号至电磁感应装置，电磁信号具有一现有频率f”接着根据具有现有频率fi的电磁信号积分时间X以产生基准积分信号。然后根据具有现有频率fi的电磁信号积分时间χ及具有固定频率fo的电磁信号积分时间y以产生目前积分信号。最后根据目前积分信号与基准积分信号计算现有频率
与目前频率f。的频率变化值Δι。本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1显示传统计算频率变化方式的示意图。图2显示一电磁感应装置的部分功能架构方块图。图3显示本发明一实施例中不同频率信号波形、及其对应的积分控制信号与积分信号。图4显示本发明一实施例中以二阶段方式计算频率变化示意图。102 控制单元104 模拟数字转换单元106:积分电路108:信号放大电路
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的侦测频率与频率变化的方法其具体实施方式
、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。本发明的一些实施例将详细描述如下。然而，除了如下描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且本发明的范围并不受实施例的限定，其以之后的专利范围为准。 再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图式内各部分并没有依照其相对尺寸绘图， 某些尺寸与其他相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图式的简洁。图2显示一电磁感应装置的部分功能架构方块图。电磁感应装置包含一控制单元 102、信号侦测电路的一模拟数字转换单元(analog to digitalconverter) 104及一积分电路(integrator) 106、一信号放大电路(signalamplifier) 108。本发明特征主要在于侦测频率与频率变化的方法，因此图2显示的电磁感应装置省略与实施本发明主要特征较次要相关的部分。例如信号放大电路的细节以及相位侦测相关的其他电路部份。本实施例中电磁感应装置省略的部分可应用任何相关现有习知技术加以实施，任何熟悉本领域技术者均能根据一般技术水准实施本发明。适用本发明的电磁感应装置不限于图2所示者，凡其他未脱离本发明所揭示精神的各种等效改变或修饰都涵盖在本发明所揭露的范围内。控制单元102扫描控制针对具有复数沿X与Y轴方向排列彼此平行部分重叠天线(antenna)或感应线圈(sensor coil)的电磁天线回路基板。每一天线或感应线圈分别连接至开关，控制单元102控制开关以切换天线或感应线圈进行电磁信号的发送或接收。本发明实施例的电磁感应装置包含使用无电池指向装置或电磁笔与有电池指向装置或电磁笔的电磁感应装置。 若为有电池指向装置或电磁笔的电磁感应装置，电磁天线回路基板除天线或感应线圈之外，更包含发送控制信号的回路线圈(loop coil)，此回路线圈可位于电磁天线回路基板上环绕天线或感应线圈四周的位置，但不限于位于电磁天线回路基板上环绕天线或感应线圈四周的回路线圈。回路线圈发送控制信号至指向装置，指向装置则发送电磁信号至天线或感应线圈。若为无电池指向装置或电磁笔的电磁感应装置，微控制器102以频率产生电路与选择电路并切换开关以选择电磁天线回路的天线或感应线圈发出电磁信号。电磁天线回路的天线或感应线圈发出的电磁信号则引起一电磁笔内的共振电路(resonancecircuit) 的共振。而当天线或感应线圈发出的电磁信号暂时中断时，电磁笔内的共振电路则发出一回应电磁信号，并由电磁天线回路的天线或感应线圈接收。电磁天线回路接收的电磁信号经信号侦测电路的信号放大电路108处理后传送至积分电路106。电磁信号经积分电路106 输出至模拟数字转换单元104，而模拟数字转换单元104连接至控制单元102。控制单元 102 包含一微控制器(Micro-controller Unit，MCU)。图2中关于扫描控制的部份，如前述若为使用无电池指向装置的电磁感应装置， 控制单元102以频率产生电路与选择电路切换开关以选择天线或感应线圈发出或接收电磁信号。若为使用有电池指向装置的电磁感应装置，则以回路线圈发送控制信号至有电池指向装置，使有电池指向装置发出电磁信号至电磁感应装置的天线或感应线圈。控制单元 102以频率产生电路与选择电路切换开关以选择天线或感应线圈对电磁天线回路进行全区扫描，以大致确定指向装置或电磁笔的位置。接着控制单元102根据出现最大值的电磁信号的天线或感应线圈位置，控制控制频率产生电路与选择电路并针对出现最大值的电磁信号的天线或感应线圈位置附近的区域依序切换开关以对该区域附近的天线或感应线圈进行区域扫描。区域扫描仅针对出现最大值的电磁信号的天线或感应线圈位置邻近的天线或感应线圈进行对应的开关切换以执行电磁信号的传送或接收。若再次接受到信号强度达最大值的电磁信号，则确认指向装置或电磁笔的位置，并进行后续的信号处理以计算指向装置或电磁笔的精确位置。如图2所示，当电磁信号由电磁天线回路的天线或感应线圈接收，电磁感应装置内的信号侦测电路侦测并获得电磁信号频率的振幅及相位。信号侦测电路的信号放大电路 108将电磁信号进行信号放大，接着并由信号侦测电路中的积分电路106进行信号积分转换。信号侦测电路中的模拟数字转换单元104将信号转换为数字信号，并将数字信号传送至控制单元102。控制单元102根据信号的振幅、频率、相位角等资料以决定发送电磁信号的天线或感应线圈并计算指向装置的座标位置。控制单元102同时发出积分控制信号至积分电路106以控制调整信号积分转换。图3显示本发明一实施例中不同频率信号波形、及其对应的积分控制信号与积分信号。图3中以频率分别为375KHz与372KHz的信号为例，不同信号频率375KHz及372KHz 经由积分电路或是其它充放电电路处理产生不同的积分信号。分别对应频率为375KHz与 372KHz的信号方波为频率375KHz与372KHz的信号的基本波形，以作为频率变化计算的基础信号。图3中以固定二个周期或是动态调整的方式，积分信号由AD 375KHZ变化至AD 372KHz,由此可以获得信号变化值。但直接使用此方式得到的频率变化值可能会因为不同硬体的误差而造成积分信号的不一致。
为了避免不同硬体的误差而造成积分信号的不一致，可利用二阶段方式计算频率变化。图4显示本发明一实施例中以二阶段方式计算频率变化示意图。频率变化计算分为二个阶段，第一阶段为取得基准积分信号ADBase，第二个阶段为取得目前积分信号AD Current.,图4显示为了计算频率的变化，一共取六个周期的信号，但其中二周期为具有现有频率的信号加上另外四周期为具有固定频率fo的信号，现有频率信号积分时间为X， 固定频率信号积分时间为y。上述现有频率信号与固定频率信号所取的周期数目仅为范例并非限制，任何熟悉本领域技术者均能根据一般技术水准应用各种等效改变或修饰实施本发明，而未脱离本发明所揭示精神的等效改变或修饰都涵盖在本发明所揭露的范围内。由于时间y是以固定频率fQ375KHz产生的固定时间，故当现有的频率为375KHz时，亦即时间χ为2/375000秒，而时间y为4/375000秒，基准积分信号AD Base会与目前积分信号 AD Current相同。但若现有频率为372KHz，由于第二阶段多取四个固定频率为375KHz 的周期，所以积分时间会因频率变化(频率减少或周期增加)增加，因此目前积分信号AD Current会比基准积分信号AD Base大，因而可得到频率的变化值Af0若欲计算目前的频率值f。，须先得到目前积分电路或充放电电路的参数，可由目前积分信号AD Current和基准积分信号AD Base的差值得到一积分时间差值，再加上固定频率375KHz的周期，就可得知目前频率的周期，进而换算成频率f。。本发明利用二阶段方式计算频率变化，第一阶段为取得基准积分信号，第二阶段为取得目前积分信号。基准积分信号是取自现有频率的信号，目前积分信号是取自现有频率与固定频率的信号。计算频率变化是取较多固定频率的信号周期加上较少现有频率的信号周期而得到目前积分信号，当现有频率低于固定频率时，目前积分信号的积分时间较基准积分信号的积分时间长，因此目前积分信号值大于基准积分信号值，故可获得频率变化值。由上述目前积分信号与基准积分信号的积分时间差值加上固定频率的周期可计算目前频率的周期，并可换算成目前频率。因此本发明可以有效的在较短周期内，计算出频率变化的差异值及真正的频率值，同时避免受到不同硬体所产生的相位偏移的影响，并将信号大小而造成频率的误差值降到最低。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种侦测频率与频率变化的方法，其特征在于其包括以下步骤提供一指向装置于一电磁感应装置上，该指向装置发送一电磁信号至该电磁感应装置，该电磁信号具有一现有频率fi ；根据具有该现有频率fi的该电磁信号积分时间X以产生一基准积分信号；根据具有该现有频率fi的该电磁信号积分时间χ及具有一固定频率fo的电磁信号积分时间y以产生一目前积分信号；及根据该目前积分信号与该基准积分信号计算该现有频率与一目前频率fc的一频率变化值Af。
2.根据权利要求1所述的侦测频率与频率变化的方法，其特征在于其中所述的指向装置包含一无电池电磁笔。
3.根据权利要求1所述的侦测频率与频率变化的方法，其特征在于其中所述的时间y 大于时间χ。
4.根据权利要求1所述的侦测频率与频率变化的方法，其特征在于其中所述的时间y 为具有固定频率&的电磁信号的周期的倍数，时间χ为具有现有频率的电磁信号的周期的倍数。
5.根据权利要求1所述的侦测频率与频率变化的方法，其特征在于其中所述的固定频率fo高于该现有频率fi。
全文摘要
本发明是有关于一种侦测频率与频率变化的方法，此方法包含以下步骤。首先提供一指向装置于一电磁感应装置上，指向装置发送电磁信号至电磁感应装置，电磁信号具有一现有频率f1。接着根据具有现有频率f1的电磁信号积分时间x以产生基准积分信号。然后根据具有现有频率f1的电磁信号积分时间x及具有固定频率f0的电磁信号积分时间y以产生目前积分信号。最后根据目前积分信号与基准积分信号计算现有频率f1与目前频率fc的频率变化值Δf。本发明可以有效的在较短周期内，计算出频率变化的差异值及真正的频率值，同时避免受到不同硬体所产生的相位偏移的影响，并将信号大小而造成频率的误差值降到最低。
文档编号G01R23/02GK102375645SQ20101025360
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者叶云翔, 陈昌贤 申请人:太瀚科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
