触摸屏原理之——表面声波

1.表面声波。
表层声波,超声波的一种形式,是机械能波,它通过介质表面传播,如玻璃或金属等硬质物质。利用楔形三角基座(严格按照面波波长设计),实现了表面声波能量的定向小角度发射。由于其性能稳定,易于分析,且在横波传输过程中频率特性十分尖锐,近年来在无损探伤、造影和退波仪等方面的应用得到了迅速发展,与之相关的表面声波理论研究、半导体材料、声导材料、检测技术等技术也已相当成熟。声学触摸屏的触摸屏部分可以是一个平面、球面或圆柱面的玻璃平板,安装在CRT,LED,LCD或等离子显示屏的前面。垂直和水平方向的超声发射换能器分别固定在玻璃屏的左上角和右上角,相应的超声接收换能器则固定在右上角。而玻璃屏风四面周围,则刻有疏密间隔的45°角反射条纹,十分精密。
触摸屏原理
2.表面声波触摸屏的工作原理。
就拿X-轴在右下角的发射换能器来说:通过触摸屏线缆传输控制器的电信号被转换成向左方表面传输的声波能量,然后由玻璃面板下方的一组精密反射条带将声波能量反射到向上的均匀表面,声波能量通过屏面被聚集在一起,再由上边的反射条带向右的线被传送到X-轴的接收换能器,接收换能器将返回的表面声波能量转换为电信号。在发射换能器发射一次窄脉冲后,声波能量通过不同的途径到达接收换能器,走最右最早到达,走最左最晚到达,早到和晚到这些声波能量叠加在一起形成一个较宽的波形信号,因此不难发现,接收信号收集了所有在X轴方向经历长度不同的不同路径回归的声波能量,它们在Y轴所经过的距离是相同的,但是在X轴上,最远的距离是最近的两倍X轴最大距离。所以该波形信号的时间轴反映了每个原始波形在叠加之前的位置,即X轴坐标。发送信号和接收信号波形在没有接触的情况下,接收信号和参考信号完全相同。X轴途经指尖向上移动的声波能量,在手指或其他能吸收或阻断声波能量的物体接触屏幕时,会被部分吸收,而在接收波形上,即在某个时间点上,反应产生了一个衰减缺口。与接收波形相对应的手指挡住一处信号衰减一个缺口,计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析接收信号衰减并由缺口位置确定X坐标。随后的Y轴同样用来确定触点的Y坐标。除普通触摸屏能够响应的X、Y坐标外,声表声波触摸屏还可以响应第三轴Z坐标,即能够感知用户触摸压力的大小值。该方法的原理是根据接收信号衰减点的衰减量进行计算。一旦确定了三轴,控制器将其传递到主机。
3.表面声波触摸屏的特性。
清晰且透射性好。高耐久性和耐磨性良好(相对于电阻、电容等有表面度的薄膜)。响应迅速。无环境因素,如温度、湿度,分辨率高,使用寿命长(5千万次);高透光率(92%),可保持清晰透亮的图像质量;无漂移,只需安装时一次校正;有第三轴响应(即压力轴),目前已广泛用于公共场所。由于屏幕表面沾满灰尘、油渍、甚至是饮料的液体,会堵塞触摸屏表面上的导波槽,导致波波无法正常发射,或者由于控制芯片不能正确识别波形,用户需要严格注意环境卫生。为了保持屏幕表面光洁,必须经常擦擦屏幕表面,并定期进行全面彻底的擦除。

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