（文章來源：百家號）

我們每天都在使用觸摸屏的電子設備，比如手機、平板電腦。大家知道觸摸屏的工作原理是什么嗎？它是怎么知道我們手指的位置的？為什么手機貼了膜一樣可以使用，而帶著手套就不能正常使用了呢？目前，市面上使用的觸摸屏多數是電容式觸摸屏。為了了解它的工作原理，我們首先解釋一下電容是什么。

1745年，荷蘭萊頓大學教授馬森布羅克發明了萊頓瓶，用來儲存電荷。萊頓瓶的基本原理是：通過一根導電的金屬棒和金屬鏈將電荷導入瓶子中，瓶子內外分別貼有金屬箔。這樣，電荷就會儲存在瓶子中。現在我們知道：當正電荷導入瓶子中的金屬箔上時，如果瓶子外側金屬箔接地，等量的負電荷就會被吸引到外側金屬箔上。正負電荷相互吸引，但是由于玻璃瓶是絕緣體，阻礙了它們的中和，所以電荷就儲存下來了。

1752年，美國獨立戰爭的領袖，印在百元美鈔上的富蘭克林利用萊頓瓶做了著名的“風箏實驗”，使用風箏將天上的雷電導入了萊頓瓶中，證明了天上的閃電和地上的電是同一種物質。

其實，要儲存電荷，并不一定需要瓶子。只要兩個相互絕緣并且靠近的導體就能起到同樣的作用，我們稱之為電容器。最簡單的電容器是平行板電容器。將兩塊金屬板彼此靠近，一個極板帶正電， 另一個極板帶負電，由于電荷之間的吸引作用，只要兩個電極沒有通過外電路連通，電荷就不會跑掉。電容器中央是絕緣的，理論上說電流是不能通過電容器的。但是，在電容器充電和放電的過程中，電容器極板上電荷量會有變化，可以看作是電流通過了電容器。

比如，我們將本來不帶電的電容器與電池兩極相接， 電容器就會充電，即正電荷涌入電容器的上極板，負電荷涌入電容器的下極板。電路中除了電容器兩極板之間部分外，其余部分都有電流，電流方向規定為正電荷定向移動的方向，所以我們可以說，電路中出現了順時針的充電電流。這個電流是瞬間的，當電容器的電壓與電池的電壓相同時，電流就消失了。類似于一個連通器，最初左側的水面比較高，水就會流動。當兩側水面一樣高時，水面就不再流動了。

當電容器充滿電之后，即使我們斷開電源，電容器上的電荷也不會消失。但是，如果我們將電容器兩個極板用導線直接相連，正負電荷就找到了一條可以中和的通路，于是，正電荷和負電荷就會通過這個通路中和， 電路中出現逆時針的電流，這個電流稱為放電電流。放電電流也是瞬間的，電荷中和完畢之后，放電電流就消失了。

如果電容器反復進行充電和放電，電路中就會反復出現充電電流和放電電流，并且充電電流與放電電流的方向是相反的。這種電流就是我們之前講過的交流電。現在我們知道了，交流電可以通過電容器。我們知道， 試電筆是可以測量一個導線是否帶電。你是否想過，如果站在椅子上用試電筆接觸火線，試電筆會不會亮呢？

由于人和大地都是導體，而椅子是絕緣體，而家用電是交流電，因此可以通過電容器，即使站在椅子上用試電筆觸摸火線，試電筆依然會量，表示依然有電流通過了試電筆和人體。只是這個電流比較小，人體沒有什么感覺。現在我們終于可以解釋電容觸摸屏原理了。簡單的電容屏是一個四層復合玻璃板，其中有層ITO材料。ITO是一種氧化銦錫材料，它透明，并且可以導電，適合于制造觸摸屏幕。

當手指接觸屏幕上某個部位時，就會與ITO材料構成耦合電容，改變觸點處的電容大小。屏幕的四個角會有導線，由于交流電可以通過電容器，四個導線的電流會奔向觸點，并且電流大小與到觸點的距離有關。手機內部的芯片可以分析四個角的電流，通過計算就可以得到觸點的位置。更加精細的電容屏是投射式電容屏。它采用被蝕燭的ITO陣列,這些ITO層通過蛀蝕形成多個水平和垂直電極。每一部分的ITO部件也帶有傳感功能。

當手指觸摸某個部位時，與陣列電容進行耦合，改變了屏幕上的電場，通過傳感器和芯片分析電場合電流變化，就可以感知觸點位置。相比于之前的四角電流電容屏幕，這種電容屏可以實現多點觸控，應用更加廣泛。

人的手指是導體，才會影響電容屏幕，而使用絕緣物質觸碰電容屏幕就沒法操作手機。手機貼膜也可以使用，這是因為手指與ITO層原本也不需要接觸，中間本身就有玻璃絕緣層，貼絕緣膜的作用只是相當于玻璃厚了一點點，電流依然可以流過手指和屏幕中的導體所形成的電容器。不過，如果手套太厚了，觸碰觸摸屏時手指與屏幕中的導體相隔太遠，電容比較小，不足以被傳感器感知，所以戴著厚手套是不能操作手機的。

其實，電容傳感器在生活中還有很多，比如廁所里常見的自動沖水裝置、自動干手機等，許多都是利用過電容傳感的。當人體靠近或原離時，人體與裝置構成的電容發生了變化，傳感器感受到這種變化，控制電路進行某種操作。

（責任編輯：fqj）