表面聲波觸摸屏工作原理

　　以下角的X軸發(fā)射換能器為例，發(fā)射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右傳播的聲波給X軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?hào)。

　　當(dāng)發(fā)射換能器發(fā)射一個(gè)窄脈沖后，聲波能量歷經(jīng)不同途徑到達(dá)接收換能器，走最右邊的最早到達(dá)，走最左邊的最晚到達(dá)，早到達(dá)的和晚到達(dá)的這些聲波能量疊加成一個(gè)較寬的波形信號(hào)。不難看出，接收信號(hào)集合了所有在軸方向歷經(jīng)長短不同路徑回歸的聲波能量，它們在y軸走過的路程是相同的，但在x軸上，最遠(yuǎn)的比最近的多走了兩倍x軸最大距離。因此這個(gè)波形信號(hào)的時(shí)間軸反映各原始波形疊加前的位置，也就是X軸坐標(biāo)。

　　在沒有觸摸的時(shí)候，接收信號(hào)的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指或其他能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時(shí)，X軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時(shí)刻位置上波形有一個(gè)衰減缺口。接收波形對(duì)應(yīng)手指擋住部位信號(hào)衰減了一個(gè)缺口，控制器分析到接收信號(hào)的衰減并由缺口的位置判定X坐標(biāo)。之后F軸同樣的過程判定出觸摸點(diǎn)的y坐標(biāo)。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的x、y坐標(biāo)外，表面聲波觸摸屏還響應(yīng)第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機(jī)。

　　控制器通過對(duì)比接收到的信號(hào)和不受觸狀況下的參考波形來探測觸摸。這一過程可以讓控制器忽略雜質(zhì)如灰塵和劃傷。控制器持續(xù)進(jìn)行檢測并將雜質(zhì)污染因素排除出去。當(dāng)一個(gè)“觸摸”持續(xù)不變約3秒鐘時(shí)，控制器便會(huì)進(jìn)行判定并消除雜質(zhì)因素。

　　在這種情況下，便要求有一個(gè)新的參照波形，從而有效地忽略雜質(zhì)使觸摸屏恢復(fù)正常操作。如果雜質(zhì)被清除后，控制器會(huì)再次重復(fù)新參照波形要求程序。

　　表面聲波觸摸屏技術(shù)原理

　　是利用的特性設(shè)計(jì)而成。以X軸為例，控制電路產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)（電信號(hào)），該電信號(hào)經(jīng)玻璃屏上的X軸發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成厚度方向振動(dòng)的超聲波，超聲波經(jīng)換能器下的楔形座折射產(chǎn)生沿玻璃表面?zhèn)鞑サ姆至俊３暡ㄔ谇斑M(jìn)途中遇到45度傾斜的反射線后產(chǎn)生反射，產(chǎn)生和入射波成90度、和Y軸平行的分量，該分量傳至玻璃屏X方向的另一邊也遇到45度傾斜的反射線，經(jīng)反射后沿和發(fā)射方向相反的方向傳至X軸接收換能器。X軸接收換能器將回收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。控制電路對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理得到表征玻璃屏聲波能量分布的波形。有觸摸時(shí)，手指會(huì)吸收部分聲波能量，回收到的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰減，程序分析衰減情況可以判斷出X方向上的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)。同理可以判斷出Y軸方向上的坐標(biāo)，X、Y兩個(gè)方向的坐標(biāo)一確定，觸摸點(diǎn)自然就被唯一地確定下來。

　　聲波屏設(shè)計(jì)的精妙之處在于每個(gè)方向只用一對(duì)換能器便能偵測整個(gè)觸摸面，而且之高；不像紅外觸摸屏，每個(gè)方向至少需要幾十對(duì)發(fā)射/接收管，隨著屏尺寸的增大或分辨率的提高，需要成比例地增加發(fā)射/接收管對(duì)的數(shù)量。其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于反射陣列，反射陣列精密準(zhǔn)確的間距分布保證了回收信號(hào)的一致。

　　由于信號(hào)衰減程度和手指觸摸力度直接相關(guān)，聲波屏還能響應(yīng)Z軸座標(biāo)，即觸摸力度，這在某些情形下變得很有用，很有趣。

　　表面聲波觸摸屏特點(diǎn)

　　（1）表面聲波觸摸屏是高耐久性結(jié)構(gòu)，抗刮傷、抗暴力使用。因?yàn)楸砻媛暡ㄓ|摸屏的工作面是一層看不見、打不壞的聲波能量，觸摸屏的基層玻璃沒有任何夾層和結(jié)構(gòu)應(yīng)力（表面聲波觸摸屏可以發(fā)展到直接做在CRT表面上而沒有任何“屏幕”）。因此非常抗暴力使用，適合應(yīng)用在公共場所。

　　（2）清晰美觀。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)少，只有一層普通玻璃，透光率和清晰度都比電容、電阻觸摸屏好得多。

　　（3）反應(yīng)速度快。它是所有觸摸屏中反應(yīng)速度最快的，使用時(shí)感覺很順暢。

　　（4）性能穩(wěn)定。因?yàn)楸砻媛暡夹g(shù)原理穩(wěn)定，而表面聲波觸摸屏的控制器靠測量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來計(jì)算觸摸位置，所以表面聲波觸摸屏非常穩(wěn)定，精度也非常高，目前表面聲波技術(shù)觸摸屏的精度通常是4096x4096x256級(jí)力度。

　　（5）表面聲波觸摸屏的缺點(diǎn)是觸摸屏表面的灰塵和水滴也阻擋表面聲波的傳遞，雖然聰明的控制卡能分辨出來，但塵土積累到一定程度時(shí)，信號(hào)也就衰減得非常厲害，此時(shí)表面聲波觸摸屏變得遲鈍甚至不工作。因此，表面聲波觸摸屏一方面推出防塵型觸摸屏，一方面建議每年定期清潔觸摸屏。

　　（6）可用手指、帶手套的手指或軟的能吸收聲波能量的物質(zhì)激活觸摸屏。如果一個(gè)飲料瓶放在平板聲波觸摸屏上，系統(tǒng)并不把這個(gè)瓶子作為觸摸，而繼續(xù)識(shí)別手指激活的觸摸信號(hào)。這對(duì)電阻和電容觸摸屏是不可能的。

　　（7）表面聲波觸摸屏能準(zhǔn)確地知道什么是塵土和水滴，什么是手指，有多少在觸摸。因?yàn)槲覀兊氖种赣|摸在4096x4096x256級(jí)力度的精度下，每秒65次的觸摸數(shù)據(jù)不可能是紋絲不變的，而塵土或水滴就一點(diǎn)都不變，控制器發(fā)現(xiàn)一個(gè)“觸摸”出現(xiàn)后紋絲不變超過3秒鐘即自動(dòng)識(shí)別為干擾物。

　　（8）表面聲波觸摸屏還具有第三軸（Z軸），也就是壓力軸響應(yīng)。這是因?yàn)橛脩粲|摸屏幕的力量越大，接收信號(hào)波形上的衰減缺口也就越寬越深。目前在所有觸摸屏中只有聲波觸摸屏具有能感知觸摸壓力這個(gè)性能。有了這個(gè)功能，每個(gè)觸摸點(diǎn)就不僅僅是有觸摸和無觸摸的兩個(gè)簡單狀態(tài)，而是成為能感知力的一個(gè)模擬量值的開關(guān)了。這個(gè)功能非常有用，比如在多媒體信息查詢軟件中，一個(gè)按鈕就能控制動(dòng)畫或者影像的播放速度或顏色亮度、音量等。

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