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表面声波式触摸屏

表面声波式触摸屏的结构与工作原理如图1-26所示。

  (1)表面声波

  表面声波是超声波的一种，是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座(根据表面波的波长严格设计)，可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特征。近年来在无损探伤、造影和探波器方面应用发展很快，表面声波相关的理论研究、半导体材料、声导材料、检测等技术都已经相当成熟。表面声波式触摸屏的屏幕部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子体显示器屏幕的前面。玻璃屏在左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的4个周边则有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。

  (2)表面声波式触摸屏的工作原理

  以右下角X轴发射换能器为例，发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量向上面均匀传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走*右边的*早到达，走*左边的*晚到达，早到达的和晚到达的声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在X 轴方向历经长短不同的路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，*远的比*近的多走了2倍X轴的*大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形在没有触摸时，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其他能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反映在接收波形上(即某一时刻位置上)为波形有一个衰减缺口。接收波形对于手指挡住部分的信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标，控制器分析到接收信号的衰减，并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴以同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波式触摸屏还响应第三轴(Z轴)坐标，也就是能感知用户触摸压力的大小值。三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。

  (3)表面声波式触摸屏的特点

  ①优点。防爆，在公共场所使用较多；反应快，是所有触摸屏中速度*快的，感觉比较顺畅；清晰度较高、透光率好、高度耐久、抗刮伤性良好(相对于电阻式、电容式触摸屏等有表面镀膜)、反应灵敏、分辨率高、寿命长(维护良好情况下5000万次)、透光率高(92%)，不受温度和湿度等环境因素影响，能保持清晰透亮的图像质量，没有漂移，只需安装时一次校正；具有第三轴，即有压力轴效应，这是因为用户触摸屏的力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽、越深。

  ②缺点。当灰尘、油污甚至饮料的液体粘在屏的表面时，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变，导致控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，由此，表面声波式触摸屏需要经常维护，用户需严格注意卫生。必须经常擦抹屏的表面，以保持屏面的光洁，并定期做一次全面彻底的擦除。

电容式触摸屏

 (1)电容式触摸屏的原理

  电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。它是一块4层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，*外层是一薄层硅土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，4个角上引出4个电极，内层ITO为屏蔽层，以保证良好的工作环境。当手指触摸*外层时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高额电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从控制器通过对这4个电流比例的**计算，得出触摸点的位置。

  (2)电容式触摸屏的缺陷

  电容式触摸屏的透光率和清晰度均优于四线电阻式触摸屏，当然还不能和表面声波式触摸屏和五线电阻式触摸屏相比。电容式触摸屏反光严重，而且4层复合电容式触摸屏对各波长光的透光率并不相同，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还会造成图像字符模糊。电容式触摸屏在原理上把人体当做电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近，与夹层ITO工作面之间耦合出足够电容量的电容时，流走的电流就足够引起电容式触摸屏的误动作。电容量虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的绝缘电阻有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导电物靠近电容式触摸屏而不是触摸时，就能引起电容式触摸屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况更为严重，手扶着显示器、手掌靠近显示器7cm以内或身体靠近显示器15cm以内就能引起电容式触摸屏的误动作。电容式触摸屏的另一个缺点是用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了绝缘的介质。

  电容式触摸屏更重要的缺点是漂移。当环境的温度、湿度、电场发生改变时，都会引起电容式触摸屏的漂移，造成工作不准确。例如：开机后显示器温度上升会造成漂移；用户触摸屏幕的同时，另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容式触摸屏附近较大的物体搬移后会漂移，触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移。电容式触摸屏漂移的原因属于技术上的先天不足，环境电势面(包括用户的身体)虽然与电容式触摸屏离得较远，却比手指头面积大得多，它们直接影响了触摸位置的测定。此外，理论上的许多线性关系实际上却是非线性。例如：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和4个分电流量的变化是非线性的关系，电容式触摸屏采用的这种4个角的自定义极坐标系及坐标上的原点漂移后，控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D转换完成后，由4个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容式触摸屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。电容式触摸屏*外面的硅土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不论是伤及夹层ITO，还是安装运输过程中伤及内表面ITO层，电容式触摸屏都不能正常工作。

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