（1） 表面声波技术
表面声波,超声波的一种在介质（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.见图.表面声波性能稳定、易于分析,并且在声波传递过程中具有非常尖锐的频率特性,在许多应用领域发展的非常成熟.
（2） 表面声波屏
表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、曲面或是柱面的玻璃平板,安装CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面.这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃,区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层.
（3） 表面声波屏基本原理
玻璃屏的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.玻璃屏的四个周边则有 45゜角由疏到密间隔非常精密的反射条纹.见图
（4） 声波屏技术剖析
以右下角的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反射成向上的均匀面传递,声波能量经过屏体表面,再由上边的反射条纹反射成向右的声波传播给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.
不难看出,接收信号集合成了所有在X轴方向历经长短不同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,最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离.
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,走最右边的最早到达,走最左边的最晚到达,早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号,因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置,也就是X轴坐标.
在没有触摸的时候,接收信号的波形与参照波形完全一样.当手指或其它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,反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口.
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轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标.除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外,表面声波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大小值.其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到.三轴一旦确定,控制器就把它们传给主机.
因为表面声波技术原理稳定,而表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置,所以表面声波触摸屏非常稳定,精度也非常高,目前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096*4096*256级力度.
如何避免尘土和水滴的干扰误判呢?它们也能阻挡表面声波,并造成接收波形的衰减,聪明的表面声波触摸屏控制器有办法：手指触摸在4096*4096*256级力度的精度下,每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的,而尘土或水滴很难变化,控制器发现一个"触摸"出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰,同时更新参照波形,有效地屏蔽干扰.如果干扰或污染移去,即波形表现为没有下降反而有局部上升,控制器自动修正新的参照波形.
前面提到,表面声波触摸屏还具有第三轴Z轴,也就是压力轴响应,这是因为用户触摸屏幕的力量越大,接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深.目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能,有了这个功能,每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态,而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了.这个功能非常有用,比如在多媒体信息查询软件中,一个按钮就能控制动画或影响图像的播放速度.
超声波触摸屏有表面声波触摸屏和体波声波触摸屏,利用的都是电一声压电换能器作传感器,接收传感器和发射传感器所用的压电晶体不是一种型号,在制造时的掺杂材料略有不同.发射换能器功率大,接收换能器更加灵敏.压电换能器的寿命长,工作稳定,正常工作可以保证10年不出问题。触摸屏安装后,换能器是隐藏起来的,但是在运输和安装过程中需要小心谨慎,裸露的换能器晶体不能碰撞挤压.表面声波触摸屏有X、Y轴两对传感器,利用屏幕表面的声表面波来检测手指触摸,可以说,工作面是一层看不见、打不坏的声能,不怕 使用,最适合公共信息查询,是目前市场上最受欢迎的触摸屏产品.
不过表面声波触摸屏也有小的缺憾：触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递,虽然聪明的控制卡能分辨出来,但尘土积累到一定程度,信号也就衰减得非常厉害,此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作,因此,表面声波触摸屏需要定期或不定期清洁反射条纹上积攒的尘土.
要是声波触摸屏既有象表面声波触摸屏那样清晰抗暴,表面又不怕灰尘水滴就太好了.有!这就是体波声波触摸屏,体波声波触摸屏,声波能量在触摸屏屏体内--而不是在表面传递,既有表面声波触摸屏的一切优点,表面又不怕灰尘水滴.体波声波触摸屏的实现方法有两种,一种是体波触摸屏：声波能量在触摸屏体内传递,用户触摸屏幕时,会改变触摸点局部的应力分布,应力的改变影响到声速的变化,从而根据接收波形检测并定位手指触摸点,图：
另一种是内表面声波触摸屏,在表面声波触摸屏外面增加一层悬空的防刮薄膜,此时的表面声波--当然它还是在玻璃表面前进--变成了夹层表面声波,手触摸屏时薄膜代替手指阻挡声波,效果和手指直接触摸一样.图：
两种体波声波触摸屏除了X、Y轴坐标之外,都还能检测用户手指压力的大小.而体波触摸屏除了表面声波摸屏的一切优点外,还可用笔触摸,更兼具不怕水、不怕任何污染的好处，甚至可以浸没在水下工作.体波触摸屏技术非常新,目前还没有成型的产品,它几乎集所有触摸屏的优点于一身,作为触摸屏的特性实在太诱人,有些公司正在致力加速它的产品化进程,相信不久就可以奉献给用户.
（5） 表面声波屏性能特点
表面声波技术稳定,触摸精度高表面声波技术非常稳定.表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来确定触摸点,所以表面声波触摸屏非常稳定,精度也高,目前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096*4096.
寿命长,清晰透亮美国权威的电子工程师杂志的报告是：同一位置触摸5千万次无故障,属于半永久性的产品,极好的防刮性,透光率（〉90%）,保持清晰透亮的图像质量,没有色彩失真.
压力轴的响应表面声波触摸屏还具有第三轴Z轴,也就是压力轴响应.这是因为用户触摸屏幕的力量越大,接收信号波表上的衰减缺口也就越宽越深.在所有触摸屏中只有表面声波触摸屏和体波触摸屏具有感知触摸压力的性能.有了这个功能,每个触点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个数字开关状态,而是成为能感知力的一个模拟量值开关了.
适用场合表面声波触摸屏的上述特性和其它触摸技术的触摸屏相比,有较大的优越性,尤其是能承受各种粗暴的触摸,最适合面对公共场所的触摸屏应用. |
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