4.1 表面聲波

       表面聲波是超聲波的一種，他是在介質(zhì)（玻璃或金屬等剛性材料）表面淺層傳播的機(jī)械能量波。通過楔形三角基座（根據(jù)表面波的波長嚴(yán)格計算），可以做到定向、小角度的表面聲波能量發(fā)射，如圖。

4.2 表面聲波式觸摸屏的結(jié)構(gòu)

       表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別在于觸屏技術(shù)，沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。 

       表面聲波式觸摸屏由發(fā)射換能器、接收換能器、反射板及控制器組成。不采用膜結(jié)構(gòu)，采用廉價的壓電陶瓷換能器。觸摸屏的三個角分別粘貼著X、Y方向的發(fā)射和吸收聲波的換能器。

1） 發(fā)射換能器 壓電陶瓷換能器將控制器送來的5.53MHz電信號變換成波長約為500um的表面聲波，表面聲波在屏幕上沿直線傳播，能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面；

2） 反射條紋 表面聲波式觸摸屏四周刻著反射表面聲波的反射條紋，位于觸摸屏四周的反射陣列對表面聲波進(jìn)行空間取樣，再向多路平行路徑反射。經(jīng)反射后繼續(xù)在屏幕上來回傳播。屏幕邊緣的反射陣列將表面聲波保持在合適的強(qiáng)度以內(nèi)。位于各發(fā)射換能器對面的反射聲波檢測陣列合成每束反射聲波，變成連續(xù)的反射聲波交替的對水平和豎直方向進(jìn)行掃描；

3） 接收換能器 兩個接收換能器負(fù)責(zé)接收X和Y方向的聲波信號，并將接收到的聲波信號輸出給控制器。

4） 控制器 控制器輸出的5.33MHz的電信號變換成波長約500um的表面聲波給發(fā)射換能器，同時控制器對收到的接收換能器的信號的速度與波長在玻璃中的已知傳播速度進(jìn)行比較，計算觸摸點的位置。

4.3 表面聲波式觸摸屏的工作原理

       表面聲波式觸摸屏是利用聲波可以在剛體表面?zhèn)鞑サ奶匦栽O(shè)計而成的。以右下角的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的線傳播給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)殡娦盘枴?/p>

       當(dāng)發(fā)射換能器發(fā)射一個窄脈沖后，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較寬的波形信號。接收信號集合了所有在X軸方向上歷經(jīng)長短不同路徑回歸的聲波能量，他們在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軸的最大距離。因此，信號的時間軸反應(yīng)了各原始波形疊加前的位置，即X的坐標(biāo)。

       發(fā)射信號與接收信號波形在沒有觸摸的時候，接收信號的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時，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刻位置上波形有一個衰減缺口?？刂破鞣治龅浇邮招盘柕乃p并由缺口的位置判定X坐標(biāo)。之后Y軸同樣的過程判定出觸摸點的Y坐標(biāo)。

4.4 表聲波式觸摸屏的優(yōu)缺點

表面聲波觸摸屏的優(yōu)點：

1） 抗爆性 表面聲波觸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加夾層和應(yīng)力結(jié)構(gòu)（表面聲波觸摸屏可以發(fā)展到直接做到CRT表面，從而沒有任何屏幕），同時玻璃自身硬度高且有一定的厚度，非常適合公共場所。

2） 成本低 每個方向只需一對換能器，尤其是10英寸以上的觸摸屏，表面聲波式觸摸屏具有顯著的成本優(yōu)勢，而且尺寸越大優(yōu)勢越大；

3） 反應(yīng)速度快 在所有的觸摸屏中反應(yīng)速度最快，使用時感覺很流暢；

4） 能分辨出是灰塵、水滴還是手指 手指的觸摸不可能是紋絲不動的，而水滴或塵土就能保持一直不動，控制器發(fā)現(xiàn)一個“觸摸”超過3s保持不變后即自動識別為干擾物；

5） 擁有第三軸 壓力軸，即Z軸，也就是壓力響應(yīng)。接觸力量的不同造成的波形缺口不同，進(jìn)而多出一個數(shù)值，可用于定義其他功能；

6） 不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率高，壽命長（維護(hù)良好情況下5000萬次）；

7） 光學(xué)性能好 透光率（92%）和清晰度高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；

8） 不怕電磁干擾，無漂移 聲波是機(jī)械波，不受電磁信號干擾。

表面聲波式觸摸屏的缺點：

1） 表面聲波式觸摸屏的條紋區(qū)只要受潮，就容易黏著空氣中的灰塵，因為污垢導(dǎo)致定位錯誤，因此需要定期清潔；

2） 表面聲波式觸摸屏的換能器在長時間工作下，會因聲能產(chǎn)生的壓力而受到損壞；

3） 一旦玻璃屏幕破碎，觸摸屏就報廢了，無法修復(fù)；

4） 表面聲波式觸摸屏表面的灰塵和水滴會阻擋表面聲波的傳遞，雖然控制器能分辨出，但當(dāng)塵土積累到一定程度后，會阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使信號衰減厲害，導(dǎo)致觸摸屏變得遲鈍甚至不工作，因此要注意使用環(huán)境的清潔。

4.5 表面聲波式觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域

       表面聲波式觸摸屏沒有漂移，常應(yīng)用于公共場所和筆式輸入。目前主要應(yīng)用于金融、電信、電力、郵政、銀行、教育部門等的信息查詢系統(tǒng)，城市街頭信息查詢系統(tǒng)、商場導(dǎo)購系統(tǒng)，銀行自助系統(tǒng)，工業(yè)控制系統(tǒng)，醫(yī)療控制系統(tǒng)，娛樂控制系統(tǒng)等。