Сензорният екран: принцип, технология и история на изобретението

Много хора, особено на средна възраст и млади хора, активно използват смартфони, таблети и други притурки с интелигентни дисплеи. Но много малко от тях някога са разглеждали принципа на усещане за допир екрани и техните варианти. Нека се опитаме да разберем това в детайли.

История на изобретението

Първият в света прототип на устройство със сензорен екран е използван от Сам Хърст, учител в САЩ. През 1970 г. той разработва идеята за разчитане на голям брой магнетофони. Автоматизацията на този процес е трамплин за разработването на сензорни екрани, известни като Elotouch. Разработката на групата колеги на Хърст е публикувана през 1971 г. и включва резистивна четирипроводна технология за идентифициране на точките на допир.

За първи компютър със сензорен екран се смята PLATO IV. Възниква и в САЩ в резултат на специални проучвания, свързани с компютъризацията на обучението. Състои се от панел от блокове (256 части), функциониращ на принципа на използване на инфрачервена мрежа.

Описание

Сензорният екран е електронен елемент, който визуализира цифрова информация чрез допир до повърхността на монитора. Различните видове тези конструкции реагират на няколко момента или на един конкретен фактор (промени в капацитета и съпротивлението, топлинна разлика, специален показалец).

Сензорните екрани се разделят според принципа си на работа, както следва

1. Съпротивителни версии.
2. Матрични модели.
3. Капацитивни версии.
4. Повърхностно-акустични версии.
5. Оптични сензори и техните варианти.

Нека разгледаме най-често срещаните модели дисплеи в тази категория и техните приложения, характеристики и предимства.

Как работят резистивните сензорни екрани

Това е най-простият тип монитор. Той реагира на трансформацията на съпротивителната сила в зоната, в която се докосват определен обект и повърхността на дисплея. Най-разпространената и елементарна технология включва два основни елемента в конструкцията си:

1. Панел с подложка, изработен от полиестер или подобен полимер с дебелина не повече от няколко десетки молекули. Прозрачна част служи за провеждане на токови частици.
2. Светлопроводима мембрана, изработена от тънък слой пластмаса.

И двата слоя са покрити със специално съпротивително покритие. Между тях се намират микроскопични изолатори с форма на топка.

По време на работа мембраната се огъва в контакт с подложката, което води до затваряне на веригата. Контролер с аналогово-цифров преобразувател реагира на операцията, като изчислява първоначалното и текущото съпротивление, както и координатите на контактната точка. Подобни устройства бързо показват своите недостатъци и инженерите подобряват конструкцията, като добавят пети проводник.

Използване на

Благодарение на простия принцип на работа на резистивния сензорен екран той може да се използва универсално. Характеристики на дизайна:

• Ниска себестойност;
• устойчиви на въздействието на околната среда, с изключение на отрицателни температури;
• Добра реакция при допир с всеки подходящ обект, който не е остър.

Такива дисплеи се монтират на терминали за депозити и преводи, банкомати и други устройства, които са изолирани от околна среда. Слабата защита на монитора от повреди се компенсира с покритие от защитен филм.

Принцип на работа на капацитивните сензорни екрани

Този тип дисплеи функционират въз основа на способността на обекти с повишен капацитет да се превръщат в проводници на променлив електрически ток. Устройството представлява стъклен панел със съпротивително покритие. Електродите, разположени в ъглите, подават ниско напрежение към проводящия слой. По време на контакта има изтичане на ток, в случай че обектът има по-голям електрически капацитет от екрана. Ъгловите части записват тока, а информацията от индикаторите се предава на контролера, който изчислява зоната на докосване.

Ранните модели използват постоянен ток. Това опростява конструкцията, но води до грешки, ако потребителят няма контакт със земята. Надеждността на тези устройства превишава с около 60 пъти надеждността на резистивните им аналози (проектирани за 200 милиона натискания на клавиши). Ниво на пропускане - 0,9, минимална работна температура до -15 °C.

Против:

• Няма реакция към ръкавица и повечето чужди предмети
• Проводимото покритие се намира в горния слой и следователно е податливо на механично натоварване;
• Те са подходящи за използване в терминали, разположени на закрито.

Версии с капацитивна проекция

Някои конфигурации на сензорния екран на смартфоните се основават на следните принципи този тип. На адрес вътрешна повърхност устройството има електродна мрежа, която при контакт с човешкото тяло образува капацитивен кондензатор. След като докоснете дисплея с пръст, сензорите и микроконтролерът обработват информацията и изчисленията се изпращат към основен процесор.

характеристики:

• Тези конструкции имат всички възможности на капацитивните сензори;
• Те могат да бъдат оборудвани с филмово покритие с дебелина до 18 милиметра, което осигурява допълнителна защита срещу механични въздействия;
• замърсяването на труднодостъпни проводими части се отстранява чрез софтуерен метод.

Посочените конфигурации се монтират на много персонални устройства и терминали, работещи на открито под покрив. Струва си да се отбележи, че Apple също предпочита прожекционни капацитивни монитори.

Модификации на матрицата

Това са опростени версии на резистивната технология. Мембраната е снабдена с поредица от вертикални проводници, а субстратът - с хоризонтални аналози. Принцип на работа Сензорен екран: при докосване се изчислява точката, в която проводниците влизат в контакт, и информацията се изпраща към процесора. Това от своя страна открива контролния сигнал, след което устройството реагира по определен начин, например чрез извършване на действието, възложено на определен бутон.

Характеристики:

• Ниска точност поради ограничения брой проводници
• цената е най-ниската от всички сензори;
• Функция Multi-touch чрез запитване на дисплея точка по точка.

Този модел се използва изключително в по-стари устройства и на практика не се използва в съвременните приложения поради появата на иновативни решения.

Повърхностно-акустични сигнали

Принципът на сензорния екран на ранните модели телефони е оборудван с подобна технология. Дисплеят представлява стъклен панел, съдържащ приемници (два на брой) и пиезоелектрични трансформатори, разположени в срещуположните ъгли.

От генератора електрическият честотен сигнал се предава към преобразуватели, откъдето рефлектори излъчват серия от импулси. Вълните се улавят от сензорите, връщат се в PEC, където се преобразуват отново в електрически ток. След това информацията се предава на администратора, където се анализира.

Когато екранът се докосне, характеристиките на вълната се променят, като част от енергията се поглъща на определено място. Въз основа на тази информация се изчислява точката на допир и вероятността за допир; Недостатъци: Сондата не е податлива на замърсяване. Дисплеите от тази категория се предлагат с дебелина на фолиото 3 или 6 милиметра, което им позволява да издържат на леко докосване без последствия.

Недостатъци:

• Вибрации и сътресения;
• Неустойчив на каквото и да е замърсяване;
• наличието на смущения, дължащи се на акустични сигнали с определена конфигурация;
• Ниската им точност ги прави неподходящи за рисуване.

Други видове

Дизайнът и работата на най-често използваните сензорни екрани са описани по-горе. По-долу е представен списък на дисплеи в непопулярни конфигурации:

1. Оптични монитори - поддържат мултитъч функционалност, включително големи размери на отпечатъка.
2. Инфрачервени модели - покрити с двойки фотодиодни светодиоди, реагират на докосване чрез микроконтролер.
3. Индукционни варианти - оборудвани със специална бобина и мрежа от чувствителни проводници, използвани при скъпи таблети.

Както можете да видите, има няколко варианта на сензорни дисплеи. Изборът винаги е на потребителя.