1、电容式传感器在触摸屏幕中的应用 及与电阻式的对比20101002820李明理 传感器 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。国家标准GB7665-87中的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器很高深？离人们很遥远？我们身边有着最为常见的传感器：拿起你的手机！如果是触摸屏幕，那么没错你每天都
2、在享受传感器技术带给你的便利电容式触摸屏的基本结构 电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏 玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO 最外层是一薄层矽土玻璃保护层 夹层ITO 涂层作为工作面，四个角上引出四个电极。内层ITO 为屏蔽层以保证良好的工作环境。基本电容的传感器包括了一个接收器Tx与一个发射器Rx，其分别都具有在印刷电路板(PCB)层上成形的金属走线。在接收器与发射器走线之间会形成一个电场，如图所示。大部分的电场都会集中在传感器PCB的两个板层之间。然而，会有一个边缘(fringe)电场由发射器产生并延伸至PCB外面，然后再回返至接收器上而终止。接收器上的电场强度是利用内建的积分三角(sigm
3、a-dedta)电容数字转换器来加以量测。电感传感器只能探测金属物质，而电容传感器却可以探测与传感器电极特性不同的导体和绝缘体。因为人体大部分都是水，介电常数很大，还含有离子物质，是良好的电导体，所以当人们的手进入到边缘电场内时，电子环境将会改变，导致一部份的电场会被分流到地线而非回返至接收器终止。此变化所造成的电容降低范围为毫微微法拉为单位的大小，不同于一般计算电场时所采用的能被转换器检测到的微微法拉大小。当手指触摸在导体层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容。对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且
4、流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。简单总结就是：电阻式触摸屏幕基本结构 触摸的压力使得由铟锡氧化物(ITO)构成的触摸屏的导电和电阻层之间产生电气接触。构成屏幕的多层结构和各种材料会严重阻碍光线的透射。实际上，最好的电阻式触摸屏的透射率也只能达到75%的水平。（如果将屏幕后方投射过来的背光加大，那透光率低的问题能解决吗？）电阻式触摸屏覆盖在屏幕外表面，很容易遭到损坏。如果用合适的压力以适当的角度接触屏幕，其使用寿命的确会很长，但现实中却并非如此。实际上，电阻式触摸屏(尤其是低成本类型)在大多数家用以及工业环境中磨损的非常快，而
5、在需要定期清洁的场合中(例如医疗设备或厨房家电之类的场合)磨损的就更快。整个组件必须有一个顶部压框来保护屏幕的边缘，而这又需要进行密封以防止玷污，这就意味着需要在设备面板上打孔。听起来这没什么大不了的，但打孔以及安装压框会使得整个组件的成本翻番。电容式触摸屏的优势 耐久性：电容式传感器接口方案中使用的材料与RTS 的相同，都是在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上再加一层氧化铟锡（ITO）。不过，电容式传感器不存在RTS的光学问题和耐久性问题，因为它是单层压板，没有降低光学性能的空气间隙，而且，前者是固态的，无移动部件，从而可获得很高的可靠性和耐久性。支持多点触控：电容式触摸屏的多点触控，则可以将
6、用户的触摸分解为采集多点信号及判断信号意义两个工作，完成对复杂动作的判断。使用两根手指的拉伸、换位即可在屏幕上完成诸如放大、旋转这样趣味十足的操作，这在电容式触摸屏c出现之前，几乎是不可想象的。稳定性：因为它是固态传感器，没有移动部件，在传感器使用期间光学性能可保持稳定一致。电阻式触摸屏需要空气间隙和绝缘点而这两者都会产生内部反射和散射光。此外，在电阻式触摸屏工作期间，若顶层表面变形，就必须采取若干措施来使光学畸变（比如牛顿环）降至最少。电容式传感器的光学结构匹配，减少了内部反射，故显示文本和图形的承载屏幕鲜明清晰。注：牛顿环是一种薄膜干涉现象 电容式触摸屏的缺点 精度不高：由于电容值与极间距
7、离成反比，与相对面积成正比，并且还与介质的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重。由于电容屏是靠感应人体电流来测定位置的，因此当用戴手套等绝缘物体的手或手持不导电的物体触摸时没有反应。怕指硬物的敲击：敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO 层，电容屏就不能正常工作了。容易出现飘移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容触摸屏离得较远，却比手指头面积大得多，他们直接影响了触摸位置的测定。此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性，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四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。
