[发明专利]声波接触杆系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及声波接触杆，更具体地涉及具有充分地捕捉声波能量以提供高Q开关的声腔的声波接触杆系统。

背景技术

耐用并且防爆，可以在存在液体的条件下工作，并且具有低能耗、耐得住强烈消毒的过程并且价格便宜的手指接触致动开关存在大量的需要。试图达到上述这些需要的公知的开关却不能包括下列的要求。由量研公司(quantumresearch group))制造的Qprox开关通过电荷转移效应感知接触的存在。该开关敏感于导电液体和/或电离空气，从而使该开关不起作用。此外，感知接触的外罩不能由电传导材料制成，从而不能使用金属等材料。例如由Schurter公司或Baran公司提供的压电开关，通过经由金属覆盖层传递手指压力到压电元件来工作，当该压电元件受压时其产生电压。与标准的薄膜开关相比，上述类型的压电开关比较昂贵，并且也具有薄膜开关的缺点：需要在外壳或外罩中的孔来容纳开关。另外，金属覆盖层必须薄，以使压电元件对于对覆盖层的影响是相对无保护的。在美国专利No.5,149,986所示的另一种类型的开关是基于当接触按钮时在玻璃的球形按钮中声音的吸收。在工作中，换能器(transducer)将声波发送到玻璃球中，然后接收声纳形式的回声。电路分析该回声以判断表示接触的回声是否已经减少。该类型的开关相对昂贵，并且也需要在外壳或外罩中的开口，在开口中安装开关。

例如美国专利No.5,673,041中所示的声波开关包括在基底的接触表面相对的基底的表面上安装的超声压电换能器。该换能器产生超声波，超声波朝着越过基底的厚度到接触表面的方向传播，并从接触表面反射回换能器。超声波显示为压缩波。接触表面上的接触改变表面的声反射系数，并改变换能器的阻抗。开关中的声能不受限制并且散开到基底的平面中。同样的，完整的周期中存储的能量与损失或消耗的能量的比率(其被称为开关的Q)是固有的低，并且需要非常复杂的接触检测电路以区分接触和无接触。此外，由于压缩波敏感于使开关不起作用的液体和其它污染物，因此不希望在该开关中使用压缩波。

声波接触面板也是公知的，该面板使用反射光栅或反射阵来沿着不同长度的平行的路径越过接触表面的反射声波部分。这些部件使用透明的基底，该基底可以覆以显示器以提供接触屏幕等。在美国专利No.4,645,870和4,700,176中示出该种接触传感器的示例，其使用表面声波。然而，因为表面声波敏感于使该面板不起作用的液体、封口化合物以及其它污染物，并且表面声波难以有效地密封，所以这些系统是不理想的。在美国专利No.5,177,327中示出使用反射阵的另一种声波接触面板。该接触面板使用剪切波，特别是零阶水平极化剪切波。即使该接触位置传感器不敏感于液体和污染物，但是使用反射光栅或反射阵的接触位置传感器和相关联的接触检测电路通常是非常昂贵的，从而不用于单独的开关或面板上的小数量的开关。此外，由于将系统中的剪切波换能器安装在面板的侧面以产生在基底的平面上传播的剪切波，所以需要在外壳或外罩中的开口以容纳面板。美国专利No.5,573,077也使用零阶水平极化剪切波，但是代替反射光栅，使用离散的换能器以沿着越过基底伸展的平行的路径传播剪切波。

如2001年11月20日提交的美国专利申请No.09/998,355所揭示的，克服以上问题的声波开关使用声波腔和声波换能器来产生谐振(resonance)声波，在声波腔中谐振声波被充分地捕捉。如其中所论述的，模拟接触检测电路包括连接到声波换能器的振荡器，其中配置振荡器以在无接触时振荡。在声波腔的接触表面上的接触引起换能器阻抗下降从而使振荡器停止振荡。确定振荡器的状态，并且在振荡器停止振荡时，检测接触。对于检测手指接触和通过皮制手套的接触，该电路工作的非常好。然而，由于希望使用声波腔的接触响应区检测通过合成混合物手套等的接触，并且同时当水单独接触接触响应区时不检测接触，因此必须将该接触检测电路的灵敏度等级限制在非常窄的范围之内以满足该两种相竞争的需要。作为结果，随着时间和/或随着温度的变化，换能器阻抗的小的改变可以造成灵敏度的改变，该改变超出电路的必要范围。

此外，存在对于简单电路的需要，该简单电路对于检测除了接触检测传感器之外的在声波传感器中的感应的事件不受任意改变的影响。