УДК 004.5 ТЕХНОЛОГИИ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ И ИХ

УДК 004.5
ТЕХНОЛОГИИ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ И ИХ РАЗВИТИЕ
Мишин В.А.
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Астана
Научный руководитель – Баенова Гульмира Мусаевна
1. Введение
В настоящее время происходит масштабное распространение сенсорных технологий
взамен существующих. Сенсорный экран – устройство ввода информации,
представляющее собой дисплей, реагирующий на прикосновения к нему. Наиболее
эффективно данная технология реализована в сотовых телефонах, банкоматах, GPSнавигаторах, планшетах, в дисплеях медицинского и индустриального оборудования, в
различных мультикассовых аппаратах, в карманных компьютерах и так далее.
Исторически первый емкостный сенсорный экран был описан в статье 1968 года[1]. В
ней E.A. Джонсон дал полную характеристику технологии сенсорного экрана для
авиадиспетчерской службы. 1974 год стал знаменателен тем, что ученые добились
прозрачности используемых материалов, а в 1977 году в дополнение к этому стали
применять микросхемы на основе резисторов. В 1983 году Hewlett Packard создал
домашний компьютер HP-150 с технологией сенсорного экрана, основанной на сетке
инфракрасных лучей. Она была способна обнаруживать движения перед монитором, но у
нее был существенный недостаток – поверхность экрана нужно было постоянно очищать
от пыли. Начиная с середины девяностых годов, появляются первые сенсорные телефоны
и карманные компьютеры. Самый главный технологический прорыв произвела компания
Apple, выпустив в 2007 году свой первый iPhone.
2. Типы сенсорных экранов
Всего существует 10 типов сенсорных экранов:
 Резистивные сенсорные экраны
Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой
мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство
между
стеклом
и
мембраной
заполняется
равномерно
распределенными
микроизоляторами. При касании предметом либо рукой панель и мембрана замыкаются,
контроллер регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты
прикосновения (X и Y).
Резистивные сенсорные экраны дёшевы и стойки к загрязнению. Они реагируют на
прикосновение любым гладким твёрдым предметом, однако их главные недостатки
низкое светопропускание (не более 85 %), недолговечность (35 млн. нажатий в одну
точку) и недостаточная прочность.
 Матричные сенсорные экраны
Конструкция аналогична резистивной, но намного проще. На стекло нанесены
горизонтальные проводники, на мембрану – вертикальные. При прикосновении к экрану
проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и
передаёт в микропроцессор соответствующие координаты. Данный тип имеет низкую
точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учётом клеток
матричного экрана. Единственное достоинство – простота, дешевизна и устойчивость к
внешним воздействиям
 Ёмкостные сенсорные экраны
Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую
прозрачным резистивным материалом (сплав оксида индия или олова). Электроды,
расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное
напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим
проводящим предметом появляется утечка тока. Ток в четырёх углах регистрируется
датчиками и передают данные в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.
Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, выдерживают около 200 млн. нажатий, не
пропускают жидкости. Прозрачность на уровне 90 %. Однако, проводящее покрытие
легко повредить, так как оно расположено прямо на внешней поверхности.
 Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны
На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод при
взаимодействии с рукой человека образует конденсатор, датчик измеряет ёмкость этого
конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение) и высчитывает точку касания.
Преимуществом является прозрачность экранов до 90 % и широкий рабочий
температурный диапазон. А недостатком является сложность анализа сигналов.
 Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах
Экран представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими
преобразователями (ПЭП), находящимися в углах дисплея. По краям панели находятся
отражающие и принимающие датчики. Генерируется волна и замеряется ее возвратное
состояние. При прикосновении часть волны поглощается, что в результате вычислений
процессором выдает точку на экране. Преимуществом является возможность вычисления
точного радиуса нажатия и максимальная прозрачность среди остальных устройств.
Однако загрязнения или вибрации полностью блокируют работу данной технологии.
 Инфракрасные сенсорные экраны
Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост: горизонтальными и
вертикальными инфракрасными лучами формируется сетка, которая прерывается при
касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был
прерван. Такие сенсоры чувствительны к загрязнениям и поэтому применяются там, где
важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема широко
применяется в области военной промышленности.
 Оптические сенсорные экраны
Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. Принцип действия данного
экрана основан на том, что на границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее
отражение, а на границе «стекло–посторонний предмет» свет рассеивается. Далее
снимается картина рассеяния и сравнивается с исходной. Это позволяет отличить нажатия
рукой от нажатий другими предметами.
 Тензометрические сенсорные экраны
Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато
они отлично выдерживают внешние воздействия. Сфера применения экранов аналогично
проекционно-ёмкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, которые
устанавливаются на улице.
 Сенсорные экраны DST
Сенсорный экран DST (Dispersive Signal Technology) реагирует на деформацию
стекла. Возможно нажатие на экран рукой или любым предметом, кроме того высокая
скорость реакции и возможность работы в условиях сильного загрязнения экрана.
 Индукционные сенсорные экраны
Индукционный сенсорный экран – это графический планшет со встроенным экраном.
Его особенность в том, что он воспринимает только прикосновения специальным пером.
3. Анализ внедрения сенсорных технологий
С каждым годом доля выпуска устройств с сенсорными экранами растет относительно
предыдущих лет. Для анализа были взяты две крупные компании-производители сотовых
телефонов и сделана выборка по количеству моделей, выпущенных в период с 2007 по
2011 года, с учетом наличия или отсутствия сенсорных экранов [2]. В результате
получились следующие данные:
Таблица 1. Количество телефонов
применением сенсорных дисплеев.
Виды/годы
2007
Сенсорные модели, шт.
2
Клавиатурные модели, шт.
38
Доля сенсорных, %
5
компании Nokia и объемная доля устройств с
2008
1
41
2.4
2009
4
34
10.5
2010
9
12
42.8
2011
21
7
75
Таблица 2. Количество телефонов компании Samsung и объемная доля устройств с
применением сенсорных дисплеев.
Виды/годы
2007
2008
2009
2010
2011
Сенсорные модели, шт.
7
6
17
18
28
Клавиатурные модели, шт.
49
42
37
18
3
Доля сенсорных, %
12.5
12.5
31.5
50
90
Анализ показывает, что объемная доля телефонов с сенсорными экранами
увеличивается. Так, в 2011 году компания Samsung анонсировала лишь 3 модели без
сенсора, в результате чего доля сенсорных дисплеев составила 90%. Исходя из тенденции,
можно сказать, что в ближайшее время на рынке мобильных устройств произойдет
вытеснение обычных устройств на сенсорные. Рост объема применения устройств с
сенсорными технологиями также наблюдается и в других сферах.
Литература
1. History of Touch Screen Technology, [Электрон. ресурс] Режим доступа:
inventors.about.com
2. Mobile Arsenal – каталог мобильных телефонов, [Электрон. ресурс] Режим доступа:
www.mobile-arsenal.com.ua