[發明專利]聲波接觸桿系統及使用方法

無效

• 申請號: 200680025116.4
• 申請日: 2006-07-21
• 公開（公告）號: CN101375236A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 塔倫斯·J.·諾爾斯;韋恩·J.·維赫爾;查爾斯·F.·布雷米根三世
• 申請（專利權）人: 伊利諾斯工具制品有限公司
• 主分類號: G06F3/043
• 分類號: G06F3/043;G08B21/00;G08B19/02;G06M7/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明涉及聲波接觸桿，更具體地涉及具有充分地捕捉聲波能量以提供高Q開關的聲腔的聲波接觸桿系統。

背景技術

耐用并且防爆，可以在存在液體的條件下工作，并且具有低能耗、耐得住強烈消毒的過程并且價格便宜的手指接觸致動開關存在大量的需要。試圖達到上述這些需要的公知的開關卻不能包括下列的要求。由量研公司(quantumresearch?group))制造的Qprox開關通過電荷轉移效應感知接觸的存在。該開關敏感于導電液體和/或電離空氣，從而使該開關不起作用。此外，感知接觸的外罩不能由電傳導材料制成，從而不能使用金屬等材料。例如由Schurter公司或Baran公司提供的壓電開關，通過經由金屬覆蓋層傳遞手指壓力到壓電元件來工作，當該壓電元件受壓時其產生電壓。與標準的薄膜開關相比，上述類型的壓電開關比較昂貴，并且也具有薄膜開關的缺點：需要在外殼或外罩中的孔來容納開關。另外，金屬覆蓋層必須薄，以使壓電元件對于對覆蓋層的影響是相對無保護的。在美國專利No.5,149,986所示的另一種類型的開關是基于當接觸按鈕時在玻璃的球形按鈕中聲音的吸收。在工作中，換能器(transducer)將聲波發送到玻璃球中，然后接收聲納形式的回聲。電路分析該回聲以判斷表示接觸的回聲是否已經減少。該類型的開關相對昂貴，并且也需要在外殼或外罩中的開口，在開口中安裝開關。

例如美國專利No.5,673,041中所示的聲波開關包括在基底的接觸表面相對的基底的表面上安裝的超聲壓電換能器。該換能器產生超聲波，超聲波朝著越過基底的厚度到接觸表面的方向傳播，并從接觸表面反射回換能器。超聲波顯示為壓縮波。接觸表面上的接觸改變表面的聲反射系數，并改變換能器的阻抗。開關中的聲能不受限制并且散開到基底的平面中。同樣的，完整的周期中存儲的能量與損失或消耗的能量的比率(其被稱為開關的Q)是固有的低，并且需要非常復雜的接觸檢測電路以區分接觸和無接觸。此外，由于壓縮波敏感于使開關不起作用的液體和其它污染物，因此不希望在該開關中使用壓縮波。

聲波接觸面板也是公知的，該面板使用反射光柵或反射陣來沿著不同長度的平行的路徑越過接觸表面的反射聲波部分。這些部件使用透明的基底，該基底可以覆以顯示器以提供接觸屏幕等。在美國專利No.4,645,870和4,700,176中示出該種接觸傳感器的示例，其使用表面聲波。然而，因為表面聲波敏感于使該面板不起作用的液體、封口化合物以及其它污染物，并且表面聲波難以有效地密封，所以這些系統是不理想的。在美國專利No.5,177,327中示出使用反射陣的另一種聲波接觸面板。該接觸面板使用剪切波，特別是零階水平極化剪切波。即使該接觸位置傳感器不敏感于液體和污染物，但是使用反射光柵或反射陣的接觸位置傳感器和相關聯的接觸檢測電路通常是非常昂貴的，從而不用于單獨的開關或面板上的小數量的開關。此外，由于將系統中的剪切波換能器安裝在面板的側面以產生在基底的平面上傳播的剪切波，所以需要在外殼或外罩中的開口以容納面板。美國專利No.5,573,077也使用零階水平極化剪切波，但是代替反射光柵，使用離散的換能器以沿著越過基底伸展的平行的路徑傳播剪切波。

如2001年11月20日提交的美國專利申請No.09/998,355所揭示的，克服以上問題的聲波開關使用聲波腔和聲波換能器來產生諧振(resonance)聲波，在聲波腔中諧振聲波被充分地捕捉。如其中所論述的，模擬接觸檢測電路包括連接到聲波換能器的振蕩器，其中配置振蕩器以在無接觸時振蕩。在聲波腔的接觸表面上的接觸引起換能器阻抗下降從而使振蕩器停止振蕩。確定振蕩器的狀態，并且在振蕩器停止振蕩時，檢測接觸。對于檢測手指接觸和通過皮制手套的接觸，該電路工作的非常好。然而，由于希望使用聲波腔的接觸響應區檢測通過合成混合物手套等的接觸，并且同時當水單獨接觸接觸響應區時不檢測接觸，因此必須將該接觸檢測電路的靈敏度等級限制在非常窄的范圍之內以滿足該兩種相競爭的需要。作為結果，隨著時間和/或隨著溫度的變化，換能器阻抗的小的改變可以造成靈敏度的改變，該改變超出電路的必要范圍。

此外，存在對于簡單電路的需要，該簡單電路對于檢測除了接觸檢測傳感器之外的在聲波傳感器中的感應的事件不受任意改變的影響。