Analiżi ta 'Simulazzjoni ta' Touch Screen Capacitive

It-teknoloġija touch screen tintuża fit-telefowns ċellulari, fil-qarrejja tal-kotba elettroniċi, fil-kompjuters, u anke fi prodotti elettroniċi għall-konsumatur bħall-arloġġi tal-idejn. Xi forma ta 'sensing capacitive tintuża f'numru kbir ta' touch screens. Ejja nagħtu ħarsa lejn kif tuża l-modulu AC / DC ta 'COMSOL Multiphysics biex tanalizza dan it-tip ta' sensur capacitive.

Introduzzjoni għal Sensing Capacitive

Għal sensuri capacitive bħal dawk użati f'tagħmir touch screen, fihom numru kbir ta 'elettrodi konduttivi inkorporati f'materjali dielettriċi trasparenti (bħal ħġieġ jew saħansitra skrins taż-żaffir). L-elettrodi nfushom huma rqaq ħafna, magħmula minn materjal kważi kompletament trasparenti, u inviżibbli għall-għajn.

Nibdew bi struttura bażika ħafna, li tinkludi żewġ arranġamenti tal-elettrodi li jaqsmu f'angolu ta '90°, kif muri fil-figura hawn taħt.

Jekk jogħġbok innota li l-touch screen attwali huwa aktar ikkumplikat minn dak li rajna hawn, iżda l-ħiliet ta 'simulazzjoni huma bażikament l-istess.

Dijagramma skematika simplifikata tal-komponenti ewlenin fis-sensur tal-iskrin tat-touch capacitive (mhux skont l-iskala)

Meta tiġi applikata differenza fil-vultaġġ bejn kwalunkwe żewġ elettrodi jew aktar, jiġi ġġenerat kamp elettrostatiku. Għalkemm il-kamp elettrostatiku huwa l-aktar b'saħħtu bejn l-elettrodi u ż-żona madwar l-elettrodi, xorta jestendi ċerta distanza 'l barra. Meta oġġett konduttiv (bħal saba') joqrob lejn din iż-żona, il-kamp elettriku jinbidel, sabiex tkun tista' tiġi skoperta l-bidla fil-kapaċitanza kkombinata bejn iż-żewġ elettrodi attivi. Huwa permezz ta 'din id-differenza ta' capacitance li aħna nħossu l-pożizzjoni tas-saba 'li qed tmiss l-iskrin.

Meta tiġi applikata differenza potenzjali bejn uħud mill-elettrodi, l-elettrodi l-oħra jistgħu jiġu iżolati elettrikament individwalment, jew konnessi elettrikament b'mod elettriku kollu kemm hu, iżda xorta waħda fi stat iżolat bl-elettriku. Għalhekk, jista 'jkollhom potenzjal kostanti iżda mhux magħruf.

Is-simulazzjoni korretta ta' dawn l-elettrodi, il-qxur tal-metall tal-madwar, u oġġetti dielettriċi oħra hija ċ-ċavetta għall-kalkolu tal-bidliet fil-kapaċitanza. Ejja nagħtu ħarsa lejn kif tuża l-funzjoni tal-modulu AC / DC biex tikseb dan.

Issimula s-sensur capacitive f'arloġġ

Għal apparat relattivament żgħir bħal dan, nistgħu nissimulaw l-istruttura kollha; id-daqs tas-sensur huwa biss 20 ° 30 mm, u d-distanza bejn iż-żewġ elettrodi hija ta' 1 mm. Għal touch screens akbar, huwa aktar raġonevoli li tikkunsidra biss żona żgħira tal-iskrin kollu.

Senser capacitive inkorporat fl-arloġġ tal-ħġieġ (trasparenti). Iċ-ċinga u l-kaxxa huma għal skopijiet ta' viżwalizzazzjoni biss.

Kif muri fil-figura hawn taħt, id-dominju ta ' simulazzjoni huwa żona ċilindrika. Din iż-żona fiha l-iskrin tal-ħġieġ, is-swaba ', u l-arja madwar l-arloġġ. Għandna raġuni biex nemmnu li l-influwenza tad-daqs tal-arja tal-madwar se tonqos malajr hekk kif id-daqs jiżdied.

Kundizzjonijiet ta' konfini użati

Hawnhekk, il-limitu tad-dominju tal-arja huwa stabbilit bħala kundizzjoni mingħajr ħlas biex tissimula l-konfini bħala spazju liberu. Barra minn hekk, tnejn mill-elettrodi paralleli huma ssettjati bħala kundizzjonijiet tal-limitu tal-art, u l-kamp tal-vultaġġ huwa ffissat għal żero. Tnejn mill-elettrodi vertikali huma ssettjati bħala kundizzjonijiet tal-limitu tat-terminal, u l-vultaġġ huwa valur kostanti. Il-kundizzjonijiet tal-limitu tat-terminal awtomatikament jikkalkulaw il-capacitance. Il-konfini l-oħra kollha huma simulati b'kundizzjonijiet ta' konfini potenzjali li jżommu f'wiċċ l-ilma.

Ħares il-mudell tal-element finit. Is-saba' (griż), l-ilqugħ elettriku (oranġjo), u l-elettrodi kollha mhux eċċitati (ħomor u ħodor) huma simulati bil-kundizzjoni potenzjali tal-limitu li jżomm f'wiċċ l-ilma. Tiġi applikata differenza potenzjali fuq iż-żewġ elettrodi (bojod u suwed). Parti mill-iddajljar (cyan) hija moħbija. L-uċuħ l-oħra kollha jużaw kundizzjonijiet tal-konfini tal-iżolament elettriku (blu). L-arja u l-arloġġ huma malji tal-volum. Għal raġunijiet ta' ċarezza, tidher biss parti mill-wiċċ tal-grilja.

Il-kundizzjoni ta' limitu potenzjali li jżomm f'wiċċ l-ilma tintuża biex tirrappreżenta sett ta' uċuħ li fuqhom tista' titqassam mill-ġdid b'mod ħieles l-imposta. L-għan tas-setting huwa li jissimula l-limitu ta' oġġett b'potenzjal kostanti iżda mhux magħruf. Dan huwa r-riżultat tal-applikazzjoni ta' kamp elettrostatiku estern.

Dan it-tip ta' kundizzjoni ta' limitu potenzjali li jżomm f'wiċċ l-ilma jintuża fuq diversi settijiet ta' uċuħ, bħall-wiċċ ta' taħt ta' arloġġ, li jirrappreżenta l-ilqugħ elettriku taħt il-kaxxa tal-ħġieġ. L-elettrodi li bħalissa mhumiex eċċitati huma parti minn kundizzjoni ta' limitu potenzjali li jżomm f'wiċċ l-ilma (jekk wieħed jassumi li l-elettrodi kollha huma konnessi elettrikament flimkien). Innota li l-għażla tal-grupp potenzjali li jżomm f'wiċċ l-ilma tista' tintuża biex tippermetti lil kull limitu fiżikament indipendenti jżomm f'wiċċ l-ilma għal vultaġġ kostanti differenti. Huwa wkoll possibbli li tgħaqqad elettrodi ta' kwalunkwe kombinazzjoni fl-istess grupp biex tgħaqqadhom flimkien bl-elettriku.

Il-limitu tas-saba' (meta jkun inkluż fil-mudell) juża wkoll il-kundizzjoni potenzjali tal-konfini li żżomm f'wiċċ l-ilma. Huwa preżunt li l-ġisem tal-bniedem huwa konduttur relattivament tajjeb meta mqabbel mas-saffi tal-arja u dawk dielettriċi.

Materjali użati

Żewġ materjali differenti biss jintużaw hawn. Materjali tal-arja ssettjati minn qabel jintużaw fil-biċċa l-kbira tal-oqsma, u l-kostant dielettriku huwa ssettjat għal 1. L-iskrin juża materjal tal-ħġieġ tal-kwarz issettjat minn qabel biex jagħtih kostant dielettriku ogħla.

Għalkemm l-iskrin innifsu huwa struttura sandwich magħmula minn materjali differenti, nistgħu nassumu li s-saffi kollha għandhom l-istess proprjetajiet materjali. Għalhekk, m'hemmx bżonn li kull limitu jiġi mmudellat b'mod espliċitu bejniethom; is-saffi kollha huma ttrattati bħala dominju wieħed.

Ħares il-kulur tal-logaritmu tal-valur tal-kamp elettriku. Peress li s-saba' jitqies bħala potenzjal li jżomm f'wiċċ l-ilma, il-kamp elettriku intern tiegħu jista' jiġi injorat.

Soluzzjoni eżatta miksuba bl-użu ta' rfinar ta' malji adattivi

Biex jinkisbu riżultati preċiżi, huwa meħtieġ li jkun hemm grilja ta' element finit raffinat biżżejjed biex tiġi analizzata l-varjazzjoni spazjali tal-kamp tal-vultaġġ. Għalkemm ma nafux fejn se jidhru l-aktar bidliet drammatiċi fil-qasam tal-vultaġġ qabel il-kalkoli, nistgħu nħallu s-softwer jiddeċiedi waħdu fejn ċelloli iżgħar tal-grilja huma meħtieġa permezz ta 'rfinar tal-malja adattiva.

Aħna użajna rfinar tal-malja adattiva diversi drabi, u r-riżultati jidhru fit-tabella hawn taħt. Dawn ir-riżultati nkisbu fuq kompjuter ikkonfigurat bi proċessur Xeon bi tmien qalba ta' 3.7 GHz u 64 GB ta' memorja:

Jista 'jiġi dedott mit-tabella ta' hawn fuq li nistgħu nibdew b'malja ħarxa ħafna u mbagħad nużaw irfinar tal-malja adattiva biex niksbu valur ta 'capacitance aktar preċiż. Madankollu, jekk tagħmel hekk iżżid l-użu tal-memorja u ttawwal il-ħin tas-soluzzjoni. Id-differenza fil-perċentwali tal-capacitance hija għall-ifjen malja.

Ikkalkula l-matriċi tal-capacitance

S'issa, aħna ffukajna biss fuq il-kalkolu tal-capacitance bejn iż-żewġ elettrodi fil-firxa. Fil-fatt, nittamaw li nkunu nistgħu nikkalkulaw il-kapaċitanza bejn l-elettrodi kollha fil-firxa tal-kapaċitanza, jiġifieri, il-matriċi tal-kapaċitanza. Il-matriċi kwadra simmetrika tiddefinixxi r-relazzjoni bejn il-vultaġġ u ċ-ċarġ applikati għall-elettrodi kollha fis-sistema. Għal sistema li tikkonsisti f'n elettrodi u art, il-matriċi hija:

Dawn it-termini dijagonali u mhux dijagonali huma awtomatikament ikkalkulati mis-softwer. Din il-parti tal-kontenut se tiġi deskritta f'aktar dettall f'postijiet ta 'blog sussegwenti.

Sommarju

Studjajna eżempju tal-użu tal-funzjoni ta' simulazzjoni elettrostatika tal-modulu AC/DC biex insolvu apparat capacitive touch screen. Għalkemm il-ġeometrija hija ssimplifikata għal skopijiet ta' preżentazzjoni, it-tekniki deskritti jistgħu jiġu applikati wkoll għal strutturi aktar kumplessi.

Meta ssolvi dan it-tip ta 'mudell ta' element finit, huwa importanti ħafna li tistudja l-konverġenza tal-kwantità fiżika meħtieġa (f'dan il-każ, ġeneralment ikun il-każ ta 'capacitance relattiv għall-irfinar tal-malji). Il-funzjoni ta 'rfinar tal-malja adattiva ttejjeb ħafna l-awtomazzjoni tal-pass ta' verifika mudell.

Meta ssolvi mudelli kbar bħal dawn, tista 'wkoll tuża s-soluzzjoni tal-memorja parallela distribwita biex tikseb ħin ta' soluzzjoni aktar mgħaġġel. Naturalment, il-funzjoni ta 'COMSOL Multiphysics u l-modulu AC / DC tagħha mhix limitata għall-introduzzjoni fl-artikolu, tista' tużah biex tikseb aktar funzjonijiet. Jekk trid tkun taf aktar, jekk jogħġbok ikkuntattjana.

Stampat mill-ġdid b'awtorizzazzjoni minn http://cn.comsol.com/blogs/, l-awtur oriġinali Walter Frei.