CN104781766A - 对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，包括：至少两个不同的、在触敏表面中发射体声波的发射源(E1、E2)，被配置使得发出的声波之间产生声学干涉；至少一个接收器(R+、R-)，接收触敏表面中传播并干涉后的体声波，以便利用接收到的声波提供接收信号；定位装置(60)，通过将接收信号(FFT(R(t)))的某些波谱特征与一组参照波谱特征(62)相比较来对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行定位。该系统还包括测量触敏表面(24)温度的装置(46)和调整波谱特征的装置(56)，根据测得的温度(T)对波谱特征的至少一部分进行频移从而调整接收信号(FFT(R(t)))的波谱特征或参照波谱特征(62)。

Description

对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统，还涉及一种由该系统实现的方法。

背景技术

根据当前技术，有各种各样的系统可以对触敏表面上的接触进行检测和定位，这些系统包括：在触敏表面发射体声波的装置；接收在触敏表面传播后的体声波的装置，用于根据接收到的声波提供接收信号；根据接收信号对触敏表面上的接触进行检测和定位的装置。

专利US 6,741,237描述了一种系统，利用在物体(例如触摸屏)中、在发射换能器与至少两个接收换能器之间传播的地震声波的传输时间扰动，接收换能器布置在物体的周围以便扰动在从扰动区向两个接收换能器的传输时间上产生不同的波动。该系统仅仅基于传输时间差异，需要在物体周围的精确位置布置换能器，以便使沿至少两个不同方向的传输时间差异最大化，例如布置在矩形触摸屏的角上。此外，该系统还可以检测点接触类型的扰动，但不能描述其特征。

为了提高系统的灵敏度，已知提出的解决方案基于对接收信号的波谱分析。因此，更具体地说，本发明应用于一种对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统，包括：

至少两个不同的、在触敏表面中发射体声波的发射源，被布置使发出的声波产生相互干涉；

至少一个接收器，接收触敏表面中传播并干涉后的体声波，以便基于接收到的声波提供接收信号；

定位装置，通过将接收信号的某些波谱特征与一组参照波谱特征相比较来对物体的触敏表面上的至少一个接触进行定位。

例如，专利FR 2 916 545描述了一种系统，采用的是识别地震声波在触敏接口的一组谐振图像上的相对吸收特征。由接触引起的每个频率的相对衰减和相移构成了预定数量的谐振图像上建立的相对衰减矢量的频率分量中的一个。利用该系统，可以用少量的换能器精确地检测和定位任何表面上的相互作用，测量速度可以达到每秒五十次定位。不过，该系统的缺点是对温度变化敏感，温度变化会影响吸收特征。而对于可预见到的应用而言，例如汽车行业，触敏接口必然会安装在温度易大幅度变化的环境中，例如车辆的驾驶室。

法国专利申请FR 2 948 471提出了对该系统的改进方案，该方案不再利用谐振图像，而是利用辐射的暂态图案，通常称为“衍射脉冲图案”。因此，所采用的定位方法不依赖于物体的固有频率，并且还能检测多个接触。然而该检测系统也对温度的变化敏感，温度变化影响衍射脉冲图案。

发明内容

因此，希望有一种对接触进行检测和定位的系统能消除至少部分上述问题和局限，具体而言就是要对温度差异降低敏感。

因此，提出一种对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统，包括：

至少两个不同的、在触敏表面中发射体声波的发射源，被布置使得所发射的声波之间产生声学干涉；

至少一个接收器，接收在触敏表面中传播并干涉后的体声波，以便利用接收到的声波提供接收信号；

定位装置，通过将接收信号的某些波谱特征与一组参照波谱特征相比较来对物体的触敏表面上的至少一个接触进行定位，

其特征在于还包括：

测量触敏表面温度的装置；

通过根据测得的温度对波谱特征的至少一部分进行频移，调整接收信号的波谱特征或参照波谱特征的装置。

因此，通过将参照波谱特征或者将接收信号的波谱特征调整至触敏接口的测量温度，尽管参照波谱特征是在某个精确的温度下建立的或学习到的，也可以通过在很宽的温度范围内比较波谱特征而保证定位的可靠性。此外调整可以简单地通过频移来实现：事实上，对于给定的传播方式，温度对要比较的波谱特征的影响主要在于偏移。因此检测定位系统对温度的稳定性就更好了。

作为可选的方案，调整装置能利用对一组预定的温度预先建立的、保存于存储器中的对应关系，根据测量到的温度移动接收信号的每个波谱特征，该对应关系是建立在多个连续频率或频带和多个分别与之相关的频移值之间的。

同样作为可选的方案，温度测量装置包括：

计算器，计算预定频带中接收信号的波谱范数；

比较器，将计算得的范数与一组参照范数相比较，该组参照范数分别与一组温度相关联；

选择器，根据比较器提供的结果选择温度。

同样作为可选的方案，发射源和接收器不对称地布置在触敏表面的周边。建立发射源的激励，使得参照范数集合与温度集合之间符合单调递增或递减的关系。

同样作为可选的方案，温度测量装置包括温度传感器，具体说就是热敏电阻，与触敏表面接触。

同样作为可选的方案，体声波在触敏表面中以Lamb波的形式传播，两个接收器面对面地布置在触敏表面两侧，接收器是极化的，相互之间的连接使得基本上只接收Lamb波的反对称基本传播模态、抛弃对称波和水平横波。

同样作为可选的方案，布置两个接收器使其相对于触敏表面的中面呈对称有向极化，并相互进行电气串联。

还提出了一种对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的方法，包括：

由至少两个不同的发射源在触敏表面发射相互干涉的体声波；

由至少一个接收器接收在触敏表面传播并相互干涉后的体声波，并利用接收到的声波提供接收信号；

通过将接收信号的波谱特征与保存在存储器中的一组参照波谱特征相比较，对物体的触敏表面上的至少一个接触进行定位；

还包括：

测量触敏表面的温度；

根据测量到的温度对波谱特征的至少一部分进行频移，从而调整接收信号的波谱特征或参照波谱特征。

作为可选的方案：

基于对一组预定的温度预先建立的对应关系，根据测量到的温度移动接收信号的每个波谱特征，该对应关系是建立在多个连续频率或频带和多个分别与之相关的频移值之间的。

这些频移值是在一个预先的学习阶段通过在不同温度下提取的空载波谱特征和在学习温度下从参照波谱特征提取的空载波谱特征的配对而学习到的。

同样作为可选方案，体声波发射的形式为连续发射不同频率的脉冲波列，波列频率介于共同的最小频率与最大频率之间，并且：

最小频率大于最大频率的三分之一；

从第二个波列开始，每个波列的脉冲波与前一个错开一个频移，频移量为脉冲波平均频率间隔的一个分数。

附图说明

本发明可以借助下文中的描述得到更好的理解，下文中的描述仅作为例子，参照附图：

图1以透视图示意性地表示根据本发明第一实施方式的、对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统；

图2以正视图示意性地表示根据本发明第二实施方式的、对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统；

图3以顶视图描绘根据本发明的检测和定位系统的触敏表面上换能器的布置；

图4以侧视图描绘图3的触敏表面，该触敏表面与图1或图2的系统的中央控制电子单元相连；

图5说明根据本发明一种实施方式的、对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的方法的相继步骤；

图6说明在执行图5的方法之前的学习阶段的相继步骤。

具体实施方式

图1所示的对物体的触敏表面上的至少一个接触进行检测和定位的系统包括：微型计算机12(带屏幕14、键盘16)；交互式触摸板类型的物体18，通过有线或无线的连接20与微型计算机12相连。

交互式触摸板18包括一个框架22和一个触敏表面24，框架的至少部分边框将触敏表面固定。触敏表面24例如是金属板、玻璃板、塑料板，当弹性机械波或体声波沿其厚度方向传播时会振动。触敏表面的形状可以是矩形，一般是4/3型的。具体地说，可以长100mm、宽75mm，其厚度相对于长度和宽度较小，一般介于100μm与4mm之间，例如450μm。这一厚度相对于触敏表面24要接触的区域的典型尺寸也非常小，通常用户的手指的接触区域直径大约1厘米。

在图1所示的实例中，三个压电换能器E1、E1、R固定在触敏板24的内表面，也就是说接触不到，朝向框架22的内部。压电换能器可以用导电环氧胶或氰基丙烯酸盐粘合剂粘在板24上。

这些压电换能器例如是PZT(锆钛酸铅)类型的铁电陶瓷换能器，其中陶瓷无封装或压制在黄铜片上。压电换能器包括：

两个不同的发射换能器E1、E2，可以发射弯曲模式的弹性机械波(例如沿宽度方向的体声波)，例如反对称Lamb波，以便其在触敏板24中传播并发生声学干涉；

接收换能器R能捕获在触敏板24中以弯曲模式传播并干涉后的弹性机械波或体声波。

这三个换能器最好布置在触敏板24的所有对称轴以外。此外其尺寸可以小，几何形状可以任意。对于上文所述尺寸(75mm x 100mmx 0.45mm)的触敏板24，这三个换能器的面积可能在几个平方毫米与一平方厘米之间。如果发射换能器E1和E2由10V的信号激励，那么接收换能器R提供的接收信号可以在不经过放大的情况下达到0.2V。

换能器E1、E2、R连接到中央控制电子单元，例如集成在微型计算机12中、并通过编程实现以下功能的：

使来自压电换能器E1、E2的体声波在触敏板24中传播并发生干涉，并利用压电换能器R检测这些声波以便得到接收信号；

通过将接收信号的某些波谱特征与一组参照波谱特征相比较来对触敏板24上的至少一个接触进行定位，该参照波谱特征是在预先的、在触敏板24一个给定温度下的标定阶段学习过的。

事实上，当至少一个手指或触控笔接触触敏板时，从压电换能器E1、E2发射到触敏板24中的体声波被局部吸收、阻挡、部分反射。从而使提供到接收点R的光照或辐射信息产生扰动。通过在受扰动的这一光照或辐射信息的预定频率提取某些波谱特征，例如波谱的幅值和/或相位参数，就可以将其与从参数库中提取出来的、与预定接触相关联的参照波谱特征相比较，并由此推断出单一或多个接触的位置。可以采用上文中提到的文档FR 2 916 545和FR 2 948 471中所用的方法。尤其要说明的是，换能器E1和E2发射的波可以采用波列的形式，由多个预定频率构成，例如介于35kHz与96kHz之间，以便在一个宽广的波谱中形成光照或辐射图案。

这样就对触敏板24上的、由一个或多个手指或触控笔形成的每个单一或多个接触实现了定位，例如可以在微型计算机12的屏幕上显示出来。进一步引申，对于触敏板24上检测到的一连串的、形成了单条或多条轨迹的单一或多个接触，可以在微型计算机12的屏幕上显示该轨迹26的位置，通过对检测到的轨迹26进行插值得到运动曲线28。

根据图2所示的本发明的另一实施方式，触敏板24可以是透明的，与嵌入式电子系统30中的中央控制电子单元集成在一起，嵌入式电子系统例如可以是移动电话、个人数字助理或任何其它的便携式设备或嵌入式设备例如汽车上的人-机触摸接口。在这种情况下，作为可选的方案，触敏板还可以发挥显示屏的功能，显示对检测到的轨迹26插值后得到的运动曲线28。

不过，已经观察到的事实是：接收信号的波谱特征对触敏板24的温度非常敏感，因而只要偏离标定步骤的触敏板参照温度，预先学习到的参照波谱特征很快就失效了。实际上，偏离参照温度仅仅1℃就足以严重降低对检测到的接触位置的识别能力。

一般说来，温度变化的第一个影响涉及接收信号的波谱的平均幅值。幅值随温度变化。具体而言，通过选择压电换能器E1、E2、R的相对位置，可以使预定频带(例如频带[35kHz，96kHz])中接收信号的波谱范数变化与温度变化呈单调递增或递减的关系。于是可以在接收信号的波谱范数与触敏屏24的温度之间建立一一对应的关系。学习过程就可以利用这种一一对应关系，通过计算接收信号的波谱范数来测量触敏板24的温度。

一般说来，温度变化的第二个影响涉及波谱特征的频率。当温度变化时可以观察到频移。当利用的波谱特征是接收信号的波谱幅值时，表现为波谱的移动(不一定统一)。因此通过学习可以对一组预定的温度，在多个连续频率或频带和多个与之分别相关的频移值之间建立对应关系。这样利用学习就可以通过频移在比较之前校正接收信号的波谱特征或参照波谱特征。最好是在与参照波谱特征比较之前校正接收信号的波谱特征，参照波谱特征保存在存储器中。

如图3所示，压电换能器E1、E2、R安装在触敏板24上，靠边但最好不在其对称轴(点画线表示)上。此外，合理选择换能器的相对位置和发射器的激励，以便保证换能器R捕获到的接收信号波谱范数与触敏板24温度之间的关系为单调递增或递减。只要反相激励换能器E1、E2，并使其相对于接收器R的距离差|D2-D1|小于或等于D/2即可实现，其中D是触敏板24材料中的特征半波长，并对应于换能器E1、E2、R的直径，其中D1是E1与R之间的距离、D2是E2与R之间的距离。根据这一配置，接收器R所观察到的干涉大体上是破坏性的。

也可以不限制|D2-D1|就获得单调关系，方法是独立地激励E1、E2，但调节激励的延迟。换能器E1与E2之间的延迟或相位差为3λ/4时能优化接收信号波谱范数随触敏板24温度的单调变化，其中λ是换能器工作频率的相应波长。当温度下降时，两个换能器E1、E2之间的传输时间差减少，于是相位差趋向λ/2。结果就是信号减弱，而当温度上升时，相位差趋向λ，信号增强。另外的事实是，对于0℃至70℃的温度范围，速度变化能达到20％，因此发射器之间的传输时间差能变化25％。换句话说，对于0.8V与V之间变化的速度，传输时间在(D1-D2)/V与(D1-D2)/(0.8V)之间变化。为了确保任何工作频率下传输时间总是小于四分之一周期，可以规定E1、E2与接收器R之间的行程差总是小于最小波长的四分之一。这一约束是硬性的，因为接收信号的波谱范数变化信赖于所有生成的波长，无论长短。根据所采用的材料，就存在一个E1、E2之间最大行程差的下限值，对于塑料是1mm，对于玻璃是5mm。E1、E2之间最大行程差的上限值例如针对10％的速度变化和70kHz相应的中值波长来估计。这样就得到了上限值，对于塑料是2至3mm，对于玻璃和金属是12至13mm。

图4是触敏板24的侧视图。触敏板与中央控制电子单元40相连，中央控制电子单元40包括：

体声波发射/接收微控制器42，更准确地说与压电换能器E1、E2、R电气连接；

处理模块44，被编程用来对发射/接收微控制器42提供的接收信号进行数字化处理，以便检测并定位触敏板24上的单一或多个接触。

发射/接收微处理器42带有一个算术逻辑单元，在设备10的情况下由微型计算机12操作。发射/接收微处理器42带有一个输出与数/模转换器相连，数/模转换器的输出连接(必要时通过放大器)到发射换能器E1、E2。此外，接收换能器R连接到模/数转换器，模/数转换器连接到或部分集成于发射/接收微控制器42。该模/数转换器和发射/接收微控制器42能对捕获到的信号进行采样，以至少8位、最好10位、甚至12位或更多，采样频率至少192kHz。

根据一种实施方式变型，更具体地说在试验的情况下，模/数转换器和数/模转换器可以由采集卡和随机函数发生器代替。

与换能器E1、E2、R的电气连接可以由音频类型的同轴电缆或任何其它屏蔽连接构成。这一要求对接收换能器R(关注其微小的扰动)比对两个发射换能器E1、E2更加严格。

在图4所示的实例中，还应该指出，接收换能器R实际上是由分别安装在触敏板24相对两面的两个换能器R+和R-构成的。这种接收方面的安装方式并非必需但具有优点，可以选择性地接收触敏板24中传播并干涉后的体声波。尤其是，这种安装方式旨在提取只依赖于Lamb波的反对称基本传播模式A0的接收信号R(t)。一般而言，所采用的发射频率不超过100kHz，体声波在薄板中以如下三种模式的lamb波传播：对称模式(S)、反对称模式(A)、水平横波模式(TH)，每种模式包含一个基本分量和一些谐波。而在每种模式中，波以不同的速度传播，速度随材料和温度发生不同变化。因此，任何温度变化，除了引起波谱范数变化和频移以外，如果接收信号包含多种传播模式则还会引起接收信号的波谱畸变。现在已经知道，主要是反对称基本模式A0对触敏板24上的单一或多个接触发生反应，因此最好过滤掉(即抛弃或分离)其它模式以便消除畸变)。

利用相对安装的两个换能器R+和R-来选择性地接收Lamb波的反对称基本传播模式A0，可以通过如下具体方式实现：

两个换能器R+和R-的布置方式相对于触敏板24的中面具有反对称取向的极化，相互进行电气并联；

两个换能器R+和R-的布置方式相对于触敏板24的中面具有对称取向的极化，相互进行电气反并联；

两个换能器R+和R-的布置方式相对于触敏板24的中面具有对称取向的极化，相互进行电气串联(图4所示的安装方式，与前两种方式比较，当压电换能器PZT可以通过其黄铜片连接时只需要更少的连接电缆，实施也简单。)

这三种安装类型只有当触敏板厚度均匀且具各向同性时才有效。

作为对利用两个相对安装的换能器R+和R-选择性地接收Lamb波的反对称基本传播模式A0的变型或补充，还可以考虑利用相对安装的成对发射换能器(E1+和E1-、E2+和E2-)选择性地发射该反对称基本模式。但在实践中这一变形或补充不太附有优点，因为会大幅增加发射换能器的静态电容，从而增加电流消耗。

由发射/接收微控制器42数字化的接收信号R(t)可以在传送到处理模块44前进行FFT变换(英文“Fast Fourier Transform”，即“快速傅立叶变换”)。因此模块44接收并处理的就是接收信号R(t)的波谱，记作FFT(R(t))。

作为可选的方案，处理模块44可以包括一个温度测量模块46，用于根据空载接收信号波谱FFT(R(t))的欧几里得范数的变化测量触敏板24的温度。空载接收信号的意思是当没检测到任何单一或多个接触时由发射/接收微控制器传送的接收信号。通过上文所提到的预先学习，可以在触敏板24的各不同温度值与空载接收信号FFT(R(t))的欧几里得范数各不同值之间建立一一对应的关系。该关系保存在测量模块46可以读取的存储区48中。

测量模块46包括：

计算器50，用于计算预定频带中及预定时间窗口中接收信号波谱的范数(例如欧几里得范数)的平均值。

比较器52，将计算得的范数(记作||FFT(R(t))||)与存储器48中的一组参照范数比较，该组参照范数分别与一组温度相关联。

温度选择器54，根据比较器52提供的结果选择温度。

作为变型，根据温度变化与波谱变化的一一对应的同一原则，测量模块46可以利用温度变化对空载接收信号的频移的影响。因此，根据第一变型，测量模块46采用的方法是计算预定频带中空载波谱FFT(R(t))的频率重心，根据与前文所述相似的学习过程，该重心的波谱位置与一个温度一一对应。根据另一变型，测量模块46可以计算空载波谱FFT(R(t))的局部极值的位置，该极值与构成触敏板24的传播介质的一个特定谐振频率相对应。在这种情况下，甚至可以在该谐振频率附近(例如，如果该频率为40kHz，则在39kHz与41kHz之间)进行特定的频率扫描。通过该特定频率范围内的高分辨率FFT计算，就可以精确地检测局部极值的位置，必要时在极值附近进行FFT二次插值。正如频率重心和欧几里得范数那样，局部极值的频移表明温度的变化。此外，局部极值的频移可以不经过FFT计算，而只要简单地测量接收信号R(t)在极值附近十来个预定频率中的峰幅值、然后进行二次插值就可以观察到。该计算比FFT计算更简单、更快。它还可以用于只计算十来个预定频率的频率重心。

作为变型，可以不用测量模块46，而用一个与触敏板24接触的、能向处理模块44提供测量值的温度传感器代替，例如用热敏电阻。

处理模块44包括调整模块56，用于根据测量得的温度移动接收信号的分量从而调整接收信号的波谱FFT(R(t))。它提供接收信号的校正后的波谱FFT'(R(t))。如前文所述，通过预先的学习可以(例如对模块46可测量的每个温度值)在空载波谱FFT(R(t))的连续频率与为了在参照温度上重新定位需要采用的频移值之间建立对应关系。更通常采用的方式是，对一组预定的温度，可以在多个连续频率或频带与多个分别与之相关联的频移值之间建立对应关系。这一预先建立的对应关系保存在调整模块46可以读取的存储区58中。该对应关系是在针对空载接收信号学习到的，因为已经观察到：随温度发生的频移很少依赖于是否检测到单一或多个接触。

最后，处理模块44包括一个定位模块60，用于确定触敏板24上的至少一个接触的位置L，方法是将接收信号在预定频带上的某些波谱(此处是经过校正的波谱FFT'(R(t)))特征与保存在定位模块60可读取的存储区60中的一组参照波谱特征相比较。这些参照波谱特征是关于预先在前述参照温度下学习到的单一或多个接触的各个不同位置的。作为变型，可以在与接收信号的波谱特征比较之前校正参照波谱特征，但显然在实践中校正接收信号的波谱特征更简单。

现在参照图5详细描述上述由系统10或30实现的、对单一或多个接触进行检测并定位的方法。

测量步骤100周期性重复，与该方法的其它步骤并行。在测量步骤100中，触敏板24的温度T由检测及定位系统10或30的测量模块46测得。

在步骤102，发射换能器E1、E2在发射/接收微控制器42的控制下将体声波发射到触敏板24中。

在步骤104，发射出的声波在触敏板24中传播并相互干涉后被接收换能器R接收。发射/接收微控制器42处理由换能器R发回的模拟信号，以便提供数字化的、经过FFT变换的接收信号。生成的波谱FFT(R(t))被传送到处理模块44。

步骤102和104循环重复。

步骤106在重复步骤104中的一个之后执行。在步骤106检测到单一或多个接触。检测可以基于接收信号或其波谱的某些特征的突变(减弱、相对于空载波谱的波谱畸变，……)。

在调整步骤108，根据测得的温度T和存储区58中保存的频移参数，波谱FFT(R(t))被模块56调整，以便重新调整为在参照温度下本来应该具有的形状。在本步骤末尾，经过校正的波谱FFT'(R(t))被传送到定位模块60。

最后，在定位步骤110，模块60将校正后的波谱FFT'(R(t))与参照波谱相比较，该参照波谱是预先针对参照温度下大量单一或多个接触学习得到的。根据前述文档FR 2916545和FR 2948471中已知的方法推断出检测到的接触的位置L。

现在参照附图6详述学习阶段。通过该学习阶段，可以将要对每个测得的温度应用的频移参数存入存储区58。

根据该学习阶段的第一步骤200，得到各不同温度(尽量满足期望和必要，以便在整个学习温度范围内保证检测和定位系统的良好温度稳定性)的空载波谱，并与参照温度下得到的空载波谱(称作参照波谱)相比较。为了进行比较，标识了波谱的一些关注点。例如每个空载波谱的易识别的峰和谷。

在步骤202，对于该学习阶段涉及的每个温度，相应的空载波谱关注点分别与参照波谱的相同关注点配对。于是就推算出为了将相关温度下相应的每个空载波谱关注点移动到参照波谱的对应点所需要进行的频移。

然后，在步骤204，通过在每个关注点之间进行线性插值，就为关注频带的每个频率推算出频移参数值。

最后，在步骤206，必要时将频移反向，将得到的频移参数保存在存储区58中。然后就可以用这些参数来校正温度T下得到的任何波谱FFT(R(t))，以使其符合参照温度下的本来面貌，参照温度也就是在步骤110由定位模块60进行单一或多个接触学习时的温度。

根据测得的温度调整波谱FFT(R(t))，可以大大改善检测和定位系统的温度稳定性。实验显示，仅仅基于在一个参照温度下学习得到的一组参照波谱特征，就可以得到大于20℃的温度稳定性。因此，对于在20℃下进行的学习，在10℃与30℃之间的温度稳定性就会令人满意。

此外，为了加强系统的性能改善，可以采用其它的改进措施。

因此，为使波谱FFT(R(t))调整可行，电子测量部件的波谱分辨率(一般为100Hz)相对于使用的触敏板的波谱波动要足够高。换句话说，触敏板不能有强烈的混响，以便避免出现过于选择性的谐振峰。在实践中，声波在塑料板或外壳中足够有效地衰减，而在玻璃或金属板中则远远不够衰减，尤其是当带触敏表面的物体高度对称，例如附图1至4所示时。在这些情况下，最好在触敏板的表面加一点减振泡沫(例如聚氨酯泡沫塑料，用高强度、中等密度PVC做成蜂窝状)。还可以用硅胶覆盖或浸泡触敏板的表面，以便形成厚度达0.5mm至2mm的硅胶层。该减振层可以只用在触敏板或外壳的周边。

另外，关于所观察到的随触敏板24温度变化的频移，为了使调整获得的扰动修正效果良好，最好使发射换能器E1、E2的激励波谱在关注谱带中尽可能的平坦。因此将方波列发射到频带中，其上下限排除三次谐波。所以选择下限大于上限的三分之一。还可以看到：波谱越高或触敏板越薄，所提方法的分辨率越好。因此对于给定的板厚度，可以定义一个阈值，超过阈值的频率不再在接触检测及定位计算中考虑，因为空间分辨率过高。

对于低频，限值取决于听觉阈值。如果换能器E1、E2的激励幅度大大降低而且R(t)经过更强的放大，那么低频可能穿透音频场。因此前文提到的频率[35kHz，96kHz]对于许多厚度1mm至6mm的材料都是有效的。此外，为了限制波谱的波动，选择生成频率的最优数量，以便形成尽可能平坦的轮廓。在频带[35kHz，96kHz]的实例中，最优数量大约为发射60个频率。“发射频率”具体指的是发射基本的正弦类型的脉冲，中心位于相应的频率。

此外，为了最大限度地使发射波谱平坦，可以利用一种新颖的激励技术，通过频率扫描来进一步去除波谱中包含的噪音。该技术的目的是用时间上周期变化的频率来激励触敏板24，并对所得结果取平均值。因此，对于发射N个介于Fmin(例如35kHz)与Fmax(例如96kHz)之间的频率的波列所生成的波谱，波谱的两个频率即两个连续段之间的差值大约是Δf＝(Fmax–Fmin)/N，生成P次相同波列但每次错开该差值的一部分Δf/P，然后除以P，于是等效得到不分瓣的激励。要付出的代价就是需要连续发射P个波列以便最后恢复为一个单一的波谱。因此需要在波谱的必要精度与计算时间之间进行折衷。例如可以只发射P＝2个波列，以便使波谱平坦同时保证可接受的计算时间。

最后，对于经典方法认可的换能器E1、E2、R传递函数，也可以考虑，以便在发射波列及接收信号的过程中补偿。为此，可以处理发送的信号的幅值或每个频率的发送时长。

显然，上文所述的单一或多个接触检测和定位系统可以确保良好的温度稳定性，尽管接触定位的学习过程是在唯一一个参照温度下进行的。

此外还可以注意到，本发明不局限于上文所述的实施方式。

具体而言，附图1、2所示的两个实例中的触敏板24可以替换成任何形状的触敏外壳，包括三维的。

业内人士可以根据刚才所作的讲解对上文所述的实施方式作修改。在后面的权利要求书中，所采用的术语不应该被理解为将权利要求限制在本说明书所描述的实施方式中，而应该理解为包括权利要求根据其表达所要包含的一切同类。业内人士可以将其一般知识应用于实施刚才所作的讲解。

Claims (10)

1.一种对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，包括：

至少两个不同的、在触敏表面中发射体声波的发射源(E1、E2)，被布置使得所发射的声波之间产生声学干涉；

至少一个接收器(R；R+、R-)，接收在触敏表面中传播并干涉后的体声波，以便利用接收到的声波提供接收信号；

定位装置(60)，通过将接收信号(FFT(R(t)))的某些波谱特征与一组参照波谱特征(62)相比较来对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行定位，

其特征在于还包括：

测量触敏表面(24)温度的装置(46)；以及

通过根据测得的温度(T)对波谱特征的至少一部分进行频移，调整接收信号(FFT(R(t)))的波谱特征或参照波谱特征(62)的装置(56)。

2.根据权利要求1的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中调整装置(56)被配置为用于基于保存在存储器(58)中的、针对一组预定温度预先建立的、多个连续频率或频带和多个分别与这些连续频率或频带相关联的频移值之间的对应关系，根据测得的温度(T)来移动接收信号(FFT(R(t)))的每个波谱特征。

3.根据权利要求1或2的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中温度(T)测量装置(46)包括：

计算器(50)，用于计算预定频带中接收信号(FFT(R(t)))波谱的范数；

比较器(52)，将计算得的范数与一组参照范数(48)比较，该组参照范数分别与一组温度相关联；

温度(T)选择器(54)，根据比较器(52)提供的结果选择温度。

4.根据权利要求3的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中发射源(E1、E2)和接收器(R；R+、R-)在触敏表面(24)的边缘非对称布置，发射源的激励被建立以使得参照范数集合与温度集合的关系为单调递增或递减。

5.根据权利要求1或2的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中温度测量装置包括与触敏表面(24)接触的温度传感器，尤其是热敏电阻。

6.根据权利要求1至5之一的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中体声波在触敏表面以Lamb波形式传播，两个接收器(R+、R-)贴触敏表面(24)面对面布置，这两个接收器被极化并且相互连接以使得只基本上接收Lamb波的反对称基本传播模式，抛弃对称波和水平横波。

7.根据权利要求6的对至少一个接触进行检测和定位的系统(10、30)，其中的两个接收器(R+、R-)被布置以使得相对于触敏表面(24)的中面具有对称取向的极化，并且相互之间进行电气串联。

8.一种对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行检测和定位的方法，包括：

由至少两个不同的源(E1、E2)在触敏表面(24)中发射(102)相互干涉的体声波；

由至少一个接收器(R；R+、R-)接收(104)在触敏表面(24)中传播并相互干涉后的体声波，并基于接收到的声波提供接收信号；

通过将接收信号(FFT(R(t)))的一些波谱特征与保存在存储器中的一组参照波谱特征(62)相比较，对物体的触敏表面(24)上的至少一个接触进行定位(110)，

其特征在于还包括：

测量(100)触敏表面(24)的温度；

根据测量到的温度(T)对波谱特征的至少一部分进行频移，从而调整(108)接收信号(FFT(R(t)))的波谱特征或参照波谱特征(62)。

9.根据权利要求8的对至少一个接触进行检测和定位的方法，其中：

基于对一组预定的温度预先建立在多个连续频率或频带和多个分别与这些连续频率或频带相关联的频移值之间的对应关系(58)，根据测量到的温度(T)来移动接收信号(FFT(R(t)))的每个波谱特征；

这些频移值是在一个预先的学习阶段(200、202、204、206)通过不同温度下提取的空载波谱特征和在学习温度下从参照波谱特征提取的空载波谱特征的配对(202)而学习到的。

10.根据权利要求8或9的对至少一个接触进行检测和定位的方法，其中体声波发射(102)的形式为连续发射不同频率的脉冲波列，波列频率介于波列的共同的最小频率与最大频率之间，并且其中：

最小频率大于最大频率的三分之一；

从第二个波列开始，每个波列的脉冲波与前一个错开一个频移，频移量为脉冲波平均频率间隔的一个分数。