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摘要：研究了艦載顯示器紅外觸控模塊在隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程中跳點(diǎn)的現(xiàn)象，并提出相應(yīng)的加固方式和設(shè)計(jì)方式。首先，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比總結(jié)得出將紅外電路板、濾光條、光學(xué)組件三者加固在同一結(jié)構(gòu)件上形成一個(gè)整體，并用泡棉加固膠等填充三者間的間隙，以減少在振動(dòng)環(huán)境下的三者相對(duì)位移，進(jìn)而有效避免艦載顯示器紅外觸控模塊的振動(dòng)跳點(diǎn)。然后借助分析軟件計(jì)算出隨機(jī)振動(dòng)條件下紅外電路板的扭曲位移，據(jù)此提出一種紅外濾光開(kāi)口的設(shè)計(jì)方式，以滿足艦載環(huán)境下艦載顯示器紅外觸控模塊的應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞:紅外觸控模塊；隨機(jī)振動(dòng)；跳點(diǎn)；加固技術(shù)

引言

艦載顯示器紅外觸控模塊需要在強(qiáng)振動(dòng)、沖擊環(huán)境下工作，艦載設(shè)備的工作環(huán)境比較嚴(yán)酷，振動(dòng)量級(jí)較大，強(qiáng)烈的振動(dòng)環(huán)境會(huì)使紅外觸控模塊出現(xiàn)跳點(diǎn)無(wú)法正常使用觸摸功能[1-4]。因此需要對(duì)艦載顯示器紅外觸控模塊進(jìn)行加固，提高艦載顯示器紅外觸控模塊的環(huán)境適應(yīng)性。針對(duì)艦載顯示器紅外觸控模塊的加固方式，基本可分為兩種：將紅外觸控模塊加固于顯示器已有的結(jié)構(gòu)件上；單獨(dú)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件固定紅外觸控模塊并將此結(jié)構(gòu)件固定于顯示器結(jié)構(gòu)中[5-6]。相較于單獨(dú)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件固定，將紅外觸控模塊加固于顯示器已有的結(jié)構(gòu)件上可提高觸摸效果，但同時(shí)也需考慮整體結(jié)構(gòu)的剛度及其振動(dòng)環(huán)境下的位移變形。本文根據(jù)艦載環(huán)境的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)得出一種艦載顯示器紅外觸控模塊的加固方式和設(shè)計(jì)方式。針對(duì)紅外觸控模塊的振動(dòng)跳點(diǎn)，通過(guò)理論計(jì)算，提出一種紅外濾光開(kāi)口的設(shè)計(jì)方式。提高艦載顯示器紅外觸控模塊的使用可靠性。

1紅外觸控模塊的加固方式

紅外觸摸方式相對(duì)于電容觸摸和電阻觸摸，具有更好的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。不受電流、電壓和靜電的干擾，適應(yīng)惡劣環(huán)境條件，使用壽命長(zhǎng)，高度耐久，不怕刮傷，觸控壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在軍工領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用[7-9]。為提高其在振動(dòng)環(huán)境下的使用可靠性，需對(duì)紅外觸控模塊、光學(xué)組件、結(jié)構(gòu)件這三者加固方式著重考慮。

1.1光學(xué)組件的加固方式光學(xué)組件是紅外觸控顯示器的顯示單元。為減少紅外觸控模塊相對(duì)于光學(xué)組件的振動(dòng)位移，需先對(duì)光學(xué)組件進(jìn)行加固處理，加固方式如圖1所示。結(jié)構(gòu)件與光學(xué)組件的四周間隙可以滿足光學(xué)組件尺寸公差，保證裝配可行性。光學(xué)組件包裹于結(jié)構(gòu)件中，光學(xué)組件四周及底面位置的間隙貼覆緩沖泡棉及加固膠，光學(xué)組件的頂面貼覆一定厚度的硅膠墊片，限制垂直于顯示方向的位移。間隙采用有一定彈性的泡棉和硅膠墊片等輔助材料，可以緩解一定的沖擊力度，減少光學(xué)組件振動(dòng)位移的同時(shí)又可避免振動(dòng)時(shí)擠壓造成顯示白斑等現(xiàn)象。

1.2紅外電路板和濾光條的加固方式紅外觸控模塊包括紅外電路板和濾光條，紅外電路板可以加固于前端的面板結(jié)構(gòu)件，也可加固在固定光學(xué)組件的中框結(jié)構(gòu)件。為減少紅外觸控模塊相較于光學(xué)組件的振動(dòng)位移，選擇將其固定于加固光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)件，其加固方式如圖2所示。紅外電路板通過(guò)螺釘固定于與光學(xué)組件裝配的中框架結(jié)構(gòu)件上，電路板與結(jié)構(gòu)件的間隙貼覆緩沖泡棉，濾光條頂面與中框架用膠帶粘合。紅外電路板、濾光條、光學(xué)組件三者加固在同一結(jié)構(gòu)件上形成一個(gè)整體，可以減少其在振動(dòng)環(huán)境下的相對(duì)位移，進(jìn)而有效避免液晶顯示器紅外觸控模塊的振動(dòng)跳點(diǎn)。分別將紅外觸控模塊加固于中框架結(jié)構(gòu)件上和加固于面板結(jié)構(gòu)件上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。前者的振動(dòng)平均無(wú)故障時(shí)間為7min，后者的振動(dòng)平均無(wú)故障時(shí)間為4min。因此將紅外電路板、濾光條、光學(xué)組件三者加固在同一結(jié)構(gòu)件上的加固方式振動(dòng)效果更好。

2紅外觸控振動(dòng)跳點(diǎn)的分析與設(shè)計(jì)

2.1紅外觸控模塊跳點(diǎn)原因的分析紅外觸控的工作原理示意圖如圖3所示，發(fā)射端的燈發(fā)射信號(hào)透過(guò)濾光條到接收端，手指觸摸顯示屏阻斷信號(hào)的路徑即完成一次觸控指令。固定于結(jié)構(gòu)件上的紅外電路板透過(guò)濾光條向?qū)?cè)發(fā)出紅外信號(hào)。振動(dòng)過(guò)程中電路板相對(duì)結(jié)構(gòu)件發(fā)生形變，當(dāng)形變過(guò)大，紅外燈被濾光開(kāi)口遮擋，即會(huì)導(dǎo)致紅外燈的信號(hào)被結(jié)構(gòu)件反射而發(fā)出錯(cuò)誤的觸摸指令，造成振動(dòng)跳點(diǎn)，影響正常使用。2.2紅外觸控模塊的振動(dòng)形變及濾光開(kāi)口的設(shè)計(jì)根據(jù)艦載裝備相關(guān)實(shí)驗(yàn)要求，紅外觸控顯示器需滿足一定的隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)要求。關(guān)于結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)的求解方法有，在零初始條件下，對(duì)結(jié)構(gòu)二階振動(dòng)微分方程組兩邊進(jìn)行傅里葉變換得式中：H（w）=1/（[k]－[M]w2!"+[w][C]）為結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)；U（w）、F（w）分別是u（t）、f（t）的傅里葉變換。并且可以進(jìn)一步得：Su（w）=H*（w）H（w）Sf（w）=H（w）2Sf（w）。（2）式中：Su（w）是結(jié)構(gòu)響應(yīng)的自功率譜密度函數(shù)；Sf（w）是激振力的自功率譜密度函數(shù)。由式（2）可知，響應(yīng)的自功率譜密度函數(shù)等于激振力的自功率譜密度函數(shù)與結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)模的平方的乘積。利用分析軟件計(jì)算紅外觸控模塊在隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下相對(duì)結(jié)構(gòu)件濾光口的相對(duì)位移，在垂直于紅外電路印刷板的方向施加振動(dòng)激勵(lì)，隨機(jī)振動(dòng)譜如圖4所示。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由分析結(jié)果可知，紅外燈板相對(duì)濾光口的位移最大值約為0.6mm.此次分析所針對(duì)的紅外燈信號(hào)發(fā)射接收距離為423mm，對(duì)應(yīng)顯示屏的尺寸為20.1in。計(jì)算紅外燈的焊接高度、裝配誤差以及計(jì)算出的振動(dòng)過(guò)程中紅外燈板相對(duì)濾光開(kāi)口的位移，確定濾光開(kāi)口的尺寸為2.7mm。當(dāng)顯示屏尺寸較20.1in大時(shí)可適當(dāng)放大濾光開(kāi)口的尺寸；當(dāng)顯示屏尺寸較20.1in小時(shí)可適當(dāng)減少濾光開(kāi)口的尺寸。

3結(jié)論

本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比總結(jié)得出一種艦載顯示器紅外觸控模塊的加固方式，即將紅外電路板、濾光條、光學(xué)組件三者加固在同一結(jié)構(gòu)件上形成一個(gè)整體，并用泡棉硅膠墊片等軟介質(zhì)填充其中的間隙。可以減少其在振動(dòng)環(huán)境下的相對(duì)位移，進(jìn)而有效避免紅外觸控模塊的振動(dòng)跳點(diǎn)。根據(jù)紅外觸摸的工作原理，分析出濾光開(kāi)口的大小是造成振動(dòng)跳點(diǎn)的原因之一。借助分析軟件計(jì)算出隨機(jī)振動(dòng)條件下紅外電路板的扭曲位移，并據(jù)此提出一種紅外濾光開(kāi)口的設(shè)計(jì)方式，當(dāng)紅外燈信號(hào)發(fā)射接收距離為423mm（對(duì)應(yīng)顯示屏的尺寸為20.1in）時(shí)濾光開(kāi)口的尺寸不低于2.7mm。使艦載顯示器紅外觸控模塊滿足強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境下的使用要求。

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作者：徐鈞 王杰 孫振灝 黃震凌 單位：中航華東光電有限公司