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舰载显示器红外触控模块加固研究

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摘要:研究了舰载显示器红外触控模块在随机振动过程中跳点的现象,并提出相应的加固方式和设计方式。首先,通过试验对比总结得出将红外电路板、滤光条、光学组件三者加固在同一结构件上形成一个整体,并用泡棉加固胶等填充三者间的间隙,以减少在振动环境下的三者相对位移,进而有效避免舰载显示器红外触控模块的振动跳点。然后借助分析软件计算出随机振动条件下红外电路板的扭曲位移,据此提出一种红外滤光开口的设计方式,以满足舰载环境下舰载显示器红外触控模块的应用要求。

关键词:红外触控模块;随机振动;跳点;加固技术

引言

舰载显示器红外触控模块需要在强振动、冲击环境下工作,舰载设备的工作环境比较严酷,振动量级较大,强烈的振动环境会使红外触控模块出现跳点无法正常使用触摸功能[1-4]。因此需要对舰载显示器红外触控模块进行加固,提高舰载显示器红外触控模块的环境适应性。针对舰载显示器红外触控模块的加固方式,基本可分为两种:将红外触控模块加固于显示器已有的结构件上;单独设计结构件固定红外触控模块并将此结构件固定于显示器结构中[5-6]。相较于单独设计结构件固定,将红外触控模块加固于显示器已有的结构件上可提高触摸效果,但同时也需考虑整体结构的刚度及其振动环境下的位移变形。本文根据舰载环境的振动实验,总结得出一种舰载显示器红外触控模块的加固方式和设计方式。针对红外触控模块的振动跳点,通过理论计算,提出一种红外滤光开口的设计方式。提高舰载显示器红外触控模块的使用可靠性。

1红外触控模块的加固方式

红外触摸方式相对于电容触摸和电阻触摸,具有更好的稳定性和环境适应性。不受电流、电压和静电的干扰,适应恶劣环境条件,使用寿命长,高度耐久,不怕刮伤,触控寿命长等特点,在军工领域具有较好的应用[7-9]。为提高其在振动环境下的使用可靠性,需对红外触控模块、光学组件、结构件这三者加固方式着重考虑。

1.1光学组件的加固方式光学组件是红外触控显示器的显示单元。为减少红外触控模块相对于光学组件的振动位移,需先对光学组件进行加固处理,加固方式如图1所示。结构件与光学组件的四周间隙可以满足光学组件尺寸公差,保证装配可行性。光学组件包裹于结构件中,光学组件四周及底面位置的间隙贴覆缓冲泡棉及加固胶,光学组件的顶面贴覆一定厚度的硅胶垫片,限制垂直于显示方向的位移。间隙采用有一定弹性的泡棉和硅胶垫片等辅助材料,可以缓解一定的冲击力度,减少光学组件振动位移的同时又可避免振动时挤压造成显示白斑等现象。

1.2红外电路板和滤光条的加固方式红外触控模块包括红外电路板和滤光条,红外电路板可以加固于前端的面板结构件,也可加固在固定光学组件的中框结构件。为减少红外触控模块相较于光学组件的振动位移,选择将其固定于加固光学组件的结构件,其加固方式如图2所示。红外电路板通过螺钉固定于与光学组件装配的中框架结构件上,电路板与结构件的间隙贴覆缓冲泡棉,滤光条顶面与中框架用胶带粘合。红外电路板、滤光条、光学组件三者加固在同一结构件上形成一个整体,可以减少其在振动环境下的相对位移,进而有效避免液晶显示器红外触控模块的振动跳点。分别将红外触控模块加固于中框架结构件上和加固于面板结构件上进行对比试验。前者的振动平均无故障时间为7min,后者的振动平均无故障时间为4min。因此将红外电路板、滤光条、光学组件三者加固在同一结构件上的加固方式振动效果更好。

2红外触控振动跳点的分析与设计

2.1红外触控模块跳点原因的分析红外触控的工作原理示意图如图3所示,发射端的灯发射信号透过滤光条到接收端,手指触摸显示屏阻断信号的路径即完成一次触控指令。固定于结构件上的红外电路板透过滤光条向对侧发出红外信号。振动过程中电路板相对结构件发生形变,当形变过大,红外灯被滤光开口遮挡,即会导致红外灯的信号被结构件反射而发出错误的触摸指令,造成振动跳点,影响正常使用。2.2红外触控模块的振动形变及滤光开口的设计根据舰载装备相关实验要求,红外触控显示器需满足一定的随机振动实验要求。关于结构的随机振动的求解方法有,在零初始条件下,对结构二阶振动微分方程组两边进行傅里叶变换得式中:H(w)=1/([k]-[M]w2!"+[w][C])为结构的频响函数;U(w)、F(w)分别是u(t)、f(t)的傅里叶变换。并且可以进一步得:Su(w)=H*(w)H(w)Sf(w)=H(w)2Sf(w)。(2)式中:Su(w)是结构响应的自功率谱密度函数;Sf(w)是激振力的自功率谱密度函数。由式(2)可知,响应的自功率谱密度函数等于激振力的自功率谱密度函数与结构频响函数模的平方的乘积。利用分析软件计算红外触控模块在随机振动环境下相对结构件滤光口的相对位移,在垂直于红外电路印刷板的方向施加振动激励,随机振动谱如图4所示。计算结果如图5所示。由分析结果可知,红外灯板相对滤光口的位移最大值约为0.6mm.此次分析所针对的红外灯信号发射接收距离为423mm,对应显示屏的尺寸为20.1in。计算红外灯的焊接高度、装配误差以及计算出的振动过程中红外灯板相对滤光开口的位移,确定滤光开口的尺寸为2.7mm。当显示屏尺寸较20.1in大时可适当放大滤光开口的尺寸;当显示屏尺寸较20.1in小时可适当减少滤光开口的尺寸。

3结论

本文通过试验对比总结得出一种舰载显示器红外触控模块的加固方式,即将红外电路板、滤光条、光学组件三者加固在同一结构件上形成一个整体,并用泡棉硅胶垫片等软介质填充其中的间隙。可以减少其在振动环境下的相对位移,进而有效避免红外触控模块的振动跳点。根据红外触摸的工作原理,分析出滤光开口的大小是造成振动跳点的原因之一。借助分析软件计算出随机振动条件下红外电路板的扭曲位移,并据此提出一种红外滤光开口的设计方式,当红外灯信号发射接收距离为423mm(对应显示屏的尺寸为20.1in)时滤光开口的尺寸不低于2.7mm。使舰载显示器红外触控模块满足强震动环境下的使用要求。

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[3]赵玉冬,赵小珍.机载TFT-LCD加热系统的设计与分析[J].电子机械工程,2016,32(4):35-38.

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作者:徐钧 王杰 孙振灏 黄震凌 单位:中航华东光电有限公司

激光与红外杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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