Сейчас сенсорные устройства активно применяют в промышленности, медицине, оборонной отрасли и бытовой электронике. Это функциональный и удобный способ ввода информации. Однако при эксплуатации сенсорных экранов в агрессивных условиях, например, на машиностроительном производстве, в сельскохозяйственной или железнодорожной технике, на них воздействуют высокие температуры, влажность, пыль и механические нагрузки, из-за чего они работают некорректно. Поэтому в современных реалиях, помимо новых конструкций сенсорных устройств, необходимы инновационные подходы к проектированию «мозгов» прибора – их вычислительных систем. Ученые Пермского Политеха разработали эффективный метод создания вычислительной системы сенсорного устройства, который использует звуковую волну для определения места касания. Реализация подхода повысит надежность, скорость реакции и точность прибора даже в сложных условиях эксплуатации.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления», № 4, 2024.

Основной процесс сенсорных устройств заключается в определении точки касания экрана, так, например, работают наши смартфоны. Но если использовать аналогичные технологии в тяжелых промышленных условиях – на производствах, в химических лабораториях, в сельском хозяйстве, в управление различной техникой, то на них воздействуют различные погодные условия, химикаты, температура, влажность и пыль. Эти факторы приводят к сбоям сенсорного оборудования и его некорректной работе.

Поэтому для их эксплуатации в подобных средах требуется создание инновационных алгоритмов и моделей идентификации точки касания экрана, которые обеспечили бы заданную точность локализации и высокое быстродействие приборов.

Ученые Пермского Политеха работают над созданием такого устройства, которое для определения места касания фиксирует звуковые волны, распространяющиеся по поверхности сенсорного экрана. Вычислительная система – это одна из важнейших частей его качественного функционирования. Политехники предлагают эффективный метод ее разработки, который позволит всему прибору надежно работать в различных агрессивных средах.

Подобные акустические устройства, которые работают на фиксации звука от касания, не обеспечивают нужную точность в определении точки нажатия. Ее либо недостаточно, либо система слишком чувствительна, что приводит к ложным срабатываниям и ошибкам в идентификации координат точки касания.

– Этапы создания нашей вычислительной системы включают в себя анализ условий, в которых будет эксплуатироваться сенсорный экран (помещение, открытый воздух, море, пустыня), а также допустимый размер устройства, необходимую точность и скорость работы. Уже на основе этой информации подбираются подходящие материалы, не поглощающие звуковые волны, и рассчитывается скорость звука в них, – поделился Алексей Козин, аспирант, ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, основной разработчик сенсорного устройства и его вычислительной системы.

При моделировании экрана политехники выявили наилучшее расположение устройств, регистрирующих звук. Если поместить их в неактивной части сенсора (по краям), точность локализации места касания достигает 100%.

Метод, предлагаемый учеными, при разработке вычислительной системы позволяет учитывать все необходимые параметры – габариты, материал экрана, точность локализации касания, скорость отклика и чувствительность.

– Мы используем комплексный подход, который включает разработку математической модели функционирования сенсорного устройства, создание способа локализации места касания, компьютерное моделирование, программную реализацию для управляющего микроконтроллера и проведение экспериментов на опытном образце, – рассказывает Владимир Фрейман, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, доктор технических наук, научный руководитель проекта.

Разработанный учеными ПНИПУ метод может быть эффективно применен для создания вычислительных систем акустических сенсорных устройств широкого спектра назначения. Его реализация позволяет повысить надежность, быстродействие и точность локализации сенсора в сложных условиях эксплуатации. Разработка может быть востребована на промышленных предприятиях, в частности, в ее апробации заинтересовано ПАО «ПНППК».

Тон Шепарда, названный так по фамилии его создателя Роджера Шепарда, — это звук, образуемый наложением синусоидальных волн, частоты которых кратны друг другу (звуки расположены по октавам). Повышающийся или понижающийся тон Шепарда называется звукорядом Шепарда. Такой звукоряд создает иллюзию бесконечно повышающегося или понижающегося тона, в то время как на самом деле его высота в целом не меняется.

ТГ «Познавательное рядом»

Обычно используются волны на ультразвуковых частотах, что не создает звука, слышимого человеком. Это в первую очередь связано с высокой интенсивностью звука, необходимой для противодействия гравитации. Однако были случаи использования слышимых частот.
Существуют различные методы генерации звука, но наиболее распространенным является использование пьезоэлектрических преобразователей, которые могут эффективно генерировать сигналы высокой амплитуды на желаемых частотах.

ТГ "Познавательное рядом"

reddit

Есть ощущение, что это уже было, но баянометр ничего не нашел