Implementation and Evaluation of a Dispersion Compensation Algorithm for Acoustic Touch Localization

Abstract

Denne avhandlingen undersøker og implementerer en dispersjons kompensasjons algoritme for akustisk berøringslokalisering på isotrope plater. Studien bygger på en tidligere prosjektoppgave som utforsket berøringslokaliseringsteknikker, med et fokus på separasjon av direkte bølger og refleksjoner. Disse bølgene er dispersive som kompliserer signalet. Den sentrale utfordringen adressert i denne avhandlingen er dispersjon av akustiske bølger, noe som hindrer effektiv berøringslokalisering.

Avhandlingen anvender Paul Wilcoxs dispersjons kompensasjons algoritme på fingertrykk data fra akselerometer plasser på en Polyetylenplate. Det er også brukt COMSOL-programvaresimuleringer, samt virkelige berøringsdataeksperimenter, for å bekrefte algoritmens potensiale i et lavere frekvensområde under 40 kHz.

Resultatene indikerer at mens Wilcox dispersjons kompensasjons algoritme kan redusere signaldispersjon, separerer den ikke fullstendig direkte bølger og refleksjoner, noe som tyder på behovet for ytterligere signalbehandling. Videre bekrefter eksperimenter at en fingertrykk primært generer A0-modus i en 20 mm Polyetylenplate.

I konklusjon fremhever funnene at selv om Wilcox-algoritmen forbedrer signaldispersjon, kreves det ytterligere forskning og signalbehandling for mer effektiv bølgeseparasjon. Disse konklusjonene er fundamentale for å gå videre mot det endelige målet om å utvikle et system som gjør isotrope plater berøringsfølsomme ved bruk av akselerometer.

This thesis examines the deployment and assessment of a dispersion compensation algorithm for acoustic touch localization on isotropic plates. The study builds on a previous project thesis that explored touch localization techniques, with a specific focus on the separation of direct wave and reflections complicated by the dispersive nature of sound waves in the plate. The central challenge addressed in this thesis is the dispersion of acoustic waves, which impedes effective touch localization.

The research applies Paul Wilcox's dispersion compensation algorithm to a Polyethylene plate excited by a finger touch to mitigate signal dispersion. Extensive use of COMSOL software simulations, as well as real touch data experiments, substantiates the algorithm's potential at a lower frequency range below 40 kHz.

The results indicate that while the Wilcox dispersion compensation algorithm can mitigate signal dispersion, it does not fully separate direct waves and reflections, suggesting the need for additional signal processing. Moreover, experiments confirm that a finger touch primarily excites the A0 mode in a 20 mm Polyethylene plate, aligning with the assumptions from the project thesis.

In conclusion, the findings highlight that while the Wilcox algorithm improves signal dispersion, additional research and signal processing are required for more effective wave separation. These conclusions are fundamental to advancing toward the ultimate goal of developing a system that touch-enables isotropic plates using accelerometers. This research hence serves as a critical step in refining the dispersion compensation algorithm and exploring complementary signal processing techniques.