[發明專利]阻性復合傳感器陣列的讀出電路及其讀出方法

有效

• 申請號: 201610003423.8
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105444817B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 吳劍鋒;何賞賞;李建清
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D5/16
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種阻性復合傳感器陣列的讀出電路及其讀出方法。

背景技術

陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個傳感元件，按照二維陣列的結構組合在一起，它可以通過檢測聚焦在陣列上的參數變化，改變或生成相應的形態與特征。這個特性被廣泛應用于生物傳感、溫度觸覺和基于紅外傳感器等的熱成像等方面。

阻性傳感陣列被廣泛應用于紅外成像仿真系統、力觸覺感知與溫度觸覺感知。以溫度觸覺為例，由于溫度覺感知裝置中涉及熱量的傳遞和溫度的感知，為得到物體的熱屬性，裝置對溫度測量精度和分辨率提出了較高的要求，而為了進一步得到物體不同位置材質所表現出的熱屬性，則對溫度覺感知裝置提出了較高的空間分辨能力要求。

阻性傳感陣列的質量或分辨率是需要通過增加陣列中的傳感器的數量來增加的。然而，當傳感器陣列的規模加大，對所有元器件的信息采集和信號處理就變得困難。一般情況下，要對一個M×N陣列的所有的阻性傳感器的進行逐個訪問，而每個阻性傳感器具有兩個端口，共需要2×M×N根連接線。這種連接方式不僅連線復雜，而且每次只能選定單個待測電阻，掃描速度慢，周期長，效率低。為降低器件互連的復雜性，可以引入共用行線與列線的二維陣列，將掃描控制器與單個運算放大電路和多路選擇器結合，盡管如此，還是只能實現單個待測電阻的測量，因此如何在每次掃描中同時選取多個待測電阻就成了一道需要攻克的難題。

關于電阻式傳感陣列的檢測研究，2006年R.S.Saxena等人提出了基于紅外熱成像的陣列檢測技術，測試結構是基于電阻傳感網絡配置，基于電阻的線性與齊次性使用補償網絡定理和疊加網絡定理開發了該電阻網絡的理論模型。使用16×16陣列網絡熱輻射計陣列驗證，僅使用32個引腳，已經證實，該模型針對器件損壞或器件值的微小變化都可以有效分辨，它具有一定精度，但是在檢測速度上依然存在技術缺陷。2009年Y.J.Yang等人提出了一個32×32陣列的溫度和觸覺傳感陣列，用于機械手臂的人造皮膚，在陣列網絡中加入多路選擇器，行選擇與列選擇速度大大加快，最大檢測速率能夠達到每秒3000個傳感單元，但該陣列的檢測每次也只能檢測單個待測單元，檢測效率成為最大的技術瓶頸。

一篇中國發明專利(CN201110148963.2)公開了一種陣列式溫度觸覺傳感裝置，采用電阻傳感陣列實現溫度觸覺的傳感，其反饋驅動隔離電路將待測電阻所在行的電壓經行選擇器后的端電壓VSG反饋回非選定行線與列線，雖然對精度有一定程度改善，但并未在檢測速度上有所突破。另有中國發明專利CN201410183065《一種增強電壓反饋的阻性傳感陣列的檢測電路》，它在專利CN201110148963.2的基礎上將掃描控制器、反饋電路、行多路選擇器及列多路選擇器結合，其中反饋電路由單個運算放大器及分壓電路組成，分壓電路中電阻R1與電阻R2選用特定阻值的電阻，將電阻R1與電阻R2的比值限定為R1∶R2＝Rr∶Rs，其中，Rr表示行多路選擇器的通道內阻，Rs表示采樣電阻。該方法雖然可以有效減小待測電阻的相鄰列電阻和列多路選擇器的內阻對被測電阻測量的干擾，顯著提高其測量精度，但依然每次只能選定單個待測電阻，所以在檢測速度上，還需要更進一步的改進提高。

隨著傳感器技術的發展，目前出現了一類阻性復合傳感器，每一個傳感器由多個二端阻性敏感單元構成，可同時對多個相同或不同的物理量進行檢測。對于由此類阻性復合傳感器所組成的傳感器陣列，如采用傳統的電壓反饋法進行掃描測量，同樣單次測量只能獲得單個阻性敏感單元的電阻，檢測速度較低。此外，由于傳感器陣列中的阻性敏感單元數量更大，由此也帶來了組陣所需的連線數量過多，復雜度過高的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種阻性復合傳感器陣列的讀出電路及其讀出方法，針對由阻性復合傳感器所構成的二維陣列，基于雙電壓反饋法，提高單次檢測所能讀取的阻性敏感單元的數量，從而提高檢測速度，同時有效降低傳感系統的復雜度。