[發明專利]一種阻性傳感器陣列的數據讀出方法、裝置

有效

• 申請號: 201610005383.0
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105675024B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 吳劍鋒;王愚;何賞賞;李建清;樂英高;楊堅;姜曉彤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14
• 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，尤其涉及一種阻性傳感器陣列的數據讀出方法、裝置。

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陣列的所有的傳感器的進行逐個訪問，而每個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進行測量，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，但是其必然增加了電路的復雜度，因此如何減少掃描次數，減小電路復雜度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，該電路為了保證檢測精度，屏蔽陣列內非待測電阻的干擾，在陣列的每一列都引入了運算放大電路，其電路復雜度大大增加，且其內阻的干擾也不能有效避免，檢測效率、電路復雜度以及避免電子器件內部等效內阻的干擾成為最大的技術瓶頸。

有相關文獻提出了一種通過對傳感器陣列建立、并求解電阻矩陣方程的方法來讀出陣列中的電阻阻值。其將阻性陣列的第一行設置為標準電阻，相應列方向上采用ADC采集列電壓數據，在行方向上使第一行至最后一行依次接地，其余行輸入高電平，每次過程中通過ADC采出對應行接地時對應列的電壓，列出矩陣方程，分別求出每列中的電阻與標準電阻的關系并求解。該方法雖然在很大程度上避免串擾電流，同時減少了電路復雜度，檢測速度也較高，但沒有考慮到通過單片機輸出高低電平時其等效內阻的存在，同時陣列中電阻阻值范圍局限于某一區間內，對于大范圍電阻阻值的測量問題還是沒有解決，所以還需要尋求一種能夠有效避免電壓輸出口等效內阻的干擾的方法，同時在電阻阻值范圍上也需要進一步的擴大。

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，提供一種阻性傳感器陣列的數據讀出方法、裝置，可以實現對阻性傳感器陣列中某一列、多列以及所有物理量敏感電阻的快速檢測，提高測量精度和量程。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種阻性傳感器陣列的數據讀出方法，所述阻性傳感器陣列為共用行線和列線的M×N阻性傳感器陣列；所述數據讀出方法具體如下：

步驟1、預先在所述阻性傳感器陣列中增設一行N個電阻值已知的標準電阻，從而得到一個新的共用行線和列線的(M+1)×N電阻陣列；

步驟2、通過多路選擇器，依次將M×N阻性傳感器陣列中的第k行接地，k＝1,2,…,M，將M×N阻性傳感器陣列的其他行和標準電阻行接激勵電壓V_I，測量此時標準電阻行的行電壓V_rsk，M×N阻性傳感器陣列的第i行的行電壓V_rik，第j列的列電壓V_cjk；其中，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,N；

步驟3、依次對所述阻性傳感器陣列的第j列，j＝1,2,…,N，利用下式得到該列中M個阻性傳感器各自的電阻值：

式中，R_ij表示所述阻性傳感器陣列中位于第i行、第j列的阻性傳感器的電阻值，i＝1,2,…,M；R_j表示電阻陣列的第j列中的標準電阻的阻值。