[發明專利]一種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路

有效

• 申請號: 201610059209.4
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105606132B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 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: G01D5/16
• 分類號: 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，尤其涉及一種阻性傳感器陣列讀出電路。

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。

阻性傳感器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。

阻性傳感器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，有研究者提出了共用行線與列線的二維陣列結構。圖1顯示了共用行線和列線的二維阻性傳感器陣列的結構。如圖1所示，該傳感器陣列包括分別作為共用行線和共用列線的兩組正交線路及按照M×N的二維結構分布的物理量敏感電阻(即阻性傳感器)陣列，陣列中的各個物理量敏感電阻一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，陣列中的每個電阻都有唯一的行線與列線的組合，處于第i行第j列的電阻用R_ij表示，其中，M為行數，N為列數。采用該種結構可使得按照M×N的二維結構分布的陣列，只需要M+N根連線數目即可保證任何一個特定的電阻元件可以通過控制行線和列線的相應組合被訪問，因此所需連線數大幅減少。

共用行列線的阻性傳感器陣列通常需要通過較長線纜連接讀出電路，而較長連接線纜的多根引線上存在引線電阻，其阻值在多根等長等材質的引線間基本相同，且隨線纜長度增加而增大；同時連接線纜的插頭與插座間的觸點存在接觸電阻，對于每對觸點，其接觸電阻阻值隨其接觸狀態(觸點的接觸狀態隨時間、機械振動等都會發生變化)不同而在一定范圍內變化(約0～3Ω)。阻值基本相同的引線電阻和阻值不同的接觸電阻對阻性傳感器陣列的測試精度存在明顯影響。就基于等電勢法的共用行列線阻性傳感器陣列而言，引線電阻和接觸電阻導致了讀出電路驅動端與阻性傳感器陣列模塊驅動端之間的電勢差，同時也導致了讀出電路采樣端與阻性傳感器陣列模塊采樣端之間的電勢差，因而破壞了讀出電路的理想隔離反饋條件，使被測單元的阻值測量誤差變大。因此基本相同的引線電阻和不同的接頭觸點電阻對基于等電勢法的共用行列線阻性傳感器陣列測試結果的影響顯著，同時傳統方法還存在多路開關的通道導通電阻會影響待測單元的測量誤差，如何消除這些因素的影響是一個有待深入研究的問題。

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，提供一種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路，可有效消除測試線纜引線電阻、測試線纜接頭觸點電阻以及多路開關通道導通電阻所產生的測量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測量精度。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路，所述阻性傳感器陣列為共用行線和列線的M×N二維阻性傳感器陣列；所述讀出電路包括：一個等電流驅動運放、一個列線驅動運放、行多路選擇器、列多路選擇器、測試電流采樣電阻、基準電壓源，以及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設置的兩根連接線；等電流驅動運放的輸出端與測試電流采樣電阻的一端連接，等電流驅動運放的同相輸入端連接零電位，列線驅動運放的同相輸入端與基準電壓源連接；所述列多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一條列線通過其一根連接線與列線驅動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅動運放的反相輸入端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過其兩根連接線分別與零電位連接；所述行多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一條行線通過其一根連接線與等電流驅動運放的反相輸入端連接，并通過其另一根連接線與測試電流采樣電阻的另一端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過其兩根連接線分別與零電位連接。