基于二線制等電勢(shì)法的阻性傳感器陣列測(cè)試電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種阻性傳感器陣列測(cè)試電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個(gè)傳感元件，按照二維陣列的結(jié)構(gòu)組合 在一起，它可W通過(guò)檢測(cè)聚焦在陣列上的參數(shù)變化，改變或生成相應(yīng)的形態(tài)與特征。運(yùn)個(gè)特 性被廣泛應(yīng)用于生物傳感、溫度觸覺(jué)和基于紅外傳感器等的熱成像等方面。
[0003] 阻性傳感器陣列被廣泛應(yīng)用于紅外成像仿真系統(tǒng)、力觸覺(jué)感知與溫度觸覺(jué)感知。 W溫度觸覺(jué)為例，由于溫度覺(jué)感知裝置中設(shè)及熱量的傳遞和溫度的感知，為得到物體的熱 屬性，裝置對(duì)溫度測(cè)量精度和分辨率提出了較高的要求，而為了進(jìn)一步得到物體不同位置 材質(zhì)所表現(xiàn)出的熱屬性，則對(duì)溫度覺(jué)感知裝置提出了較高的空間分辨能力要求。
[0004] 阻性傳感器陣列的質(zhì)量或分辨率是需要通過(guò)增加陣列中的傳感器的數(shù)量來(lái)增加 的。然而，當(dāng)傳感器陣列的規(guī)模加大，對(duì)所有元器件的信息采集和信號(hào)處理就變得困難。一 般情況下，要對(duì)一個(gè)MXN陣列的所有的阻性傳感器的進(jìn)行逐個(gè)訪問(wèn)，而每個(gè)阻性傳感器具 有兩個(gè)端口，共需要2 X M X N根連接線。運(yùn)種連接方式不僅連線復(fù)雜，而且每次只能選定單 個(gè)待測(cè)電阻，掃描速度慢，周期長(zhǎng)，效率低。為降低器件互連的復(fù)雜性，有研究者提出了共用 行線與列線的二維陣列結(jié)構(gòu)。圖1顯示了共用行線和列線的二維阻性傳感器陣列的結(jié)構(gòu)。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MXN的 二維結(jié)構(gòu)分布的物理量敏感電阻（即阻性傳感器)陣列，陣列中的各個(gè)物理量敏感電阻一端 連接相應(yīng)的行線，另一端連接相應(yīng)的列線，陣列中的每個(gè)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Ru表示，其中，M為行數(shù)，N為列數(shù)。采用該種結(jié)構(gòu)可使得按照M XN的二維結(jié)構(gòu)分布的陣列，只需要M+咐良連線數(shù)目即可保證任何一個(gè)特定的電阻元件可W 通過(guò)控制行線和列線的相應(yīng)組合被訪問(wèn)，因此所需連線數(shù)大幅減少。
[0005] 共用行列線的阻性傳感器陣列通常需要通過(guò)較長(zhǎng)線纜連接測(cè)試電路，而較長(zhǎng)連接 線纜的多根引線上存在引線電阻，其阻值在多根等長(zhǎng)等材質(zhì)的引線間基本相同，且隨線纜 長(zhǎng)度增加而增大；同時(shí)連接線纜的插頭與插座間的觸點(diǎn)存在接觸電阻，對(duì)于每對(duì)觸點(diǎn)，其接 觸電阻阻值隨其接觸狀態(tài)(觸點(diǎn)的接觸狀態(tài)隨時(shí)間、機(jī)械振動(dòng)等都會(huì)發(fā)生變化)不同而在一 定范圍內(nèi)變化(約0~3 0)。阻值基本相同的引線電阻和阻值不同的接觸電阻對(duì)阻性傳感器 陣列的測(cè)試精度存在明顯影響。就基于等電勢(shì)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(dǎo)致了測(cè)試電路驅(qū)動(dòng)端與阻性傳感器陣列模塊驅(qū)動(dòng)端之間的電勢(shì)差，同時(shí) 也導(dǎo)致了測(cè)試電路采樣端與阻性傳感器陣列模塊采樣端之間的電勢(shì)差，因而破壞了測(cè)試電 路的理想隔離反饋條件，使被測(cè)單元的阻值測(cè)量誤差變大。因此基本相同的連接電纜引線 電阻和不同的線纜接頭觸點(diǎn)電阻對(duì)基于等電勢(shì)法的共用行列線阻性傳感器陣列測(cè)試結(jié)果 的影響顯著，同時(shí)傳統(tǒng)方法還存在多路開(kāi)關(guān)的通道導(dǎo)通電阻會(huì)影響待測(cè)單元的測(cè)量誤差， 如何消除運(yùn)些因素的影響是一個(gè)有待深入研究的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于二線制等電勢(shì) 法的阻性傳感器陣列測(cè)試電路及其測(cè)試方法，可有效消除連接電纜引線電阻、線纜接頭觸 點(diǎn)電阻W及多路開(kāi)關(guān)通道導(dǎo)通電阻所產(chǎn)生的測(cè)量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測(cè)量精 度。
[0007] 本發(fā)明具體采用W下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：
[0008] 基于二線制等電勢(shì)法的阻性傳感器陣列測(cè)試電路，所述阻性傳感器陣列為共用行 線和列線的MXN二維阻性傳感器陣列;所述測(cè)試電路包括:一個(gè)電流反饋運(yùn)放、N個(gè)列線驅(qū) 動(dòng)運(yùn)放、一個(gè)等電流M選一多路開(kāi)關(guān)、一個(gè)等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)、N個(gè)列線二選一多路開(kāi)關(guān)、 測(cè)試電流設(shè)定電阻、基準(zhǔn)電壓源，W及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設(shè) 置的兩根連接線;N個(gè)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、N個(gè)列線二選一多路開(kāi)關(guān)W及阻性傳感器陣列的N條列 線之間一一對(duì)應(yīng)，每條列線通過(guò)一根連接線與其相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端相連，同時(shí) 該列線通過(guò)另一根連接線與其相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端相連，每個(gè)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放 的同相輸入端通過(guò)與其相對(duì)應(yīng)列線二選一多路開(kāi)關(guān)的公共端與零電位或者與電流反饋運(yùn) 放的輸出端連接;等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)的M個(gè)獨(dú)立端、等電流M選一多路開(kāi)關(guān)的M個(gè)獨(dú)立端 與M條行線一一對(duì)應(yīng)，每條行線通過(guò)一根連接線與等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)的對(duì)應(yīng)獨(dú)立端連 接，并通過(guò)另一根連接線與等電流M選一多路開(kāi)關(guān)的對(duì)應(yīng)獨(dú)立端連接;等電勢(shì)M選一多路開(kāi) 關(guān)的公共端與電流反饋運(yùn)放的反相輸入端連接，電流反饋運(yùn)放的同相輸入端連接零電位； 等電流M選一多路開(kāi)關(guān)的公共端與測(cè)試電流設(shè)定電阻一端連接，測(cè)試電流設(shè)定電阻另一端 與基準(zhǔn)電壓源連接。
[0009] 如上所述測(cè)試電路的測(cè)試方法，對(duì)于所述阻性傳感器陣列中的任意一個(gè)待測(cè)阻性 傳感器，首先選通該待測(cè)阻性傳感器，具體如下:通過(guò)所述N個(gè)列線二選一多路開(kāi)關(guān)使得該 待測(cè)阻性傳感器所在列線相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端連接電流反饋運(yùn)放的輸出端， 而其它列線相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端均連接零電位，并且通過(guò)等電流M選一多路 開(kāi)關(guān)及等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)使得該待測(cè)阻性傳感器所在行線與電流反饋運(yùn)放的反相輸入 端、測(cè)試電流設(shè)定電阻同時(shí)連通，而其它行線懸空;然后利用下式計(jì)算出該待測(cè)阻性傳感器 的電阻Rxy:
[0010]
[0011] 其中，Vxy為電流反饋運(yùn)放輸出端的電勢(shì)，Ve為測(cè)試電流設(shè)定電阻與等電流M選一多 路開(kāi)關(guān)的公共端相連接一端的電勢(shì)，Vl為基準(zhǔn)電壓源提供的基準(zhǔn)電壓，Rset為測(cè)試電流設(shè)定 電阻的電阻值。
[0012] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可W得到W下技術(shù)方案：
[0013] 基于二線制等電勢(shì)法的阻性傳感器陣列測(cè)試電路，所述阻性傳感器陣列為共用行 線和列線的MXN二維阻性傳感器陣列；其特征在于，所述測(cè)試電路包括:一個(gè)電流反饋運(yùn) 放、N個(gè)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、一個(gè)等電流M選一多路開(kāi)關(guān)、一個(gè)等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)、N個(gè)列線二 選一多路開(kāi)關(guān)、測(cè)試電流設(shè)定電阻、基準(zhǔn)電壓源，W及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線 和列線分別設(shè)置的兩根連接線;N個(gè)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、N個(gè)列線二選一多路開(kāi)關(guān)W及阻性傳感 器陣列的N條列線之間一一對(duì)應(yīng)，每條列線通過(guò)一根連接線與其相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸 出端相連，同時(shí)該列線通過(guò)另一根連接線與其相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端相連，每 個(gè)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端通過(guò)與其相對(duì)應(yīng)列線二選一多路開(kāi)關(guān)的公共端與基準(zhǔn)電壓 源或者與電流反饋運(yùn)放的輸出端連接;等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)的M個(gè)獨(dú)立端、等電流M選一多 路開(kāi)關(guān)的M個(gè)獨(dú)立端與M條行線--對(duì)應(yīng)，每條行線通過(guò)一根連接線與等電勢(shì)M選一多路開(kāi) 關(guān)的對(duì)應(yīng)獨(dú)立端連接，并通過(guò)另一根連接線與等電流M選一多路開(kāi)關(guān)的對(duì)應(yīng)獨(dú)立端連接;等 電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)的公共端與電流反饋運(yùn)放的反相輸入端連接，電流反饋運(yùn)放的同相輸 入端連接基準(zhǔn)電壓源;等電流M選一多路開(kāi)關(guān)的公共端與測(cè)試電流設(shè)定電阻一端連接，測(cè)試 電流設(shè)定電阻另一端與零電位連接。
[0014] 如上所述測(cè)試電路的測(cè)試方法，對(duì)于所述阻性傳感器陣列中的任意一個(gè)待測(cè)阻性 傳感器，首先選通該待測(cè)阻性傳感器，具體如下:通過(guò)所述N個(gè)列線二選一多路開(kāi)關(guān)使得該 待測(cè)阻性傳感器所在列線相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端連接電流反饋運(yùn)放的輸出端， 而其它列線相對(duì)應(yīng)列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端均連接基準(zhǔn)電壓源，并且通過(guò)等電流M選一 多路開(kāi)關(guān)及等電勢(shì)M選一多路開(kāi)關(guān)使得該待測(cè)阻性傳感器所在行線與電流反饋運(yùn)放的反相 輸入端、測(cè)試電流設(shè)定電阻同時(shí)連通，而其它行線懸空;然后利用下式計(jì)算出該待測(cè)阻性傳 感器的電阻Rxy:
[0015]
[0016] 其中，Vxy為電流反饋運(yùn)放輸出端的電勢(shì)，Ve為測(cè)試電流設(shè)定電阻與等電流M選一多 路開(kāi)關(guān)的公共端相連接一端的電勢(shì)，Vl為基準(zhǔn)電壓源提供的基準(zhǔn)電壓，Rset為測(cè)試電流設(shè)定 電阻的電阻值。
[0017] -種傳感系統(tǒng)，包括阻性傳感器陣列及相應(yīng)的測(cè)試電路，所述阻性傳感器陣列為 共用行線和列線的MXN二維阻性傳感器陣列，所述測(cè)試電路為如上所述基于二線制等電勢(shì) 法的阻性傳感器陣列測(cè)試電路。
[0018] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] 1.本發(fā)明是針對(duì)阻性傳感器陣列的檢測(cè)需要，在不提高陣列互連復(fù)雜性的基礎(chǔ) 上，W二線制電壓反饋法為關(guān)鍵技術(shù)，有效消除了多路選擇器的通道導(dǎo)通電阻、測(cè)試線纜接 頭的觸點(diǎn)電阻、長(zhǎng)測(cè)試線纜所導(dǎo)致的串?dāng)_誤差，提高了測(cè)量精度，同時(shí)擴(kuò)大了阻性傳感器陣 列中物理量敏感電阻的阻值范圍；而且本發(fā)明還可有效消除空間電磁噪聲的干擾；