阻性传感器阵列快速读出电路及其读出方法、传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，属于传感器技术领域。针对共用行线和列线的

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种阻性传感器阵列快速读出电路。
技术介绍
阵列式传感装置就是将具有相同性能的多个传感元件，按照二维阵列的结构组合在一起，它可以通过检测聚焦在阵列上的参数变化，改变或生成相应的形态与特征。这个特性被广泛应用于生物传感、温度触觉和基于红外传感器等的热成像等方面。阻性传感器阵列被广泛应用于红外成像仿真系统、力触觉感知与温度触觉感知。以温度触觉为例，由于温度觉感知装置中涉及热量的传递和温度的感知，为得到物体的热属性，装置对温度测量精度和分辨率提出了较高的要求，而为了进一步得到物体不同位置材质所表现出的热属性，则对温度觉感知装置提出了较高的空间分辨能力要求。阻性传感器阵列的质量或分辨率是需要通过增加阵列中的传感器的数量来增加的。然而，当传感器阵列的规模加大，对所有元器件的信息采集和信号处理就变得困难。一般情况下，要对一个M×N阵列的所有的阻性传感器的进行逐个访问，而每个阻性传感器具有两个端口，共需要2×M×N根连接线。这种连接方式不仅连线复杂，而且每次只能选定单个待测电阻，扫描速度慢，周期长，效率低。为降低器件互连的复杂性，有研究者提出了共用行线与列线的二维阵列结构。图1显示了共用行线和列线的二维阻性传感器阵列的结构。如图1所示，该传感器阵列包括分别作为共用行线和共用列线的两组正交线路及按照M×N的二维结构分布的物理量敏感电阻(即阻性传感器)阵列，阵列中的各个物理量敏感电阻一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，阵列中的每个电阻都有唯一的行线与列线的组合，处于第i行第j列的电阻用Rij表示，其中，M为行数，N为列数。采用该种结构可使得按照M×N的二维结构分布的阵列，只需要M+N根连线数目即可保证任何一个特定的电阻元件可以通过控制行线和列线的相应组合被访问，因此所需连线数大幅减少。共用行列线的阻性传感器阵列通常需要通过较长线缆连接读出电路，而较长连接线缆的多根引线上存在引线电阻，其阻值在多根等长等材质的引线间基本相同，且随线缆长度增加而增大；同时连接线缆的插头与插座间的触点存在接触电阻，对于每对触点，其接触电阻阻值随其接触状态(触点的接触状态随时间、机械振动等都会发生变化)不同而在一定范围内变化(约0～3Ω)。阻值基本相同的引线电阻和阻值不同的接触电阻对阻性传感器阵列的测试精度存在明显影响。就基于等电势法的共用行列线阻性传感器阵列而言，引线电阻和接触电阻导致了读出电路驱动端与阻性传感器阵列模块驱动端之间的电势差，同时也导致了读出电路采样端与阻性传感器阵列模块采样端之间的电势差，因而破坏了读出电路的理想隔离反馈条件，使被测单元的阻值测量误差变大。因此基本相同的引线电阻和不同的接头触点电阻对基于等电势法的共用行列线阻性传感器阵列测试结果的影响显著，同时传统方法还存在多路开关的通道导通电阻会影响待测单元的测量误差，如何消除这些因素的影响是一个有待深入研究的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，可有效消除测试线缆引线电阻、测试线缆接头触点电阻以及多路开关通道导通电阻所产生的测量误差，大幅提高阻性传感器阵列的测量精度。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；所述快速读出电路包括：列多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个电流反馈运放和M个测试电流采样电阻，与阻性传感器阵列的N条列线一一对应的N个列线驱动运放，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列线分别设置的两根连接线；每一条列线通过其一根连接线与其所对应列线驱动运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应列线驱动运放的输出端连接；每一条行线通过其一根连接线与其所对应电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应电流反馈运放的输出端连接其所对应测试电流采样电阻的另一端；各电流反馈运放的同相输入端均与零电位连接；所述列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条列线所对应列线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接或者与零电位连接。上述快速读出电路的读出方法，首先选通当前待测列：通过列多路选择器使得阻性传感器阵列中当前待测列的列线所对应列线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接，而其它列的列线所对应列线驱动运放的同相输入端均连接零电位；然后根据以下公式计算当前待测的第y列中每个阻性传感器的电阻值，y＝1,2,…,N：Rxy=-RLx×VIVxy-Vex]]>式中，Rxy表示当前待测的第y列中的第x行阻性传感器的电阻值；RLx表示阻性传感器阵列中第x行行线所对应测试电流采样电阻的电阻值；VI为基准电压源所提供的基准电压；Vxy、Vex分别表示在选通第y列的情况下，阻性传感器阵列中第x行行线所对应测试电流采样电阻与相应电流反馈运放输出端所连接一端以及与第x行行线所连接一端的电势；x＝1,2,…,M。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；所述快速读出电路包括：列多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个电流反馈运放和M个测试电流采样电阻，与阻性传感器阵列的N条列线一一对应的N个列线驱动运放，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列线分别设置的两根连接线；每一条列线通过其一根连接线与其所对应列线驱动运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应列线驱动运放的输出端连接；每一条行线通过其一根连接线与其所对应电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应电流反馈运放的输出端连接其所对应测试电流采样电阻的另一端；各电流反馈运放的同相输入端均与基准电压源连接；所述列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条列线所对应列线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接或者与零电位连接。上述快速读出电路的读出方法，首先选通当前待测列：通过列多路选择器使得阻性传感器阵列中当前待测列的列线所对应列线驱动运放的同相输入端与零电位连接，而其它列的列线所对应列线驱动运放的同相输入端均连接基准电压源；然后根据以下公式计算当前待测的第y本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述快速读出电路包括：列多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个电流反馈运放和M个测试电流采样电阻，与阻性传感器阵列的N条列线一一对应的N个列线驱动运放，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列线分别设置的两根连接线；每一条列线通过其一根连接线与其所对应列线驱动运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应列线驱动运放的输出端连接；每一条行线通过其一根连接线与其所对应电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应电流反馈运放的输出端连接其所对应测试电流采样电阻的另一端；各电流反馈运放的同相输入端均与零电位连接；所述列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条列线所对应列线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接或者与零电位连接。

【技术特征摘要】
1.基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列
为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述快速读出电
路包括：列多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的M条行线一一对应
的M个电流反馈运放和M个测试电流采样电阻，与阻性传感器阵列的N条列线
一一对应的N个列线驱动运放，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列
线分别设置的两根连接线；每一条列线通过其一根连接线与其所对应列线驱动运
放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与其所对应列线驱动运放的输出端
连接；每一条行线通过其一根连接线与其所对应电流反馈运放的反相输入端连接，
并通过其另一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应电流
反馈运放的输出端连接其所对应测试电流采样电阻的另一端；各电流反馈运放的
同相输入端均与零电位连接；所述列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一
条列线所对应列线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接或者与零电位连接。
2.如权利要求1所述快速读出电路，其特征在于，所述列多路选择器包括与阻
性传感器阵列的N条列线一一对应的N个列线二选一多路开关；每一个列线二
选一多路开关的公共端与其所对应列线驱动运放的同相输入端连接，两个独立端
分别与基准电压源、零电位连接。
3.如权利要求1或2所述快速读出电路的读出方法，其特征在于，首先选通当
前待测列：通过列多路选择器使得阻性传感器阵列中当前待测列的列线所对应列
线驱动运放的同相输入端与基准电压源连接，而其它列的列线所对应列线驱动运
放的同相输入端均连接零电位；然后根据以下公式计算当前待测的第y列中每个
阻性传感器的电阻值，y＝1,2,…,N：
Rxy=-RLx×VIVxy-Vex]]>式中，Rxy表示当前待测的第y列中的第x行阻性传感器的电阻值；RLx表示阻性
传感器阵列中第x行行线所对应测试电流采样电阻的电阻值；VI为基准电压源所
提供的基准电压；Vxy、Vex分别表示在选通第y列的情况下，阻性传感器阵列中
第x行行线所对应测试电流采样电阻与相应电流反馈运放输出端所连接一端以
及与第x行行线所连接一端的电势；x＝1,2,…,M。
4.基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列
为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述快...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，何赏赏，李建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32