阻性传感器阵列测试电路及其测试方法、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电压反馈的阻性传感器阵列测试电路，属于传感器技术领域。本发明专利技术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测试电路。
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测试电路，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。就基于电压反馈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测试电路反馈驱动端与阻性传感器阵列模块驱动端之间的电势差，同时也导致了测试电路采样端与阻性传感器阵列模块采样端之间的电势差，因而破坏了测试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线缆接头触点电阻对基于电压反馈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电压反馈的阻性传感器阵列测试电路及其测试方法，可有效消除连接电缆引线电阻、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：基于二线制电压反馈的阻性传感器阵列测试电路，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；所述测试电路包括：电压反馈运放、行多路选择器、列多路选择器、采样电阻、基准电压源，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；阻性传感器阵列的每条列线通过一根连接线与其相对应列线驱动运放的输出端相连，同时该列线通过另一根连接线与其相对应列线驱动运放的反相输入端相连；电压反馈运放的反相输入端、输出端相互连接，采样电阻的一端连接零电位；所述列多路选择器可使得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电压反馈运放的输出端连接；所述行多路选择器可使得任意一条行线分别通过其两根连接线与电压反馈运放的同相输入端、采样电阻的另一端同时连接或者同时断开。如上所述测试电路的测试方法，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过所述列多路选择器使得该待测阻性传感器所在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，而其它列线所对应列线驱动运放的同相输入端与电压反馈运放的输出端连接，并且通过所述行多路选择器使得该待测阻性传感器所在行线分别通过其两根连接线与电压反馈运放的同相输入端、采样电阻同时连接，而其它行线与电压反馈运放的同相输入端、采样电阻同时断开；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：Rxy=(VI-VF)Vsg×RS]]>其中，VI为基准电压源输入的基准电压，VF为电压反馈运放的反馈电压(即电压反馈运放的输出端电压，在电压反馈运放的作用下，其值与电压反馈运放的同相输入端电压相等)，Vsg为采样电阻两端电压，RS为采样电阻的电阻值。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：一种传感系统，包括阻性传感器阵列及相应的测试电路，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，所述测试电路为上述基于二线制电压反馈的阻性传感器阵列测试电路。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术是针对阻性传感器阵列的检测需要，在不提高电阻阵列互连复杂性的基础上，以二线制电压反馈法为关键技术，有效消除了多路选择器的通道导通电阻、测试线缆接头的触点电阻、长测试线缆所导致的串扰误差，提高了测量精度，同时扩大了阻性传感器阵列中物理量敏感电阻的阻值范围；而且本专利技术还可有效消除空间电磁噪声的干扰；2.使得低成本的、通道导通电阻较大的多路选择器可以被应用于阻性传感器阵列，降低了测试电路的成本；3.消除了阻值随时间和触点接触状态而变化的线缆接头触点对阻性传感器阵列测量精度的影响，使得应用系统可以通过方便插拔的插头、插座更换阻性传感器阵列或其测试电路，同时能保证应用系统的测量精度。4.消除了长测试线缆所导致的串扰误差，使得长测试线缆能被应用于阻性传感器阵列，特别适用于对测试电路空间尺寸有要求的柔软阻性传感阵列测量。附图说明图1为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列结构示意图；图2为现有共用行列线阻性传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于二线制电压反馈的阻性传感器阵列测试电路，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，所述测试电路包括：电压反馈运放、行多路选择器、列多路选择器、采样电阻、基准电压源，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；阻性传感器阵列的每条列线通过一根连接线与其相对应列线驱动运放的输出端相连，同时该列线通过另一根连接线与其相对应列线驱动运放的反相输入端相连；电压反馈运放的反相输入端、输出端相互连接，采样电阻的一端连接零电位；所述列多路选择器可使得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电压反馈运放的输出端连接；所述行多路选择器可使得任意一条行线分别通过其两根连接线与电压反馈运放的同相输入端、采样电阻的另一端同时连接或者同时断开。

【技术特征摘要】
1.基于二线制电压反馈的阻性传感器阵列测试电路，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，所述测试电路包括：
电压反馈运放、行多路选择器、列多路选择器、采样电阻、基准电压源，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；阻性传感器阵列的每条列线通
过一根连接线与其相对应列线驱动运放的输出端相连，同时该列线通过另一根连
接线与其相对应列线驱动运放的反相输入端相连；电压反馈运放的反相输入端、
输出端相互连接，采样电阻的一端连接零电位；所述列多路选择器可使得任意一
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电压反馈运
放的输出端连接；所述行多路选择器可使得任意一条行线分别通过其两根连接线
与电压反馈运放的同相输入端、采样电阻的另一端同时连接或者同时断开。
2.如权利要求1所述测试电路，其特征在于，所述列多路选择器包括与所述N
个列线驱动运放一一对应的N个列线二选一多路开关；每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，其两个独立端与其所对
应列线通过该列线的两根连接线分别连接。
3.如权利要求1所述测试电路，其特征在于，所述行多路选择器包括两个M选
一多路开关：等电流M选一多路开关、等电势M选一多路开关；等电势M选一
多路开关的M个独立端、等电流M选一多路开关的M个独立端与M条行线一
一对应，每条行线通过其一根连接线与等电势M选一多路开关的对应独立端连
接，并通过其另一根连接线与等电流M选一多路开关的对应独立端连接；等电
势M选一多路开关的公共端与电压反馈运放的同...

【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