[发明专利]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

说明书

本发明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M×N二维阻性传感器阵列，所述快速读出电路包括：列线驱动运放、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个等电流运放和M个测试电流采样电阻，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。本发明还公开了上述快速读出电路的读出方法以及一种传感系统。相比现有技术，本发明以二线制等电势法为关键技术，可有效消除连接线缆引线电阻、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。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种阻性传感器阵列快速读出电路。

背景技术

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R_ij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。

发明内容