[发明专利]阻性传感器阵列测量装置及方法有效

专利信息
申请号: 201710048637.1 申请日: 2017-01-20
公开(公告)号: CN107063312B 公开(公告)日: 2019-08-13
发明(设计)人: 吴剑锋;何赏赏;汪峰;王琦;李建清 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G01D5/16 分类号: G01D5/16
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 楼高潮
地址: 210096*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 传感器 阵列 测量 装置 方法
【说明书】:

发明公开了一种阻性传感器阵列测量装置,所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的阻性传感器阵列;该测量装置包括:标准电阻行,其包括一行N个标准电阻,被增设于阻性传感器阵列中,从而得到一个新的共用行线和列线的(M+1)×N电阻阵列;(M+1)个运算放大器,与电阻阵列的(M+1)条行线一一对应,各运算放大器的反相输入端、输出端分别通过一根连接线与其所对应行线连接;控制器,其具有至少(M+1)个IO端口以及至少N个ADC采样端口,其中的(M+1)个IO端口与(M+1)个运算放大器的同相输入端一一对应连接,其中的N个ADC采样端口与新的电阻阵列的N条列线一一对应连接。本发明公开了一种阻性传感器阵列测量方法。本发明具有更高测量精度和更大测量量程。

技术领域

本发明涉及一种阻性传感器阵列测量装置及方法,属于传感器技术领域。

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阵列的所有的传感器的进行逐个访问,而每个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进行测量,扫描速度慢,周期长,效率低。为降低器件互连的复杂性,可以引入共用行线与列线的二维阵列,将扫描控制器与单个运算放大电路和多路选择器结合,但是其必然增加了电路的复杂度,因此如何减少扫描次数,减小电路复杂度就成了一道需要攻克的难题。

关于电阻式传感阵列的检测研究,2006年R.S.Saxena等人提出了基于红外热成像的阵列检测技术,测试结构是基于电阻传感网络配置,基于电阻的线性与齐次性使用补偿网络定理和叠加网络定理开发了该电阻网络的理论模型。使用16×16阵列网络热辐射计阵列验证,仅使用32个引脚,已经证实,该模型针对器件损坏或器件值的微小变化都可以有效分辨,它具有一定精度,但是在检测速度上依然存在技术缺陷。2009年Y.J.Yang等人提出了一个32×32阵列的温度和触觉传感阵列,用于机械手臂的人造皮肤,该电路为了保证检测精度,屏蔽阵列内非待测电阻的干扰,在阵列的每一列都引入了运算放大电路,其电路复杂度大大增加,且其内阻的干扰也不能有效避免,检测效率、电路复杂度以及避免电子器件内部等效内阻的干扰成为最大的技术瓶颈。

有相关文献提出了一种通过对传感器阵列建立、并求解电阻矩阵方程的方法来读出阵列中的电阻阻值。其将阻性阵列的第一行设置为标准电阻,相应列方向上采用ADC采集列电压数据,在行方向上使第一行至最后一行依次接地,其余行输入高电平,每次过程中通过ADC采出对应行接地时对应列的电压,列出矩阵方程,分别求出每列中的电阻与标准电阻的关系并求解。该方法虽然在很大程度上避免串扰电流,同时减少了电路复杂度,检测速度较高,运算复杂度较低,但没有考虑到通过单片机输出高低电平时其等效内阻的存在,同时阵列中电阻阻值范围局限于某一区间内,对于大范围电阻阻值的测量问题还是没有解决,所以还需要寻求一种在不提高运算复杂度的前提下,能够有效避免电压输出口等效内阻的干扰的方法,同时在电阻阻值范围上也需要进一步的扩大。

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