基于二線制電壓反饋的阻性傳感器陣列測試電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種阻性傳感器陣列測試電路。
【背景技術】
[0002] 陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個傳感元件，按照二維陣列的結構組合 在一起，它可以通過檢測聚焦在陣列上的參數變化，改變或生成相應的形態與特征。這個特 性被廣泛應用于生物傳感、溫度觸覺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用于紅外成像仿真系統、力觸覺感知與溫度觸覺感知。 以溫度觸覺為例，由于溫度覺感知裝置中涉及熱量的傳遞和溫度的感知，為得到物體的熱 屬性，裝置對溫度測量精度和分辨率提出了較高的要求，而為了進一步得到物體不同位置 材質所表現出的熱屬性，則對溫度覺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量或分辨率是需要通過增加陣列中的傳感器的數量來增加 的。然而，當傳感器陣列的規模加大，對所有元器件的信息采集和信號處理就變得困難。一 般情況下，要對一個MXN陣列的所有的阻性傳感器的進行逐個訪問，而每個阻性傳感器具 有兩個端口，共需要2 X Μ X N根連接線。這種連接方式不僅連線復雜，而且每次只能選定單 個待測電阻，掃描速度慢，周期長，效率低。為降低器件互連的復雜性，有研究者提出了共用 行線與列線的二維陣列結構。圖1顯示了共用行線和列線的二維阻性傳感器陣列的結構。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ΜΧΝ的 二維結構分布的物理量敏感電阻（即阻性傳感器)陣列，陣列中的各個物理量敏感電阻一端 連接相應的行線，另一端連接相應的列線，陣列中的每個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，Μ為行數，Ν為列數。采用該種結構可使得按照Μ ΧΝ的二維結構分布的陣列，只需要Μ+Ν根連線數目即可保證任何一個特定的電阻元件可以 通過控制行線和列線的相應組合被訪問，因此所需連線數大幅減少。
[0005] 共用行列線的阻性傳感器陣列通常需要通過較長線纜連接測試電路，而較長連接 線纜的多根引線上存在引線電阻，其阻值在多根等長等材質的引線間基本相同，且隨線纜 長度增加而增大；同時連接線纜的插頭與插座間的觸點存在接觸電阻，對于每對觸點，其接 觸電阻阻值隨其接觸狀態(觸點的接觸狀態隨時間、機械振動等都會發生變化)不同而在一 定范圍內變化(約〇~3 Ω)。阻值基本相同的引線電阻和阻值不同的接觸電阻對阻性傳感器 陣列的測試精度存在明顯影響。就基于電壓反饋法的共用行列線阻性傳感器陣列而言，弓丨 線電阻和接觸電阻導致了測試電路反饋驅動端與阻性傳感器陣列模塊驅動端之間的電勢 差，同時也導致了測試電路采樣端與阻性傳感器陣列模塊采樣端之間的電勢差，因而破壞 了測試電路的理想隔離反饋條件，使被測單元的阻值測量誤差變大。因此基本相同的引線 電阻和不同的線纜接頭觸點電阻對基于電壓反饋法的共用行列線阻性傳感器陣列測試結 果的影響顯著，同時傳統方法還存在多路開關的通道導通電阻會影響待測單元的測量誤 差，如何消除這些因素的影響是一個有待深入研究的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于二線制電壓反 饋的阻性傳感器陣列測試電路及其測試方法，可有效消除連接電纜引線電阻、線纜接頭觸 點電阻以及多路開關通道導通電阻所產生的測量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測量精 度。
[0007] 本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：
[0008] 基于二線制電壓反饋的阻性傳感器陣列測試電路，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;所述測試電路包括：電壓反饋運放、行多路選擇器、 列多路選擇器、采樣電阻、基準電壓源，與阻性傳感器陣列的N條列線一一對應的N個列線驅 動運放，以及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設置的兩根連接線；阻性傳 感器陣列的每條列線通過一根連接線與其相對應列線驅動運放的輸出端相連，同時該列線 通過另一根連接線與其相對應列線驅動運放的反相輸入端相連;電壓反饋運放的反相輸入 端、輸出端相互連接，采樣電阻的一端連接零電位;所述列多路選擇器可使得任意一條列線 所對應列線驅動運放的同相輸入端與基準電壓源連接或者與電壓反饋運放的輸出端連接； 所述行多路選擇器可使得任意一條行線分別通過其兩根連接線與電壓反饋運放的同相輸 入端、采樣電阻的另一端同時連接或者同時斷開。
[0009] 如上所述測試電路的測試方法，對于所述阻性傳感器陣列中的任意一個待測阻性 傳感器，首先選通該待測阻性傳感器，具體如下:通過所述列多路選擇器使得該待測阻性傳 感器所在列線所對應列線驅動運放的同相輸入端與基準電壓源連接，而其它列線所對應列 線驅動運放的同相輸入端與電壓反饋運放的輸出端連接，并且通過所述行多路選擇器使得 該待測阻性傳感器所在行線分別通過其兩根連接線與電壓反饋運放的同相輸入端、采樣電 阻同時連接，而其它行線與電壓反饋運放的同相輸入端、采樣電阻同時斷開;然后利用下式 計算出該待測阻性傳感器的電阻R xy:
[0011] 其中，V:為基準電壓源輸入的基準電壓，VF為電壓反饋運放的反饋電壓（即電壓反 饋運放的輸出端電壓，在電壓反饋運放的作用下，其值與電壓反饋運放的同相輸入端電壓 相等），V sg為采樣電阻兩端電壓，Rs為采樣電阻的電阻值。
[0012] 根據相同的發明思路還可以得到以下技術方案：
[0013] -種傳感系統，包括阻性傳感器陣列及相應的測試電路，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，所述測試電路為上述基于二線制電壓反饋的 阻性傳感器陣列測試電路。
[0014] 相比現有技術，本發明具有以下有益效果：
[0015] 1.本發明是針對阻性傳感器陣列的檢測需要，在不提高電阻陣列互連復雜性的基 礎上，以二線制電壓反饋法為關鍵技術，有效消除了多路選擇器的通道導通電阻、測試線纜 接頭的觸點電阻、長測試線纜所導致的串擾誤差，提高了測量精度，同時擴大了阻性傳感器 陣列中物理量敏感電阻的阻值范圍；而且本發明還可有效消除空間電磁噪聲的干擾；
[0016] 2.使得低成本的、通道導通電阻較大的多路選擇器可以被應用于阻性傳感器陣 列，降低了測試電路的成本；
[0017] 3.消除了阻值隨時間和觸點接觸狀態而變化的線纜接頭觸點對阻性傳感器陣列 測量精度的影響，使得應用系統可以通過方便插拔的插頭、插座更換阻性傳感器陣列或其 測試電路，同時能保證應用系統的測量精度。
[0018] 4.消除了長測試線纜所導致的串擾誤差，使得長測試線纜能被應用于阻性傳感器 陣列，特別適用于對測試電路空間尺寸有要求的柔軟阻性傳感陣列測量。
【附圖說明】
[0019] 圖1為共用行線和列線的MXN二維阻性傳感器陣列結構示意圖；
[0020] 圖2為現有共用行列線阻性傳感器陣列的電壓反饋法測試電路原理圖；
[0021 ]圖3為圖2測試電路的測試原理等效圖；
[0022] 圖4為本發明測試電路一個具體實施例的原理圖；
[0023] 圖5為本發明測試電路具體實施例的測試原理等效圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：
[0025]圖2顯示了典型的共用行列線阻性傳感器陣列的電壓反饋法測試電路，圖3為該測 試電路的測試原理等效圖。圖中的當前被測單元Rxy為MXN共用行列線阻性傳感器陣列中的 Rn。在該電路中，陣列的每根行線或列線和測試電路之間都只有一根連接線，在采樣電阻Rs 和行線間接有一個等電流Μ選