一种阻性传感器阵列的数据读出方法、装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 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的数据读出方法、装 置。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 阻性传感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。
[0004]阻性传感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ΜX 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2ΧΜΧΝ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。
[0005] 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16X16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32X32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。
[0006] 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 也较高，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。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种阻性传感器阵列的 数据读出方法、装置，可以实现对阻性传感器阵列中某一列、多列以及所有物理量敏感电阻 的快速检测，提高测量精度和量程。
[0008] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0009] -种阻性传感器阵列的数据读出方法，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的 Μ X N阻性传感器阵列;所述数据读出方法具体如下：
[0010]步骤1、预先在所述阻性传感器阵列中增设一行Ν个电阻值已知的标准电阻，从而 得到一个新的共用行线和列线的(M+1)XN电阻阵列；
[0011] 步骤2、通过多路选择器，依次将MXN阻性传感器阵列中的第k行接地，k=l，2,…， M，将Μ X N阻性传感器阵列的其他行和标准电阻行接激励电压^，测量此时标准电阻行的行 电压Vrsk，Μ X Ν阻性传感器阵列的第i行的行电压Vrik，第j列的列电压V。jk;其中，i = 1，2，…， M，j = l，2，."，N;
[0012] 步骤3、依次对所述阻性传感器阵列的第j列，j = l，2，-_，N，利用下式得到该列中Μ 个阻性传感器各自的电阻值：
[0013]
[0014]式中，Rij表示所述阻性传感器阵列中位于第i行、第j列的阻性传感器的电阻值，i =1，2, ···，;&表示电阻阵列的第j列中的标准电阻的阻值。
[0015] -种阻性传感器阵列的数据读出装置，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的 Μ X N阻性传感器阵列;所述数据读出装置包括：
[0016] 标准电阻行，其包括一行Ν个电阻值已知的标准电阻，用于接入所述Μ X Ν阻性传感 器阵列，从而得到一个新的共用行线和列线的(Μ+1)ΧΝ电阻阵列；
[0017] 多路选择器，其与所述(Μ+1)ΧΝ电阻阵列连接，并可根据所接收到的扫描控制信 号使得该(M+l) XΝ电阻阵列中的任意一行接地或者接激励电压V:;
[0018] 扫描控制器，其与所述多路选择器的控制端连接，用于向多路选择器发送扫描控 制信号；
[0019] 电压采样单元，可对所述(M+l) ΧΝ电阻阵列中每一行的行电压以及每一列的列电 压采样测量；
[0020] 计算单元，用于根据电压采样单元所输出的行、列电压，依次利用下式得到阻性传 感器阵列的第j列中Μ个阻性传感器各自的电阻值，j = 1，2，…，N:
[0021]
[0022] 式中，表示所述阻性传感器阵列中位于第i行、第j列的阻性传感器的电阻值，i =1，2,…，M;R谦示电阻阵列的第j列中的标准电阻的阻值;￥^、￥。沐、￥^分别表示通过所 述多路选择器将Μ X N阻性传感器阵列中的第k行接地而Μ X N阻性传感器阵列的其他行和标 准电阻行接激励电压Vdt，电压采样单元所测量到的ΜΧΝ阻性传感器阵列的第X行的行电 压、第y列的列电压、标准电阻行的行电压，x = l，2,…，M，y = l，2,…，N，k=l，2,…，M。
[0023]优选地，所述标准电阻行为所述新的共用行线和列线的(M+1) X N电阻阵列的第1 行或者第M+1行。
[0024] 优选地，所述多路选择器包括与所述(M+1) XN电阻阵列的M+1行一一对应的M+1个 二选一双向模拟开关，每个二选一双向模拟开关的公共输入/输出端与其所对应的行的行 线连接，其两个独立输入/输出端分别与测试电压、地连接，其控制端与扫描控制器连接。 [0025]优选地，所述电压采样单元包括列电压采样ADC和行电压采样ADC，所述列电压采 样ADC包括与所述(M+1)XN电阻阵列的N条列线--对应连接的N个列电压采样通道，所述 行电压采样ADC包括与所述(M+1)XN电阻阵列的M+1条行线--对应连接的M+1个行电压采 样通道。
[0026] -种阻性传感器阵列的数据读出装置，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的 Μ X N阻性传感器阵列;所述数据读出装置包括：
[0027] 标准电阻行，其包括一行Ν个电阻值已知的标准电阻，用于接入所述Μ X Ν阻性传感 器阵列，从而得到一个新的共用行线和列线的(Μ+1)ΧΝ电阻阵列，且标准电阻行所在行线 与激励电压Vi直接连接；
[0028] 多路选择器，其与所述MXN阻性传感器阵列连接，并可根据所接收到的扫描控制 信号使得该MXN阻性传感器阵列中的任意一行接地或者接激励电压V I;
[0029] 扫描控制器，其与所述多路选择器的控制端连接，用于向多路选择器发送扫描控 制信号；
[0030] 电压采样单元，可对所述Μ X N阻性传感器阵列中每一行的行电压以及每一列的列 电压采样测量；
[0031] 计算单元，用于根据电压采样单元所输出的行、列电压，依次利用下式得到阻性传 感器阵列的第j列中Μ个阻性传感器各自的电阻值，j = 1，2，…，Ν:
[0032]
[0033] 式中，Rij表示所述阻性传感器阵列中位于第i行、第j列的阻性传感器的电阻值，i =1，2,…，表示电阻阵列的第j列中的标准电阻的阻值;VnV#分别表示通过所述多 路选择器将Μ X N阻性传感器阵列中的第k行接地而Μ X N阻性传感器阵列的其他行接激励电 压乂:时，电压采样单元所测量到的ΜΧΝ阻性传感器阵列的第X行的行电压、第y列的列电压， x = l，2，."，M，y = l，2，."，N，k=l，2，."，M〇
[0034] 优选地，所述多路选择器包括与所述MX N阻性传感器阵列的Μ行一一对应的Μ个二 选一双向模拟开关，每个二选一双向模拟开关的公共输入/输出端与其所对应的行的行线 连接，其两个独立输入/输出端分别与测试电压、地连接，其控制端与扫描控制器连接。 [0035]优选地，所述电压采