论文总字数：29648字

摘 要

阻性传感阵列在许多领域都有着广泛的应用，尤其在科技前沿领域更是不可或缺，而阻性传感阵列的读出电路决定了它是否能得到较好的应用，在此背景下，对传感阵列读出方法的进一步研究具有着深刻的意义。

本文对新提出的一种方法电路——参比法进行了理论的研究和实验验证。在此方法中，提出者通过在电阻矩阵旁增加一个校准电阻列，来减少开关电阻和缓冲电阻内阻以及放大器一些非理想特性如输入失调电压、偏置电流等的影响。

首先，在理论上，作者通过公式的推导，发现这些所谓的串扰能的确最终都能被抵消。

然后，本文通过实验去验证方法的实际性能。第一步，采用仿真测试来进行一些性能的实测。在仿真中，主要关注对开关电阻和缓冲电阻的串扰消除，校准电阻的确定；与此同时，也对该方法电路的大电阻范围进行了研究，并且考虑到实际的硬件情况，确定了它的应用范围。

第二步，本文在仿真测试数据的基础上，确定了硬件的设计方案，并在搭建过程中不断完善，实现硬件电路和上位机软件，对该方法进行了性能检验。

最后，得出结论，该方法较其他方法电路有着精度上的优势，但是由于元器件的增多，也限制了该方法的应用范围。

关键词：阻性传感阵列，读取方法，参比法，放大器，串扰

ABSTRACT

Resistive sensing arrays are widely used in many fields, especially in the forefront of science and technology, and the way of reading the array of sensing circuit determines whether it can get a better application. In this context , it is of great significance to further study the sensing array reading method.

In this paper, a new method named reference method was studied and experimentally verified. The calibration resistor column is used to reduce the influence of the switching resistance, the output resistance buffers and some non-ideal characteristics of the amplifier such as input offset voltage, the effect of current.

First of all, in theory, through the derivation of the formula, the crosstalk can eventually be offset.Then, we conducted use the experiment to verify the actual performance of the method.

The first step, by using simulation tests, we have obtained the performance of this approach. In the simulation, the main focus was on the crosstalk cancellation of the switching resistor, the buffer resistance and the determination of calibration resistor.

At the same time, the method of the circuit's large resistance range was studied. By taking into account the actual hardware, we have determined its Application scope. In the second step, based on the simulation test data, the design scheme of the hardware was determined. The hardware circuit and the host computer software were perfected in the process of construction. The performance of the method was tested.

Finally, the results have showed that this method had higher measure precision compared with other methods. But the increase of components limited the scope of application of the method.

KEY WORDS: resistive sensing array, reading method, reference method, amplifier, crosstalk

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2课题研究的背景和意义 1

1.2.1 课题研究的背景 1

1.2.2 课题研究的目的和意义 2

1.3课题研究相关现状 2

1.3.1 阻性传感阵列读出电路的方法分类 2

1.3.2 阻性传感阵列典型扫描方法的特点以及趋势 2

1.4内容和结构安排 4

1.4.1 论文研究内容 4

1.4.2 论文结构安排 4

第二章 参比法阻性传感阵列读出电路的理论研究 6

2.1参比法阻性传感阵列读出电路的提出 6

2.1.1 参比法读出电路的基础 6

2.1.2 参比法读出电路的理论依据 8

2.2参比法读出电路的推导 9

2.3参比法读出电路的优越性 12

第三章 参比法阻性传感阵列读出电路的仿真实验 13

3.1 量程范围的测定 13

3.1.1 大量程范围读出特性 13

3.1.2小量程范围读出特性 16

3.1.3修正后的量程范围 16

3.1.4 结论 17

3.2开关内阻和缓冲电阻对被扫描电阻的影响 17

3.2.1 开关电阻低阻态测试 17

3.2.2开关电阻中阻态测试 18

3.2.3开关电阻高阻态测试 19

3.2.4 总结分析 19

3.3校准电阻对被扫描电阻的影响 22

第四章 参比法阻性传感阵列读出电路的硬件实现 24

4.1 硬件设计 24

4.2软件设计 26

4.3测试结果 27

第五章 总结与展望 30

5.1 全文总结 30

5.2 研究展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1引言

传感阵列，是采用多种同性质的传感器或多种同类型的传感器。利用传感阵列对物体进行测试时，通过一定的测试方法处理即可得出待测物理量的结果，进而可以实现多传感器信息融合 ^[1]。目前，传感器阵列在各大领域均有着广泛的应用，并已经有着一些较为成熟的应用方案。在此背景下，对传感阵列以及决定其应用性能的读出方法的进一步研究有着深刻的意义。

1.2课题研究的背景和意义

1.2.1 课题研究的背景

传感器阵列现在用于各种应用，包括生物识别、气体检测、数据额检测、温度检测、姿势判定、仿生设备的触觉模块、基于红外传感器的热成像以及物理或者生理检测等等。在这些阵列中，我们会采用到各类传感器。比如压力传感器、霍尔效应传感器、红外传感器等。在不同类型的压力传感器中，压阻式传感器比起电容性和压电式传感器成本更低，鲁棒性更强，响应更迅速，具有更为简便的电路读出性，所以压阻式传感器较其他压力传感器有着更为广泛的应用。

压阻式触觉传感器主要特点是采用压阻材料作为敏感材料。当受到外力作用时，敏感材料会发生弹性变形，从而导致它的电导率发生变化。通过检测敏感材料的电阻变化，便可获知外力的信息。该类传感器具有动态范围宽、耐用和良好的负载能力等优点，在静态触觉信号检测方面，压阻式传感器表现尤为突出^[2]。早期的压阻传感器一般是利用半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器，20世纪70年代以后，研制出周边固定支撑的力敏电阻与硅膜片一体化的扩散型压阻传感器^[3]，它的传感元件是利用集成工艺电路，在半导体材料的基片上制成的扩散电阻^[4]，由于批量生产，能够方便的实现微型化。

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