李 丹

（沈陽(yáng)市園林科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

一種陣列電阻傳感器的電阻檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

李 丹

（沈陽(yáng)市園林科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

柔性電阻陣列傳感器在生物信息檢測(cè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用，但由于陣列電阻間串?dāng)_的存在，使得該類傳感器檢測(cè)精度大大降低，本文基于等電勢(shì)屏蔽方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)于陣列電阻檢測(cè)的高準(zhǔn)確性可變精度的檢測(cè)電路，并通過Multisim進(jìn)行陣列電阻檢測(cè)仿真，經(jīng)過仿真驗(yàn)證該電路最高可實(shí)現(xiàn)1%精度的陣列電阻檢測(cè)。

陣列電阻；等電勢(shì)屏蔽；電阻陣列傳感器；電阻串?dāng)_；變精度檢測(cè)

0 引言

隨著機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，生物信息檢測(cè)逐漸引起大家重視，其中電容式和電阻式生物信息檢測(cè)器件因?yàn)槿嵝院谩⒁撞眉?，可以檢測(cè)多種物理量，如同時(shí)檢測(cè)溫度和壓力等，而受到研究者普遍關(guān)注[1-3]。但是該陣列類型傳感器由于存在檢測(cè)單元間相互干擾[4]因此普遍檢測(cè)精度不高，檢測(cè)單元間隔離度不好。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞該問題都進(jìn)行了一定探索，但部分研究結(jié)果較為陳舊[1-2][5][7-8]，在當(dāng)前高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)大背景下失去了參考意義。本文基于等電勢(shì)屏蔽方法設(shè)計(jì)了一種可用的陣列電阻檢測(cè)方法，并通過較新的Multisim11.0軟件進(jìn)行電路仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了該測(cè)試電路的可行性，并且由于Multisim軟件具有仿真參數(shù)細(xì)致，仿真功能強(qiáng)大，界面友好，在教研群體中有廣泛的使用基礎(chǔ)[9]，因此有利用對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。

1 電路設(shè)計(jì)

圖1 干擾旁路形成原理

基于陣列電阻陣列是指按行列分布的電阻網(wǎng)絡(luò)，旁路串?dāng)_指在測(cè)量目標(biāo)電阻單元時(shí)，由非目標(biāo)電阻單元回路而引入誤差干擾，如圖1所示。等電勢(shì)屏蔽的原理是通過分壓法在測(cè)試目標(biāo)i行，j列電阻時(shí)，首先通過模擬開關(guān)選通所需掃描單元，然后通過譯碼器選擇所有非j列上電阻與測(cè)試輸出電壓等電位，使得非j列電位鉗制在第j列電位，由于該反饋的存在，使得非j列上電阻變化不影響j列上流經(jīng)的電流即目標(biāo)電阻阻值，輸出電壓可以反饋Ri,j的真實(shí)值[1]。

根據(jù)該原理所設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示，其特征在于：行控制電路（1）選定需要采集的目標(biāo)行i，（2）等電勢(shì)屏蔽電路通過譯碼器選通除i行外其他行，列控制電路（4）選通目標(biāo)列j，（3）目標(biāo)觸元傳感電路Ri,j被選中，同采樣電阻Ref構(gòu)成分壓電路，采樣電阻Ref上電壓信號(hào)經(jīng)過（4）模擬開關(guān)2送入同向放大電路（5），經(jīng)過（6）濾波電路后，送入AD轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[1-2]。

圖2 電路實(shí)現(xiàn)方案

實(shí)際設(shè)計(jì)完成的仿真電路如圖3所示。左下角前三個(gè)開關(guān)選擇行，最后一個(gè)開關(guān)控制芯片使能，右上角前三個(gè)開關(guān)選擇預(yù)測(cè)試的列，最后一個(gè)開關(guān)控制芯片使能。所用的主要仿真器件列表如下。

根據(jù)圖2所示原理，可知Rij=(V+/Vm-1)*R，其中R為分壓電阻，V+為左下角模擬開關(guān)的COM端加載電壓，Vm為右下角放大器輸出電壓。

表1 仿真器件列表

圖3 實(shí)際測(cè)試電路

圖4 部分仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

2 陣列電阻測(cè)量

基于以上結(jié)果，通過Multisim 11.0進(jìn)行了系列測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)部分結(jié)果如圖4所示。

實(shí)際測(cè)試和計(jì)算的結(jié)果匯總?cè)绫?所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，所設(shè)計(jì)的電路解決了前文提出的實(shí)際問題，誤差與采樣電阻相關(guān)，此處選擇的采樣電阻阻值為R=10 k，可以看出，在測(cè)試電阻小于10 k時(shí)有較好的測(cè)試精度，因此如果要獲得較好的測(cè)試結(jié)果，應(yīng)該選擇略大于或至少等于目標(biāo)測(cè)試電阻阻值的采樣電阻，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大誤差，因此可認(rèn)為該測(cè)量方法是具有精度可編程特性的。

表2 測(cè)試結(jié)果匯總表

3 總結(jié)與展望

本文基于等電勢(shì)屏蔽方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了陣列電阻檢測(cè)檢測(cè)電路，并通過Multisim軟件進(jìn)行了電路仿真測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，該電路工作穩(wěn)定，檢測(cè)頻率只受限于模擬開關(guān)等器件，且精度可調(diào)，最高精度可達(dá)1%，在陣列電阻類傳感器信號(hào)檢測(cè)方面將有一定應(yīng)用[7-8]，未來可進(jìn)一步應(yīng)用于柔性電子器件領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)生物信息的高精度檢測(cè)。但是由于軟件仿真和實(shí)際電路還是有一定差異[10]，若要實(shí)現(xiàn)該電路的實(shí)際使用，讀者還應(yīng)進(jìn)行一些參數(shù)優(yōu)化，從而使得該電路達(dá)到最優(yōu)測(cè)量效果。

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A Resistance Detecting Circuit of Resistance-array-type Sensor

LI Dan
(Shenyang Academy of Landscape, Liaoning, Shenyang 110000, China)

Flexible resistance array have a great application in biology information detecting, but because of the crosstalk noise in resistance array, the resistance-array-type sensor have a limit accuracy, this paper designed a new resistance detecting circuit based on equipotential barrier shielding method. The circuit shows a good accuracy in detecting, and the accuracy of the circuit can be programming using different resistance, we achieved the highest accuracy of 1% in resistance-array detecting through electric simulation by Multisim 11.0.

Array-resistance; Equipotential barrier shielding method; Resistance-array-type sensor; Crosstalk noise; Variable precision detecting

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.01.025

李丹(1984-)，女，工程師，主要研究方向?yàn)閳@林智能信息化。

本文著錄格式：李丹. 一種陣列電阻傳感器的電阻檢測(cè)電路設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2017，38（1）：120-122