一種陣列電阻傳感器的電阻檢測電路設計

李 丹

（沈陽市園林科學研究院，遼寧 沈陽 110000）

一種陣列電阻傳感器的電阻檢測電路設計

李 丹

（沈陽市園林科學研究院，遼寧 沈陽 110000）

柔性電阻陣列傳感器在生物信息檢測領域有著巨大的應用，但由于陣列電阻間串擾的存在，使得該類傳感器檢測精度大大降低，本文基于等電勢屏蔽方法設計實現了一種針對于陣列電阻檢測的高準確性可變精度的檢測電路，并通過Multisim進行陣列電阻檢測仿真，經過仿真驗證該電路最高可實現1%精度的陣列電阻檢測。

陣列電阻；等電勢屏蔽；電阻陣列傳感器；電阻串擾；變精度檢測

0 引言

隨著機器人技術、物聯網等技術的發展，生物信息檢測逐漸引起大家重視，其中電容式和電阻式生物信息檢測器件因為柔性好、易裁剪，可以檢測多種物理量，如同時檢測溫度和壓力等，而受到研究者普遍關注[1-3]。但是該陣列類型傳感器由于存在檢測單元間相互干擾[4]因此普遍檢測精度不高，檢測單元間隔離度不好。國內外學者圍繞該問題都進行了一定探索，但部分研究結果較為陳舊[1-2][5][7-8]，在當前高速發展的科學技術大背景下失去了參考意義。本文基于等電勢屏蔽方法設計了一種可用的陣列電阻檢測方法，并通過較新的Multisim11.0軟件進行電路仿真和實驗測試，驗證了該測試電路的可行性，并且由于Multisim軟件具有仿真參數細致，仿真功能強大，界面友好，在教研群體中有廣泛的使用基礎[9]，因此有利用對該設計進行驗證和改進。

1 電路設計

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絡，旁路串擾指在測量目標電阻單元時，由非目標電阻單元回路而引入誤差干擾，如圖1所示。等電勢屏蔽的原理是通過分壓法在測試目標i行，j列電阻時，首先通過模擬開關選通所需掃描單元，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列上流經的電流即目標電阻阻值，輸出電壓可以反饋Ri,j的真實值[1]。

根據該原理所設計的實現方案如圖2所示，其特征在于：行控制電路（1）選定需要采集的目標行i，（2）等電勢屏蔽電路通過譯碼器選通除i行外其他行，列控制電路（4）選通目標列j，（3）目標觸元傳感電路Ri,j被選中，同采樣電阻Ref構成分壓電路，采樣電阻Ref上電壓信號經過（4）模擬開關2送入同向放大電路（5），經過（6）濾波電路后，送入AD轉換設備進行數據轉換[1-2]。

圖2 電路實現方案

實際設計完成的仿真電路如圖3所示。左下角前三個開關選擇行，最后一個開關控制芯片使能，右上角前三個開關選擇預測試的列，最后一個開關控制芯片使能。所用的主要仿真器件列表如下。

根據圖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 實際測試電路

圖4 部分仿真實驗測試結果

2 陣列電阻測量

基于以上結果，通過Multisim 11.0進行了系列測試實驗，實驗部分結果如圖4所示。

實際測試和計算的結果匯總如表2所示，根據實驗結果可以看出，所設計的電路解決了前文提出的實際問題，誤差與采樣電阻相關，此處選擇的采樣電阻阻值為R=10 k，可以看出，在測試電阻小于10 k時有較好的測試精度，因此如果要獲得較好的測試結果，應該選擇略大于或至少等于目標測試電阻阻值的采樣電阻，否則測量結果會有較大誤差，因此可認為該測量方法是具有精度可編程特性的。

表2 測試結果匯總表

3 總結與展望

本文基于等電勢屏蔽方法設計實現了陣列電阻檢測檢測電路，并通過Multisim軟件進行了電路仿真測試，經測試，該電路工作穩定，檢測頻率只受限于模擬開關等器件，且精度可調，最高精度可達1%，在陣列電阻類傳感器信號檢測方面將有一定應用[7-8]，未來可進一步應用于柔性電子器件領域，實現生物信息的高精度檢測。但是由于軟件仿真和實際電路還是有一定差異[10]，若要實現該電路的實際使用，讀者還應進行一些參數優化，從而使得該電路達到最優測量效果。

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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，主要研究方向為園林智能信息化。

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