一种阵列电阻传感器的电阻检测电路设计

李 丹

（沈阳市园林科学研究院，辽宁 沈阳 110000）

一种阵列电阻传感器的电阻检测电路设计

李 丹

（沈阳市园林科学研究院，辽宁 沈阳 110000）

柔性电阻阵列传感器在生物信息检测领域有着巨大的应用，但由于阵列电阻间串扰的存在，使得该类传感器检测精度大大降低，本文基于等电势屏蔽方法设计实现了一种针对于阵列电阻检测的高准确性可变精度的检测电路，并通过Multisim进行阵列电阻检测仿真，经过仿真验证该电路最高可实现1%精度的阵列电阻检测。

阵列电阻；等电势屏蔽；电阻阵列传感器；电阻串扰；变精度检测

0 引言

随着机器人技术、物联网等技术的发展，生物信息检测逐渐引起大家重视，其中电容式和电阻式生物信息检测器件因为柔性好、易裁剪，可以检测多种物理量，如同时检测温度和压力等，而受到研究者普遍关注[1-3]。但是该阵列类型传感器由于存在检测单元间相互干扰[4]因此普遍检测精度不高，检测单元间隔离度不好。国内外学者围绕该问题都进行了一定探索，但部分研究结果较为陈旧[1-2][5][7-8]，在当前高速发展的科学技术大背景下失去了参考意义。本文基于等电势屏蔽方法设计了一种可用的阵列电阻检测方法，并通过较新的Multisim11.0软件进行电路仿真和实验测试，验证了该测试电路的可行性，并且由于Multisim软件具有仿真参数细致，仿真功能强大，界面友好，在教研群体中有广泛的使用基础[9]，因此有利用对该设计进行验证和改进。

1 电路设计

图1 干扰旁路形成原理

基于阵列电阻阵列是指按行列分布的电阻网络，旁路串扰指在测量目标电阻单元时，由非目标电阻单元回路而引入误差干扰，如图1所示。等电势屏蔽的原理是通过分压法在测试目标i行，j列电阻时，首先通过模拟开关选通所需扫描单元，然后通过译码器选择所有非j列上电阻与测试输出电压等电位，使得非j列电位钳制在第j列电位，由于该反馈的存在，使得非j列上电阻变化不影响j列上流经的电流即目标电阻阻值，输出电压可以反馈Ri,j的真实值[1]。

根据该原理所设计的实现方案如图2所示，其特征在于：行控制电路（1）选定需要采集的目标行i，（2）等电势屏蔽电路通过译码器选通除i行外其他行，列控制电路（4）选通目标列j，（3）目标触元传感电路Ri,j被选中，同采样电阻Ref构成分压电路，采样电阻Ref上电压信号经过（4）模拟开关2送入同向放大电路（5），经过（6）滤波电路后，送入AD转换设备进行数据转换[1-2]。

图2 电路实现方案

实际设计完成的仿真电路如图3所示。左下角前三个开关选择行，最后一个开关控制芯片使能，右上角前三个开关选择预测试的列，最后一个开关控制芯片使能。所用的主要仿真器件列表如下。

根据图2所示原理，可知Rij=(V+/Vm-1)*R，其中R为分压电阻，V+为左下角模拟开关的COM端加载电压，Vm为右下角放大器输出电压。

表1 仿真器件列表

图3 实际测试电路

图4 部分仿真实验测试结果

2 阵列电阻测量

基于以上结果，通过Multisim 11.0进行了系列测试实验，实验部分结果如图4所示。

实际测试和计算的结果汇总如表2所示，根据实验结果可以看出，所设计的电路解决了前文提出的实际问题，误差与采样电阻相关，此处选择的采样电阻阻值为R=10 k，可以看出，在测试电阻小于10 k时有较好的测试精度，因此如果要获得较好的测试结果，应该选择略大于或至少等于目标测试电阻阻值的采样电阻，否则测量结果会有较大误差，因此可认为该测量方法是具有精度可编程特性的。

表2 测试结果汇总表

3 总结与展望

本文基于等电势屏蔽方法设计实现了阵列电阻检测检测电路，并通过Multisim软件进行了电路仿真测试，经测试，该电路工作稳定，检测频率只受限于模拟开关等器件，且精度可调，最高精度可达1%，在阵列电阻类传感器信号检测方面将有一定应用[7-8]，未来可进一步应用于柔性电子器件领域，实现生物信息的高精度检测。但是由于软件仿真和实际电路还是有一定差异[10]，若要实现该电路的实际使用，读者还应进行一些参数优化，从而使得该电路达到最优测量效果。

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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，工程师，主要研究方向为园林智能信息化。

本文著录格式：李丹. 一种阵列电阻传感器的电阻检测电路设计[J]. 软件，2017，38（1）：120-122