参比法阻性传感阵列读出电路性能实验研究文献综述

 2022-10-29 20:54:56
  1. 文献综述（或调研报告）：

利用每个敏感元件作为离散电阻器，二维的阻性传感阵列用于感知分布在感测区域中的物理参数。

在传统的电阻测量方法中，需要大量连接的导线和测量电路，例如访问Mtimes;N阻性传感阵列中的所有元件需要Mtimes;N 1根导线[1]。通过在共享线路处获得电激励信号和电位测量，已经提出了一些共享行-列线的二维的阻性传感阵列的扫描方法，用于减少连接线数量。在这些扫描方法中使用两组互连线，所有传感器元件具有连接到行线的一端和连接到列线的另一端。因此，在Mtimes;N阻性传感阵列中只需要使用M N根互连线。但由共享导线的寄生并联路径引起的串扰效应影响这些扫描方法在阻性传感阵列中的性能。由于串扰效应较小，在二维中插入二极管方法[2-4]的应用首先由Snyder等人描述。在1978年，然后不同类型的扫描方法迅速出现，如插入晶体管方法[5]、无源积分器方法[6]、电阻矩阵方法[7]、关联矩阵方法[8]、电压反馈方法[9]、零电位方法等。与传统测量方法相比，阻性传感阵列扫描方法具有线数少、复杂度低、成本低等优点，结果，二维阻性传感阵列的扫描方法广泛应用于许多领域，包括触觉传感器，人造电子皮肤，化学传感器，人机交互输入装置和成像传感器。

在插入二极管方法中，Snyder[2]首先使用二极管获得同一列上所有敏感元件的单向电流。Ding[4]试图消除三维阻性传感阵列的旁路串扰。对于每个被测试的元件（EBT），其行相邻元件与其测试电流路径隔离。通过扫描列上的插入二极管，来自激励电压源的电流流到传感器矩阵的单个列上的扫描元件，然后通过采样电阻器流到地，通过公式可以计算出元件的输出电压，并且对所有元件实现高读出速率。但该方法中的测量精度易受测试电流和温度变化影响的二极管电压的影响，并且每个敏感元件都配备一个二极管的复杂结构也限制了其应用。

插入晶体管方法，Tanaka[5]首先使用晶体管选择同一行上的敏感元件，实现了一个128times;128电阻测辐射具阵列，扫描速率为30Hz。通过参考电阻（Rrefs），来自激励电压源的电流流到传感器矩阵的单个行上的插入晶体管，然后流过扫描元件到达地。利用行选择线和插入晶体管，选择并同步测试同一行上的元件，并实现高扫描速率。

二维阻性传感阵列中的无源积分器方法首先由Fernando[6]等人描述，他们使用具有电容反馈的运算放大器和FPGA来执行敏感的元件，实现了16times;16电阻式力传感器阵列，扫描速率为182 Hz，测量精度为0.67％。

Shu[7]等人提出了电阻矩阵方法的应用，其通过建立和求解传感器阵列的电阻矩阵方程来确定传感器电阻值，并实现10times;10的触觉RSA，扫描速率为30 Hz，测量精度为0.61plusmn;0.41％。

Federico[8]提出了关联矩阵方法在二维阻性传感阵列中的应用。互连放置在相邻传感器之间，基于关联矩阵的阻性传感阵列通过从CS注入的电流和仅在边界处的电位测量来估计内部电阻分布。

在二维力感测电阻器阵列中的电压反馈方法的应用首先由Tise[9]描述，他实现了其扫描速率为10Hz的16times;16压阻传感器阵列。他还指出，使用更多的反馈电阻可以提高扫描速率。使用电压反馈，Speeter实现了一个16times;16触摸感应系统，用于机器人操作，扫描速率为60 Hz。 基于反馈电压与采样电极和驱动电极的不同连接，Liu等人将电压反馈方法分为VF-NSE方法、VF-NSSE方法和VF-NSDE方法，然后评价它们的性能。

参考文献：

  1. G Goger D, Worn H. A highly versatile and robust tactile sensing system[C].Sensors, 2007 IEEE. IEEE, 2007: 1056-1059.
  2. Snyder W E, Clair J S. Conductive elastomers as sensor for industrial parts handling equipment [J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1978, 27(1): 94-99.
  3. Prutchi D, Arcan M. Dynamic contact stress analysis using a compliant sensor array [J]. Measurement, 1993, 11(3): 197-210.
  4. Ding J. X. Study on some problems of a kind of 3-D flexible tactile sensor arrays based on ideal flow-forming conductive rubber [J]. PhD thesis, University of science and technology of China, Hefei. 2011. In Chinese.
  5. Tanaka A, Matsumoto S, Tsukamoto N, et al. Infrared focal plane array incorporating silicon IC process compatible bolometer[J]. IEEE transactions on Electron Devices, 1996, 43(11): 1844-1850.
  6. Vidal-Verduacute; F, Oballe-Peinado Oacute;, Saacute;nchez-Duraacute;n J A, et al. Three realizations and comparison of hardware for piezoresistive tactile sensors [J]. Sensors, 2011, 11(3): 3249-3266.
  7. Shu L, Tao X, Feng D D. A new approach for readout of resistive sensor arrays for wearable electronic applications [J]. IEEE Sensors Journal, 2015, 15(1): 442-452.
  8. Lorussi F, Rocchia W, Scilingo E P, et al. Wearable, redundant fabric-based sensor arrays for reconstruction of body segment posture [J]. IEEE sensors Journal, 2004, 4(6): 807-818.
  9. Tise B. A compact high resolution piezoresistive digital tactile sensor [C].Robotics and Automation, 1988. Proceedings. , 1988 IEEE International Conference on. IEEE, 1988: 760-764.

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