应用等效电导法的逆方法来消除电容器式和增量式传感器阵列中的串扰现象

《IEEE Sensors Journal》：Application of the Inverse of Equivalent Conductance Method for Eliminating Crosstalk in Capacitive and Incremental Sensor Arrays

　　

摘要：

传感器阵列可以通过选择多路复用器对应的行-列组合来进行测量。然而，传统的电路配置实际上提取的是该组合之间的等效传感器值，而非真实的传感器值。在本文中，我们证明了“等效电导倒数法”（最初用于压阻传感器阵列的测量方法）同样适用于其他类型的传感器（尤其是电容式传感器）。此外，我们还提出了一种新的线性近似模型，适用于增量式传感器，其中电导的表示形式为 y = y0 + Δy。数值算法在估计传感器值时的误差受阵列大小、传感器容差、测量范围和测量不确定性的影响。通过仿真分析发现了这些因素的影响。通常情况下，原始的定点算法表现更优；但如果测量不确定性或阵列规模增大，线性近似的误差也会显著增加。对于一个 16x16 的大型阵列，在传感器容差为 10%、电导范围为 40%、测量不确定性低于 0.01% 的条件下，所提出方法的误差可控制在 1% 以内。文中还展示了经过后处理的典型的压力图像，有效地去除了图像中的伪影。同时，我们对尺寸高达 12x12 的电容式和电阻式传感器原型进行了测试，其平均误差也低于 2%。这些方法基于严谨的理论基础，能够利用快速算法消除串扰现象，并且所需的数字信号采集（DAQ）电路简单且成本较低。