Universität Bielefeld - Technische Fakultät - Neuroinformatik



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Beschaltung der Sensoren

Die Sensorsignale müssen für die Verarbeitung mit einem Analog/Digital-Wandler in Form von Spannungen in einem definierten Intervall aufbereitet werden. Dazu dienen die Schaltkreise in Abb. 2.2.

  
Figure 2.2: Beschaltung eines FPSRs: (a) Zur Messung des   Gesamtleitwerts ; da ist, liefert der Impedanzwandler . (b) Zur Messung des Leitwert-Schwerpunkts ; der Impedanzwandler entnimmt so gut wie keinen Strom über , daher ist .

In der Schaltung in Abb. 2.2(a) wird ein zusätzlicher Widerstand, , zu einer Vergleichsmessung von verwendet. Ein A/D-Wandler, der Spannungen im Intervall in Zahlen im Intervall [0,1] umwandelt, erhält aus dieser Schaltung den Meßwert

Der Widerstand wird geeignet dimensioniert, um die Auflösung der Messung im Bereich großer Werte von (kleine Andruckkräfte) zu vergrößern. Je größer gewählt wird, desto besser wird die Auflösung in diesem Bereich; gleichzeitig wird die Auflösung für kleine schlechter, da dort die Funktion mit kleinerer Steigung gegen 1 geht.

Die Schaltung in Abb. 2.2(b) zeigt die Messung des Schwerpunkts der Leitwertverteilung . Der A/D-Wandler liefert hierbei

Der Impedanzwandler sorgt dafür, daß die Voraussetzung für die Anwendung der Knotenregel im letzten Abschnitt, , nahezu erfüllt ist.

Abb. 2.2 zeigt, daß für den Wechsel von Kraft- (-) und Positionsmessung () nur zwei Schalter notwendig sind. Ein Schalter verbindet den Anschluß B mit , der andere den Anschluß W mit dem zusätzlichen Widerstand . Diese Schalter lassen sich mit Standard-Bauteilen realisieren (beispielsweise CMOS-Reihe 4051, 4052 und 4053). Der Schalter an B läßt sich ebenso einfach mit einem MOSFET-Transistor realisieren.

Die umschaltbare Kraft- und Positionsmessung von acht Sensoren wird von der in Abb. 2.3 dargestellten Schaltung übernommen; Vier Exemplare dieser Schaltung befinden sich auf der Verstärkerplatine für MASS (siehe Kapitel 6).

  
Figure 2.3: Beschaltung von acht Kraft- und Positionssensoren: (a)   Das Controller-Signal PB3 wählt Kraft- oder Positionsmessung. (b) Bei Positionsmessung (PB3=HI) schaltet der MOS-FET durch, der 4051-Multiplexer ist im hochohmigen Zustand. Die Spannungen an den Anschlüssen W[1:8] liefern die Positionsmeßwerte. (c) Bei Kraftmessung (PB3=LO) sperrt der MOSFET und der Multiplexer verbindet einen der Sensoren mit . Die Spannung am entsprechenden Anschluß Wn liefert einen Kraftmeßwert. Dabei steht n für den mit PB[0:2] gewählten Sensor. (d) Die Sensorsignale werden mit acht OP-Impedanzwandlern verstärkt und der Sensorstation zugeführt.

Die Umschaltung von Kraft- und Positionsmessung geschieht durch den CMOS/TTL-Pegel an PB3. Ein Schalter ist mit einem MOSFET realisiert, der andere mit einem Analog-1-auf-8-Multiplexer (4051). Die acht Spannungsverfolger sind schematisch als Dreiecke dargestellt. Die Schaltung implementiert mit kleinem Bauteilaufwand acht Exemplare der Schaltungen in Abb. 2.2. Die Anschlüsse und () der acht Sensoren sind dabei jeweils zu A und B zusammengefaßt. Das Parallelschalten der Widerstände hat nur bei der Kraftmessung Einfluß auf die Meßwerte. Doch auch dort ist die Änderung wegen , vernachlässigbar klein.

Der Sensor soll in Verbindung mit den vorgestellten Meßschaltungen untersucht werden. Im folgenden Abschnitt werden Meßreihen untersucht, die mit einem Fingerkuppenprototyp und der Hardware-Infrastruktur aus dem zweiten Teil erstellt wurden.



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Markus Jankowski Jan Jockusch Lars Jansen Michael Jandrey Marjan Tomas , 1996-Dec-06