靜電成像檢測控制系統(tǒng)設計

由于靜電探測系統(tǒng)的探測陣列由多個探測單元組成，為獲得好的成像效果，對各探測單元信號同步性要求較高。經(jīng)過軟件算法，對原始信號提取特征，得到探測單元的同步變化曲線，兩個探測單元的同步特性比較曲線如圖5所示。

經(jīng)實驗證明，兩個單元的測試同步性能良好，能夠快速反映目標體的電壓變化。

2.2 濾波電路設計

經(jīng)高阻跟隨器放大后的靜電信號存在噪聲與干擾。為消除噪聲及干擾的影響，在跟隨信號后端增加了低通濾波電路，通頻帶寬為300Hz。電路芯片采用開關電容濾波芯片LTC1569-7，外圍電路簡單，僅需一個外置電阻REXT即可調節(jié)低通濾波帶寬[6]。

圖6中5腳選擇連接至V+，REXT=270kΩ，

3、靜電成像系統(tǒng)控制模塊設計

靜電成像系統(tǒng)控制模塊由中繼箱和PXI設備組成，中繼箱連接探測陣列和PXI設備，為探測陣列提供電源，對探測陣列的探頭進行控制并接收和處理探測陣列的信號。中繼箱內包含電源、電機驅動器、信號檢測電路及信號接口。電源用于為探測陣列和信號檢測提供電源;電機驅動器用于控制探測單元電極深度的調節(jié)。

靜電成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及探測單元的調整均由信號調理模塊和PXI系統(tǒng)處理，PXI系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和控制器組成。PXI設備為中繼箱提供控制信號，采集中繼箱轉接過來的靜電探測信號;信號調理模塊是測試系統(tǒng)的電氣樞紐，其主要功能一個是處理探測單元的信號，并為高速開關提供驅動方波。探測單元電路使用高速光耦開關切換，將探測極板反復接地，實現(xiàn)快速的充放電，實時的感應電場強度;所有探測單元的信號經(jīng)過前置電路處理后，返回信號調理模塊，匯總后由多功能數(shù)據(jù)采集卡的AI通道采入計算機。二是控制探測單元的屏蔽深度。多功能數(shù)據(jù)卡的AO通道輸出頻率可變的脈沖信號，經(jīng)過信號調理模塊處理后，輸出至電機驅動器，驅動步進電機工作;屏蔽深度的兩個極限位置信息由接近開關反饋給信號調理模塊，由邏輯電路處理判斷電機的工作狀態(tài)，當判斷達到極限位置后，停止屏蔽深度調節(jié)。

運行于PXI控制計算機上的軟件對整個靜電成像試驗設備進行控制并采集靜電信號。軟件功能包括參數(shù)設置、信號采集、數(shù)據(jù)處理、成像試驗、試驗數(shù)據(jù)查詢回放功能，分別用幾個界面來實現(xiàn)人機交互。軟件的總體流程如圖7所示。

靜電成像系統(tǒng)利用圖像處理模塊將檢測系統(tǒng)得到的信號轉換成圖像的形式輸出。圖像處理模塊為采集成像流程中的子模塊，是靜電成像的關鍵組成。其對同時采入計算機的多通道數(shù)據(jù)進行分段計算，最后合成為256級灰度圖像。

4、結論

被動式的靜電探測技術具有隱蔽性強，抗人工干擾能力強等優(yōu)勢，從而使其在軍事目標探測和重要部門安防等方面具有較好的應用前景[7]。利用目標周圍靜電場對其進行成像是一種全新的嘗試，由于對探測電極引入接地屏蔽外筒，使得原來全向接收電場信號的一般探測電極具有了一定的方向性。作者在實驗室中根據(jù)靜電成像原理，采用所設計的探測陣列、檢測及控制系統(tǒng)和圖象處理模塊組成的靜電成像系統(tǒng)對一塊 “十”字型帶電金屬板的進行了成像實驗，實驗結果證明由該靜電成像系統(tǒng)可以對帶電目標進行成像。圖8為實驗室中利用靜電成像系統(tǒng)成像結果。

靜電成像技術的研究還處于起步階段，靜電信號的檢測手段是靜電成像技術的關鍵問題之一，對提高探測距離和成像效果有著非常重要的意義;此外探測電極設計以及陣列布設與具體被測目標的關系等方面還需進一步深入研究。

參考文獻

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[3] 林蔚,崔占忠,徐立新,等.一種有向性靜電探測單元的研究[J].北京理工大學學報. 2005,25(增刊):163-176.

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[5] Guru B S, Hizirogl H R. 電磁場與電磁波[M]. 周克定, 張肅文, 董天臨等譯. 北京:機械工業(yè)出版社, 2000.

[6] 李銀林.被動式靜電引信探測技術及信息處理[D].北京:北京理工大學機電工程學院.2000.

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