静电成像检测控制系统设计

由于静电探测系统的探测阵列由多个探测单元组成，为获得好的成像效果，对各探测单元信号同步性要求较高。经过软件算法，对原始信号提取特征，得到探测单元的同步变化曲线，两个探测单元的同步特性比较曲线如图5所示。

经实验证明，两个单元的测试同步性能良好，能够快速反映目标体的电压变化。

2.2 滤波电路设计

经高阻跟随器放大后的静电信号存在噪声与干扰。为消除噪声及干扰的影响，在跟随信号后端增加了低通滤波电路，通频带宽为300Hz。电路芯片采用开关电容滤波芯片LTC1569-7，外围电路简单，仅需一个外置电阻REXT即可调节低通滤波带宽[6]。

图6中5脚选择连接至V+，REXT=270kΩ，

3、静电成像系统控制模块设计

静电成像系统控制模块由中继箱和PXI设备组成，中继箱连接探测阵列和PXI设备，为探测阵列提供电源，对探测阵列的探头进行控制并接收和处理探测阵列的信号。中继箱内包含电源、电机驱动器、信号检测电路及信号接口。电源用于为探测阵列和信号检测提供电源;电机驱动器用于控制探测单元电极深度的调节。

静电成像系统的数据采集及探测单元的调整均由信号调理模块和PXI系统处理，PXI系统由数据采集和控制器组成。PXI设备为中继箱提供控制信号，采集中继箱转接过来的静电探测信号;信号调理模块是测试系统的电气枢纽，其主要功能一个是处理探测单元的信号，并为高速开关提供驱动方波。探测单元电路使用高速光耦开关切换，将探测极板反复接地，实现快速的充放电，实时的感应电场强度;所有探测单元的信号经过前置电路处理后，返回信号调理模块，汇总后由多功能数据采集卡的AI通道采入计算机。二是控制探测单元的屏蔽深度。多功能数据卡的AO通道输出频率可变的脉冲信号，经过信号调理模块处理后，输出至电机驱动器，驱动步进电机工作;屏蔽深度的两个极限位置信息由接近开关反馈给信号调理模块，由逻辑电路处理判断电机的工作状态，当判断达到极限位置后，停止屏蔽深度调节。

运行于PXI控制计算机上的软件对整个静电成像试验设备进行控制并采集静电信号。软件功能包括参数设置、信号采集、数据处理、成像试验、试验数据查询回放功能，分别用几个界面来实现人机交互。软件的总体流程如图7所示。

静电成像系统利用图像处理模块将检测系统得到的信号转换成图像的形式输出。图像处理模块为采集成像流程中的子模块，是静电成像的关键组成。其对同时采入计算机的多通道数据进行分段计算，最后合成为256级灰度图像。

4、结论

被动式的静电探测技术具有隐蔽性强，抗人工干扰能力强等优势，从而使其在军事目标探测和重要部门安防等方面具有较好的应用前景[7]。利用目标周围静电场对其进行成像是一种全新的尝试，由于对探测电极引入接地屏蔽外筒，使得原来全向接收电场信号的一般探测电极具有了一定的方向性。作者在实验室中根据静电成像原理，采用所设计的探测阵列、检测及控制系统和图象处理模块组成的静电成像系统对一块 “十”字型带电金属板的进行了成像实验，实验结果证明由该静电成像系统可以对带电目标进行成像。图8为实验室中利用静电成像系统成像结果。

静电成像技术的研究还处于起步阶段，静电信号的检测手段是静电成像技术的关键问题之一，对提高探测距离和成像效果有着非常重要的意义;此外探测电极设计以及阵列布设与具体被测目标的关系等方面还需进一步深入研究。

参考文献

[1] 陈曦,崔占忠,陈方.空中静电目标特性分析[J].北京理工大学学报.2005,25(增刊):169-172.

[2] 陈曦,林蔚,崔占忠.基于有向性探测阵列的静电体目标探测[J].北京理工大学学报.2006, 26(12):1043-1046.

[3] 林蔚,崔占忠,徐立新,等.一种有向性静电探测单元的研究[J].北京理工大学学报. 2005,25(增刊):163-176.

[4] 刘尚合,魏光辉,刘直承.静电理论与防护[M].北京:兵器 工业出版社，1999.

[5] Guru B S, Hizirogl H R. 电磁场与电磁波[M]. 周克定, 张肃文, 董天临等译. 北京:机械工业出版社, 2000.

[6] 李银林.被动式静电引信探测技术及信息处理[D].北京:北京理工大学机电工程学院.2000.

[7] 陈曦.被动式地面静电探测技术研究[D].北京:北京理工大学机电工程学院.2005.