靜電成像檢測控制系統(tǒng)設(shè)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(biāo)體的電壓變化。

2.2 濾波電路設(shè)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(guān)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(diào)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(shè)計

靜電成像系統(tǒng)控制模塊由中繼箱和PXI設(shè)備組成，中繼箱連接探測陣列和PXI設(shè)備，為探測陣列提供電源，對探測陣列的探頭進(jìn)行控制并接收和處理探測陣列的信號。中繼箱內(nèi)包含電源、電機驅(qū)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(qū)動器用于控制探測單元電極深度的調(diào)節(jié)。

靜電成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及探測單元的調(diào)整均由信號調(diào)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(shè)備為中繼箱提供控制信號，采集中繼箱轉(zhuǎn)接過來的靜電探測信號;信號調(diào)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(guān)提供驅(qū)動方波。探測單元電路使用高速光耦開關(guān)切換，將探測極板反復(fù)接地，實現(xiàn)快速的充放電，實時的感應(yīng)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(diào)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(diào)理模塊處理后，輸出至電機驅(qū)動器，驅(qū)動步進(jìn)電機工作;屏蔽深度的兩個極限位置信息由接近開關(guān)反饋給信號調(diào)理模塊，由邏輯電路處理判斷電機的工作狀態(tài)，當(dāng)判斷達(dá)到極限位置后，停止屏蔽深度調(diào)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(shè)備進(jìn)行控制并采集靜電信號。軟件功能包括參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)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(guān)鍵組成。其對同時采入計算機的多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行分段計算，最后合成為256級灰度圖像。

4、結(jié)論

被動式的靜電探測技術(shù)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(biāo)探測和重要部門安防等方面具有較好的應(yīng)用前景[7]。利用目標(biāo)周圍靜電場對其進(jìn)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(shè)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(jìn)行了成像實驗，實驗結(jié)果證明由該靜電成像系統(tǒng)可以對帶電目標(biāo)進(jìn)行成像。圖8為實驗室中利用靜電成像系統(tǒng)成像結(jié)果。

靜電成像技術(shù)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(shù)的關(guān)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(shè)計以及陣列布設(shè)與具體被測目標(biāo)的關(guān)系等方面還需進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳曦,崔占忠,陳方.空中靜電目標(biāo)特性分析[J].北京理工大學(xué)學(xué)報.2005,25(增刊):169-172.

[2] 陳曦,林蔚,崔占忠.基于有向性探測陣列的靜電體目標(biāo)探測[J].北京理工大學(xué)學(xué)報.2006, 26(12):1043-1046.

[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(xué)學(xué)報. 2005,25(增刊):163-176.

[4] 劉尚合,魏光輝,劉直承.靜電理論與防護[M].北京:兵器 工業(yè)出版社，1999.

[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(shù)及信息處理[D].北京:北京理工大學(xué)機電工程學(xué)院.2000.

[7] 陳曦.被動式地面靜電探測技術(shù)研究[D].北京:北京理工大學(xué)機電工程學(xué)院.2005.