靜電成像檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，兩個(gè)單元的測(cè)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(jì)

經(jīng)高阻跟隨器放大后的靜電信號(hào)存在噪聲與干擾。為消除噪聲及干擾的影響，在跟隨信號(hào)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(jiǎn)單，僅需一個(gè)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(jì)

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(cè)陣列和PXI設(shè)備，為探測(cè)陣列提供電源，對(duì)探測(cè)陣列的探頭進(jìn)行控制并接收和處理探測(cè)陣列的信號(hào)。中繼箱內(nèi)包含電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)檢測(cè)電路及信號(hào)接口。電源用于為探測(cè)陣列和信號(hào)檢測(cè)提供電源;電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于控制探測(cè)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(cè)單元的調(diào)整均由信號(hào)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(hào)，采集中繼箱轉(zhuǎn)接過來的靜電探測(cè)信號(hào);信號(hào)調(diào)理模塊是測(cè)試系統(tǒng)的電氣樞紐，其主要功能一個(gè)是處理探測(cè)單元的信號(hào)，并為高速開關(guān)提供驅(qū)動(dòng)方波。探測(cè)單元電路使用高速光耦開關(guān)切換，將探測(cè)極板反復(fù)接地，實(shí)現(xiàn)快速的充放電，實(shí)時(shí)的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度;所有探測(cè)單元的信號(hào)經(jīng)過前置電路處理后，返回信號(hào)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(jì)算機(jī)。二是控制探測(cè)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(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊處理后，輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作;屏蔽深度的兩個(gè)極限位置信息由接近開關(guān)反饋給信號(hào)調(diào)理模塊，由邏輯電路處理判斷電機(jī)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(yùn)行于PXI控制計(jì)算機(jī)上的軟件對(duì)整個(gè)靜電成像試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行控制并采集靜電信號(hào)。軟件功能包括參數(shù)設(shè)置、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、成像試驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢回放功能，分別用幾個(gè)界面來實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(cè)系統(tǒng)得到的信號(hào)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(duì)同時(shí)采入計(jì)算機(jī)的多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行分段計(jì)算，最后合成為256級(jí)灰度圖像。

4、結(jié)論

被動(dòng)式的靜電探測(cè)技術(shù)具有隱蔽性強(qiáng)，抗人工干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，從而使其在軍事目標(biāo)探測(cè)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(chǎng)對(duì)其進(jìn)行成像是一種全新的嘗試，由于對(duì)探測(cè)電極引入接地屏蔽外筒，使得原來全向接收電場(chǎng)信號(hào)的一般探測(cè)電極具有了一定的方向性。作者在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)靜電成像原理，采用所設(shè)計(jì)的探測(cè)陣列、檢測(cè)及控制系統(tǒng)和圖象處理模塊組成的靜電成像系統(tǒng)對(duì)一塊 “十”字型帶電金屬板的進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明由該靜電成像系統(tǒng)可以對(duì)帶電目標(biāo)進(jìn)行成像。圖8為實(shí)驗(yàn)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(hào)的檢測(cè)手段是靜電成像技術(shù)的關(guān)鍵問題之一，對(duì)提高探測(cè)距離和成像效果有著非常重要的意義;此外探測(cè)電極設(shè)計(jì)以及陣列布設(shè)與具體被測(cè)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(bào).2005,25(增刊):169-172.

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

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

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

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

[6] 李銀林.被動(dòng)式靜電引信探測(cè)技術(shù)及信息處理[D].北京:北京理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院.2000.

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