1、导言
静电勘探是将方针周围空间的电场作为勘探源对方针进行勘探的一种办法，静电成像运用方针周围静电场对方针进行成像。任何运用发动机或移动的物体都必定会由于各种不同的带电进程而带上静电，静电方针在必定间隔范围内呈现出方针的特征[1]，由于被动式静电勘探电极是全向性接纳方针的电场信息，无法取得方针的静电图画，为完结静电成像，选用了具有屏蔽外筒的勘探电极，使得勘探具有必定的方向性，将多个具有屏蔽外筒的勘探电极布设成阵列的办法，经过检测体系和图画处理体系，可将必定间隔以内的带电方针概括显现出来[2]。
静电成像体系包含静电勘探阵列、检测与操控体系及图画处理模块等三个部分，静电勘探阵列由活动支架和阵列板组成，可在被勘探方针的特定方位和方向构成一个静电勘探阵;检测与操控体系用于完结静电场信号的检测和整个静电成像设备的操控。 图画处理模块完结将检测阵列各点的信号组成方针的灰度图画，进行显现或打印输出。
2、静电成像体系检测模块规划
在静电场中，一般静电勘探极板是全向接纳的，由于选用了具有屏蔽外筒的勘探电极，使得勘探具有必定的方向性，勘探电极的信号巨细与勘探电极屏蔽深度、勘探阵元间隔、方针尺度以及方针间隔等要素有关[3]。静电成像体系检测模块用于检测勘探电极的信号。
2.1 检测电路规划
静电测验技能使用中最常见的是静电电位的测验，静电电压是带电体外表某点的静电电位和某个指定参考点电位之间的差值，一般取地为参考点。由于电位是与物体所带电荷成正比的物理量，因而电位的凹凸就反映了物体所带电荷量的多少。静电成像体系选用非触摸丈量，非触摸法又分为直感法、沟通调制法和空气电离法三类[4]。
直感法电路简略，易于完结。其原理图如图1所示。图中T是外表的探头，M是测验仪器等效输入电路。
由于被测带电体的电场效果，探头大将产生感应电位。若被测带电体的对地电位为U，则探头对地电位为
(1)
式中，Cb为外表输入电容;Rb为外表输入电阻;Cw为外表与被测带电体之间的电容。t为放电时刻。
由式(1)可以看出，直感式静电计测验值Ub随时刻以指数规则衰减，时刻常数为。为减小测验差错，要求Rb或Cb充沛大。但Cb增大将导致测验灵敏度下降，反而使测验产生困难，因而要求这种外表有极高的输入电阻，一般要求Rb在1012～1014Ω 量级。即便如此，也只能减缓衰减速度[5]。所以，对带电量缓慢改变的带电体不能做到实时监控。因而该办法不适于被动式地上静电勘探体系。
沟通调制法一般运用机械办法使探头与被测带电体之间产生一个交变电容重量，把感应直流电压转换为含有沟通重量的电压信号，可以减小或战胜仪器零点漂移以及被丈量因仪器输入电阻的存在而随时刻的衰减。由于静电成像体系勘探阵列由多个勘探单元组成，选用机械振动的办法很难确保各勘探单元的一致性。依据静电成像体系勘探方针带电量改变缓慢的特色，规划了具有高频开关的定频开关扫描检测电路。该电路运用定频开关将勘探电极与地重复导通，完结电极重复充放电。其检测进程相当于使得勘探电极的感应电量在定频开关重复地翻开和封闭期间不断地累积和泄放，挑选恰当的开关频率，可以使得检测电路输出电压与勘探电极的感应电量坚持相对安稳的比例联系。电路原理图如图2所示。
图2 信号检测电路示意图
图2可等效为图3所示的等效电路。其间带电方针体的电量等效为稳流电源，带电方针体与勘探电极等效为电容C0，高阻跟从器的输入电阻等效为R，信号调度电路的对地电容等效为C。
定频开关注册和关断的进程使输入到高阻跟从器的同相端的电压为一个周期性改变的电压。定频开关翻开时，勘探电极充电，在高阻跟从器的同相端的电压是一个充电电压
(2)
式(2)中，t1是定频开关翻开的时刻;U是电容C0到达稳态时的电位。
因电路中的稳压二极管反向偏置，稳压二极管不导通，此刻高阻跟从器的输入电压与电容C0两头电压相同，即：
(3)
在定频开封闭合时，电容C0放电，由于定频开封闭合时，回路电阻为零，所以电容 C0上的电压将瞬间放掉，而使电容C0上的电压为零，即：
(4)
式(4)中，T是定频开关翻开和闭合的周期。
从对等效电路的剖析中可以看出，在定频开关以必定的频率翻开和闭合的进程中，电容C0不断的充电和放电，电容C0充电到达稳态时的电压 和带电方针的电量成正比的联系，定频开关的开关频率挑选恰当，带电方针的带电量即便产生缓慢的改变，电容 C0到达稳态时的电压U也能反映带电方针电量的改变，而高阻跟从器的同相输入端的输入电压与%&&&&&%C0两头电压相同，然后可以完结对带电方针带电量实时的丈量。图4为示波器显现的检测信号。
