[发明专利]一种基于静电传感器阵列的成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于静电传感器阵列的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：

静电电极阵列，用于测量被测对象的电荷信号；

多通道信号调理模块，与所述静电电极阵列连接，用于对所述电荷信号进行调控；

多通道数据采集模块，与所述多通道信号调理模块连接，用于将所述调控后的模拟电荷信号转换为数字电荷信号；

信号分析模块，与所述多通道数据采集模块连接，用于基于所述数字电荷信号进行处理得到电荷重建图像；

所述成像装置还包括：接地屏蔽层，所述接地屏蔽层罩在所述静电电极阵列外部；

所述多通道信号调理模块采用准静态模式的电荷放大器实现电荷信号的转换，当控制器给出指令使电荷放大器的复位开关断开时，电荷放大器的反馈电容充电，电荷放大器的输出电压与电极上的感应电荷成正比；当复位开关闭合时，电荷放大器的反馈电容放电，电荷放大器的输出电压为零；

所述多通道信号调理模块的电荷放大器的复位开关在测量之前先闭合，将反馈电容中残余的电荷泄放掉，测量时打开静电成像装置的测量开关，控制器接收到测量开关的指令后给所述多通道信号调理模块发出一个触发信号，使所述多通道信号调理模块中的电荷放大器的复位开关断开进入工作模式，接着将被测对象置于静电传感器阵列的电极探头前，静止后读取电压信号，所述多通道信号调理模块的后续处理电路将电荷放大器的输出电压信号进行处理，完成信号的滤波及放大；所述后续处理电路包括：反相放大器和Sallen-Key低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的基于静电传感器阵列的成像装置，其特征在于，所述装置还包括：显示模块，与所述信号分析模块连接，用于显示电荷重建图像。

3.根据权利要求1所述的基于静电传感器阵列的成像装置，其特征在于，所述静电电极阵列为矩阵式结构的方形或圆形。

4.根据权利要求1所述的基于静电传感器阵列的成像装置，其特征在于，所述静电电极阵列中相邻电极之间设置有聚四氟绝缘层。

5.一种基于静电传感器阵列的成像方法，其特征在于，所述成像方法应用于权利要求1-4中任一项所述的基于静电传感器阵列的成像装置，所述成像方法包括：

实时采集被测对象的电荷信号；

基于所述电荷信号、多通道信号调理模块中电荷放大器的反馈电容以及多通道信号调理模块的后级放大倍数确定静电电极阵列电极表面的感应电荷量；

通过电荷标定试验确定被测对象实际的表面电荷密度与所述电极表面的感应电荷量的比例系数；

基于所述比例系数确定被测对象的表面电荷密度；

采用双样条插值算法对所述被测对象的表面电荷密度进行插值处理，得到重建后的被测对象的电荷分布；

基于所述重建后的被测对象的电荷分布确定电荷重建图像。

6.根据权利要求5所述的基于静电传感器阵列的成像方法，其特征在于，所述基于所述电荷信号、多通道信号调理模块中电荷放大器的反馈电容以及多通道信号调理模块的后级放大倍数确定静电电极阵列电极表面的感应电荷量具体采用以下公式：

其中，V为多通道信号调理模块输出的电压信号，C_f为多通道信号调理模块中电荷放大器的反馈电阻，A为多通道信号调理模块后级放大倍数。

7.根据权利要求5所述的基于静电传感器阵列的成像方法，其特征在于，所述基于所述比例系数确定被测对象的表面电荷密度具体包括：

将静电电极阵列中每个电极的电荷信号乘以所述比例系数得到被测对象的表面电荷密度。