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红外高速球摄像机工作原理
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自从1996年美国PELCO在中国市场提出高速球概念以来,至今已过十几载。

在这十几年里,红外高速球本身无论功能上的更新还是性能上的提高,都离不开最基本的运行模式,那就是平稳的转动。不论高速与低速,高速球必须要求平稳,因为它的旋转机构承载者重要的摄像机模组,也就是我们常说的一体机。

目前我所见到过的高速球动力部分,大多数都采用步进电机(Step-motor),也见过伺服电机驱动的,当然那是高端中的高端产品。传动方式则有很多种,譬如皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动等等。为什么高速球要选用步进电机?

很多人在接触红外高速球时肯定会问到这个问题,那就要从红外高速球的基本功能说起。高速球有一个基本功能就是预置位功能(又称预置点),也就是说我们将红外高速球旋转至某一个特定的角度后,可以将此位置的信息保存起来,随后的操作当中,无论高速球旋转至其他任何位置,只需一条控制命令,高速球能够立即旋转至先前我们保存的那个位置。(其实预置点不仅仅保存高速球的水平和垂直位置,还有许多其他信息,在今后我会专门啰嗦一下什么叫预置点,在这里我们只讨论关于水平和垂直位置的问题)。要实现这个功能,那么高速球必须在任意时刻了解当前镜头的位置,所以我们使用步进电机,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构,也就是假设步进电机驱动器接收到一个脉冲信号,它就能驱动步进电机按特定的方向旋转一个固定的角度(我们叫步距角),它的特点就是它的旋转是以固定的角度一步一步运行的,每旋转一步的角度是固定的,譬如说我们目前常用的混合式步进电机有1.8°和0.9°步距角等等(当然步进电机还有永磁式和反应式,他们的步进角各不同),假如我们使用的是1.8°步进角的步进电机,电机走200步就正好转一周,很方便得到当前旋转的角度,也能够去精确的定位。(那可能有些人会问,这个步进电机每一部旋转的角度就一定是准确的0.9°或者1.8°吗?当然这个精确度要根据步进电机的性能参数来决定,但是步进电机有一个基本的特点,那就是精度不累积。)

什么是步进电机细分,为什么高速球要做细分?

刚才说到,步进电机可以精确地走到某一个角度,这是直流电机所无法做到的,但是步进电机的每步旋转的角度又是固定的,那么假如说我希望步进电机旋转至两个步距角之间的角度怎么办呢?拿步距角为0.9°的步进电机来说,开始时,镜头指向0°,步进电机旋转一步镜头指向0.9°,那么假如我的一体机图像看到的是100米之外,电机旋转一步图像就位移了2π*100*0.9/360=1.5708米,可能用户想查看的图像就被跨过去了,所以我们需要采取一个办法,能够将步进电机旋转的角度分的更细,这样我们才能精确地让步进电机停留在任意角度(所谓的任意其实在微观上讲,也是有跨度的,只是我们将这个角度分的越细,定位也就越准确)。

如果我们把步进电机每一个0.9°步距角分为8份,我们通常称之为8细分,按照细分后的步数每走一步,步进电机旋转角度为0.9/8=0.1125°,旋转一圈360°需要走3200步。如果我们做到了256细分,那么步进电机每旋转一步,旋转角度为0.0035°,旋转一圈360°所走的步数为102400步,假如我们镜头看到的画面是100米以外的画面,步进电机每旋转一步,图像将移动的距离为2π*100*0.9/360/256=0.006136米,也就是说步进电机每进一步,图像移动的距离为6个毫米,我们就能够精确的将一体机镜头旋转至任意角度,并且通过预置点的功能保存起来。

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本篇文章由东莞安视电子李清整理发布

 

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