一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统。

背景技术：

在视频监控用摄像机领域，如球机、枪机、云台机等需要镜头旋转的地方，尤其是球型摄像机，需要在竖直面上作100度左右的上下旋转运动，在水平面作360度的水平旋转运动。在使用过程中，由于系统突然断电或外部信号的干扰，以及频繁的重复定位，外部的机械扰动，如大风、雷电地面震动的波及，会引起步进马达丢步，从而积累定位误差。

目前，消除定位误差的方法是依靠系统内部的时钟，每天到零时，自动进行一次自检，从而消除定位误差，这样在使用过程中，在其他时间段，由于电气信号、机械震动、天气等因素的干扰，总会产生定位误差。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统，通过在步进电机的上端面上安装无摩擦角度传感器，实现对监控系统镜头需要做旋转运动的摄像机的闭环控制，从而获取即时位置的电流或电压信号，通过信号及马达上的同步带轮的速比来解算镜头所在的位置，起到精确定位的效果，自动更正错误，不受干扰信号和机械振动、气流冲击的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统，包括步进电机，步进电机下端面设有同步带轮，步进电机上端面设有电机轴心与无摩擦角度传感器，无摩擦角度传感器可检测步进电机的旋转角度。

进一步而言，所述无摩擦角度传感器采用电感角度传感器，电感角度传感器包括设于步进电机上端面的下托板与位于下托板上方位置且固宇于电机轴心上的上盖板，上盖板与下托板无摩擦设置，上盖板上设有上盖板轴心，下托板上设有转轴通孔，上盖板轴心穿过转轴通孔与电机轴心固定连接，上盖板上设有月环形状的感应导体，下托板上设有多个线圈，感应导体与线圈对应设置。

进一步而言，所述线圈的个数为四个，与所述月环形状的感应导体配合，通过步进电机旋转来精确分差电感量。

进一步而言，所述上盖板与下托板均采用圆形结构设置，上盖板轴心设于上盖板的中心位置上，转轴通孔设于下托板的中心位置上。

进一步而言，所述无摩擦角度传感器采用电容角度传感器，电容角度传感器包括固定设于电机轴心上的运动极板与固定设于步进电机上端面的固定极板，运动极板通过运动极板轴心与电机轴心对应连接，固定极板通过固定极板固定轴固定于步进电机上端面，运动极板包括平行设于电机轴心上的n块金属片，固定极板包括平行设于固定极板固定轴上的n+1块金属片，运动极板与固定极板无摩擦设置，且运动极板的n块金属片可随着电机轴心的转动，无接触地嵌入到固定极板的n+1块金属片之间的空间。

进一步而言，所述运动极板包括两块金属片，固定极板包括三块金属片。

进一步而言，所述固定极板与运动极板均采用扇形结构设置。

一种镜头可旋转的摄像机，在摄像机的镜头旋转驱动系统中，采用上述一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统。

一种监控系统，采用了上述的一种镜头可旋转的摄像机进行监控。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，通过在步进电机的上端面上安装无摩擦角度传感器，实现对监控系统镜头需要做旋转运动的摄像机的闭环控制，从而获取即时位置的电流或电压信号，通过信号及马达上的同步带轮的速比来解算镜头所在的位置，起到精确定位的效果，自动更正错误，不受干扰信号和机械振动、气流冲击的影响。

附图说明

图1是本发明实施例一的步进电机系统的结构示意图;

图2是图1所示结构的立体拆分示意图;

图3是本发明实施例二的步进电机系统的结构示意图;

图4是图3所示结构的俯视图。

附图标号说明：

1.步进电机;2.同步带轮;3.无摩擦角度传感器;4.电机轴心;5.感应导体;6.线圈;7.上盖板;8.下托板;9.转轴通孔;10.上盖板轴心;20.固定极板;21.运动极板;22.固定极板固定轴;23.运动极板轴心。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例一：

如图1至图2所示，本发明所述一种通过角度传感器来检测和纠错的步进电机系统，包括步进电机1，步进电机1下端面设有同步带轮2，步进电机1上端面设有电机轴心4与无摩擦角度传感器3，无摩擦角度传感器3可检测步进电机1的旋转角度，无摩擦角度传感器3采用电感角度传感器，电感角度传感器包括设于步进电机1上端面的下托板8与位于下托板8上方位置且固宇于电机轴心4上的上盖板7，上盖板7与下托板8无摩擦设置，上盖板7上设有上盖板轴心10，下托板8上设有转轴通孔9，上盖板轴心10穿过转轴通孔9与电机轴心4固定连接，上盖板7上设有月环形状的感应导体5，下托板8上设有多个线圈6，感应导体5与线圈6对应设置。

本实施例一采用这样的结构设置，其工作原理：检测时，通过在线圈6与感应导体5之间通过1khz的交流信号，当同步带轮2带动步进电机1转动运行时，通过电机轴心4带动上盖板轴心10转动，上盖板轴心10带动上盖板7转动，能检测到月环形状的感应导体5因角度变化而产生的信号电压变化，当步进电机1停止不运行时，因在线圈6与感应导体5之间通有1khz的交流信号，所以能检测到一个相应固定值的电压信号，然后根据信号变化的周期数推算出同步带轮2的传动比来解算镜头的转动角度，并实现对镜头的精确定位，自动更正错误，不受干扰信号和机械振动、气流冲击的影响。

如图2所示，本发明优选的，所述线圈6的个数为四个，四个线圈6构成的区域位置更有利于与月环形状的感应导体5对应设置，与所述月环形状的感应导体5配合，通过步进电机旋转来精确分差电感量。

本发明优选的，所述上盖板7与下托板8均采用圆形结构设置，上盖板轴心10设于上盖板7的中心位置上，转轴通孔9设于下托板8的中心位置上。本发明并不限于上盖板7与下托板8采用圆形结构设置，只要通实现当上盖板7相对于下托板8运动时，能通过线圈6与感应导体5之间的电压信号值的变化准确反馈出镜头转动的角度，这样的线圈6与感应导体5所构成的技术方案就属于本实施例一的保护范围。

实施例二：

如图3至图4所示，所述无摩擦角度传感器3采用电容角度传感器，电容角度传感器包括固定设于电机轴心4上的运动极板21与固定设于步进电机1上端面的固定极板20，运动极板21通过运动极板轴心23与电机轴心4对应连接，固定极板20通过固定极板固定轴22固定于步进电机1上端面，运动极板21包括平行设于电机轴心4上的n块金属片，固定极板20包括平行设于固定极板固定轴22上的n+1块金属片，运动极板21与固定极板20无摩擦设置，且运动极板21的n块金属片可随着电机轴心4的转动，无接触地嵌入到固定极板20的n+1块金属片之间的空间。

本实施例二采用这样的结构设置，其工作原理：在步进电机1的上端面设有固定极板20，作为可变电容的一个极板，运动极板21则固定设于电机轴心4上，作为可变电容的另一个极板，检测时，通过在运动极板21与固定极板20之间通有1khz的交流信号，并串有5mh的电感，当同步带轮2带动步进电机1转动运行时，通过电机轴心4带动运动极板21转动，能检测到固定极板20的电压信号就会出现相应的变化，当步进电机1停止不运行时，因在运动极板21与固定极板20之间通有1khz的交流信号，所以能检测到一个相应固定佱的电压信号，然后根据信号变化的周期数推算出同步带轮2的传动比来解算镜头的转动角度，并实现对镜头的精确定位，自动更正错误，不受干扰信号和机械振动、气流冲击的影响。

优选的，本实施例二所述运动极板21包括两块金属片，固定极板20包括三块金属片作为本实施例二的优选实施方式，本发明可以采用运动极板21为n块金属片，以及固定极板20为n+1块金属片的实施方式，其中n为正整数。

优选的，本实施例二所述固定极板20与运动极板21均采用扇形结构设置。本发明并不限于采用扇形结构设置，只要能实现当运动极板21相对于固定极板20运动时，能通过两个极板之间的电压信号值的变化准确反馈出镜头转动的角度，这样的固定极板和运动极板所构成的技术方案的就属于本发明的保护范围内。

无摩擦角度传感器3除实施例一所述的电感角度传感器与实施例二所述的电容角度传感器，还可以采用光栅角度传感器或磁栅角度传感器。均能解算出镜头所在的位置。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。