一种高精度的滤光片转轮控制系统的制作方法

本技术涉及多光谱成像，具体而言，涉及一种高精度的滤光片转轮控制系统。

背景技术：

1、多光谱成像技术不仅可以获得成像目标的几何形状信息，而且相比于普通的rgb三通道彩色图像，能获得更多的光谱信息。多光谱成像技术利用一组滤光片将可见光分成3个以上的光谱波段，每个光谱波段对应一个通道，在这些通道中对目标物体分别成像，然后将所有通道的单色图像合成为一幅多光谱图像，因此，这种技术也被广泛地应用于场景模拟、自然光频谱恢复以及光谱色测量等领域。

2、多光谱成像有多种分光方式，其中基于滤光片转轮的方式应用较为普遍，该方式需要对每个通道进行单独成像，涉及滤光片的切换。传统滤光片转轮的循环工作模式为：滤光片转轮转动-滤光片转轮停止-图像拍摄-滤光片转轮转动。整个过程中频繁的滤光片转轮转动和停止操作导致成像过程缓慢，效率较低。

3、当前，主流的滤光片转轮工作模式为滤光片转轮连续转动，当滤光片轮转动速度达到目标速度时进入闭环阶段，以满足每个滤光片转轮工作窗口有效工作时间需求。整个工作过程中依靠步进电机对滤光片转轮的转动速度进行控制，然而在这种控制方式下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，而是按一个固定的规律发出控制脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作，但是运动过程中如果步进电机出现失步的情况，按照固定频率下运动的步进电机在完成一个周期的转动后是无法回到起始零点的，所以在滤光片转轮在连续转动的工作模式下会出现误差，且这个误差会不断累积。

4、因此，需要开发一种高精度的滤光片转轮控制系统，以支撑高效且高精度的多光谱图像采集工作。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种高精度的滤光片转轮控制系统，通过将fpga处理模块接收的控制脉冲信号发送到电机驱动模块，控制滤光片转轮按要求进行速度闭环工作，反馈信号采集板卡将滤光片转轮的反馈信号发送到fpga处理模块，与fpga处理模块接收的同步信号做时间限位比较，以此控制步进电机的转速，使同步信号和滤光片转轮反馈信号的时间差处于阈值范围内，以解决步进电机失步所带来的累积误差的问题。

2、本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：一种高精度的滤光片转轮控制系统，包括结构单元侧以及电控单元侧；

3、所述结构单元侧由支架、滤光片转轮、步进电机、触发组件以及反馈信号采集板卡构成，所述步进电机设置在支架的第一侧，其输出轴贯穿所述支架连接至支架第二侧的滤光片转轮旋转中轴，所述滤光片转轮与支架转动配合，所述触发组件设置在滤光片转轮上，用于与触发组件配合产生反馈信号；

4、所述电控单元侧由fpga处理模块以及电机驱动模块构成，所述fpga处理模块的第一信号输入端接控制脉冲信号和同步信号输入，所述fpga处理模块的信号输出端与电机驱动模块信号输入端连接，所述电机驱动模块与步进电机电连接，所述反馈信号采集板卡的信号输出端与fpga处理模块的第二信号输入端通信连接。

5、根据一种优选实施方式，所述电控单元侧还包括pc端，所述pc端的信号输出端与fpga处理模块的第一信号输入端通信连接，用于在内同步时向fpga处理模块发送控制脉冲信号和同步信号。

6、根据一种优选实施方式，所述电控单元侧还包括pc端和同步信号模块，所述pc端的信号输出端与fpga处理模块的第一信号输入端通信连接，用于在外同步时向fpga处理模块发送控制脉冲信号，所述同步信号模块与fpga处理模块的第二信号输入端通信连接，用于在外同步时向fpga处理模块发送同步信号。

7、根据一种优选实施方式，所述反馈信号采集板卡包括光中断器以及施密特反相触发器；

8、所述光中断器的信号输出端与施密特反相触发器的信号输入端连接，所述光中断器用于在步进电机上电后带动滤光片转轮旋转过程中获取垂直光中断信号，所述施密特反相触发器的第一信号输出端与fpga处理模块的第二信号输入端通信连接。

9、根据一种优选实施方式，所述触发组件为铜柱，所述铜柱与光中断器的侦测方向垂直设置。

10、根据一种优选实施方式，所述电控单元侧还包括示波器，所述施密特反相触发器的第二信号输出端与示波器连接。

11、根据一种优选实施方式，所述电控单元侧还包括第一供电模块，所述结构单元侧还包括第二供电模块，所述第一供电模块与电机驱动模块电连接，所述第二供电模块与反馈信号触发模块电连接。

12、根据一种优选实施方式，所述第一供电模块采用12v供电，所述第二供电模块采用3.3v供电。

13、根据一种优选实施方式，所述反馈信号采集板卡设置在支架上。

14、根据一种优选实施方式，所述结构单元侧还包括底座，所述底座固定在支架底部。

15、本实用新型实施例一种高精度的滤光片转轮控制系统的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本实用新型通过将fpga处理模块接收的控制脉冲信号发送到电机驱动模块，控制滤光片转轮按要求进行速度闭环工作，反馈信号采集板卡将滤光片转轮的反馈信号发送到fpga处理模块，与fpga处理模块接收的同步信号做时间限位比较，以此控制步进电机的转速，使同步信号和滤光片转轮反馈信号的相位差处于阈值范围内，以减少步进电机失步所带来的累积误差以及进入闭环阶段的初始相位差波动。

技术特征：

1.一种高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，包括结构单元侧以及电控单元侧；

2.如权利要求1所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述电控单元侧还包括pc端，所述pc端的信号输出端与fpga处理模块的第一信号输入端通信连接，用于在内同步时向fpga处理模块发送控制脉冲信号和同步信号。

3.如权利要求1所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述电控单元侧还包括pc端和同步信号模块，所述pc端的信号输出端与fpga处理模块的第一信号输入端通信连接，用于在外同步时向fpga处理模块发送控制脉冲信号，所述同步信号模块与fpga处理模块的第二信号输入端通信连接，用于在外同步时向fpga处理模块发送同步信号。

4.如权利要求2至3任一项所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述反馈信号采集板卡(4)包括光中断器以及施密特反相触发器；

5.如权利要求4所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述触发组件为铜柱，所述铜柱与光中断器的侦测方向垂直设置。

6.如权利要求4所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述电控单元侧还包括示波器，所述施密特反相触发器的第二信号输出端与示波器连接。

7.如权利要求4所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述电控单元侧还包括第一供电模块，所述结构单元侧还包括第二供电模块，所述第一供电模块与电机驱动模块电连接，所述第二供电模块与反馈信号触发模块电连接。

8.如权利要求7所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述第一供电模块采用12v供电，所述第二供电模块采用3.3v供电。

9.如权利要求4所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述反馈信号采集板卡(4)设置在支架(1)上。

10.如权利要求4所述的高精度的滤光片转轮控制系统，其特征在于，所述结构单元侧还包括底座，所述底座固定在支架(1)底部。

技术总结本技术涉及多光谱成像技术领域，具体涉及一种高精度的滤光片转轮控制系统，结构单元侧由支架、滤光片转轮、步进电机、触发组件以及反馈信号采集板卡构成，步进电机设置在支架的第一侧，其输出轴贯穿支架连接至支架第二侧的滤光片转轮旋转中轴，滤光片转轮与支架转动配合，触发组件设置在滤光片转轮上，用于与触发组件配合产生反馈信号；电控单元侧由FPGA处理模块以及电机驱动模块构成，FPGA处理模块接控制脉冲信号和同步信号输入，FPGA处理模块、电机驱动模块、步进电机顺次相连，反馈信号采集板卡与FPGA处理模块通信连接。本技术能够减少步进电机失步所带来的累积误差以及进入闭环阶段的初始相位差波动，支撑高效且高精度的多光谱图像采集工作。技术研发人员：熊皑,陈为受保护的技术使用者：成都微精控科技有限公司技术研发日：20231122技术公布日：2024/7/9