小动物主动跑轮系统

小动物主动跑轮系统在设计上已针对跑轮晃动、动物快速启停及反向奔跑等场景进行了优化。以下是综合分析及技术保障措施：

一、转数漏记/多记的核心风险因素

机械稳定性缺陷

轻微晃动：若跑轮支架或轴承存在装配公差或磨损，可能导致编码器脉冲信号间断。但主流系统采用合金悬挂结构（如直径340mm大鼠轮）和加固轴承，显著降低机械抖动。

解决方案：定期校准转轴同心度，避免因长期使用导致的机械疲劳。

方向切换的识别延迟

反向奔跑：高精度编码器（分辨率360P/R）可实时捕获方向变化（+1顺时针/-1逆时针），并记录方向切换时间戳。但当动物在极短时间内频繁反向时，若传感器采样频率不足，可能遗漏个别脉冲。

数据验证：系统通过"方向标志时间序列"分析速度导数符号变化，确保切换事件被标记。

快速启停的脉冲丢失

瞬时加减速：编码器依赖连续转动生成脉冲信号。若动物急停导致轮子惯性滑动<5°，可能低于最小检测角度（1°分辨率），造成小幅行程未被记录。

二、系统的误差控制机制

硬件层面的保障

采用双通道正交编码器，通过相位差判定方向，避免单通道系统的方向误判。

传感器抗干扰设计（如磁屏蔽）防止电磁噪声导致脉冲计数异常。

软件算法的校正

运动轨迹重建：基于原始角度时间序列数据，通过微分计算瞬时速度，自动修正因抖动产生的异常峰值。

阈值过滤：设置小转速（如0.2转/分），屏蔽非主动运动产生的微振信号。

实验环境优化

跑轮材质轻量化（亚克力/不锈钢）减少惯性滑动，同步降低启停误差。

控制温湿度（22±2℃,50%±10%）避免材料热胀冷缩影响结构精度。

三、实际应用中的建议

设备选型：选择支持"原始角度时间序列输出"且采样率≥1kHz的系统，例如ZL-016系列（5寸触摸屏实时显示数据）。

校准流程：每日实验前执行空转校准，验证脉冲计数与物理转数的偏差（应<0.5%）。

数据交叉验证：结合视频追踪系统（如步态分析模块），人工复核方向切换次数与系统记录的一致性。

结论：在规范操作和维护下，主动跑轮系统的转数误差率可控制在1%以内。反向奔跑和启停行为本身不会系统性导致漏记/多记，但高频切换场景需依赖硬件性能上限。