[发明专利]MOEMS扫描光栅微镜控制系统

说明书

本发明提出一种MOEMS扫描光栅微镜的控制系统。它主要由传感器信号获取模块、数字信号处理闭环控制模块、扫描光栅微镜驱动器组成，通过数字式控制方法实现对MOEMS扫描光栅微镜的闭环控制，基于FPGA开发放大器自适应控制调节、微镜运动姿态分析、传感器信号频谱分析、滑模PID自校准、DDS驱动信号发生器、外存储控制器的知识产权核，实现了MOEMS扫描光栅微镜的数字式控制，具有很高的灵活性、可移植性，集成度高的特点。设计放大电路、信号转换器、滤波器，完成MOEMS扫描光栅微镜的高精度控制，具有优良的抗干扰特性，提高了系统稳定性，可适用于电磁式、压电式等不同驱动方式的MOEMS扫描光栅微镜中。

技术领域

本发明属于仪器控制技术领域，涉及MOEMS扫描光栅微镜控制系统。

背景技术

随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS )技术和工艺的不断发展，基于MEMS技术的各种器件因其小体积、低功耗、低成本、高灵活性、高稳定性等优点被广泛应用于高精度传感器和微型仪器设备的研究和开发中，在此基础上微光机电系统(Micro-Opto-Electro-Mechanical System，MOEMS)成为光学仪器设备微型化的核心技术。其中，基于硅基加工工艺的MOEMS器件在光通信、显示成像、医疗卫生、食品安全、生化检测等方面得到了广泛应用，是数字光学处理器(DLP)、光学相干断层成像系统(OCT)、医学内窥检查系统、光学雷达、光谱仪等系统和设备中的核心器件。

MOEMS微镜作为高精尖光学仪器和设备中的核心元器件，其配套的控制系统和控制方法决定了MOEMS微镜的精确度；因此，优秀、高效、完善的MOEMS微镜控制系统和方法是仪器和设备稳定性和可靠性的重要保障。

MOEMS扫描光栅微镜控制系统的主要作用是对MOEMS扫描光栅微镜的工作姿态进行检测、运动信号进行采集和对其驱动进行控制。根据微镜姿态传感方式MOEMS微镜主要可分成集成式和分立式两种：其中集成式传感器的原理主要有压阻效应、逆压电效应、电磁感应等，分立式传感器则主要采用光学检相器来实现姿态传感；根据微镜驱动方式的不同，主要可分为静电驱动、压电驱动、电磁驱动和热驱动四种。根据不同的传感和驱动方式，基于不同原理的MOEMS微镜往往需要重新设计控制系统，并针对功能需求对控制电路中的主控单元进行设计变更，可移植性差，灵活度低，这将大大增加基于MOEMS微镜的光学仪器、设备和系统的资源、人力成本，不利于开发周期的缩短。发明内容

本发明针对现有技术存在的以上问题，提出一种MOEMS扫描光栅微镜控制系统。

本发明具体采用以下技术方案：

一种MOEMS扫描光栅微镜控制系统，所述系统包括传感器信号获取模块、数字信号处理闭环控制模块、扫描光栅微镜驱动器。

所述传感器信号获取模块包括自适应前置放大器、模/数转换器；其中，自适应前置放大器包括内置于FPGA中的放大器自适应控制调节单元和可编程前置运算放大电路构成。

所述数字信号处理闭环控制模块包括微镜运动姿态分析单元、传感器信号频谱分析单元、滑模PID自校准控制单元、外存储单元。其中外存储单元包括内置于FPGA中的外存储控制器和DDR2外部缓存。

所述扫描光栅微镜驱动器包括内置于FPGA中的DDS驱动信号发生器单元、数/模转换器。

所述可编程前置运算放大电路的信号输入端与扫描光栅微镜运动姿态传感器的输出端相连，获取扫描光栅微镜的运动姿态信号，放大器自适应控制调节单元通过FPGA的IO口与可编程前置运算放大电路控制端口相连，控制可编程前置运算放大电路调节放大倍数、增益、滤波实现对扫描光栅微镜的运动姿态信号的自适应信号预处理功能。