[发明专利]一种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析仪器技术领域，涉及一种MEMS（微电子机械系统）扫描微镜光谱仪的工作电路。

背景技术

光谱仪器是应用光学技术及光谱检测技术原理，对物质的结构和组成进行观测、分析和处理的基本设备，具有分析精度高、测量范围大、测量速度快和样品用量少等优点，可用于冶金、地质、石油化工、医药卫生、环境保护、航空航天、宇宙探索、资源和水文勘测等领域，具有极为重要的应用价值与广阔的市场前景，是最为重要的光学仪器之一。

MEMS技术是融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的一种高科技前沿技术。基于MEMS技术的各种器件由于具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、加工工艺稳定、成本低廉等优点，已被大量用于高精技术领域。

基于MEMS技术的微型光谱仪，是以MEMS光学器件作为核心关键部件的光学检测仪器。由于MEMS 核心器件的使用，MEMS光谱仪具有体积小、重量轻、性能稳定、成本低廉等优点，因此，利用MEMS技术研制微型光谱仪已成为当前的研究热点。

MEMS扫描微镜光谱仪，是采用MEMS扫描微镜和衍射光栅，代替传统扫描光栅光谱仪中的扫描光栅，联合实现光学分光及光谱扫描功能的光学仪器，具有体积小、重量轻、成本低廉、光谱探测范围宽、光谱可拓展性好等优点，是当今光谱仪的研究热点之一。

MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，是MEMS扫描微镜光谱仪的关键组成部分之一，其主要作用为对MEMS扫描微镜光谱仪中的MEMS扫描微镜进行驱动控制，并采集探测器探测到的光谱信号，输送到PC机（或笔记本电脑）中。当前，在国外，现有的MEMS扫描微镜光谱仪，为了准确测定光谱信号对应的波长，其对扫描微镜摆角的测定，主要采用激光扫描的探测方式，不但提高了仪器结构的复杂度，而且增加了工作电路的设计难度。

本发明中MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，MEMS微镜驱动控制模块不但为MEMS扫描微镜提供工作信号，实现了微镜的闭环控制，提高了微镜的工作稳定性，而且为AD转换电路提供周期性触发信号，实现了光谱信号周期性探测和AD转换的协同性工作，简化了微镜光谱仪的系统结构与工作电路的设计难度。

发明内容

为解决现有技术存在的以上问题，本发明针对MEMS扫描微镜光谱仪的工作原理，提出一种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路。

本发明具体采用以下技术方案。

一种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路，其特征在于：所述工作电路包括振荡信号模块、MEMS微镜驱动控制模块和光谱数据采集模块；

其中所述光谱数据采集模块包括探测器的前置放大电路、AD转换电路，FIFO存储器、FPGA控制电路和USB接口电路；

所述振荡信号模块的输出与MEMS微镜驱动控制模块的输入端相连，向所述MEMS微镜驱动控制模块输入具有特定频率的振荡信号，该振荡信号经MEMS微镜驱动控制模块进行信号处理后分为两路，一路为MEMS微镜工作提供驱动信号，另一路为光谱数据采集模块中AD转换电路提供周期性触发信号；

当所述光谱数据采集模块中的AD转换电路接收到所述MEMS微镜驱动控制模块输出的周期性触发信号后开始工作，把由探测器输出的经前置放大电路放大的模拟光谱信号转换为数字光谱信号，并输送到FIFO存储器中；

所述FPGA控制电路控制FIFO存储器中的光谱数据通过USB接口电路传送给PC机或笔记本电脑，实现光谱数据的采集。

本发明中，振荡信号模块的主要功能是作为信号源，为MEMS微镜驱动控制模块提供等幅、等频、稳定的振荡信号，是工作电路能够正常工作的根本保证。

本发明中，MEMS微镜驱动控制模块，把振荡信号模块所提供的振荡信号处理后输出两路，一路为MEMS扫描微镜提供驱动信号，一路为光谱数据采集电路模块提供周期性触发信号，使AD转换电路和MEMS扫描微镜能够协同工作，实现光谱仪光谱信号的周期性数据采集。

所述MEMS微镜驱动控制模块为MEMS扫描微镜提供频率稳定的周期性驱动信号，同时，MEMS扫描微镜工作过程中产生的反馈信号输入至所述MEMS微镜驱动控制模块，对MEMS微镜驱动控制模块输出至MEMS扫描微镜的驱动信号进行调整，使MEMS扫描微镜能够在特定的振动频率下等幅振动，实现对MEMS扫描微镜的闭环控制。