[发明专利]MOEMS扫描光栅微镜控制系统

权利要求书

1.一种MOEMS扫描光栅微镜的控制系统，其特征在于：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(3)；

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(6)；其中，自适应前置放大器包括内置于FPGA(4)中的放大器自适应控制调节单元(8)和可编程前置运算放大电路(5)构成；

所述数字信号处理闭环控制模块包括微镜姿态分析单元(9)、传感器信号频谱分析单元(10)、滑模PID自校准控制单元(11)和外存储单元；其中，外存储单元包括内置于FPGA(4)中的外存储控制器(13)和DDR2外部缓存(14)构成；

所述扫描光栅微镜驱动器(3)包括内置于FPGA(4)中的DDS驱动信号发生器单元(12)、数/模转换器(7)；

所述可编程前置运算放大电路(5)信号输入端与扫描光栅微镜运动姿态传感器(2)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(8)通过FPGA(4)的IO口与可编程前置运算放大电路(5)控制端口相连，控制可编程前置运算放大电路(5)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；

所述模/数转换器(6)的信号输入端与可编程前置运算放大电路(5)信号输出端相连，接收经过预处理的扫描光栅微镜的运动姿态信号并进行从模拟信号到数字信号的转换，并通过FPGA(4)的IO口传入数字控制部分，后分为三路分别传至微镜姿态分析单元(9)、传感器信号频谱分析单元(10)、外存储控制器(13)；

所述外存储控制器(13)通过FPGA(4)的IO口与DDR2外部缓存(14)相连，对来自模/数转换器(6)的信号进行读写缓存；

所述微镜姿态分析单元(9)对来自模/数转换器(6)的信号进行微镜在各运动自由度上的分析，并将分析结果数据传输至滑模PID自校准控制单元(11)；

所述传感器信号频谱分析单元(10) 对来自模/数转换器(6)的信号频域上的分析，并将分析结果数据传输至滑模PID自校准控制单元(11)；

所述的滑模PID自校准控制单元(11)接收来自微镜姿态分析单元(9)和传感器信号频谱分析单元(10)，经过相应处理对DDS驱动信号发生器单元(12)传输校准信号；

所述DDS驱动信号发生器单元(12)结合滑模PID自校准控制单元(11)传输的校准信号，通过FPGA(4)的IO口对数/模转换器(7)的输入端进行数据传输，并由数/模转换器(7)完成数字信号到模拟信号的转换，进而完成对扫描光栅微镜驱动器(3)的控制。

2.根据权利要求1所述的MOEMS扫描光栅微镜的控制系统，其特征在于：所述微镜姿态分析单元(9)包括传感信号自由度分解算法单元、m个姿态传感寄存器，扫描光栅微镜的角度和位移信号输入可编程前置运算放大电路放大后，经m个通道的A/D信号转换后输入微镜姿态分析模块的m个姿态传感寄存器中，经传感信号自由度分解算法单元分解为n组自由度的幅值及相位数据。

3.根据权利要求1所述的MOEMS扫描光栅微镜的控制系统，其特征在于：所述传感器信号频谱分析单元(10)包括传感器波形FIFO存储器、数字低通滤波器，滤波器参数存储模块、FFT运算单元、谐振频率监测单元、信号频谱数据FIFO； 传感器信号首先进入传感器波形FIFO存储器进行缓存后进入数字低通滤波器，滤波器配置参数信息经滤波器参数存储模块控制数字低通滤波器对传感器信号进行滤波；

滤波后的传感器信号进入FFT运算单元，输出信号一路进入谐振频率监测单元作为频率监测信号，另一路进入信号频谱数据FIFO存储缓存后作为信号频谱数据。

4.根据权利要求1所述的MOEMS扫描光栅微镜的控制系统，其特征在于：所述滑模PID自校准控制单元(11)可根据微镜姿态分析单元(9)和传感器信号频谱分析单元(10)传输的信号，利用滑模PID控制方法实现对微镜驱动信号的控制和调节。