[实用新型]一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统

说明书

本实用新型为一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器；信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接，‑‑移相电路与锁相放大器连接；前置放大器包括相连接的I‑V转换电路、放大器，I‑V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，放大器经锁相放大器后与控制器的输入端连接；控制器的输出端与高压放大器连接，所输出的控制电压经高压放大器放大、控制电压合成器处理后输入到电磁悬浮微镜的轴向旋转控制极板上，产生静电力使转子旋转到指定角度。本实用新型能实现微镜大角度的旋转。

1、技术领域

本实用新型涉及微机电系统中的微镜角度调节领域，特别涉及一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统。

2、背景技术

MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。利用微加工技术制造出微型器件并进行相应处理电路设计，可广泛应用于传感器和驱动器中。MEMS微镜是其中的一个典型应用，主要原理是控制微镜(即反射镜)和入射光之间的入射角以控制光线的偏转方向，被广泛用于光纤相位调制器、光学衰减器、光谱仪、光开关等领域。

为使MEMS微镜能倾斜一定角度，现有的方法一般是把MEMS微镜安装在扭转梁上，在直流电压的静电驱动下使扭转梁偏转，从而带动微镜旋转一定的角度，改变与入射光之间的入射角度。受机械扭转梁刚度限制，这种方法最多实现±20°范围旋转角，无法实现大角度旋转。

本系统利用电磁悬浮、变电容驱动原理，采用闭环控制，可以实现微镜在±180°范围内旋转。

3、发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统，能实现微镜大角度的旋转。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器；信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接，移相电路与锁相放大器连接；前置放大器包括相连接的I-V转换电路、放大器，I-V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，放大器经锁相放大器后与控制器的输入端连接；控制器的输出端与高压放大器连接，所输出的控制电压经高压放大器放大、控制电压合成器处理后输入到电磁悬浮微镜的轴向旋转控制极板上，通过轴向旋转控制极板产生的静电力控制电磁悬浮微镜的轴向旋转驱动电极。

优选地，所述I-V转换电路与轴向旋转驱动公共电极连接，用于获取电磁悬浮微镜的转子实际转角，并与转子的旋转参考转角比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得所述控制电压。

优选地，所述电磁悬浮微镜的轴向旋转驱动电极设有三对，所述轴向旋转控制极板在任意时刻只对电磁悬浮微镜的一个轴向旋转驱动电极对施加电压，另外两个轴向旋转驱动电极对的电压为零。

优选地，所述I-V转换电路的检测电压为：

式中：Rf为I-V转换电路的反馈电阻，C为电磁悬浮微镜的公共电极，Ci为电磁悬浮微镜的第i个轴向旋转驱动电极对的电容，si为施加在第i个轴向旋转驱动电极对的载波信号，i取1、2、3。

优选地，所述控制器为DSP或ARM控制器，包括3路A/D转换电路和3路D/A转换电路，通过A/D转换电路将转子角位移信息转换成数字信号后进行处理得出控制量，再通过D/A转换电路输出3路控制电压到相应的轴向旋转驱动电极对。

优选地，所述锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器与前置放大器、移相电路连接，低通滤波器与控制器连接。