[发明专利]MOEMS扫描光栅微镜控制系统

摘要

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。

主权项

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、微镜驱动模块；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运动姿态分析单元(9)、传感信号频谱分析单元(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；所述微镜驱动模块包括内置于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口传入所述数字控制部分，后分为三路分别传至微镜姿态分析模块(9)、传感器信号频谱分析模块(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；所述微镜姿态分析模块(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模块(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模块(9)和传感器信号频谱分析模块(10)，经过相应处理对DDS驱动信号发生器模块(12)传输校准信号；所述DDS驱动信号发生器模块(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。