一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统技术方案

本实用新型专利技术为一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、RC隔离电路、移相电路及控制器；前置放大器包括与RC隔离电路相连接的C‑V转换电路、与锁相放大器连接的放大器，C‑V转换电路采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，并与旋转参考角度比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得控制电压；控制电压经高压放大器放大后再分别经过跟随器和反相器后输入到电磁悬浮微镜的驱动电极对上，其中一路电压经过RC隔离电路的电阻R施加在相应电极上，另外一路电压直接施加在相应电极上。本实用新型专利技术能实现微镜大角度的旋转，且控制精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统
本技术涉及微机电系统中的微镜角度调节领域，特别涉及一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统。
技术介绍
MEMS即微机电系统(MicroelectroMechanicalSystems)，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。
技术实现思路
为了解决现有技术所存在的问题，本技术提供一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，能实现微镜大角度的旋转，且控制精度高。本技术所采用的技术方案如下：一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、RC隔离电路、移相电路及控制器；锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器分别与前置放大器、移相电路连接，低通滤波电路与控制器连接；信号发生器分别与公共电极、移相电路连接，移相电路与锁相放大器的乘法器连接；前置放大器包括与RC隔离电路相连接的C-V转换电路、与锁相放大器连接的放大器，C-V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，并与转子的旋转参考角度比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得控制电压；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后再分别经过跟随器和反相器后输入到电磁悬浮微镜的驱动电极对上，其中一路电压经过RC隔离电路的电阻R施加在相应电极上，另外一路电压直接施加在相应电极上。优选地，所述控制器包括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，通过D/A转换电路输出的3路控制电压经过高压放大器后转换成等量异号电压并施加到相应的驱动电极对。优选地，所述控制器为DSP或ARM控制器。优选地，所述信号发生器采包括相连接的主控芯片和DDS芯片，其中主控芯片为单片机。优选地，所述信号发生器还包括一路带通滤波器，一端与DDS芯片连接，另外一端和电磁悬浮微镜的公共电极连接。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术技术方案通过公共电极激励检测出转子的角位置信息，经过带预载电压的PID控制算法获得控制电压到其中两对控制电极上，另外一对控制电极的电压为零，由于采用高精度电容检测和角位移控制方法，使用该测控电路的转角控制精度高，能在±180°大转角范围内实现精确控制。附图说明图1为电磁悬浮微镜结构示意图；图2为本技术电磁悬浮微镜的控制原理框图；图3为本技术的单路角位移检测控制框图；图4为本技术的转子角位移检测原理图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例电磁悬浮微镜的结构如图1所示，主要由定子3和转子2组成，在转子的中心安装一个反射镜1；定子主要包括6块轴向旋转控制电极31、公共电极32、悬浮线圈33、稳定线圈34及引脚35等金属平面结构。6块轴向旋转控制电极呈环形分布于定子上，相对的两块旋转控制电极为一对，组成三对驱动电极对，分别是驱动电极对A、驱动电极对B和驱动电极对C，电极夹角为30°，电极之间夹角为30°；公共电极在中心，为圆形；悬浮线圈、稳定线圈形成封闭结构，悬浮线圈分布于轴向旋转控制电极所在圆环的外周，稳定线圈分布于悬浮线圈的外周。定子上设有引脚间隙，9个引脚沿着定子的径向从引脚间隙分别引出轴向旋转控制电极、公共电极以及悬浮线圈、稳定线圈的连接线。定子金属膜厚度为15μm；转子为圆形铝转子，厚度为8μm，转子直径大于悬浮线圈外径，小于稳定线圈内径，直径为3.2mm，四周有8个通孔，8个通孔呈环形均匀分布在转子上，通孔夹角为15°，通孔之间的夹角为30°。当转子悬浮起来时，需要对驱动电极对加电，控制转子带动反射镜旋转到±180°范围内指定角度，改变入射光的传播方向，以满足大角度成像使用需要。公共电极通入检测电压，在旋转电极上检出检测信号以获得转子的实际转角。这种电磁悬浮微镜的结构特点为：电磁悬浮微镜系统中，悬浮线圈通交变电流，该交变电流产生的交变磁场与其在转子导体中感应出的涡流作用产生电磁力，使转子悬浮起来，稳定线圈使转子稳定悬浮在腔体中央。轴向旋转控制电极为三相，顺序通电，产生的静电力驱动转子轴向旋转。该结构的悬浮线圈分布在内侧，产生电磁力使转子悬浮。稳定线圈分布在外侧，利用稳定线圈电磁场在转子外侧的边缘效应，产生向内的电磁力，当转子偏离中心位置时，电磁力的侧向力不再平衡，产生的合力使转子能返回原位，旋转控制电极分布在公共电极和悬浮线圈之间，增大静电力旋转作用力矩。公共电极集中在中心，可以增大传感电极的检测精度。采用激光镭射加工出环形转子和定子的稳定线圈、悬浮线圈、轴向旋转控制电极、公共电极、引脚等平面金属结构。为实现控制系统线性化，本技术测控系统采用闭环控制，原理框图如图2所示，包括控制器、加法器和角度检测电路，角度检测电路用于检测转子实际转角；控制器根据输入参考角度和所检测的转子实际转角，计算得到输出电压变化信号Vf，加法器将输出电压变化信号与预载电压运算后得到驱动电极对A、驱动电极对B和驱动电极对C的控制电压。输入参考角度若大于15°，则顺序加电，转子以步进角度15°旋转，当所需控制角度小于步进角度时，若转子落在驱动电极对A和驱动电极对B控制范围内，则角度检测电路获取转子实际转角，并和参考值比较以获得误差，经过控制器后获得输出电压变化信号Vf，再和预载电压Vb相加后获得施加在轴向驱动电极对上的控制电压信号V1～V2至控制极板，施加在驱动电极对A～C上的控制电压分别为V1＝Vb+Vf，V2＝Vb-Vf，V3＝0。控制转子绕轴向旋转到参考角度，在对应控制极板对施加等量异号电压，以保持转子为电零位。单路角位移检测控制框图如图3所示，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、移相电路及控制器；锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器分别与前置放大器、移相电路连接，低通滤波电路与控制器连接；信号发生器分别与公共电极、移相电路连接，移相电路与锁相放大器的乘法器连接；前置放大器包括与RC隔离电路相连接的C-V转换电路、与锁相放大器连接的放大器，C-V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，并与转子的旋转参考角度比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得控制电压。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后再经过跟随器和反相器后输入到电磁悬浮微镜的驱动电极对上，其中1路经过RC隔离电路的电阻R施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、RC隔离电路、移相电路及控制器；锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器分别与前置放大器、移相电路连接，低通滤波电路与控制器连接；信号发生器分别与公共电极、移相电路连接，移相电路与锁相放大器的乘法器连接；前置放大器包括与RC隔离电路相连接的C‑V转换电路、与锁相放大器连接的放大器，C‑V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，并与转子的旋转参考角度比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得控制电压；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后再分别经过跟随器和反相器后输入到电磁悬浮微镜的驱动电极对上，其中一路电压经过RC隔离电路的电阻R施加在相应电极上，另外一路电压直接施加在相应电极上。

【技术特征摘要】
1.一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于，包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、RC隔离电路、移相电路及控制器；锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器分别与前置放大器、移相电路连接，低通滤波电路与控制器连接；信号发生器分别与公共电极、移相电路连接，移相电路与锁相放大器的乘法器连接；前置放大器包括与RC隔离电路相连接的C-V转换电路、与锁相放大器连接的放大器，C-V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，并与转子的旋转参考角度比较以获取误差值，误差值经过控制器处理后获得控制电压；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后再分别经过跟随器和反相器后输入到电磁悬浮微镜的驱动电极对上，其中一路电压经过RC隔离电路的电阻R施加在相应电极上，另外一路电压直...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖奇军，M卡夫，王苑，罗忠辉，
申请(专利权)人：肇庆学院，
类型：新型
国别省市：广东,44