获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路技术

本发明专利技术提取一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路，解决了微扭转镜电容反馈信号稳定性差的问题，首先将脉冲信号作为驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜振动；确保在相邻两组驱动脉冲间隔期间，微扭转镜至少能够自由扭转0.5个周期；其次，提取电容反馈式微扭转镜的电容反馈信号，将电容反馈信号转化为电压信号；然后，将步骤S2中的电压信号进行放大；最后在相邻两组驱动脉冲间隔期间，提取放大后的电压信号，作为真实电容反馈信号。省略了载波发生电路和检波电路，消除因载波发生电路和检波电路对电容反馈信号的影响，电路更简洁，提高了电容反馈信号的稳定性，同时采用特定的驱动形式及信号提取方式获得真实的电容反馈信号。

The method and circuit of obtaining capacitance feedback signal of capacitance feedback micro twist mirror

【技术实现步骤摘要】
获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路
本专利技术属于微光机电(MOEMS)领域，涉及一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路。
技术介绍
静电梳齿驱动的微扭转镜，一般驱动信号为幅值几十～几百伏，占空比为50％的PFM(脉冲频率调制)信号。对于电容反馈式微扭转镜，为得到较好的电容反馈信号，如图2所示，通常在微扭转镜的动梳齿上叠加高频载波信号，得到的电容反馈信号经过检波电路后提取出真实的电容信号，经过放大电路处理后，转变为易于识别和处理的大信号。但由于载波发生电路和检波电路过于复杂，极易受环境、温度等因素影响产生信号的抖动或漂移，稳定性不足。
技术实现思路
为了解决微扭转镜电容反馈信号稳定性差的问题，本专利技术提出一种新的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路，通过该方法及系统可以获取稳定性较好的微扭转镜电容反馈信号。通过分析影响微扭转镜电容反馈信号稳定性的因素，得出：如果微扭转镜的动梳齿上不叠加高频载波信号，则不需要载波发生电路和检波电路，简化了后级处理电路，可以提升电路的稳定性。但是，通过实际实验验证，发现：由于微扭转镜反馈电容变化量很微小，电容反馈信号串入驱动信号的干扰后，信号几乎被干扰信号所淹没，无法提取出真实的电容反馈信号。可见，消除驱动信号对电容反馈信号的干扰，才能获得真实的电容反馈信号。因此，本专利技术提出以下技术解决方案：一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，包括以下步骤：S1、将脉冲信号作为驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜振动；确保在相邻两组驱动脉冲间隔期间，微扭转镜至少能够自由扭转0.5个周期；S2、提取电容反馈式微扭转镜的电容反馈信号，将电容反馈信号转化为电压信号；S3、将步骤S2中的电压信号进行放大；S4、在相邻两组驱动脉冲间隔期间，提取放大后的电压信号，作为真实电容反馈信号。进一步地，步骤S4通过下述方法实现：在一组驱动脉冲发出后，间隔设定时间t后，开始捕获放大后的电压信号，下一组驱动脉冲发出前，停止捕获，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号。进一步地，步骤S4还可以通过下述方法实现：利用模数转换电路将电压信号转换为数字信号输出到处理器，在一组驱动脉冲发出后，间隔设定时间t后，处理器开始处理数字信号，下一组驱动脉冲发出前，停止处理，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号。进一步地，步骤S4还可以通过下述方法实现：在一组驱动脉冲发出后，间隔设定时间t后，利用开关控制放大后的电压信号通过，直至下一组驱动脉冲发出，开关断开，信号不通过，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号。进一步地，步骤S1中所述脉冲信号为占空比为1％～50％的脉冲宽度调制信号。进一步地，所述脉冲宽度调制信号的占空比为10％。进一步地，步骤S1中所述脉冲信号为N组脉冲宽度与频率可调的脉冲信号，每组脉冲宽度与频率可调的脉冲信号包括至少一个脉冲信号，N为任意正整数，将每组脉冲宽度与频率可调的脉冲信号作为一组驱动信号。进一步地，所述脉冲宽度与频率可调的脉冲信号为正弦脉冲或半正弦脉冲。进一步地，驱动信号可以分别施加在微扭转镜扭转梁两侧，两侧驱动信号相位差180°，实现双侧驱动。本专利技术还提供一种实现上述方法的电容反馈式微扭转镜的驱动电路，其特殊之处在于：包括驱动信号源、电容检测电路、放大电路及信号提取电路；所述驱动信号源的输出端与电容反馈式微扭转镜的驱动梳齿连接，用于发出驱动信号，驱动电容反馈式微扭转镜振动；所述电容检测电路的输入端与电容反馈式微扭转镜的用于电容反馈作用的梳齿连接；将电容信号转化为电压信号；所述电容检测电路的输出端与放大电路的输入端连接；所述放大电路的输出端与信号提取电路的输入端连接，所述信号提取电路在相邻两组驱动脉冲间隔期间提取放大后的电压信号。进一步地，所述信号提取电路包括处理器，在一组驱动脉冲发出后，等待设定时间t后，开始捕获放大后的电压信号，下一组驱动脉冲发出前，停止捕获，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号或所述信号提取电路包括模数转换电路及处理器；模数转换电路采集电容反馈信号放大后的电压值，并转换为数字信号格式输出到处理器。处理器在驱动脉冲发出后，等待设定时间t后，开始处理数字信号，下一组驱动脉冲发出前，停止处理，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号。或所述信号提取电路包括处理器及开关，在一组驱动脉冲发出后，间隔设定时间t后，处理器控制开关闭合，使得放大后的电压信号通过，直至下一组驱动脉冲发出，处理器控制开关断开，信号不通过，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间，确保去除干扰信号的同时，能够采集到真实电容反馈信号。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1、本专利技术在获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的过程中，取消高频载波信号，直接提取电容反馈信号，进行后级放大，省略了载波发生电路和检波电路，消除因载波发生电路和检波电路对电容反馈信号的影响，电路更简洁，提高了电容反馈信号的稳定性，同时采用特定的驱动形式及信号提取方式获得真实的电容反馈信号；2、本专利技术为了应对驱动信号的快速跃迁对电容反馈信号的干扰，采用特定的脉冲驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜，并在驱动信号脉冲的间隔期间提取电容反馈信号，此时的电容反馈信号没有受到驱动信号快速跃迁的干扰，可以得到真实的电容反馈信号；通过选择不同脉冲信号，巧妙的利用脉冲间隔，将微扭转镜自由扭转时反馈的电容信号作为真实反馈电容信号，消除驱动信号干扰，构思巧妙，过程方便简单。3、本专利技术可以适用于多种脉冲驱动信号，如PWM(脉冲宽度调制)信号、PWM+PFM(脉冲宽度调制+脉冲频率调制)信号、正弦信号、半正弦信号等。附图说明图1为微扭转镜机械机构图；图2为现有电容反馈式微扭转镜驱动及反馈电路构造；图3为本专利技术提出的微扭转镜驱动及反馈电路构造；图4为驱动信号与电容反馈信号(放大后)波形图；图5为任意波形驱动信号(PWM+PFM)；图6为双侧驱动信号；图7为正弦脉冲驱动信号；图8为半正弦脉冲驱动信号；图中附图标记为：1-可动镜面，2-固定框架，3-梳齿对，31-静梳齿，32-动梳齿。具体实施方式本专利技术提出一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方式以及相应的电路，以获得稳定及真实的电容反馈信号，判定微扭转镜的振动角度。从图1可以看出，电容反馈式微扭转镜，包括可动镜面1和固定框架2。可动镜面1和固定框架2交界处分布有若干数量的梳齿对3，位于可动镜面一侧的梳齿称为动梳齿32，位于固定框架一侧的梳齿称为静梳齿31。其中一部分梳齿对用以驱动微扭转镜的振动，一部分梳齿对用以反馈电容变化量。本专利技术将任意脉冲信号作为驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜工作，后提取电容反馈式微扭转镜的电容反馈信号，将电容反馈信号转化为电压信号并放大；在相邻两个驱动脉冲间隔期间，提取放大后的电压信号，作为真实电容反馈信号。巧妙的通过提取处理脉冲间隔的电容反馈信号获得真实反馈电容信号。作为驱动信号的脉冲信号可以是多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将脉冲信号作为驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜振动；确保在相邻两组驱动脉冲间隔期间，微扭转镜至少能够自由扭转0.5个周期；S2、提取电容反馈式微扭转镜的电容反馈信号，将电容反馈信号转化为电压信号；S3、将步骤S2中的电压信号进行放大；S4、在相邻两组驱动脉冲间隔期间，提取放大后的电压信号，作为真实电容反馈信号。

【技术特征摘要】
1.一种获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将脉冲信号作为驱动信号驱动电容反馈式微扭转镜振动；确保在相邻两组驱动脉冲间隔期间，微扭转镜至少能够自由扭转0.5个周期；S2、提取电容反馈式微扭转镜的电容反馈信号，将电容反馈信号转化为电压信号；S3、将步骤S2中的电压信号进行放大；S4、在相邻两组驱动脉冲间隔期间，提取放大后的电压信号，作为真实电容反馈信号。2.根据权利要求1所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于，步骤S4通过下述方法实现：在一组驱动脉冲发出同时，间隔设定时间t后，开始捕获放大后的电压信号，下一组驱动脉冲发出前，停止捕获，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间。3.根据权利要求1所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于，步骤S4通过下述方法实现：利用模数转换电路将电压信号转换为数字信号输出到处理器，在一组驱动脉冲发出的同时，间隔设定时间t后，处理器开始处理数字信号，下一组驱动脉冲发出前，停止处理，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间。4.根据权利要求1所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于，步骤S4通过下述方法实现：在一组驱动脉冲发出后，间隔设定时间t后，利用开关控制放大后的电压信号通过，直至下一组驱动脉冲发出，开关断开，信号不通过，所述t大于等于实际测试的干扰信号持续时间。5.根据权利要求1至4任一所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于：步骤S1中所述脉冲信号为占空比为1％～50％的脉冲宽度调制信号。6.根据权利要求5所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于：所述脉冲宽度调制信号的占空比为10％。7.根据权利要求1至4任一所述的获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法，其特征在于：步骤S1中所述脉冲信号为N组脉冲宽度与频率可调的脉冲信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长锋，郑文会，宋秀敏，游桥明，乔大勇，
申请(专利权)人：西安知微传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61