電熱式MEMS微鏡驅動控制技術研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)(MEMS)具有集成度高、體積小、功耗低、性能穩(wěn)定和價格低廉等特點,現(xiàn)正逐步替代傳統(tǒng)的機械結構與電路組成的電子元器件。其應用領域主要涉及信息通信、自動控制、航空航天、生物化學、醫(yī)療器械、消費電子以及軍工產(chǎn)品等。
　　本文首先介紹了基于折疊式雙S形反轉串聯(lián)驅動器結構的電熱MEMS微鏡原理及相關應用,并對驅動器的驅動原理進行了詳細的闡述,分析了驅動器形變與鏡面偏轉間的內(nèi)在關聯(lián);緊接著討論了MEMS微鏡系統(tǒng)的數(shù)學建模方法,通過

2、引入熱導和彈簧剛體模型歸納了多驅動器間的熱傳導和相互作用力導致的形變關系,并建立了多自由度微鏡的靜態(tài)模型;再次,通過驅動器電熱響應與機械振動特性的分析,結合兩者的傳遞函數(shù)推導出了微鏡的動態(tài)模型,并將創(chuàng)建的模型通過實驗進行了驗證。為了減小由微加工缺陷導致的各驅動器結構與特性的偏差,本文結合數(shù)據(jù)模型提出了一種誤差控制方法,通過仿真軟件獲取經(jīng)糾正的驅動信號來驅動微鏡的偏轉,達到控制補償效果;為抑制系統(tǒng)響應的殘余振動,提高微鏡穩(wěn)定時間以及器件在

3、光開關或光衰減器應用中的性能,論文針對分解模型使用輸入整形控制,達到了抑制系統(tǒng)殘余振動的目的;最后論文就相干光成像系統(tǒng)(OCT)的微鏡偏轉方法進行了研究,提出了一種基于狀態(tài)空間算法的控制方法,改善了微鏡的靜態(tài)和動態(tài)性能,實現(xiàn)了微鏡的前饋式開環(huán)掃描糾正,達到了高質(zhì)量OCT成像的目的。基于以上的理論分析和控制方法研究,本文也給出了二維電熱式MEMS微鏡在光柵掃描、光開關和光衰減器以及OCT成像中的實驗驗證結果,驗證了本文提出的微鏡模型和控制