電熱式MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)具有集成度高、體積小、功耗低、性能穩(wěn)定和價(jià)格低廉等特點(diǎn),現(xiàn)正逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電路組成的電子元器件。其應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及信息通信、自動(dòng)控制、航空航天、生物化學(xué)、醫(yī)療器械、消費(fèi)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(zhuǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的電熱MEMS微鏡原理及相關(guān)應(yīng)用,并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,分析了驅(qū)動(dòng)器形變與鏡面偏轉(zhuǎn)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián);緊接著討論了MEMS微鏡系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法,通過

2、引入熱導(dǎo)和彈簧剛體模型歸納了多驅(qū)動(dòng)器間的熱傳導(dǎo)和相互作用力導(dǎo)致的形變關(guān)系,并建立了多自由度微鏡的靜態(tài)模型;再次,通過驅(qū)動(dòng)器電熱響應(yīng)與機(jī)械振動(dòng)特性的分析,結(jié)合兩者的傳遞函數(shù)推導(dǎo)出了微鏡的動(dòng)態(tài)模型,并將創(chuàng)建的模型通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。為了減小由微加工缺陷導(dǎo)致的各驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)與特性的偏差,本文結(jié)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(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)微鏡的偏轉(zhuǎn),達(dá)到控制補(bǔ)償效果;為抑制系統(tǒng)響應(yīng)的殘余振動(dòng),提高微鏡穩(wěn)定時(shí)間以及器件在

3、光開關(guān)或光衰減器應(yīng)用中的性能,論文針對(duì)分解模型使用輸入整形控制,達(dá)到了抑制系統(tǒng)殘余振動(dòng)的目的;最后論文就相干光成像系統(tǒng)(OCT)的微鏡偏轉(zhuǎn)方法進(jìn)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(dòng)態(tài)性能,實(shí)現(xiàn)了微鏡的前饋式開環(huán)掃描糾正,達(dá)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(guān)和光衰減器以及OCT成像中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果,驗(yàn)證了本文提出的微鏡模型和控制