CN108873318B - 一种无运动状态检测器的电磁式mems微镜的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，该驱动电路具有运动状态检测与控制功能、温控功能，且包括：处理器模块（1）、驱动信号隔离电路（2）、驱动信号放大电路（3）、驱动信号幅值调整电路（4）、感应电动势隔离电路（5）、电磁式MEMS微镜模块（6）、感应电动势放大电路（7）、感应电动势幅值调整电路（8）、感应电动势滤波限压电路（9）、感应电动势ADC模块（10）、电源模块（11）、温控模块（12）。在该驱动电路驱动下，电磁式MEMS扭转微镜的运动状态稳定，同时避免了内置或外置运动状态检测装置的使用，降低了微镜运动状态检测与控制装置的复杂程度与成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，该电路具有运动状态检测与控制功能以及温控功能，属于光学仪器技术领域。
背景技术
随着电子技术及其相关技术的发展，除了追求提高光学测量仪器的测量精确度外，人们试图在保证光学测量仪器的光学测量性能不变的前提下，追求降低仪器功耗、缩小仪器体积、降低仪器成本、便于仪器使用。而MEMS微镜的应用，就是实现前述目标的一种重要手段。
MEMS微镜是一种基于MEMS技术的能够快速扫描的反射镜器件，驱动方式主要有静电、电磁、电热、压电，其中电磁式MEMS微镜具有驱动力大、扫描范围广的优点。MEMS微镜的工作特性易受到环境温度、湿度等因素影响，从而影响使用MEMS微镜的仪器性能，如影响微型光谱仪的光谱测量的稳定性、移动投影设备的成像质量、光学显微镜的精确度等，因此改善MEMS微镜工作特性的稳定性是提高基于MEMS微镜的光学仪器性能的关键环节。
改善MEMS微镜工作特性的稳定性通常需要外置或者内置MEMS微镜的运动状态检测器，通过特置的运动状态检测器来实时检测MEMS微镜的运动状态，并进一步实施运动状态的反馈控制。如通过一束激光经过MEMS微镜反射到固定的PSD位置传感器上形成光斑，由PSD位置传感器上的光斑位置与MEMS微镜扭转角度的关系，来检测MEMS微镜的运动状态，并根据实时检测的运动状态与目标运动状态的偏差，实施控制来稳定MEMS微镜的运动状态。
在MEMS微镜的内部设计内置的运动状态检测器，需要重新设计生产MEMS微镜器件，且受到MEMS微镜的整体架构的影响，内置的运动状态检测器的性能也受到极大限制，而通过外置运动状态检测器，如PSD位置传感器来检测MEMS微镜的运动状态，需要设计复杂的光路以及与光路配合的专用电路，它们都是成本高、结构复杂且使用不方便的稳定MEMS微镜运动状态的电路与装置。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，针对电磁式MEMS扭转微镜，提供一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，所述电路具有运动状态检测与控制功能以及温控功能，适用于没有内置或外置运动状态检测器的情形，从而降低微镜运动状态检测与控制装置复杂程度与成本。
为满足技术要求，本发明的技术方案为：
一种电磁式MEMS扭转微镜的驱动电路，无需特别内置或外置运动状态检测器，但具有运动状态检测与控制功能、温控功能，包括：处理器模块（1）、驱动信号隔离电路（2）、驱动信号放大电路（3）、驱动信号幅值调整电路（4）、感应电动势隔离电路（5）、电磁式MEMS微镜模块（6）、感应电动势放大电路（7）、感应电动势幅值调整电路（8）、感应电动势滤波限压电路（9）、感应电动势ADC模块（10）、电源模块（11）、温控模块（12）；所述电磁式MEMS微镜模块（6）包括微镜镜面（13）、驱动线圈（14）；所述温控模块（12）包括数控电流源（15）、半导体制冷器（16）、温度传感器（17）；其中，所述处理器模块（1）与所述驱动信号隔离电路（2）的输入端、所述驱动信号幅值调整电路（4）的第一输入端、所述温控模块（12）、所述电源模块（11）相连，所述驱动信号隔离电路（2）的输出端与所述驱动信号放大电路（3）的输入端相连，所述驱动信号放大电路（3）的输出端与所述驱动信号幅值调整电路（4）的第二输入端相连，所述驱动信号幅值调整电路（4）输出端与所述感应电动势隔离电路（5）的输入端相连，所述感应电动势隔离电路（5）的输出端与所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端、所述感应电动势放大电路（7）的输入端相连，所述感应电动势放大电路（7）的输出端与所述感应电动势幅值调整电路（8）的输入端相连，所述感应电动势幅值调整电路（8）的输出端与所述感应电动势滤波限压电路（9）的输入端相连，所述感应电动势滤波限压电路（9）的输出端与所述感应电动势ADC模块（10）的输入端相连，所述感应电动势ADC模块（10）的输出端与所述处理器模块（1）相连。
所述处理器模块（1），用于设置并输出数字控温信号至所述温控模块（12），还用于根据所述电磁式MEMS微镜模块（6）中的微镜镜面（13）的目标运动状态，实时确定微镜驱动信号的周期、占空比，输出相同周期、占空比的第一周期脉冲信号至所述驱动信号隔离电路（2），同时所述处理器模块（1）输出幅值调整信号至所述驱动信号幅值调整电路（4）的第一输入端。
所述驱动信号隔离电路（2），用于接收由处理器模块（1）发出的第一周期脉冲信号后，输出驱动能力强的第二周期脉冲信号至所述驱动信号放大电路（3）的输入端。
所述驱动信号放大电路（3），用于对输入端的信号放大，输出第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路（4）的第二输入端。
所述驱动信号幅值调整电路（4），用于根据第一输入端的幅值调整信号，对第二输入端的第三周期脉冲信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路（5）的输入端。
所述感应电动势隔离电路（5），用于对输入端信号进行取正处理后，输出微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端、所述感应电动势放大电路（7）的输入端；所述感应电动势隔离电路（5）还用于对第一感应电动势信号起到隔离作用。
所述电磁式MEMS微镜模块（6），用于接收所述感应电动势隔离电路（5）输出的微镜驱动信号，输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路（7）的输入端、所述感应电动势隔离电路（5）的输出端。
所述感应电动势放大电路（7），用于对输入端信号放大后，输出第二感应电动势信号至所述感应电动幅值调整电路8的输入端。
所述感应电动势幅值调整电路（8），用于对输入信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路（9）的输入端。
所述感应电动势滤波限压电路（9），用于对输入信号进行滤波与限压处理后，输出第四感应电动势信号至所述感应电动势ADC模块（10）的输入端。
所述感应电动势ADC模块（10），用于对输入信号进行数模转换后，输出数字感应电动势信号至所述处理器模块（1）。
所述处理器模块（1），还用于通过数字感应电动势信号判断微镜运动状态，并将判断的微镜镜面（13）的运动状态与目标运动状态比较，按照运动控制算法计算微镜驱动信号的频率、占空比、幅值的改变量，输出相应的第一周期脉冲信号、幅值调整信号。
所述电源模块（11），用于给所述处理器模块（1）、所述驱动信号隔离电路（2）、所述驱动信号放大电路（3）、所述驱动信号幅值调整电路（4）、所述感应电动势隔离电路（5）、所述感应电动势放大电路（7）、所述感应电动势幅值调整电路（8）、所述感应电动势滤波限压电路（9）、所述感应电动势ADC模块（10）、所述温控模块（12），提供合适的工作电压。
所述温控模块（12），用于在处理器模块（1）的反馈控制下，将贴合在半导体制冷器（16）冷侧的所述电磁式MEMS微镜模块（6）冷却到合适的恒定温度。
所述驱动线圈（14）埋设在所述微镜镜面（13）镜面的内部；所述驱动线圈（14）、所述微镜镜面（13）处于同一均匀磁场中；所述驱动线圈（14）的第一端与所述电源模块（11）的接地端相连，所述驱动线圈（14）的第二端作为所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端；所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端接收所述感应电动势隔离电路（5）输出的微镜驱动信号，使得所述驱动线圈（14）带动所述微镜镜面（13）转动并输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路（7）的输入端、所述感应电动势隔离电路（5）的输出端。
所述数控电流源（15）的第一端作为所述温控模块（12）的输入端，所述数控电流源（15）的第二端与半导体制冷器（16）的第一端相连，所述半导体制冷器（16）的第二端、温度传感器（17）的第一端与所述电源模块（11）的接地端相连，所述温度传感器（17）的二端作为所述温控模块（12）的输出端；所述数控电流源（15）用于接收所述处理器模块（1）的数字控温信号，并生成控温电流信号；所述半导体制冷器（16）用于接收控温电流信号，并制冷；所述温度传感器（17）用于测温，并输出温度信号至所述处理器模块（1）。
所述半导体制冷器（16）有冷侧和热侧；所述温度传感器（17）贴合在所述半导体制冷器（16）的冷侧。
所述电磁式MEMS微镜模块（6）贴合在所述温控模块（12）的所述半导体制冷器（16）的冷侧，并与所述温控模块（12）的所述温度传感器（17）紧密接触。
所述第一周期脉冲信号、第二周期脉冲信号、第三周期脉冲信号、第四周期脉冲信号以及微镜驱动信号的波形，用周期、占空比、幅度表征。
所述驱动电路用于驱动电磁式MEMS扭转微镜的具体步骤包括：
所述驱动线圈（14）在磁场中切割磁力线会产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律以及物理规律建立所述微镜镜面（13）在均匀磁场中运动时运动状态与感应电动势的对应关系；
所述处理器模块（1）按照设定的目标温度、温度控制算法输出数字控温信号至所述温控模块（12），并控制所述半导体制冷器（16）冷侧处于恒定温度，从而将所述电磁式MEMS微镜模块（6）冷却到合适的恒定温度。所述处理器模块（1）还根据所述电磁式MEMS微镜模块（6）中的微镜镜面（13）的目标运动状态，确定微镜驱动信号的周期、占空比，并输出相同周期、占空比的第一周期脉冲信号至所述驱动信号隔离电路（2）的输入端，同时所述处理器模块（1）根据所述电磁式MEMS微镜模块（6）中的微镜镜面（13）的目标运动状态，确定微镜驱动信号的幅值，并将相应幅值调整信号输出至所述驱动信号幅值调整电路（4）的第一输入端；所述驱动信号隔离电路（2）输出高驱动能力的第二周期脉冲信号至所述驱动信号放大电路（3）的输入端，所述驱动信号放大电路（3）输出放大后的第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路（4）的第二输入端，所述驱动信号幅值调整电路（4）根据第一输入端的幅值调整信号对第二输入端的输入信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路（5）的输入端，感应电动势隔离电路（5）对输入端的信号进行取正处理后，输出初始的微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端；
埋设在所述电磁式MEMS微镜模块（6）中的微镜镜面内部的驱动线圈（14），在微镜驱动信号的驱动下带动所述微镜镜面（13）周期运动，运动中的驱动线圈（14）在均匀磁场中产生感应电动势；
所述电磁式MEMS微镜模块（6）的驱动端输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路（7）的输入端；
所述感应电动势放大电路（7）将第一感应电动势信号进行放大输出第二感应电动势信号至所述感应电动势幅值调整电路（8）的输入端，所述感应电动势幅值调整电路（8）对输入端的信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路（9）的输入端，所述感应电动势滤波限压电路（9）将第三感应电动势信号进行滤波、限压后，输出第四感应电动势信号至感应电动势ADC模块（10）的输入端，所述感应电动势ADC模块（10）输出数字感应电动势信号至所述处理器模块（1），所述处理器模块（1）在周期脉冲信号的脉冲间隔采集数字感应电动势信号；
所述处理器模块（1）根据采集的数字感应电动势信号，以及电磁式MEMS微镜模块（6）中的微镜镜面（13）的运动状态与感应电动势的对应关系判断微镜镜面（13）的运动状态；
所述处理器模块（1）将判断的微镜镜面（13）的运动状态与目标运动状态比较，按照运动控制算法计算微镜驱动信号的频率、占空比、幅值的改变量；
按照计算结果由处理器模块（1）产生并输出新的第一周期脉冲信号，并由处理器模块（1）产生幅值调整信号，输出至驱动信号幅值调整电路（4）的第一输入端，最终在感应电动势隔离电路（5）的输出端，产生新的微镜驱动信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明根据电磁式MEMS扭转微镜的驱动线圈在磁场中运动时，内部会产生感应电动势这一特点，提供上述具有运动状态检测与控制功能、温控功能的驱动电路，在该电路驱动下，MEMS扭转微镜的运动状态稳定，且同时避免了内置或外置运动状态检测装置的使用，降低了微镜运动状态检测与控制装置的复杂程度与成本；
2.仪器使用本发明所述的驱动电路来驱动电磁式MEMS扭转微镜，仪器的整体设计复杂程度降低、体积减小，提高了便携性且降低了成本。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明。
图1是根据本发明一实施例示出的电磁式MEMS扭转微镜的驱动电路结构图。
图2是根据本发明一实施例示出的电磁式MEMS微镜模块的结构图。
图3是根据本发明一实施例示出的温控模块的结构图。
图4是根据本发明一实施例示出的电磁式MEMS扭转微镜驱动电路的驱动步骤流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本公开，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的元件、操作、特征而已。
其次，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
请参见图1，是本发明一实施例示出的电磁式MEMS扭转微镜的驱动电路结构图，本发明可实现对电磁式MEMS扭转微镜的运动状态的实时检测与控制，包括处理器模块1、驱动信号隔离电路2、驱动信号放大电路3、驱动信号幅值调整电路4、感应电动势隔离电路5、电磁式MEMS微镜模块6、感应电动势放大电路7、感应电动势幅值调整电路8、感应电动势滤波限压电路9、感应电动势ADC模块10、电源模块11、温控模块12。所述处理器模块1与所述驱动信号隔离电路2的输入端、所述驱动信号幅值调整电路4的第一输入端、所述温控模块12、所述电源模块11相连，所述驱动信号隔离电路2的输出端与所述驱动信号放大电路3的输入端相连，所述驱动信号放大电路3的输出端与所述驱动信号幅值调整电路4的第二输入端相连，所述驱动信号幅值调整电路4输出端与所述感应电动势隔离电路5的输入端相连，所述感应电动势隔离电路5的输出端与所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端、所述感应电动势放大电路7的输入端相连，所述感应电动势放大电路7的输出端与所述感应电动势幅值调整电路8的输入端相连，所述感应电动势幅值调整电路8的输出端与所述感应电动势滤波限压电路9的输入端相连，所述感应电动势滤波限压电路9的输出端与所述感应电动势ADC模块10的输入端相连，所述感应电动势ADC模块10的输出端与所述处理器模块1相连。
所述处理器模块1，用于设置并输出数字控温信号至所述温控模块12，还用于根据所述电磁式MEMS微镜模块6中的微镜镜面13的目标运动状态，实时确定微镜驱动信号的周期、占空比，输出相同周期、占空比的第一周期脉冲信号至所述驱动信号隔离电路2，同时所述处理器模块1输出幅值调整信号至所述驱动信号幅值调整电路4的第一输入端；所述驱动信号隔离电路2接收由处理器模块1发出的第一周期脉冲信号后，输出驱动能力强的第二周期脉冲信号至所述驱动信号放大电路3的输入端；所述驱动信号放大电路3对输入端的信号放大，输出第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路4的第二输入端；所述驱动信号幅值调整电路4根据第一输入端的幅值调整信号，对第二输入端的第三周期脉冲信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路5的输入端；所述感应电动势隔离电路5对输入端信号进行取正处理后，输出微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端；所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端接收所述感应电动势隔离电路5输出的微镜驱动信号，输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路7的输入端、所述感应电动势隔离电路5的输出端；所述感应电动势隔离电路5对第一感应电动势信号起到隔离作用；所述感应电动势放大电路7对输入端信号放大后，输出第二感应电动势信号至所述感应电动幅值调整电路8的输入端；所述感应电动势幅值调整电路8对输入信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路9的输入端；所述感应电动势滤波限压电路9对输入信号进行滤波与限压处理后，输出第四感应电动势信号至所述感应电动势ADC模块10的输入端；所述感应电动势ADC模块10对输入的模拟信号进行数模转换后，输出数字感应电动势信号至所述处理器模块1；所述电源模块11提供+3.3V，+15V，-12V的工作电压，并设有接地端；所述温控模块12，用于在处理器模块1的反馈控制下，将所述电磁式MEMS微镜模块6冷却到合适的恒定温度。
所述驱动信号隔离电路2包括第一反相器U1A、第二反相器U1B，所述第一反相器U1A、第二反相器U1B可以集成在一块CD4069芯片上；所述第一反相器U1A的输入端作为所述驱动信号隔离电路2的输入端，所述第一反相器U1A的输出端与第二反相器U1B的输入端相连，所述电源模块11的+3.3V端与第一反相器U1A的正电源端、第二反相器U1B正电源端相连，所述第一反相器U1A的负电源端、第二反相器U1B负电源端与所述电源模块11的接地端相连，所述第二反相器U1B的输出端作为所述驱动信号隔离电路2的输出端，输出驱动能力强的第二周期脉冲信号至所述的驱动信号放大电路3的输入端。
所述驱动信号放大电路3包含第一运放放大器U2A、电阻R1、电阻R2，所述第一运放放大器U2A可以使用运放芯片TL072；所述电源模块11的+15V端与第一反相器U2A的正电源端相连，所述第一运放放大器U2A的负电源端与与所述电源模块11的-12V端相连；所述电阻R1、电阻R2大小可以分别为200k和50k的定值电阻；所述第一运放放大器U2A同相输入端作为所述驱动信号放大电路3的输入端，所述第一运放放大器U2A反相输入端与电阻R1第一端、电阻R2第一端相连，所述电阻R1第二端与所述电源模块11的接地端相连，所述电阻R2第二端与第一运放放大器U2A输出端相连作为驱动信号放大电路3电路的输出端，输出被放大后的第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路4的第二输入端。
所述驱动信号幅值调整电路4包括第二运放放大器U2B、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、DAC模块，所述第二运放放大器U2B可以使用运放芯片TL072；所述电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6大小可以都取10k的定值电阻；所述DAC模块可以使用采样芯片DAC7512；所述电源模块11的+15V端与第二运放放大器U2B的正电源端相连，所述第二运放放大器U2B的负电源端与与所述电源模块11的-12V端相连，所述DAC模块的输入端作为所述驱动信号幅值调整电路4的第一输入端，所述电阻R4的第一端作为所述驱动信号幅值调整电路4的第二输入端，所述DAC模块的输出端与电阻R5第一端相连，所述电阻R5的第二端、电阻R6的第一端与第二运放放大器U2B的反相输入端相连，所述电阻R4的第二端与电阻R3的第一端、第二运放放大器U2B的同相输入端相连，所述电阻R3第二端与所述电源模块11的接地端相连，所述电阻R6的第二端与所述第二运放放大器U2B的输出端相连作为所述驱动信号幅值调整电路4的输出端，所述驱动信号幅值调整电路4对输入信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路5的输入端。
所述感应电动势隔离电路5包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极作为所述感应电动势隔离电路5的输入端，所述第一二极管D1的负极作为所述感应电动势隔离电路5的输出端，所述感应电动势隔离电路5对输入端信号进行取正处理后，输出微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端。
所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端接收所述感应电动势隔离电路5输出的微镜驱动信号，输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路7的输入端、所述感应电动势隔离电路5的输出端。
所述感应电动势隔离电路5对第一感应电动势信号起到隔离作用。
所述感应电动势放大电路7包括第三运放放大器U3A、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1，所述第三运放放大器U3A可以使用运放芯片TL072；所述电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10大小可以取2M、1K、10K、10K的定值电阻；所述电容C1可以是瓷片电容，其大小可以是0.1uF；所述第三运放放大器U3A的同相输入端与电阻R7的第一端相连，所述电源模块11的+15V端与第三运放放大器U3A的正电源端相连，所述第三运放放大器U3A的负电源端与所述电源模块11的-12V端相连，所述电阻R9的第一端作为所述感应电动势放大电路7的输入端，所述电阻R9的第二端与电阻R10的第一端、第三运放放大器U3A的反相输入端相连，所述电阻R7的第二端、电容C1的第一端与所述电源模块11的接地端相连，所述电阻R10的第二端、第三运放放大器U3A的输出端与电阻R8的第一端相连，所述电阻R8的第二端与电容C1的第二端相连作为所述感应电动势放大电路7的输出端，所述感应电动势放大电路7对输入端信号放大后，输出第二感应电动势信号至所述感应电动幅值调整电路8的输入端。
所述感应电动势幅值调整电路8包括第四运放放大器U3B、第五运放放大器U4A、第一电位器VR1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述第四运放放大器U3B、第五运放放大器U4A可以使用运放芯片TL072；所述第一电位器VR1可以使用10k的可调电阻；所述电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14大小可以取2M、1K、10K、10K的定值电阻；所述电阻R13的第一端作为所述感应电动势幅值调整电路8的输入端，所述电阻R13的第二端与所述第四运放放大器U3B的同相输入端、电阻R14的第一端相连，所述电源模块11的+15V端与第一电位器VR1第一端、第四运放放大器U3B的正电源端、第五运放放大器U4A的正电源端相连，所述电阻R14第二端与所述电源模块11的接地端相连，所述第一电位器VR1第二端、第四运放放大器U3B的负电源端、第五运放放大器U4A的负电源端与所述电源模块11的-12V端相连，所述第一电位器VR1第三端与第五运放放大器U4A的同相输入端相连，所述第五运放放大器U4A的反相输入端、第五运放放大器U4A的输出端与电阻R12的第一端相连，所述电阻R12的第二端与第四运放放大器U3B的反相输入端、电阻R11的第一端相连，所述电阻R11的第二端与第四运放放大器U3B的输出端相连作为所述感应电动势幅值调整电路8的输出端，所述感应电动势幅值调整电路8对输入信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路9的输入端。
所述感应电动势幅值调整电路8输出的第三感应电动势的幅值可以通过改变第一电位器VR1的阻值调整。
所述感应电动势滤波限压电路9包括第六运放放大器U4B、电阻R15、电阻R16、电容C2、电容C3、第一稳压管D2；所述第六运放放大器U4B可以使用运放芯片TL072；所述电阻R15、电阻R16可以使用10K大小的定值电阻；所述电容C2、电容C3可以是瓷片电容，其大小可以是0.1uF；所述第一稳压管D2稳压值为5V；所述电阻R16第一端作为所述感应电动势滤波限压电路9的输入端，所述电源模块11的+15V端与第六运放放大器U4B的正电源端相连，所述第六运放放大器U4B的负电源端与与所述电源模块11的-12V端相连，所述电阻R16第二端与电阻R15的第一端、电容C2的第一端相连，所述电阻R15的第二端与第六运放放大器U4B的同相输入端、电容C3的第一端相连，所述电容C3的第二端、第一稳压管D2的第一端与所述电源模块11的接地端相连，所述电容C2的第二端、第六运放放大器U4B的反相输入端、第一稳压管D2的第二端与第六运放放大器U5B的输出端相连作为感应电动势滤波限压电路9的输出端，所述感应电动势滤波限压电路9对输入信号进行滤波与限压处理后，输出第四感应电动势信号至所述感应电动势ADC模块10的输入端。
所述感应电动势ADC模块10可以使用采样芯片ADS8328，所述感应电动势ADC模块10对输入的第四感应电动势模拟信号进行数模转换后，输出数字感应电动势信号至所述处理器模块1。
所述第一周期脉冲信号、第二周期脉冲信号、第三周期脉冲信号、第四周期脉冲信号波形，都可以用频率、占空比、幅度表征。
请参见图2，本发明一实施例示出的电磁式MEMS微镜模块的结构图，本实施例的电磁式MEMS微镜模块示出图1实施例中所述电磁式MEMS微镜模块6的结构图，所述电磁式MEMS微镜模块6包括电磁式MEMS微镜13、驱动线圈14；所述驱动线圈14埋设在在电磁式MEMS微镜13镜面的内部；所述驱动线圈14的第一端与所述电源模块11的接地端相连，所述驱动线圈14的第二端作为所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端，接收所述感应电动势隔离电路5输出的微镜驱动信号，使得所述微镜镜面13转动，并输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路7的输入端；所述驱动线圈14、所述电磁式微镜14处于同一均匀磁场中。
请参见图3，本发明一实施例示出的温控模块的结构图，本实施例的温控模块示出图1实施例中所述温控模块12的结构图，所述温控模块包括数控电流源15、半导体制冷器16、温度传感器17；所述数控电流源15的第一端作为所述温控模块12的输入端，所述数控电流源15的第二端与半导体制冷器16的第一端相连，所述半导体制冷器16的第二端、温度传感器17的第一端与所述电源模块11的接地端相连，所述温度传感器17的二端作为所述温控模块12的输出端；所述半导体制冷器16有冷侧和热侧；所述温度传感器17贴合在半导体制冷器16的冷侧。
所述电磁式MEMS微镜模块6贴合在所述温控模块12的半导体制冷器16的冷侧，并与所述温控模块11的温度传感器17紧密接触。
请参见图4，是本发明一实施例示出的电磁式MEMS扭转微镜驱动电路的驱动步骤流程图，图1所描述的电磁式MEMS扭转微镜的驱动电路，采用本实施例的电磁式MEMS扭转微镜的驱动步骤，以实现对电磁式MEMS微镜运动的稳定驱动，其包括以下步骤S1-S8。
在步骤S1中，所述驱动线圈14在磁场中切割磁力线会产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律以及物理规律建立所述微镜镜面13在均匀磁场中运动时运动状态与感应电动势的对应关系。
在步骤S2中，所述处理器模块1按照设定的目标温度、温度控制算法输出数字控温信号至所述温控模块12，并控制所述半导体制冷器16处于恒定温度，从而将所述电磁式MEMS微镜模块6冷却到合适的恒定温度。所述处理器模块1还根据所述电磁式MEMS微镜模块6中的微镜镜面13的目标运动状态，确定微镜驱动信号的周期、占空比，并输出相同周期、占空比的第一周期脉冲信号至所述驱动信号隔离电路2的输入端，同时所述处理器模块1根据所述电磁式MEMS微镜模块6中的微镜镜面13的目标运动状态，确定微镜驱动信号的幅值，并将相应幅值调整信号输出至所述驱动信号幅值调整电路4的第一输入端；所述驱动信号隔离电路2输出高驱动能力的第二周期脉冲信号至所述驱动信号放大电路3的输入端，所述驱动信号放大电路3输出放大后的第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路4的第二输入端，所述驱动信号幅值调整电路4根据第一输入端的幅值调整信号对第二输入端的输入信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路5的输入端，感应电动势隔离电路5对输入端的信号进行取正处理后，输出初始的微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端。
在步骤S3中，埋设在所述电磁式MEMS微镜模块6中的微镜镜面13内部的驱动线圈14，在微镜驱动信号的驱动下带动所述微镜镜面13周期运动，运动中的驱动线圈14在均匀磁场中产生感应电动势。
在步骤S4中，所述电磁式MEMS微镜模块6的驱动端输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至感应电动势放大电路7的输入端；所述感应电动势放大电路7将第一感应电动势信号进行放大输出第二感应电动势信号至所述感应电动势幅值调整电路8的输入端，所述感应电动势幅值调整电路8对输入端的信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路9的输入端，所述感应电动势滤波限压电路9将第三感应电动势信号进行滤波、限压后，输出第四感应电动势信号至感应电动势ADC模块10的输入端，所述感应电动势ADC模块10输出数字感应电动势信号至所述处理器模块1，所述处理器模块1在周期脉冲信号的脉冲间隔采集数字感应电动势信号。
在步骤S5中，所述处理器模块1根据采集的数字感应电动势信号，以及电磁式MEMS微镜模块6中的微镜镜面13的运动状态与感应电动势的对应关系判断微镜运动状态。
在步骤S6中，所述处理器模块1将判断的微镜镜面13的运动状态与目标运动状态比较，按照运动控制算法计算微镜驱动信号的频率、占空比、幅值的改变量。
在步骤S7中，按照计算结果由所诉处理器模块1产生并输出新的第一周期脉冲信号，并由处理器模块1产生幅值调整信号，输出至驱动信号幅值调整电路4的第一输入端，最终在感应电动势隔离电路5的输出端，产生新的微镜驱动信号。
在步骤S8中，重复步骤S3、S4、S5、S6、S7。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明根据电磁式MEMS扭转微镜的驱动线圈在磁场中运动时，内部会产生感应电动势这一特点，提供上述具有运动状态检测与控制功能、温控功能的驱动电路，在该电路驱动下，MEMS扭转微镜的运动状态稳定，且同时避免了内置或外置运动状态检测装置的使用，降低了微镜运动状态检测与控制装置复杂程度与成本；
2.仪器使用本发明所述的驱动电路来驱动电磁式MEMS扭转微镜，仪器的整体设计复杂程度降低、体积减小，提高了便携性且降低了成本。
Claims (4)
1.一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，所述电路具有运动状态检测与控制功能以及温控功能，适用于没有内置或外置运动状态检测器的情形，包括：处理器模块(l)、驱动信号隔离电路(2)、驱动信号放大电路(3)、驱动信号幅值调整电路(4)、感应电动势隔离电路(5)、电磁式MEMS微镜模块(6)、感应电动势放大电路(7)、感应电动势幅值调整电路(8)、感应电动势滤波限压电路(9)、感应电动势ADC模块(10)、电源模块(11)、温控模块(12)；所述电磁式MEMS微镜模块(6)包括微镜镜面(13)、驱动线圈(14)；所述温控模块(12)包括数控电流源(15)、半导体制冷器(16)、温度传感器(17)；其中，
所述处理器模块(1)与所述驱动信号隔离电路(2)的输入端、所述驱动信号幅值调整电路(4)的第一输入端、所述温控模块(12)、所述电源模块(11)相连，所述驱动信号隔离电路(2)的输出端与所述驱动信号放大电路(3)的输入端相连，所述驱动信号放大电路(3)的输出端与所述驱动信号幅值调整电路(4)的第二输入端相连，所述驱动信号幅值调整电路(4)输出端与所述感应电动势隔离电路(5)的输入端相连，所述感应电动势隔离电路(5)的输出端与所述电磁式MEMS微镜模块(6)的驱动端、所述感应电动势放大电路(7)的输入端相连，所述感应电动势放大电路(7)的输出端与所述感应电动势幅值调整电路(8)的输入端相连，所述感应电动势幅值调整电路(8)的输出端与所述感应电动势滤波限压电路(9)的输入端相连，所述感应电动势滤波限压电路(9)的输出端与所述感应电动势ADC模块(10)的输入端相连，所述感应电动势ADC模块(10)的输出端与所述处理器模块(1)相连；
所述处理器模块(1)，用于设置并输出数字控温信号至所述温控模块(12)，还用于根据所述电磁式MEMS微镜模块(6)中的微镜镜面(13)的目标运动状态，实时确定微镜驱动信号的周期、占空比，输出相同周期、占空比的第一周期脉冲信号至所述驱动信号隔离电路(2)的输入端，同时所述处理器模块(1)输出幅值调整信号至所述驱动信号幅值调整电路(4)的第一输入端；
所述驱动信号隔离电路(2)，用于接收由处理器模块(1)发出的第一周期脉冲信号后，输出驱动能力强的第二周期脉冲信号至所述驱动信号放大电路(3)的输入端；
所述驱动信号放大电路(3)，用于对输入端的信号放大，输出第三周期脉冲信号至所述驱动信号幅值调整电路(4)的第二输入端；
所述驱动信号幅值调整电路(4)，用于根据第一输入端的幅值调整信号，对第二输入端的第三周期脉冲信号的幅值调整后，输出第四周期脉冲信号至感应电动势隔离电路(5)的输入端；
所述感应电动势隔离电路(5)，用于对输入端信号进行取正处理后，输出微镜驱动信号至所述电磁式MEMS微镜模块(6)的驱动端、所述感应电动势放大电路(7)的输入端；
所述感应电动势隔离电路(5)还用于对第一感应电动势信号起到隔离作用；
所述电磁式MEMS微镜模块(6)，用于接收所述感应电动势隔离电路(5)输出的微镜驱动信号，输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路(7)的输入端、所述感应电动势隔离电路(5)的输出端；
所述感应电动势放大电路(7)，用于对输入端信号放大后，输出第二感应电动势信号至所述感应电动幅值调整电路(8)的输入端；
所述感应电动势幅值调整电路(8)，用于对输入信号进行幅值调整后，输出第三感应电动势信号至所述感应电动势滤波限压电路(9)的输入端；
所述感应电动势滤波限压电路(9)，用于对输入信号进行滤波与限压处理后，输出第四感应电动势信号至所述感应电动势ADC模块(10)的输入端；
所述感应电动势ADC模块(10)，用于对输入信号进行数模转换后，输出数字感应电动势信号至所述处理器模块(1)；
所述处理器模块(1)，还用于通过数字感应电动势信号判断微镜镜面(13)的运动状态，并将判断的微镜镜面(13)的运动状态与目标运动状态比较，按照运动控制算法计算微镜驱动信号的频率、占空比、幅值的改变量，输出相应的第一周期脉冲信号、幅值调整信号；
所述电源模块(11)，用于给所述处理器模块(l)、所述驱动信号隔离电路(2)、所述驱动信号放大电路(3)、所述驱动信号幅值调整电路(4)、所述感应电动势隔离电路(5)、所述感应电动势放大电路(7)、所述感应电动势幅值调整电路(8)、所述感应电动势滤波限压电路(9)、所述感应电动势ADC模块(10)、所述温控模块(12)，提供合适的工作电压；
所述温控模块(12)，用于在处理器模块(1)的反馈控制下，将所述电磁式MEMS微镜模块(6)冷却到合适的恒定温度。
2.根据权利要求1所述一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，其中所述驱动线圈(14)埋设在所述微镜镜面(13)镜面的内部；所述驱动线圈(14)、所述微镜镜面(13)处于同一均匀磁场中；所述驱动线圈(14)的第一端与所述电源模块(11)的接地端相连，所述驱动线圈(14)的第二端作为所述电磁式MEMS微镜模块(6)的驱动端；所述电磁式MEMS微镜模块(6)的驱动端接收所述感应电动势隔离电路(5)输出的微镜驱动信号，使得所述驱动线圈(14)带动所述微镜镜面(13)转动并输出调制在微镜驱动信号上的第一感应电动势信号，至所述感应电动势放大电路(7)的输入端、所述感应电动势隔离电路(5)的输出端。
3.根据权利要求1所述一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，其中所述数控电流源(15)的第一端作为所述温控模块(12)的输入端，所述数控电流源(15)的第二端与半导体制冷器(16)的第一端相连，所述半导体制冷器(16)的第二端、温度传感器(l7)的第一端与所述电源模块(11)的接地端相连，所述温度传感器(17)的二端作为所述温控模块(12)的输出端；所述数控电流源(15)用于接收所述处理器模块(1)的数字控温信号，并生成控温电流信号；所述半导体制冷器(16)用于接收控温电流信号，并制冷；所述温度传感器(17)用于测温，并输出温度信号至所述处理器模块(1)；其中所述半导体制冷器(16)有冷侧和热侧；所述温度传感器(17)贴合在半导体制冷器(16)的冷侧；所述电磁式MEMS微镜模块(6)贴合在所述温控模块(12)的半导体制冷器(16)的冷侧，并与所述温控模块(12)的温度传感器(17)紧密接触。
4.根据权利要求1或2所述一种无运动状态检测器的电磁式MEMS微镜的驱动电路，其中所述第一周期脉冲信号、所述第二周期脉冲信号、第三周期脉冲信号、第四周期脉冲信号以及微镜驱动信号的波形，用周期、占空比、幅度表征。
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