CN112636636A - 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统 - Google Patents

一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112636636A
CN112636636A CN202011476537.7A CN202011476537A CN112636636A CN 112636636 A CN112636636 A CN 112636636A CN 202011476537 A CN202011476537 A CN 202011476537A CN 112636636 A CN112636636 A CN 112636636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
suspension
axial rotation
angle
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011476537.7A
Other languages
English (en)
Inventor
秦毅
李春龙
宋立武
曹金龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Futu Technology Co Ltd
Original Assignee
Nantong Futu Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong Futu Technology Co Ltd filed Critical Nantong Futu Technology Co Ltd
Priority to CN202011476537.7A priority Critical patent/CN112636636A/zh
Publication of CN112636636A publication Critical patent/CN112636636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B5/00—Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/008—MEMS characterised by an electronic circuit specially adapted for controlling or driving the same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括定子和转子、多个轴向旋转驱动电极、多个径向旋转驱动电极和公共电极，所述定子位于公共电极的圆心位置，多个所述轴向旋转驱动电极呈环形分布于定子上，所述轴向旋转驱动电极的内部设有悬浮线圈，所述悬浮线圈的内部设有稳定线圈，所述公共电极的四周均匀设有多个支撑座，所述支撑座的内部设有角度线圈，所述角度线圈的内部设有铁芯，多个所述径向转动电极均匀分布在在转子的圆心四周，所述转子的中心位置安装有反射镜，所述悬浮线圈、稳定线圈和角度线圈的导线两端均设有引脚。本发明由于采用电磁悬浮结合静电驱动技术，能够实现微镜轴向±180度范围的大旋转角度成像。

Description

一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统
技术领域
本发明涉及微机电系统中的微镜角度调节技术领域，具体领域为一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统。
背景技术
MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，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。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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括定子和转子，还包括多个轴向旋转驱动电极、多个径向旋转驱动电极和公共电极，所述公共电极呈环形位于装置的外圈，所述定子为圆形且位于公共电极的圆心位置，多个轴向旋转驱动电极呈环形分布于定子上，多个所述轴向旋转驱动电极组成的圆环内部设置有悬浮线圈，所述悬浮线圈呈环形结构且内部设置有稳定线圈，所述定子的上表面且位于悬浮线圈和稳定线圈之间设置有稳定线圈支撑环，所述稳定线圈通过稳定线圈支撑柱固定在稳定线圈支撑环上，所述定子的上表面且位于轴向旋转驱动电极和悬浮线圈之间设置有悬浮线圈支撑环，所述悬浮线圈通过悬浮线圈支撑柱固定在悬浮线圈支撑环上，所述公共电极的四周均匀设置有多个支撑座，所述支撑座的内部设置有角度线圈，所述角度线圈的内部设置有铁芯，多个所述径向转动电极均匀分布在在转子的圆心四周，所述转子的中心位置安装有反射镜，所述悬浮线圈、稳定线圈和角度线圈的导线两端均设置有引脚。
优选的，所述轴向旋转驱动电极的数量为八个，相对的两个轴向旋转驱动电极为一对，组成三对轴向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间的夹角为20°。
优选的，所述径向旋转驱动电极的数量为八个，相对的两个径向旋转驱动电极为一对，组成三对径向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间夹角为20°。
优选的，所述支撑座的数量为四个，均匀分布相邻的轴向旋转驱动电极之间。
优选的，还包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器，信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接和前置放大器连接，移相电路与锁相放大器连接，控制器的输出端与高压放大器连接。
优选的，所述控制器包括轴向旋转控制器和径向旋转控制器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，转子悬浮在定子上方时，对轴向旋转驱动电极加电控制转子带动反射镜旋转到指定角度，通过频分复用技术检测出转子的角位置信息，经过处理后进入到控制器，经过控制算法计算后输出三路控制电压施加在控制电极对上，使转子旋转到指定角度，该转角控制精度高，并且能够实现±180°的大角度旋转，同时可对径向旋转驱动电极加电控制，再次实现旋转角度变化。
附图说明
图1为本发明的定子部分结构示意图；
图2为本发明的转子部分结构示意图；
图3为本发明的控制系统结构框图；
图4为本发明的转角检测控制框图。
图中：1-定子、2-转子、3-轴向旋转驱动电极、4-径向旋转驱动电极、5-公共电极、6-悬浮线圈、7-稳定线圈、8-稳定线圈支撑环、9-稳定线圈支撑柱、10-悬浮线圈支撑环、11-悬浮线圈支撑柱、12-支撑座、13-角度线圈、14-铁芯、15-反射镜、16-引脚。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括定子1和转子2，所述定子1驱动转子2转动，还包括多个轴向旋转驱动电极3、多个径向旋转驱动电极4和公共电极5，所述公共电极5呈环形位于装置的外圈，所述定子1为圆形且位于公共电极5的圆心位置，多个轴向旋转驱动电极3呈环形分布于定子1上，多个所述轴向旋转驱动电极3组成的圆环内部设置有悬浮线圈6，所述悬浮线圈6呈环形结构且内部设置有稳定线圈7，所悬浮线圈6和稳定线圈7形成密闭架构，述定子1的上表面且位于悬浮线圈6和稳定线圈7之间设置有稳定线圈支撑环8，起支撑的作用，所述稳定线圈7通过稳定线圈支撑柱9固定在稳定线圈支撑环8上，所述稳定线圈支撑柱9起固定的作用，所述定子1的上表面且位于轴向旋转驱动电极3和悬浮线圈6之间设置有悬浮线圈支撑环10，起支撑的作用，所述悬浮线圈6通过悬浮线圈支撑柱11固定在悬浮线圈支撑环10上，悬浮线圈支撑柱11起固定的作用，所述公共电极5的四周均匀设置有多个支撑座12，所述支撑座12的内部设置有角度线圈13，所述角度线圈13的内部设置有铁芯14，所述角度线圈13缠绕在铁芯14上，接收到电流后产生磁力，调节偏转角度，多个所述径向转动电极4均匀分布在在转子2的圆心四周，所述转子2的中心位置安装有反射镜15，控制反射镜15和入射光之间的入射角以控制光线的偏转方向，所述悬浮线圈6、稳定线圈7和角度线圈13的导线两端均设置有引脚16。
具体而言，所述轴向旋转驱动电极3的数量为八个，相对的两个轴向旋转驱动电极3为一对，组成三对轴向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间的夹角为20°。
具体而言，所述径向旋转驱动电极4的数量为八个，相对的两个径向旋转驱动电极4为一对，组成三对径向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间夹角为20°。
具体而言，所述支撑座12的数量为四个，均匀分布相邻的轴向旋转驱动电极3之间。
具体而言，还包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器；信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接和前置放大器连接，移相电路与锁相放大器连接；前置放大器包括相连接的I-V转换电路、放大器，I-V转换电路用于采集电磁悬浮微镜的转子角位移信息，前置放大器经锁相放大器后与控制器的输入端连接；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、控制电压合成器处理后输入到信号发生器上，控制转子2旋转到指定转角。
具体而言，所述控制器包括轴向旋转控制器和径向旋转控制器，偏移角度经过轴向旋转控制器后获得电压ΔV1，经过径向转动控制器后输出电压ΔV2，然后获得施加在电极上的控制电压信号V1～V8，其中V1～V4为轴向旋转控制电压，V5～V8为径向旋转控制电压，然后经控制极板将叠加电压传输给电容检测电路板，产生电流驱动角度线圈13对偏转角度进行调节。
工作原理：本发明在使用时，输入参考转角，在四对轴向旋转驱动电极3上，输入四路频率不同的载波信号，通过质量块耦合在公共电极5上，通过I-V转换电路检出代表转子位置的电容检测信号，控制器输出的控制电压经过同相放大器和反向放大器分别获得等量异号控制电压后叠加检测载波，分别施加在控制极板上；电容检测电路获取转子实际转角，并与参考转角比较，获得误差值，误差值经过轴向旋转控制器后获得电压ΔV1，经过径向转动控制器后输出电压ΔV2，再分别和预载电压相减后获得V1～V4为轴向旋转控制电压、V5～V8为径向旋转控制电压，控制转子绕轴向转动，若所需控制转角大于步进角度15°时，则顺序加电，转子以步进角度旋转，当所需控制转角小于步进角度时，则切换到带预载电压转角闭环控制；当转子在竖直方向偏转时，经控制极板将叠加电压传输给电容检测电路板，产生电流驱动角度线圈13对偏转角度进行调节。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，包括定子(1)和转子(2)，其特征在于：还包括多个轴向旋转驱动电极(3)、多个径向旋转驱动电极(4)和公共电极(5)，所述公共电极(5)呈环形位于装置的外圈，所述定子(1)为圆形且位于公共电极(5)的圆心位置，多个所述轴向旋转驱动电极(3)呈环形分布于定子(1)上，多个所述轴向旋转驱动电极(3)组成的圆环内部设置有悬浮线圈(6)，所述悬浮线圈(6)呈环形结构且内部设置有稳定线圈(7)，所述定子(1)的上表面且位于悬浮线圈(6)和稳定线圈(7)之间设置有稳定线圈支撑环(8)，所述稳定线圈(7)通过稳定线圈支撑柱(9)固定在稳定线圈支撑环(8)上，所述定子(1)的上表面且位于轴向旋转驱动电极(3)和悬浮线圈(6)之间设置有悬浮线圈支撑环(10)，所述悬浮线圈(6)通过悬浮线圈支撑柱(11)固定在悬浮线圈支撑环(10)上，所述公共电极(5)的四周均匀设置有多个支撑座(12)，所述支撑座(12)的内部设置有角度线圈(13)，所述角度线圈(13)的内部设置有铁芯(14)，多个所述径向转动电极(4)均匀分布在在转子(2)的圆心四周，所述转子(2)的中心位置安装有反射镜(15)，所述悬浮线圈(6)、稳定线圈(7)和角度线圈(13)的导线两端均设置有引脚(16)。
2.根据权利要求1所述的一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于：所述轴向旋转驱动电极(3)的数量为八个，相对的两个轴向旋转驱动电极(3)为一对，组成三对轴向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间的夹角为20°。
3.根据权利要求1所述的一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于：所述径向旋转驱动电极(4)的数量为八个，相对的两个径向旋转驱动电极(4)为一对，组成三对径向旋转驱动电极对，电极夹角为25°，电极间夹角为20°。
4.根据权利要求1所述的一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于：所述支撑座(12)的数量为四个，均匀分布相邻的轴向旋转驱动电极(3)之间。
5.根据权利要求1所述的一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于：还包括信号发生器、前置放大器、锁相放大器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器，信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接和前置放大器连接，移相电路与锁相放大器连接，控制器的输出端与高压放大器连接。
6.根据权利要求5所述的一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统，其特征在于：所述控制器包括轴向旋转控制器和径向旋转控制器。
CN202011476537.7A 2020-12-15 2020-12-15 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统 Pending CN112636636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011476537.7A CN112636636A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011476537.7A CN112636636A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112636636A true CN112636636A (zh) 2021-04-09

Family

ID=75313012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011476537.7A Pending CN112636636A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112636636A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320290B1 (en) * 1999-09-01 2001-11-20 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Magnetic levitated motor
CN101520606A (zh) * 2008-01-02 2009-09-02 西安交通大学 非接触长行程多自由度纳米精密工作台
CN202309577U (zh) * 2011-10-28 2012-07-04 刘敬兰 磁悬浮旋转装置
CN108205333A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 广东技术师范学院 一种电磁悬浮微镜驱控系统
CN108427347A (zh) * 2018-04-04 2018-08-21 肇庆学院 一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统
CN207924248U (zh) * 2018-01-25 2018-09-28 肇庆学院 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320290B1 (en) * 1999-09-01 2001-11-20 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Magnetic levitated motor
CN101520606A (zh) * 2008-01-02 2009-09-02 西安交通大学 非接触长行程多自由度纳米精密工作台
CN202309577U (zh) * 2011-10-28 2012-07-04 刘敬兰 磁悬浮旋转装置
CN108205333A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 广东技术师范学院 一种电磁悬浮微镜驱控系统
CN207924248U (zh) * 2018-01-25 2018-09-28 肇庆学院 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统
CN108427347A (zh) * 2018-04-04 2018-08-21 肇庆学院 一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3722021B2 (ja) 光スイッチ
JP2020008163A (ja) 磁気浮上インペラを備える小型遠心ポンプ
CN103199654B (zh) 发电机组装设备
SE419911B (sv) Optisk avsokningsanordning
JP5387760B2 (ja) θＺ駆動装置およびステージ装置
JP2019521381A (ja) マイクロミラーユニットおよびその製造方法、マイクロミラーアレイ、ならびに光クロスコネクトモジュール
CN112636636A (zh) 一种大尺度转角电磁悬浮微镜的测控系统
CN100553102C (zh) 采用五自由度静电悬浮的可变电容式微静电电机
US10133059B2 (en) Apparatus and method for positioning an optical element
JP2001251872A (ja) 静電アクチュエータ駆動機構、静電アクチュエータ駆動方法、及びこれらによる静電アクチュエータ、回転ステージ、ポリゴンミラー
US6333584B1 (en) Tiltable electrostatic microactuator and method for using same
CA1299638C (en) Objective lens-driving unit
WO2022199130A1 (zh) 振镜及投影仪
CN206282031U (zh) 一种三维电磁悬浮微镜
CN108427347B (zh) 一种内稳式电磁悬浮微镜的控制系统
KR20080096731A (ko) 스캐닝 마이크로미러
CA3098161A1 (en) Voice coil actuator for angular movements
JP4968760B1 (ja) アクチュエータ
CN106936337A (zh) 磁浮平面旋转电机及光刻装置
CN112904553B (zh) 一种超大角度电磁驱动微镜
CN107966995A (zh) 一种法向电磁应力驱动的角度调节平台及调节方法
JP2011210956A (ja) θＺ駆動装置およびステージ装置
CN211086197U (zh) 一种电磁悬浮微质量测量系统
CN203465072U (zh) 一种角振动台动圈
KR20050065016A (ko) 슬림형 광 픽업 액츄에이터

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210409

RJ01 Rejection of invention patent application after publication