CN116242483A - 高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 - Google Patents
高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116242483A CN116242483A CN202310219083.2A CN202310219083A CN116242483A CN 116242483 A CN116242483 A CN 116242483A CN 202310219083 A CN202310219083 A CN 202310219083A CN 116242483 A CN116242483 A CN 116242483A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- module
- voltage
- unit
- substrate
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高光谱成像装置及法布里‑珀罗谐振腔、控制方法，所述谐振腔包括衬底和基片、压电陶瓷、电压驱动电路、控制模块、待测电容、电容检测模块；待测电容的数量与压电陶瓷的数量相同且一一对应；电容检测模块包括激励信号产生模块、信号接收模块以及傅里叶变换模块；激励信号产生模块与控制模块、待测电容连接，信号接收模块与待测电容连接，信号接收模块的输出端通过傅里叶变换模块与控制模块连接；控制模块根据傅里叶变换模块输出的频域信号计算待测电容的容值，根据容值计算衬底与基片之间的间隙，根据该间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压。本发明能够对迟滞效应进行补偿，提高了谐振腔谐振频率精度。
Description
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，尤其涉及一种高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法。
背景技术
在成像光谱仪中，分光元件主要是对光谱波段进行分割，在不同的探测器上分割后的光谱波段就能够分别成像。棱镜和光栅等色散元件是传统成像光谱仪的分光元件，然而这种成像光谱仪不仅结构复杂，而且体积、重量也很大。随着探测器扫描性能发展到焦平面阵列扫描，高光谱成像已成为如今的主流成像系统，这就要求有更高的光谱分辨率，所以必须选择新的分光元件。
为了满足更高光谱分辨率要求，可调谐滤光片应运而生。随着F-P(法布里-珀罗)可调谐滤波器的设计制备技术的迅速发展，其在红外光谱仪及红外超光谱成像探测方面的应用得到了越来越多的重视。目前F-P可调谐滤波器正是一种电光可调谐滤波器的典型应用技术手段，用来解决更高的光谱分辨率技术问题。
现有的F-P可调谐滤波器的谐振腔通常设有压电陶瓷，通过电压驱动电路改变压电陶瓷的变形量，调节谐振腔衬底与基片之间的间隙，从而调整法布里-珀罗谐振腔的调谐频率。由于压电陶瓷的非线性以及迟滞效应，导致同一驱动电压下压电陶瓷的变形量不同，进而由于谐振腔间隙误差导致法布里-珀罗谐振腔调谐频率的精度较低。
由图1所示的迟滞曲线可知：1、随着驱动电压线性递增或线性递减，位移曲线表现非线性；2、驱动电压线性递增和线性递减时，位移曲线不重合，即同一驱动电压下压电陶瓷的变形量(或谐振腔的间隙)不同，存在定位误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法，以解决由于压电陶瓷的非线性和迟滞效应导致的同一驱动电压下谐振腔间隙定位误差，进而导致法布里-珀罗谐振腔调谐频率的精度较低问题。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种法布里-珀罗谐振腔，包括相对设置的衬底和基片、设于所述衬底和/或基片上的压电陶瓷、与所述压电陶瓷连接的电压驱动电路、以及与所述电压驱动电路连接的控制模块；所述法布里-珀罗谐振腔还包括：待测电容和电容检测模块；所述待测电容的电极设于所述衬底和/或基片上，待测电容的数量与压电陶瓷的数量相同且一一对应；
所述电容检测模块包括激励信号产生模块、信号接收模块以及傅里叶变换模块；所述激励信号产生模块的输入端与所述控制模块连接，所述激励信号产生模块的输出端与所述待测电容的第一电极连接；所述信号接收模块的输入端与所述待测电容的第二电极连接，所述信号接收模块的输出端通过所述傅里叶变换模块与所述控制模块连接；
所述激励信号产生模块，用于产生激励信号；所述信号接收模块，用于对接收到的信号进行处理；所述傅里叶变换模块，用于将所述信号接收模块处理后的信号转换成频域信号；所述控制模块，用于根据所述频域信号计算待测电容的容值，根据所述容值计算衬底与基片之间的间隙，根据所述间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
进一步地，所述激励信号产生模块包括依次连接的DDS控制单元、第一D/A转换单元以及阻抗匹配单元；所述DDS控制单元，用于在所述控制模块的控制下产生正弦信号的相位表；所述第一D/A转换单元，用于根据所述相位表生成正弦信号；所述阻抗匹配单元，用于对所述正弦信号进行阻抗匹配，并将阻抗匹配后的正弦信号输入给所述待测电容；
所述信号接收模块包括依次连接的跨导放大单元、滤波单元以及第一A/D转换单元。
进一步地，所述跨导放大单元以型号为OPA2810的双通道电压反馈型运算放大器为核心。
进一步地，所述待测电容的容值的具体计算公式为：
其中，Cx为待测电容的容值；CF为跨导放大单元中反馈电容的容值；
I为频域信号的实部，Q为频域信号的虚部。
进一步地，所述电压驱动电路包括DAC补偿单元、以及依次连接的第二D/A转换单元、线性放大单元和高压驱动单元；所述DAC补偿单元的输入端与所述控制模块连接，所述DAC补偿单元的的输出端与所述线性放大单元连接。
进一步地，所述高压驱动单元包括高压放大单元和高压电源；所述高压电源的输出端与所述高压放大单元的电源端连接；所述高压放大单元以型号为PA78的高压高速功率运算放大器为核心。
进一步地，所述激励信号的频率为30K～100K。
基于同一构思，本发明还提供一种如上所述法布里-珀罗谐振腔的控制方法，包括以下步骤：
产生激励信号，并将所述激励信号输入至待测电容；
从所述待测电容获取信号，并对获取的信号进行放大、滤波和AD转换处理；
将处理后的信号转换成频域信号；
根据所述频域信号计算待测电容的容值，根据所述容值计算衬底与基片之间的间隙，根据所述间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
基于同一构思，本发明还提供一种高光谱成像装置，包括如上所述法布里-珀罗谐振腔。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明先检测待测电容的容值，再根据容值计算谐振腔的间隙，最后根据间隙调整压电陶瓷的驱动电压，使谐振腔的间隙达到目标间隙，实现了谐振腔间隙定位误差的补偿(即补偿压电陶瓷的迟滞效应)，使压电陶瓷线性工作，提高了法布里-珀罗谐振腔调谐频率的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明背景技术中压电陶瓷迟滞效应曲线图；
图2是本发明实施例中法布里-珀罗谐振腔结构示意图；
图3是本发明实施例中三路压电陶瓷布置示意图；
图4是本发明实施例中衬底上的电极布置图；
图5是本发明实施例中基片上的电极布置图；
图6是本发明实施例中电容检测模块结构框图；
图7是本发明实施例中抗混叠滤波器原理图；
图8是本发明实施例中跨导放大单元原理图；
图9是本发明实施例中电压驱动电路框图。
其中，1-衬底，11-第一压电陶瓷，12-第二压电陶瓷，13-第三压电陶瓷，2-基片。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动的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。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图2所示，本发明实施例所提供的一种法布里-珀罗谐振腔包括相对设置的衬底1和基片2、设于衬底1上的压电陶瓷、与压电陶瓷连接的电压驱动电路、与电压驱动电路连接的控制模块、待测电容以及电容检测模块，待测电容的电极设于衬底1和/或基片2上且与电容检测模块连接，电容检测模块与控制模块连接。
如图3所示，本实施例中，压电陶瓷包括3个，即第一压电陶瓷11、第二压电陶瓷12和第三压电陶瓷13，3个压电陶瓷均设于衬底1上，各压电陶瓷在电压驱动电路的驱动电压下动作，从而调节衬底1与基片2之间的间隙。
待测电容的数量与压电陶瓷的数量一致且一一对应，以便根据某个待测电容的容值来调节对应压电陶瓷的驱动电压，从而实现间隙调节。本实施例中有3个压电陶瓷，则有3个待测电容，每个待测电容均包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可以均设于衬底1上，也可以均设于基片2上，也可以均分别设于衬底1和基片2上。如图4和5所示，衬底1上设有电极D31～D36，电极D31～D36分布于像素区域四周，基片2上设有电极D41～D43。在第一种实施方式中，可以由电极D31和D32构成一个待测电容，电极D35和D36构成一个待测电容，电极D33和D34构成一个待测电容；在第二种实施方式中，由电极D41(第二电极)和D31、D32(第一电极)构成一个待测电容，电极D42(第二电极)和D33、D34(第一电极)构成一个待测电容，电极D43(第二电极)和D35、D36(第一电极)构成一个待测电容；在第三种实施方式中，由电极D31和D33构成一个待测电容，电极D32和D34构成一个待测电容，电极D35和D36构成一个待测电容。待测电容与压电陶瓷没有严格的对应关系，只要一个待测电容对应一个压电陶瓷即可，例如由电极D31和D32构成的待测电容对应第二压电陶瓷12，由电极D33和D34构成的待测电容对应第三压电陶瓷13，由电极D35和D36构成的待测电容对应第一压电陶瓷11，各电极的具体设计参数如表1所示。电极面积和电容值可以根据实际需求进行设计调整。
表1各电极的设计参数
如图6所示，电容检测模块包括激励信号产生模块、信号接收模块以及傅里叶变换模块；激励信号产生模块的输入端与控制模块连接，激励信号产生模块的输出端与每个待测电容的第一电极连接；信号接收模块的输入端与每个待测电容的第二电极连接，信号接收模块的输出端通过傅里叶变换模块与控制模块连接。激励信号产生模块，用于产生激励信号，并将激励信号输入至每个待测电容；信号接收模块，用于从每个待测电容接收信号，并对接收到的信号进行处理；傅里叶变换模块，用于将信号接收模块处理后的信号转换成频域信号；控制模块，用于根据频域信号计算待测电容的容值，根据容值计算衬底与基片之间的间隙，根据间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
在本发明的一种具体实施方式中，如图6所示，激励信号产生模块包括依次连接的DDS控制单元、第一D/A转换单元以及阻抗匹配单元；信号接收模块包括依次连接的跨导放大单元、滤波单元以及第一A/D转换单元。DDS控制单元，用于在控制模块的控制下产生正弦信号的相位表；第一D/A转换单元，用于根据相位表生成正弦信号；阻抗匹配单元，用于对正弦信号进行阻抗匹配，并将阻抗匹配后的正弦信号输入给每个待测电容。
本实施例中，激励信号为正弦信号，第一D/A转换单元可以利用ARM芯片STM32F407的DAC，直接生成所需正弦信号，同时正弦信号的频率和幅值可控。设计的激励信号的频率为30K～100K，第一D/A转换单元(12bit)与DMA组合，利用ROM进行缓存，然后利用定时器产生的中断信号用DMA对数据进行更新，其定时器的中断频率为DAC刷新的采样率，STM32F407的时钟最高为168M，经过时钟树之后，给到定时器的刷新频率可以达到4M，针对30K～100K的正弦信号，完全可以满足要求。同时为考虑幅值的稳定性，DAC的参考基准VREF+需要考虑高精度低噪声的基准源作为参考。
待测电容的容值在200pF～820pF之间，输出阻抗与激励信号的频率有关，频率越大，输出阻抗越小，在电路设计中选择30K～100K的激励信号，这样可以保证待测电容的容抗大小和跨导放大单元的反馈电阻RF能够较好的匹配，保证VOUT的输出信号范围在[0.411V，2.409V]，这样可以较为充分的利用ADC的有效量程范围。
在本发明的一种具体实施方式中，跨导放大单元以型号为OPA2810的双通道电压反馈型运算放大器为核心。OPA2810的输入偏置电流为2pA，单位增益稳定，信号带宽为105M，开环增益达到120dB，增益带宽级为70dB；当信号频率＜100Khz时，其开环增益可以保证在60dB以上，这可以明显降低运放“虚断”引入的测量误差，电压噪声为
信号接收模块中的滤波单元为抗混叠滤波器，设激励信号的频率为f，根据奈奎斯特采样定理，为了不失真的区分有效信号，信号的采样率至少要满足fs≥2*f，激励信号的频率最高为100K，那么ADC的采样率至少要200Khz，实际工程中一般取5～10倍，即ADC的采样率为500K～1M，假定ADC的采样率为1M，那么抗混叠滤波器的3db截止点为500K。抗混叠滤波器设计如图7所示，电路3db截止频率点为511K。
STM32F407内部自带3个12Bit逐次逼近型ADC芯片，每个ADC芯片有16个通道，ADC采样率最高可以支持2.4M，经过上述分析，其位数和采样率都能满足电路设计要求，同时3个ADC可以支持3路待测电容并行进行测量。
如图8所示的跨导放大单元电路图，Cx表示待测电容，RF表示反馈电阻，CF表示反馈电容，假定待测电容的第一电极施加的正弦信号为VTX＝sin(2πft)，正弦信号的幅值为1V，f为正弦信号的频率，那么从待测电容Cx第二电极接收到的信号经过跨导放大单元后为：
当
时，式(1)可以简化为：
对待测电容的容值Cx的测量转换为对信号VRX的幅值和相位进行测量，本实施例采用傅里叶变换模块对信号VRX进行处理来计算幅值和相位。假定信号VRX经过滤波单元、第一A/D转换单元处理后变为：
其中，A和
分别为跨导放大单元和滤波单元处理时引入的放大倍数和相移。
对于信号VRX，利用乘法器同时进行SIN和COS相乘，再通过滤波器之后可以得频域信号的实部I和虚部Q，最终利用得到的I/Q信号可以求得Cx。
对于I部分
利用三角函数积化和差公式，可得：
经过滤波器后，
同理，可得
利用cosx2+sinx2＝1，最终Cx求解可得：
其中，Cx为待测电容的容值；CF为跨导放大单元中反馈电容的容值；
I为频域信号的实部，Q为频域信号的虚部。
在本发明的一种具体实施方式中，如图9所示，电压驱动电路包括DAC补偿单元、以及依次连接的第二D/A转换单元、线性放大单元和高压驱动单元；DAC补偿单元的输入端与控制模块连接，DAC补偿单元的的输出端与线性放大单元连接。考虑到驱动电压频率≥100Hz，其设计原理和激励信号设计原理一致，第二D/A转换单元选用TI的DAC121S10112bit DAC，考虑到输出幅值的稳定性，其参考供电需要选择低噪声的高精度基准源做为参考。
高压驱动单元包括高压放大单元和高压电源；高压电源的输出端与高压放大单元的电源端连接；高压放大单元以型号为PA78的高压高速功率运算放大器为核心，PA78具有较高的电源抑制比，可以降低对稳压电路的要求。高压电源选择模块电源GSA12100HS-8，可以简化电源电路设计。
在控制模块的控制下，第二D/A转换单元(12bit)产生所需电压波形，经过线性放大单元和高压放大单元实现对驱动电压的放大，然后施加到压电陶瓷上来调节压电陶瓷的微位移。由于线性放大电路和高压驱动单元会引入系统误差，故在实际电路中增加DAC补偿单元，通过标定方式用来补偿电路的固定误差，保证施加到压电陶瓷两端的电压与设计驱动电压一致。
本实施例中，压电陶瓷的型号为PA3JEW。从压电陶瓷本身特性参数来看，结合设计要求，对压电陶瓷的电压驱动电路的要求为：输出电压0～100V连续可调，驱动负载电容为95nF，调谐频率≥100Hz，调谐速率≥100us，驱动波形：直流、正弦波、方波。
控制模块根据待测电容的容值计算衬底与基片之间的间隙，根据该间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。针对三路压电陶瓷，需对每路压电陶瓷的驱动电压与对应待测电容的容值之间的关系进行拟合，以便根据待测电容的容值实现驱动电压的调节。
拟合的样本数据为每路压电陶瓷在电容测量时记录的待测电容的容值和对应的电压值。拟合函数的形式由记录的实际样本数据确定，通过绘制样本数据点对，评估其线性/非线性关系。如果样本数据电容-电压的关系为线性的，则拟合函数采用单项式拟合，即V＝aC+b(其中，V为驱动电压，C为待测电容的容值，a、b为需要求解的参数)；如果电容-电压的关系为非线性的，则采用多项式拟合，例如二次多项式，即V＝aC2+bC+c。拟合函数参数的求解拟采用最小二乘法，即使所有样本数据实际的电压值与拟合函数根据实际的容值C计算得到的V的差的平方累加和最小，函数参数的求解根据拟合函数对各个参数的偏导为0求得。得到三个待测电容容值～驱动电压拟合函数后，各个压电陶瓷可根据各自的拟合函数，调节电压值即可得到目标电容值，则得到目标间隙。
拟合函数可以通过决定系数R-Square来评估拟合的理想程度，R-Square的取值范围为0～1。值越接近1，说明数据拟合的越理想。
本发明所述法布里-珀罗谐振腔，待测电容的激励信号和压电陶瓷的驱动电压是分开且彼此独立的，避免了压电陶瓷高压100V驱动时对电容检测模块的影响(还可以在电容检测模块外设置屏蔽罩)；本发明先检测待测电容的容值，再根据容值计算谐振腔的间隙，最后根据间隙调整压电陶瓷的驱动电压，使谐振腔的间隙达到目标间隙，实现了谐振腔间隙定位误差的补偿(即补偿压电陶瓷的迟滞效应)，使压电陶瓷线性工作，提高了法布里-珀罗谐振腔调谐频率的精度。通过3个或3个以上的压电陶瓷和待测电容对衬底和基片之间的间隙进行调节，可以保证衬底与基片之间的平行度，即保证谐振腔的平行度，进而保证谐振腔通光孔径透射特性的均匀性。
基于同一构思，本发明实施例还提供一种如上所述法布里-珀罗谐振腔的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在控制模块的控制下，激励信号产生模块产生激励信号，并将所述激励信号输入至每个待测电容；
步骤2：从每个所述待测电容获取信号，并对获取的信号进行放大、滤波和AD转换处理；
步骤3：将处理后的信号转换成频域信号；
步骤4：根据所述频域信号计算待测电容的容值，根据所述容值计算衬底与基片之间的间隙，根据所述间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种法布里-珀罗谐振腔，包括相对设置的衬底和基片、设于所述衬底和/或基片上的压电陶瓷、与所述压电陶瓷连接的电压驱动电路、以及与所述电压驱动电路连接的控制模块；其特征在于，所述谐振腔还包括：待测电容和电容检测模块；所述待测电容的电极设于所述衬底和/或基片上，待测电容的数量与压电陶瓷的数量相同且一一对应；
所述电容检测模块包括激励信号产生模块、信号接收模块以及傅里叶变换模块；所述激励信号产生模块的输入端与所述控制模块连接，所述激励信号产生模块的输出端与所述待测电容的第一电极连接；所述信号接收模块的输入端与所述待测电容的第二电极连接，所述信号接收模块的输出端通过所述傅里叶变换模块与所述控制模块连接；
所述激励信号产生模块，用于产生激励信号；所述信号接收模块，用于对接收到的信号进行处理；所述傅里叶变换模块，用于将所述信号接收模块处理后的信号转换成频域信号；所述控制模块，用于根据所述频域信号计算待测电容的容值，根据所述容值计算衬底与基片之间的间隙，根据所述间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
2.根据权利要求1所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述激励信号产生模块包括依次连接的DDS控制单元、第一D/A转换单元以及阻抗匹配单元；所述DDS控制单元，用于在所述控制模块的控制下产生正弦信号的相位表；所述第一D/A转换单元，用于根据所述相位表生成正弦信号；所述阻抗匹配单元，用于对所述正弦信号进行阻抗匹配，并将阻抗匹配后的正弦信号输入给所述待测电容；
所述信号接收模块包括依次连接的跨导放大单元、滤波单元以及第一A/D转换单元。
3.根据权利要求2所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述跨导放大单元以型号为OPA2810的双通道电压反馈型运算放大器为核心。
4.根据权利要求1所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述待测电容的容值的具体计算公式为：
其中，Cx为待测电容的容值；CF为跨导放大单元中反馈电容的容值；
I为频域信号的实部，Q为频域信号的虚部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述电压驱动电路包括DAC补偿单元、以及依次连接的第二D/A转换单元、线性放大单元和高压驱动单元；所述DAC补偿单元的输入端与所述控制模块连接，所述DAC补偿单元的的输出端与所述线性放大单元连接。
6.根据权利要求5所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述高压驱动单元包括高压放大单元和高压电源；所述高压电源的输出端与所述高压放大单元的电源端连接；所述高压放大单元以型号为PA78的高压高速功率运算放大器为核心。
7.根据权利要求1所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述激励信号的频率为30K～100K。
8.根据权利要求1所述的法布里-珀罗谐振腔，其特征在于：所述压电陶瓷和待测电容的数据均为3个或3个以上。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述法布里-珀罗谐振腔的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
产生激励信号，并将所述激励信号输入至待测电容；
从所述待测电容获取信号，并对获取的信号进行放大、滤波和AD转换处理；
将处理后的信号转换成频域信号；
根据所述频域信号计算待测电容的容值，根据所述容值计算衬底与基片之间的间隙，根据所述间隙控制电压驱动电路输出的驱动电压，实现间隙误差的补偿。
10.一种高光谱成像装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1～8中任一项所述法布里-珀罗谐振腔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310219083.2A CN116242483A (zh) | 2023-03-09 | 2023-03-09 | 高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310219083.2A CN116242483A (zh) | 2023-03-09 | 2023-03-09 | 高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116242483A true CN116242483A (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=86629445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310219083.2A Pending CN116242483A (zh) | 2023-03-09 | 2023-03-09 | 高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116242483A (zh) |
-
2023
- 2023-03-09 CN CN202310219083.2A patent/CN116242483A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107240854B (zh) | 基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置 | |
| US9911577B2 (en) | Arrangement for plasma processing system control based on RF voltage | |
| CN111829982A (zh) | 多组分气体浓度检测及温度误差修正方法 | |
| CN110244116B (zh) | 直流瞬时功率的计量电路及其准同步计算方法 | |
| JPH07501399A (ja) | 光電検出器の非線形補正技術 | |
| CN116359824A (zh) | 一种基于频域的电测量校正方法 | |
| US6822433B1 (en) | Gain and phase detector having dual logarithmic amplifiers | |
| CN108680616B (zh) | 一种数字化处理的湿度传感装置及方法 | |
| CN116242483A (zh) | 高光谱成像装置及法布里-珀罗谐振腔、控制方法 | |
| CN112665703B (zh) | 一种应用于光声光谱的石英音叉频率快速标定系统及方法 | |
| Yusuf et al. | Analysis of single excitation signal for high speed ECVT data acquisition system | |
| CN108333407A (zh) | 一种宽频段适用模数混合自平衡电桥 | |
| Li et al. | A design of inductosyn angle measurement system based on AD2S80A and FPGA | |
| Bergman | Dynamic error correction of a digitizer for time-domain metrology | |
| CN108233759B (zh) | 一种具有温度补偿系统的质谱仪射频电源 | |
| Strache et al. | MATLAB/Simulink model of a MEMS accelerometer read-out circuit | |
| Gervasoni et al. | Lock-In Amplifier Architectures for Sub-ppm Resolution Measurements | |
| KR100938108B1 (ko) | 헤테로다인 레이저 간섭계의 보정시스템 및 출력보정방법 | |
| Rabijns et al. | Creating spectrally pure signals for ADC-testing | |
| Eielsen et al. | Experimental assessment of dynamic digital-to-analog converter performance for applications in precision mechatronic systems | |
| Hoffmann et al. | Comparison of Impedance Matching Networks for Scanning Microwave Microscopy | |
| CN116115211A (zh) | 一种用于交流阻抗计量系统的提高阻抗计量精度的方法 | |
| Cai et al. | Auto-balancing bridge based wide impedance spectrum measurement with consideration of Op-Amp input impedance | |
| CN115308896A (zh) | 一种压电陶瓷快速反射镜驱动控制电路 | |
| CN117907996A (zh) | 基于正交载波与apfft的fsi测距方法 |
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 |