一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路，包括印刷电路板、开设在印刷电路板中心的通光孔、微处理器以及与微处理器连接的励磁电路，所述励磁电路包括与微处理器连接的电流驱动芯片以及与电流驱动芯片连接且与通光孔同轴设置的空心电磁线圈，微处理器用于分别输出双路不同占空比大小和方向的PWM信号，电流驱动芯片接收所述PWM信号并输出相应的大小不同且方向相反的电流，空心电磁线圈用于接收电流并进行励磁，从而驱动珐珀滤波芯片的可动镜上下移动来使珐珀滤波芯片的腔体的长度发生改变；该结构能够实现对电磁驱动式珐珀滤波芯片的双向宽幅线性调谐，并提高电磁驱动式珐珀滤波芯片的光谱调制精细度、响应速度以及响应频率。度以及响应频率。度以及响应频率。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路及控制方法


[0001]本专利技术涉及智能光机电系统控制
，尤其是涉及一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路及控制方法。

技术介绍

[0002]早在1897年，法国物理学家C.Fabry和A.Perot就基于多光束干涉原理提出了平行平面腔干涉仪即珐珀滤波器，由于干涉条纹非常细锐，一直以来珐珀滤波器都是精密测量和超精细光谱研究等领域的重要工具。然而，传统的珐珀滤波器的光谱输出特性单一，难以实现可调滤波。20世纪80年代以来，随着微机电系统(Micro
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electro
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mechanical systems,MEMS)技术的兴起发展，为了满足珐珀滤波器在光通信、光传感以及激光系统等领域中的实际应用需求，研究人员基于传统珐珀滤波器进一步提出了MEMS可调珐珀滤波芯片。MEMS可调珐珀滤波芯片是一种以珐珀滤波器为原型，通过MEMS技术制造的光学滤波芯片，其基本结构是由两块平行放置的镜体以及中间腔体构成，两块镜体在腔体内壁一侧镀有半透射半反射膜。当珐珀腔的长度为入射光半波长的整数倍时，特定波长的入射光在珐珀腔内形成稳定谐振，从而以较高的能量穿过珐珀腔，而其他波长的光则在珐珀腔内逐渐消减衰弱，从宏观上来看，这就是MEMS可调珐珀滤波芯片的光谱选择透过性。
[0003]入射光在珐珀腔内谐振波长公式为：
[0004][0005]其中λ
m
为谐振波长，n为腔内介质折射率，d为珐珀腔的腔长，θ为入射角，m为干涉级次。<br/>[0006]在MEMS可调珐珀滤波芯片结构中，一块为固定镜，另外一块为可动镜，根据公式(1)驱动可动镜移动改变珐珀腔的腔体长度d，可以调控入射光的谐振波长λ
m
，从而调控MEMS可调珐珀滤波芯片的光谱输出特性。
[0007]目前用于MEMS可调珐珀滤波芯片的驱动技术主要包括热驱动、静电驱动以及压电驱动。早在1997年，J.Peerlings等人就提出了一种基于热驱动技术的可调珐珀滤波芯片(IEEE Photon.Technol.Lett,vol.9,pp.1235
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1237,1997)，如图3所示，通过加热元件的电热效应加热可动镜支撑梁，支撑梁受热产生形变从而调整可动镜位置，控制珐珀腔的腔长发生变化，实现珐珀滤波芯片光谱输出特性的改变。由于可动镜支撑梁需要较长时间的加热过程，因此基于热驱动的可调珐珀滤波芯片结构响应缓慢，功耗较大，难以满足实际应用要求。基于静电驱动的MEMS可调珐珀滤波芯片(Proc.SPIE,vol.4841,pp.578
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585,2003)，如图4所示，通过两反射镜电极电荷间的相互作用驱动可动镜移动，改变珐珀腔的腔长，调控珐珀滤波芯片光谱输出特性。基于静电驱动的MEMS可调珐珀滤波芯片响应速度快，但是两镜面极板上电荷间的电场容易击穿芯片造成器件失效；基于静电驱动的珐珀滤波芯片在结构上还存在“下拉”问题，可动镜的移动范围仅仅约为珐珀腔长度的三分之一，可调光谱范围较小。如图5所示，压电材料施加电压时由于逆压电效应会发生形变，因此也可用于驱
动珐珀腔的腔长变化，实现光谱调控。2013年芬兰国家技术研究中心基于压电驱动成功开发了一种MEMS可调珐珀滤波芯片(Proc.SPIE,vol.8870,887002,2013)，然而压电材料与MEMS工艺兼容性差，因此基于压电驱动的MEMS可调珐珀滤波芯片在批量化、高效率生产等方面还存在众多难题。2004年，韩国H.K.Lee等人提出了一种电磁驱动式MEMS可调珐珀滤波芯片(IEEE Photon.Technol.Lett,vol.16,pp.2087
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2089,2004)，可以利用电磁力进行驱动控制，从而调控其光谱输出特性。如图6所示，利用励磁线圈与磁场间的相互作用力驱动珐珀滤波芯片结构中可动镜移动，改变其光谱输出特性。与热驱动、静电驱动、压电驱动相比，电磁驱动具有功耗低、结构响应快、鲁棒性强、可实现双向宽幅线性调制等优点，能够进一步满足相关系统的实际应用需求。
[0008]虽然MEMS可调珐珀滤波芯片已经在光学影像、探测识别等领域展现出广阔的应用前景，但是目前研究还主要集中在MEMS可调珐珀滤波芯片的结构设计以及制造工艺。随着集成化、系统化的需求日益迫切，这对MEMS可调珐珀滤波芯片的光谱调制精细度、响应速度、响应频率和模块化等性能提出了更高的要求，这就要求高性能的驱动控制电路。本专利技术基于MEMS可调珐珀滤波芯片电磁驱动原理提出的驱动控制电路，通过综合应用嵌入式、电路设计等技术可以实现对电磁驱动式MEMS可调珐珀滤波芯片的双向宽幅线性调谐，提高电磁驱动式MEMS可调珐珀滤波芯片实际工作的光谱调制精细度、响应速度和响应频率，满足与其它系统快速集成的实际应用需求。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够实现对电磁驱动式MEMS可调珐珀滤波芯片的双向宽幅线性调谐，并且提高电磁驱动式MEMS可调珐珀滤波芯片实际工作时的光谱调制精细度、响应速度以及响应频率的电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路及控制方法。
[0010]第一方面，本专利技术所采用的技术方案是，一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路，所述珐珀滤波芯片包括基底、位于基底上的固定镜、位于固定镜上方的可动镜、安装在可动镜上表面或下表面的永磁体以及形成于固定镜和可动镜之间的腔体；所述驱动控制电路包括印刷电路板、开设在印刷电路板中心的通光孔、安装在印刷电路板上的微处理器以及安装在印刷电路板上与微处理器连接的励磁电路，所述励磁电路包括与微处理器连接的电流驱动芯片以及与电流驱动芯片连接且与通光孔同轴设置的空心电磁线圈，所述通光孔用于供外部光源发出的入射光穿过，所述入射光穿过所述通光孔后通过所述珐珀滤波芯片进行滤波，所述微处理器用于分别输出双路不同占空比大小和方向的PWM信号，所述电流驱动芯片用于接收所述双路占空比大小不同且方向相反的PWM信号，并根据所述PWM信号输出相应的大小不同且方向相反的电流，所述空心电磁线圈用于接收所述电流驱动芯片输出的相应的大小不同且方向相反的电流并进行励磁，从而驱动珐珀滤波芯片的可动镜上下移动来使珐珀滤波芯片的的腔体的长度发生改变。
[0011]本专利技术的有益效果是：采用上述一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路，在印刷电路板上安装空心电磁线圈，该空心电磁线圈与开设在印刷电路板中心的通光孔同轴设置，通过微处理器分别输出双路不同占空比大小和方向的PWM信号，电流驱动芯片接收到PWM信号后输出相应的大小不同且方向相反的电流，空心电磁线圈接收电流驱动芯片输
出的电流，并进行励磁，从而驱动珐珀滤波芯片使珐珀滤波芯片的腔体的长度发生改变，一旦珐珀滤波芯片的腔体的长度发生改变，就会使珐珀滤波芯片的输出光线的光谱特性发生改变；本专利技术通过微处理器分别输出双路不同占空比大小和方向的PWM信号来进行电流励磁，从而对珐珀滤波芯片的输出光线的光谱特性进行调控，与原有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路，所述珐珀滤波芯片包括基底、位于基底上的固定镜、位于固定镜上方的可动镜、安装在可动镜上表面或下表面的永磁体以及形成于固定镜和可动镜之间的腔体；其特征在于：所述驱动控制电路包括印刷电路板(1)、开设在印刷电路板(1)中心的通光孔(13)、安装在印刷电路板(1)上的微处理器(5)以及安装在印刷电路板(1)上与微处理器(5)连接的励磁电路，所述励磁电路包括与微处理器(5)连接的电流驱动芯片(12)以及与电流驱动芯片(12)连接且与通光孔(13)同轴设置的空心电磁线圈(3)，所述通光孔(13)用于供外部光源发出的入射光穿过，所述入射光穿过所述通光孔(13)后通过所述珐珀滤波芯片进行滤波，所述微处理器(5)用于分别输出双路不同占空比大小和方向的PWM信号，所述电流驱动芯片(12)用于接收所述双路不同占空比大小且方向相反的PWM信号，并根据所述PWM信号输出相应的大小不同且方向相反的电流，所述空心电磁线圈(3)用于接收所述电流驱动芯片(12)输出的相应大小不同且方向相反的电流并进行励磁，从而驱动珐珀滤波芯片的可动镜上下移动来使珐珀滤波芯片的腔体的长度发生改变。2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动式珐珀滤波芯片的驱动控制电路，其特征在于：所述驱动控制电路还包括与微处理器(5)连接的通信协议转换电路以及与通信协议转换电路连接的通信及电源接口电路，所述通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞益挺，王飞，周奎，景夏雷，
申请(专利权)人：西北工业大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：