专利名称：一种mems扫描微镜光谱仪工作电路的制作方法
技术领域：
本发明属于光谱分析仪器技术领域，涉及一种MEMS (微电子机械系统)扫描微镜光谱仪的工作电路。
背景技术：
光谱仪器是应用光学技术及光谱检测技术原理，对物质的结构和组成进行观测、 分析和处理的基本设备，具有分析精度高、测量范围大、测量速度快和样品用量少等优点， 可用于冶金、地质、石油化工、医药卫生、环境保护、航空航天、宇宙探索、资源和水文勘测等领域，具有极为重要的应用价值与广阔的市场前景，是最为重要的光学仪器之一。MEMS技术是融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的一种高科技前沿技术。基于MEMS技术的各种器件由于具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、加工工艺稳定、成本低廉等优点，已被大量用于高精技术领域。基于MEMS技术的微型光谱仪，是以MEMS光学器件作为核心关键部件的光学检测仪器。由于MEMS核心器件的使用，MEMS光谱仪具有体积小、重量轻、性能稳定、成本低廉等优点，因此，利用MEMS技术研制微型光谱仪已成为当前的研究热点。MEMS扫描微镜光谱仪,是米用MEMS扫描微镜和衍射光栅,代替传统扫描光栅光谱仪中的扫描光栅，联合实现光学分光及光谱扫描功能的光学仪器，具有体积小、重量轻、成本低廉、光谱探测范围宽、光谱可拓展性好等优点，是当今光谱仪的研究热点之一。MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，是MEMS扫描微镜光谱仪的关键组成部分之一， 其主要作用为对MEMS扫描微镜光谱仪中的MEMS扫描微镜进行驱动控制，并采集探测器探测到的光谱信号，输送到PC机(或笔记本电脑)中。当前，在国外，现有的MEMS扫描微镜光谱仪，为了准确测定光谱信号对应的波长，其对扫描微镜摆角的测定，主要采用激光扫描的探测方式，不但提高了仪器结构的复杂度，而且增加了工作电路的设计难度。本发明中MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，MEMS微镜驱动控制模块不但为MEMS 扫描微镜提供工作信号，实现了微镜的闭环控制，提高了微镜的工作稳定性，而且为AD转换电路提供周期性触发信号，实现了光谱信号周期性探测和AD转换的协同性工作，简化了微镜光谱仪的系统结构与工作电路的设计难度。

发明内容
为解决现有技术存在的以上问题，本发明针对MEMS扫描微镜光谱仪的工作原理， 提出一种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路。本发明具体采用以下技术方案。—种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路,其特征在于所述工作电路包括振荡信号模块、MEMS微镜驱动控制模块和光谱数据采集模块；
其中所述光谱数据采集模块包括探测器的前置放大电路、AD转换电路，FIFO存储器、FPGA控制电路和USB接口电路；
所述振荡信号模块的输出与MEMS微镜驱动控制模块的输入端相连，向所述MEMS微镜驱动控制模块输入具有特定频率的振荡信号，该振荡信号经MEMS微镜驱动控制模块进行信号处理后分为两路，一路为MEMS微镜工作提供驱动信号，另一路为光谱数据采集模块中 AD转换电路提供周期性触发信号；
当所述光谱数据采集模块中的AD转换电路接收到所述MEMS微镜驱动控制模块输出的周期性触发信号后开始工作，把由探测器输出的经前置放大电路放大的模拟光谱信号转换为数字光谱信号，并输送到FIFO存储器中；
所述FPGA控制电路控制FIFO存储器中的光谱数据通过USB接口电路传送给PC机或笔记本电脑，实现光谱数据的采集。本发明中，振荡信号模块的主要功能是作为信号源，为MEMS微镜驱动控制模块提供等幅、等频、稳定的振荡信号，是工作电路能够正常工作的根本保证。本发明中，MEMS微镜驱动控制模块,把振荡信号模块所提供的振荡信号处理后输出两路，一路为MEMS扫描微镜提供驱动信号，一路为光谱数据采集电路模块提供周期性触发信号，使AD转换电路和MEMS扫描微镜能够协同工作，实现光谱仪光谱信号的周期性数据米集。所述MEMS微镜驱动控制模块为MEMS扫描微镜提供频率稳定的周期性驱动信号， 同时，MEMS扫描微镜工作过程中产生的反馈信号输入至所述MEMS微镜驱动控制模块，对 MEMS微镜驱动控制模块输出至MEMS扫描微镜的驱动信号进行调整，使MEMS扫描微镜能够在特定的振动频率下等幅振动，实现对MEMS扫描微镜的闭环控制。本发明中，光谱数据采集电路模块由AD转换电路、FIFO存储器、FPGA (或ARM、单片机)控制电路、USB接口电路等四部分组成。当AD转换电路接收到触发信号后开始工作， 把模拟光谱信号转换为数字信号，并送到FIFO存储器中进行缓存。最后，在FPGA (或ARM、 单片机)控制下，光谱数据通过USB接口电路传输到PC机(或笔记本电脑)中。本发明具有以下技术特点
1.实现了振荡信号模块、MEMS微镜驱动控制模块、以及光谱数据采集模块的一体化集
成；
2.MEMS微镜驱动模块对MEMS扫描微镜采用闭环控制的驱动方式，为MEMS扫描微镜的等幅振动提供了有力保障，提高了 MEMS扫描微镜光谱仪的光谱重复性；
3.MEMS微镜驱动控制模块所输出的驱动信号不但用于MEMS扫描微镜的驱动,而且为 AD转换电路提供周期性的触发信号，这样，AD转换电路与MEMS扫描微镜进行协同工作，实现了工作电路对周期性光谱的数据采集，简化了光谱仪的系统结构，降低了工作电路的设计难度；
4.本发明中的工作电路不但可用于采用MEMS扫描微镜器件研制的微型光谱仪，而且可用于采用MEMS扫描光栅器件的微型光谱仪。


图I是本MEMS扫描微镜光谱仪工作电路的电路原理图。图中，I.振荡信号模块，2. MEMS微镜驱动控制模块，3.探测器的前置放大电路，4.AD转换电路，5. FIFO存储器，6. FPGA控制电路，7. USB接口电路。其中，3、4、5、6、7共同组成光谱数据采集模块。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。如图I所示为本发明MEMS扫描微镜光谱仪工作电路的电路原理图。MEMS扫描微镜光谱仪工作电路主要由振荡信号模块I、MEMS微镜驱动控制模块2、 光谱数据采集模块三个模块集合而成，其中，光谱数据采集模块由探测器的前置放大电路
3、AD转换电路4，FIFO存储器5、FPGA控制电路6、USB接口电路7组成。振荡信号模块I 为MEMS微镜驱动控制模块2提供具有特定频率的振荡信号，该振荡信号经MEMS微镜驱动控制模块2进行信号处理后分为两路，一路为MEMS微镜工作提供驱动信号，另一路为光谱数据采集模块中的AD转换电路4提供周期性触发信号；MEMS扫描微镜在MEMS微镜驱动控制模块2驱动下工作，对平行复合光束进行周期性扫描，实现探测器对不同波长光的周期性探测；在光谱数据采集模块中，AD转换电路4接收到触发信号后开始工作，探测器产生的模拟光谱信号经前置放大电路3放大后，被AD转换电路4转换为数字光谱信号，并输送到 FIFO存储器5中。最后，在FPGA控制电路6的控制下，FIFO存储器5中的光谱数据通过 USB接口电路7传送给PC机(或笔记本电脑)，从而实现光谱数据的采集。当MEMS扫描微镜光谱仪工作时，振荡信号模块I为MEMS扫描微镜驱动控制模块 2提供等频、等幅、性能稳定的周期性振荡信号。振荡信号经MEMS微镜驱动控制模块2进行信号处理后输出两路，一路为MEMS扫描微镜的驱动信号，另一路为光谱数据采集电路模块中的AD转换电路4提供周期性触发信号。本发明中，MEMS微镜驱动控制模块2对MEMS扫描微镜采用闭环控制的方式进行工作， 本发明实施例中所使用的扫描微镜是具有角度传感功能的MEMS扫描微镜。当光谱仪处于工作状态时，扫描微镜偏转所产生的角度传感信号将作为MEMS微镜驱动控制模块的反馈信号输出至MEMS微镜驱动控制模块2，对MEMS微镜驱动控制模块2输出的驱动信号幅度进行调整，从而实现MEMS扫描微镜的闭环控制，使MEMS扫描微镜能够在等幅、等频的稳定振动状态下工作，为MEMS扫描微镜光谱仪的波长重复性提供保证。MEMS扫描微镜在MEMS微镜驱动控制模块2的驱动下工作，对平行复合光束进行周期性扫描，使平行复合光束经平面光栅分光、凹面镜聚焦反射镜聚焦成像后，不同波长的光依次从探测器前扫过，实现探测器对不同波长光的周期性探测、并产生相应的周期性模拟光谱信号。探测器产生的模拟光谱信号，经光谱数据采集模块中的前置放大电路3进行放大后，输送到AD转换电路4中，MEMS微镜驱动控制模块2为AD转换电路4提供周期性触发信号。AD转换电路每次受到触发后，开始工作，把经过前置放大电路3放大的光谱信号由模拟信号转换为数字信号，并输送到FIFO存储器5中，最后，在FPGA控制电路6控制下，光谱信号数据经USB接口电路7传送到PC机(或笔记本电脑)上。在本发明中，光谱数据采集模块中FPGA控制电路也可用ARM或单片机代替。本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施实例做了详细的说明与描述，本领域技术人员应该理解，以上实施实例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种MEMS扫描微镜光谱仪工作电路,其特征在于；所述工作电路包括振荡信号模块、MEMS微镜驱动控制模块和光谱数据采集模块；其中所述光谱数据采集模块包括探测器的前置放大电路、AD转换电路，FIFO存储器、 FPGA控制电路和USB接口电路；所述振荡信号模块的输出端与MEMS微镜驱动控制模块的输入端相连，向所述MEMS微镜驱动控制模块输入具有特定频率的振荡信号，该振荡信号经MEMS微镜驱动控制模块进行信号处理后分为两路，一路为MEMS扫描微镜提供驱动信号，另一路为光谱数据采集模块中的AD转换电路提供周期性触发信号；当所述光谱数据采集模块中的AD转换电路接收到所述MEMS微镜驱动控制模块输出的周期性触发信号后开始工作，把由探测器输出、经前置放大电路放大的模拟光谱信号转换为数字光谱信号，并输送到FIFO存储器中；所述FPGA控制电路控制FIFO存储器中的光谱数据，通过USB接口电路传送给PC机或笔记本电脑，实现光谱数据的采集。
2.根据权利I所述扫描微镜光谱仪的工作电路，其特征在于所述的振荡信号模块作为信号源，为MEMS微镜驱动控制模块提供周期性振荡信号。
3.根据权利I所述MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，其特征在于所述MEMS微镜驱动控制模块为MEMS扫描微镜提供频率稳定的周期性驱动信号，同时，MEMS扫描微镜工作过程中产生的反馈信号输入至所述MEMS微镜驱动控制模块，对MEMS微镜驱动控制模块输出至MEMS扫描微镜的驱动信号进行调整，使MEMS扫描微镜能够在特定的振动频率下等幅振动，实现对MEMS扫描微镜的闭环控制。
4.根据权利I所述MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，其特征在于光谱数据采集模块中FPGA控制电路为FPGA可编程逻辑控制器件。
5.根据权利要求4所述MEMS扫描微镜光谱仪的工作电路，其特征在于光谱数据采集模块中FPGA控制电路可用ARM或单片机代替。
全文摘要
本发明公布一种MEMS(微电子机械系统)扫描微镜光谱仪工作电路。它主要由振荡信号模块，MEMS微镜驱动控制模块，光谱数据采集模块三个模块组成，其中，光谱数据采集模块由前置放大电路、AD转换电路、FIFO存储器、FPGA(或ARM、单片机)控制电路、USB接口电路组成。MEMS微镜驱动控制模块对MEMS扫描微镜采用闭环控制的方式，使MEMS扫描微镜等幅、等频振动，提高了MEMS扫描微镜光谱仪的波长重复性；振荡电路模块产生的周期性振荡信号，经MEMS微镜驱动控制模块进行处理后，为AD转换电路与MEMS扫描微镜同时提供周期性工作信号，使AD转换电路和MEMS扫描微镜能够协同工作，实现光谱数据的周期性采集。本发明的优点在于可使光谱仪中的MEMS扫描微镜工作振动稳定，光谱仪的波长重复性好，工作电路简单、易于实现。
文档编号G01J3/28GK102589690SQ201210079028
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者张中卫, 温志渝, 王克园, 聂秋玉 申请人:重庆大学