电热式MEMS微镜驱动控制技术研究

【摘要】微机电系统(MEMS)具有集成度高、体积小、功耗低、性能稳定和价格低廉等特点,现正逐步替代传统的机械结构与电路组成的电子元器件。其应用领域主要涉及信息通信、自动控制、航空航天、生物化学、医疗器械、消费电子以及军工产品等。本文首先介绍了基于折叠式双S形反转串联驱动器结构的电热MEMS微镜原理及相关应用,并对驱动器的驱动原理进行了详细的阐述,分析了驱动器形变与镜面偏转间的内在关联；紧接着讨论了MEMS微镜系统的数学建模方法,通过引入热导和弹簧刚体模型归纳了多驱动器间的热传导和相互作用力导致的形变关系,并建立了多自由度微镜的静态模型；再次,通过驱动器电热响应与机械振动特性的分析,结合两者的传递函数推导出了微镜的动态模型,并将创建的模型通过实验进行了验证。为了减小由微加工缺陷导致的各驱动器结构与特性的偏差,本文结合数据模型提出了一种误差控制方法,通过仿真软件获取经纠正的驱动信号来驱动微镜的偏转,达到控制补偿效果；为抑制系统响应的残余振动,提高微镜稳定时间以及器件在光开关或光衰减器应用中的性能,论文针对分解模型使用输入整形控制,达到了抑制系统残余振动的目的；最后论文就相干光成像系统(OCT)的微镜偏转方法进行了研究,提出了一种基于状态空间算法的控制方法,改善了微镜的静态和动态性能,实现了微镜的前馈式开环扫描纠正,达到了高质量OCT成像的目的。基于以上的理论分析和控制方法研究,本文也给出了二维电热式MEMS微镜在光栅扫描、光开关和光衰减器以及OCT成像中的实验验证结果,验证了本文提出的微镜模型和控制方法的准确性与有效性。本文的研究成果对于电热式MEMS微镜在光学扫描、光通信和OCT成像方面具有重要的应用价值。
【作者】章皓；
【导师】徐大诚；
【作者基本信息】苏州大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】电热式MEMS微镜；建模与分析；驱动与控制；状态空间；

【参考文献】
[1]张卫东,王振波,何卫忠.掺废弃混凝土块的钢管混凝土中长柱轴压试验研究[J].建筑钢结构进展,2015,02:52-56+64.
[2]李峥辉.桥式摊铺机高环施工控制系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[3]何典,宋中山.基于Web挖掘的个性化网络教育研究[J].计算机与现代化,2005,05:100-102.
[4]张未名,陈念贻,李再琮,李建平,茅仁杰.限值响应过程的超平面识别模型——顺丁橡胶聚合过程的优化研究[J].自动化学报,1989,01:1-7.
[5]钱粉红.下呼吸道感染细菌及临床研究[D].苏州大学,呼吸内科学,2003,硕士.
[6]贾小山.论德国有限责任公司法的改革及对中国的启示[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[7]向林.护骨素对高糖环境人脐静脉内皮细胞的保护作用及机制研究[D].南方医科大学,内分泌与代谢病学,2012,硕士.
[8]师兴兴.民用燃具燃烧特性研究以及催化燃烧的应用[D].北京建筑大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[9]孙一民,李延新,黎强.分阶段实现数字化变电站系统的工程方案[J].电力系统自动化,2007,05:90-93.
[10]尹华.数据挖掘分类技术在信用卡系统中的应用[J].华南金融电脑,2005,06:82-85.
[11]杨林青.矸石泥化抑制的规律及机理研究[D].中国矿业大学,矿物加工工程,2014,硕士.
[12]高鸿鹏.《汉书》论赞研究[D].河北大学,史学理论及史学史,2014,硕士.
[13]宋雅琼.舆论监督对外部审计在维护国家金融安全中的作用研究[D].湖南师范大学,企业管理,2013,硕士.
[14]徐玉军.基于机载激光雷达点云数据的分层道路提取算法研究[D].吉林大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[15]刘德钦.城市人口地理信息系统建设[J].北京规划建设,2001,04:46-49.
[16]张永强.煤炭开采过程中构造煤对碳排放的影响研究[D].中国矿业大学,矿产普查与勘探,2014,硕士.
[17]鲍志娟.碳纳米管与纳米TiO_2薄膜的制备及碳纳米管薄膜在电化学分析中的应用[D].内蒙古大学,2014.
[18]杨榕.信息资源开发利用的几种新技术[J].情报探索,2001,03:1-3.
[19]杨哲.基于安全社区建设的安全生产监管研究[D].大连理工大学,行政管理,2013,硕士.
[20]谭震.港口水深维护项目风险管理研究[D].大连理工大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[21]史玉君.新能源上市公司资本结构影响因素研究[D].河北经贸大学,金融学,2013,硕士.
[22]赵玲玲.多金属氧酸盐催化剂的制备及催化过氧化氢氧化淀粉性能的研究[D].东北师范大学,无机化学,2012,硕士.
[23]田自强,陈玥,陈伟烈,胡东.神农架龙门河地区的植被制图及植被现状分析[J].植物生态学报,2002,S1:30-39.
[24]韩静静.硝酸盐胁迫对玉米幼苗氮同化影响的研究[D].内蒙古农业大学,植物学,2013,硕士.
[25]施吉伟.船舶动力定位系统控制器设计及其操控界面开发[D].大连海事大学,控制工程,2014,硕士.
[26]赵磊.透析平菇汁对牛肝菌与野蘑菇菌丝生长的影响[D].内蒙古农业大学,发酵工程,2013,硕士.
[27]冯灿辉.防护装饰镀铬浅谈[J].电镀与精饰.1995(05)
[28]刘颖.虫卵图像分割的研究与实现[D].内蒙古农业大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[29]章万锋.基于PCA与LDA的说话人识别研究[D].浙江大学,2004.
[30]高雅芳.秦岭河谷型乡镇居住建筑空间适宜性策略研究[D].长安大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[31]莫兴群.祛脂生发液治疗脂溢性脱发的临床观察[D].湖南中医药大学,中医外科学（专业学位）,2014,硕士.
[32]王菲.增塑PVC材料的搪塑成型—结构—性能相关性的分析[D].山东大学,材料学,2013,硕士.
[33]赵志明.价值型投资分析在我国证券投资中的应用[D].四川大学,2004.
[34]龙萍.新生代农民工“融入城市”问题实证研究[D].湖南科技大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[35]范秋菊.8周大强度间歇跑台训练对非酒精性脂肪性肝病形成的影响[D].河北师范大学,运动人体科学,2013,硕士.
[36]贾宝泉.基于纤维素铜氨溶液构建多功能新材料的研究[D].武汉大学,2014.
[37]朱静浩.阵列APD无扫描激光雷达非均匀性的分析与实验研究[D].哈尔滨工业大学,光学,2013,硕士.
[38]汪伟.miR-451在胃癌及大肠癌中的表达及临床意义[D].辽宁医学院,内科学,2012,硕士.
[39]钱珊珠.基于人工神经网络的苜蓿固定深层太阳能干燥过程仿真[D].内蒙古农业大学,2008.
[40]康昆.基于建构主义理论对高中化学教学中有效练习的研究[D].辽宁师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[41]徐衡.张闻天宣传思想研究（1919-1945）[D].华中师范大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[42]张淑青.3PL主导的复杂制造业供应物流优化研究[D].燕山大学,企业管理,2013,硕士.
[43]冯艳.基于AES算法的智能卡攻击与防御的研究[D].北京交通大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[44]李俊,倪杭英.非英语专业学生元认知策略的介入性研究[J].外语界,2007,02:49-53.
[45]孙钊.行车荷载作用下拓宽路堤沥青路面结构仿真[D].华中科技大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[46]龚关.现代物流产业化机理及其在大型煤炭企业中的应用[D].辽宁工程技术大学,矿业工程,2004,硕士.
[47]付春旭.熟肉制品销售环境条件的研究[D].吉林农业大学,食品科学,2012,硕士.
[48]郑伟青.高校图书馆阅读推广实践现状调查与分析——以“211工程”高校图书馆为例[J].图书馆工作与研究,2012,08:108-112.
[49]孙芸.后金融危机时期青岛市外贸企业风险管理研究[D].青岛科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[50]毕威卿.高校学生会管理模式探究[J].艺术科技,2013,08:270.