基于激光雷达的二维MEMS微镜驱动研究

发布时间：2021-03-11 00:14

　　相较于传统激光雷达,MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微镜扫描激光雷达具有视场和分辨率可电控、体积小、重量轻等突出优势,是激光雷达的重要发展方向。本论文以MEMS微镜激光雷达的研制为背景,建立了电磁式MEMS微镜系统运动的数学模型,对电磁式MEMS运动特性进行了详细的分析和计算。针对电磁式MEMS微镜由于快轴谐振点偏移所导致扫描角度过小的缺点,提出了一种谐振点实时解算的控制方法,设计了一种基于谐振点实时解算的微镜伺服控制系统,该系统由ARM+DDS组成。编写了相对应的控制程序。通过搭建电磁式MEMS微镜控制平台,实验测定了微镜系统的偏转角度随驱动信号的幅度、频率以及温度变化的关系曲线,并能使系统在保持慢轴30°、快轴40°的情况下稳定、可靠的实现光学扫描,达到了项目应用的基本要求。 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?Ｑｕａｎｅｒｇｙ公司的激光雷达??

用前景会更加广阔。??２?ＭＥＭＳ微镜技术的发展??．１?ＭＥＭＳ微镜研宄现状??ＭＥＭＳ微镜是ＭＥＭＳ激光雷达系统中的一个光学器件。在民用和国防领域都有着??的应用，如机器人视觉，光通讯、导弹制导、地形探测、车辆自动驾驶和军事领域??密测量等领域。ＭＥＭＳ微镜基于微机电理论在半导体、光学、物理学、材料工程、??子学、力学、机械工程和化学等诸多领域都有涉及。按照微镜的驱动原理分类，可??ＭＥＭＳ微镜分为静电驱动微镜、压电驱动微镜、电热驱动微镜和电磁驱动微镜等??［２０】。??２００５年，ＭＥＭＯＳ研宄所提出一种使用折叠弹簧的静电式ＭＥＭＳ微镜，如图１．３。??镜系统用于光开关领域。微镜的谐振频率为１．７７ｋＨｚ。２０１０年，中国科学院光电研??［２１］国家重点实验室设计了一种具有静电排斥六边形结构的ＭＥＭＳ微镜，如图１．４，??验室大大提局微镜的谐振频率。微镜的谐振频率达到７ｋＨｚ，微镜系统的响应时间??至０．３ｍｓ。??

２０１３?年?Ｓ．Ｇｕ－Ｓｔｏｐｐｅｌ，Ｊ．Ｊａｎｅｓ，Ｄ．Ｋａｄｅｎ?等人提出一种?１ｍｍ?的压电式?ＭＥＭＳ?微镜??［２２］，如图１．５。该微镜在低电压驱动信号下提升了谐振频率，工作频率为３２ｋＨｚ时光学??扫描达到最大值４２．５°。２０１６年Ｖ．Ｓｔｅｎｃｈｌｙ等人提出了一种二维压电式微镜器件［２３】。微??镜的直径达到１．２ｍｍｘｌｍｍ，其中驱动电压在１０Ｖ和１５Ｖ下正常工作。微镜谐振频率为??６０ｋＨｚ，扫描角度最大可达到４０°。使微镜具有更低的功耗。??ＢＢＳ??图〗．５扫描微镜图??２００９年Ｌｅｉ?Ｗｕ提出了一种双反射单晶硅基微镜，如图１．６。通过使用±４５°机械扫??描角的双反射镜，可以实现３６０°的全方位光学扫描角（０ＳＡ）。将扫描范围提升到极致。??＇?—??ｐ?ｒ?＼?＾?Ｋ?＾?＾??％?ｒ?＾＜＞－ｉ?－?２??？．濃－一——??图１．６双反射单晶硅基微镜图??２００６年ＣＨ，Ｊｉ等人提出了一种１．５ｍｍ双轴电磁扫描微镜，如图１．７。该扫描微镜??利用垂直于扫描轴的磁场来实现双轴磁致动。微镜的最大扫描角度为１６．１°，谐振频率??为１９．７ｋＨｚ。２０１４年章暗、徐大诚等人％结合微镜驱动器结构，建立了多自由度微镜的??数学模型。快速提升驱动器的输入响应特性。２０１５年Ｐｅｎｇ?Ｚｕｏ提出一种电磁驱动微镜


本文编号：3075524