跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.229.117.123) 您好!臺灣時間:2022/08/12 18:16
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:葉志賢
論文名稱:扭轉式微掃瞄鏡回授控制
論文名稱(外文):Feedback Control of Torsional Micromirrors
指導教授:陳榮順陳榮順引用關係
指導教授(外文):R. Chan
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:微掃瞄鏡扭轉式微掃瞄鏡
外文關鍵詞:MicromirrorsTorsional Micromirrors
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:168
  • 評分評分:
  • 下載下載:12
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
在微機電系統中,微掃瞄鏡常被應用於光纖開關、投影機和掃瞄式的顯微鏡等,而其整體效能,有一大部分取決於微掃瞄鏡性能的優劣。雖然微掃瞄鏡的性能可經由結構設計來達到,但由於製程上的誤差或是溫度、氣候等外界不確定性因素的影響下,導致其性能往往不如預期所設計,因此就必須由回授控制來確保或增進其性能。
本篇論文將感測器和致動器設計在同一結構上,其好處為利用現已成熟的微掃瞄鏡之製程,而不需要另外製作感測器,如此不但節省成本及晶片面積;且容易實現成為單一晶片系統。本論文中的感測器工作原理是藉著量測微掃瞄鏡下方兩電極板間的電容差,由電容差而知道微掃瞄鏡目前的角度,再經由控制器決定輸出到微掃瞄鏡的訊號。模擬及實驗結果証實所設計之控制器電路除了能使系統性能達到要求外,還能克服微掃瞄鏡的爆衝效應。
目錄
第一章 緒論……………………………………………………………..1
1.1研究背景與動機…………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………...3
1.3 本文大綱…………………………………………………..…….6
第二章 系統架構與元件分析……………………………………...…...7
2.1 系統架構……………………………………………………..…7
2.2 微掃瞄鏡結構設計……………………………………………...9
2.3 微掃描鏡結構與動態分析…………………………………….13
2.4 電容值計算………………………………….............................15
2.5 電容量測電路設計………………………………………...…..18
2.6 控制器設計…………………………………………………….25
第三章 結果與討論……………………………………………………33
3.1 製程結果……………………………………………………….33
3.2微掃瞄鏡共振模態及爆衝模擬結果…………………….…….34
3.3 電容值模擬結果…………………………………………….....37
3.4 電容量測電路………………………………………………….39
3.5 系統模擬……………………………………………………….47
第四章 結論……………………………………………………………53
參考文獻………………………………………………………………..54
圖目錄
圖1.1 微掃描鏡結構示意圖…………………………………………….2
圖1.2 微掃描鏡A-A’之剖面圖………………………………………….3
圖2.1 鏡面控制回授系統之架構……………………………………....8
圖2.2 微掃瞄鏡示意圖………………………………………………...10
圖2.3 製程之流程圖…………………………………………………...12
圖2.4 鏡面與電力線之幾合關係圖…………………………………...16
圖2.5 電容值量測電路圖……………………………………………...22
圖2.6 電路part 1放大圖………………………………………………23
圖2.7 電路part 2放大圖………………………………………………23
圖2.8 整流訊號示意圖……..…………………………………….……24
圖2.9 電路part 3放大圖………………………………………………24
圖2.10 控制方塊圖…………………………....………………………25
圖2.11 系統根軌跡…………………………………………………….29
圖2.12 系統控制後之根軌跡圖……………………………………….30
圖2.13 控制器電路圖……………………………………………….…31
圖2.14 開關與低通濾波電路圖………………………………….…....31
圖2.15開關電路之模擬結果…………………………………………..32
圖3.1 第一道光罩完成後圖……………………………………….…..33
圖3.2 連接線部分放大圖……..…………………………………….....34
圖3.3 微掃瞄鏡第一模態振動圖……………………………………...35
圖3.4 微掃瞄鏡第二模態振動圖……………………………………...36
圖3.5 微掃瞄鏡第三模態振動圖……………………………………...36
圖3.6 爆衝現象模擬…………………………………………………...37
圖3.7 電容值模擬……………………………………………………...38
圖3.8 靜電驅動後角度和電容關係圖………………………………...38
圖3.9 電路模擬結果…………………………………………………...41
圖3.10 電路受到20 V頻率為1 KHz之正弦波輸入時反應圖……..41
圖 3.11電路受到20 V頻率為2 KHz之正弦波輸入時反應圖……..42
圖3.12電路受到20 V頻率為5 KHz之正弦波輸入時反應圖………..42
圖3.13 電路受到20 V步階輸入時反應圖………..…………………..43
圖3.14 掃瞄鏡接收到之訊號…………………………...………….….43
圖3.15 輸入控制訊號為方波,感測電路輸出圖……………………..44
圖3.16 輸入控制訊號為三角波,感測電路輸出圖………………….44
圖3.17 感測電路改進圖……………………………………………….45
圖3.18 輸入控制訊號為方波,感測電路經補償後輸出圖………….45
圖3.19 輸入控制訊號為三角波,感測電路經補償後輸出圖………..46
圖3.20 感測電路及大尺度掃瞄鏡之完成照片……………………….46
圖3.21 感測電路量測結果…………………………………………….47
圖3.22 Simulink模擬之系統圖………………………………………49
圖3.23 感測訊號對微掃描鏡的影響………………………………….50
圖3.24 鏡面以1 KHz振盪下,感測器量測模擬…………………….50
圖3.25 鏡面以2 KHz振盪下,感測器量測模擬……………………51
圖3.26 鏡面以4 KHz振盪下,感測器量測模擬……………………51
圖3.27 鏡面轉角控制在1°…………………………………………..52
圖3.28 鏡面轉角控制在2°…………………………………………..52
表目錄
表3.1 微掃瞄鏡共振模態表………………………………………...…35
[1] H. Toshiyoshi and H. Fujita, “An Eelectrostatically Operated Torsion Mirror for Optical Switching Device,” in Proc. 8th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’95), Stockholm, Sweden, pp. 25-29, June, 1995.
[2] P F. Van Kessel, L. J. Hornbeck, R. E. Meier and M. R. Douglass, “A MEMS-Based Projection Display, ” Proceedings of the IEEE, vol. 86 no. 8, August , 1998.
[3] D. L. Dickensheets, and G. S. Kino, “Silicon-Micromachined Scanning Confocal Optical Microscope,” IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 7, no. 1, pp. 38-47, March, 1998.
[4] K. E. Petersen, “Silicon torsional scanning mirror,” IBM Journal of Research and Development., vol. 24, no. 5, pp. 631—637, 1980.
[5] J. Buhler, J. Funk, J. G. Korvink, F. P. Steiner, P. M. Sarro, and H. Baltes, “Electrostatic Aluminum Micromirrors Using Double-Pass Matellization,” IEEE Journal of Mciroelectromechanical System, vol. 6, no. 2, pp. 126-135, June, 1997.
[6] J. Hsieh and W. Fang, “A Novel Microelectrostatic Torsional Actuator”, Sensors and Actuators A, vol. 79, pp 64-70, 2000.
[7] H. Toshiyoshi and H. Fujita, “Electrostatic Micro Torsion Mirrors for an Optical Switch Matrix,” IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 5, no 4, pp. 231-237, December, 1998.
[8] J. C. Chiou and Y. C. Lin, “A Novel Control Design of Stepping Micromirror Using Multiple Electrostatic Driving Electrodes”, IEEE-LEOS Optical MEMS, 2001.
[9] H. Toshiyoshi, W. Piyawattanametha, C. T. Chan, and M. C. Wu, “Linearization of Electrostatically Actuated Surface Micromachined 2-D Optical Scanner,” IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 10, no. 2, pp. 205-213, June, 2001.
[10] C. J. Tay, C. Quan, S. H. Wang, and H. M. Shang, “Determination of a Micromirror Angular Rotation Using Laser Interferometric Method,” ELSEVIER Optics Communications, vol. 195, pp. 71-77, 2001.
[11] E. K. Chan, K. Garikipati, and R. W. Dutton, “Characterization of Contact Electromechanics Through Capacitance—Voltage Measurements and Simulations,” IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 8, no. 2, pp. 208-216, June, 1999.
[12] J. C. Lotters, W. Olthuis, P. H. Veltink, and P. Bergveld, “A Sensitive Differential Capacitance to Voltage Converter for Sensor Application,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 48, no. 1, pp. 89-96, February, 1999.
[13] M. Madou, Fundamentals of microfabrication, 1nd ed. Florida: CRC, 1997, pp.466-467
[14] F. Pan, J. Kubby, E. Peeters, A. T. Tran and S. Muknerjee, “Squeeze Film Damping Effect on the Dynamic Response of a MEMS Torsion Mirror,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 8, pp. 200-208, 1998.
[15] F. P. Beer and E. R. Johnston, Mechanics of Materials, 2nd ed. Singapore: McGraw-Hill Book, 1992, Chapter 7.
[16] S. D. Seturia, Microsystem Design, 2 nd end. THE NETHERLANDS: Kluwer Academic Publishers, 2001, Chapter 19.
[17] A. J. Peyton, and V. Walsh, Analog Electronics with Op Amps, 1nd ed. New York: Cambridge University Press, 1993, Chapter 11.
[18] S. S. Rao, Mechanical Vibrations, 3nd ed. New York: Addison-Wesley, 1990, Chapter 3.
[19] X. M. Zhang, F. S. Chau, C. Quan, Y. L. Lam, and A. Q. Liua, “A Study of the Static Characteristics of a Torsional Micromirror,” Sensors and Actuators A, vol. 90, pp 73-81, 2001.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top