[发明专利]一种近红外光谱探测器MEMS-FPI的驱动电路设计方法

说明书

本发明提出了一种红外光谱探测器MEMS‑FPI的驱动电路设计方法，用微控制器控制D/A产生0‑5V的锯齿波电压，之后输入到由OPA‑454实现的一个放大电路，经该放大电路之后，0‑5V的锯齿波电压被放大到0‑38V以满足MEMS‑FPI驱动电压的要求。本发明旨在解决实验室学生电源电压输出电压受限的局限性，解决诸如MEMS‑FPI等需要较大驱动电压的应用场景。本发明具体实现步骤如下：按照附图1系统结构图进行各个模块电路的设计，微控制器根据D/A转换模块的中D/A转换芯片数据手册进行编程控制输出0‑5V的锯齿波电压，将该锯齿波电压输入到由OPA‑454构成的放大电路。

技术领域

本发明涉及的是完成一种近红外光谱探测器MEMS-FPI的驱动电路的设计方法。

背景技术

随着分析、计测仪器小型化、便携化、民用化的改变，对成就这些仪器的探测器等元器件来说，体积的缩小也是一大趋势，正如之前在光谱探测元件中举起“微型化”大旗的“微型光谱仪”，而这样不断的微型化也让业界看到了更多的应用可能。于是对微型化探测元件的研究具有重要的意义。

2015年在日本JASIS展会中，MEMS-FPI（MEMS-FPI NIR Spectrum Sensor）是一款超小型、低成本的光谱探测器产品。这只MEMS-FPI（光谱范围在1.55-1.85μm），可以实现对气体（环境测量）、食品和饮料、农产品、饲料、石油化工等产品的检测，甚至其他更为新颖的应用场景。因此，对于该光谱探测器的应用开发是一个很有意义的研究方向。

该MEMS-FPI结构中包含一个可调谐滤波器，该滤波器本质上就是一个F-P腔（法珀腔）。其光谱响应范围为1550-1850nm，对应的驱动电压为0-38V的锯齿波电压。通常此类驱动电源的设计是采用运放芯片设计放大电路，然后对微控制器控制D/A输出的电压进行放大。但一般实验室使用的直流电源的范围为0- +/-35V可调，显然不能够满足MEMS-FPI驱动电压的要求。另外使用运算放大器进行放大电路进行设计时，输出电压会低于供电电压，鉴于此基于运算放大器的放大电路设计有时会采用轨对轨输出。即便如此在MEMS-FPI驱动电路设计中，实验室供电电源不能满足供电电压的要求，而供电电压达38V的运算放大器比较少见。经查找资料发现采用OPA-454则能够很好的解决问题，OPA-454供电电压范围为+/-5V至+/-50V范围，单电源供电10-100V范围，且增益带宽可达2.5MHz，具有过热保护功能。理想适用于要求大于36V固定总电源电压或+/-5V至+/-50V可变电源电压系统，满足设计要求。

基于此，本发明使用一个直流稳压电源配合实验室直流电源以及一个运算放大器OPA-454实现放大电路的设计，进而实现MEME-FPI电压驱动设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近红外光谱探测器MEMS-FPI(微机电加工工艺制作法布里珀罗腔)的驱动电路的设计方法，具体为采用一个D/A转换模块和一个运算放大器OPA-454构成的放大电路实现MEMS-FPI所需0-38V驱动电压的方法。

本发明采用的方案如下：用微控制器控制D/A产生0-5V的锯齿波电压，之后输入到由OPA-454实现的一个放大电路，经该放大电路之后，0-5V的锯齿波电压被放大到0-38V以满足MEMS-FPI驱动电压的要求。

由于该MEMS-FPI驱动电压限制比较严格，特别当最大电压值大于MEMS-FPI对应的最大驱动电压时会损坏器件本身，所以OPA-454放大电路结构中的反馈电阻中加入一个匹配的滑动变阻器，这样在每次实验时通过调整滑变以及通过示波器观察可以避免损坏MEMS-FPI探测器。

为实现上述驱动电路设计，本发明具体实现步骤如下：

（1）驱动电路包括微控制器、D/A转换模块、OPA-454放大电路模块、电源部分；