Quasistatische Ansteuerung und Charakterisierung von MEMS-Spiegeln

Abstract

In dieser Arbeit wird eine hardwarenahe Ansteuer- und Auswertekette für quasistatisch betriebene piezoelektrische MEMS-Spiegel entwickelt und experimentell charakterisiert. Zunächst werden die statische Auslenkung, die Sensorspannungen sowie das Stoß- und Frequenzverhalten untersucht, wobei dominierende Eigenmoden bei etwa 268 Hz (Kippmode) und 466 Hz (Hubmode) identifiziert werden. Auf Basis dieser Charakterisierung wird eine Open-Loop-Ansteuerung auf Mikrocontrollerbasis sowie eine FPGA-basierte Proportionalregelung einschließlich analoger Signalaufbereitung implementiert. Die Verifikation zeigt, dass der erste Regelungsansatz die Kippmode leicht dämpft, die Hubmode jedoch verstärkt und die Abklingzeit nach Stoßanregungen nicht verkürzt. Die Ergebnisse liefern damit wesentliche Systemkenngrößen und eine funktionsfähige Hardwareplattform als Grundlage für weiterführende Regelungsstrategien und eine zukünftige ASIC-Integration.

This thesis presents the development and experimental characterization of a hardwareoriented drive and readout system for quasistatically actuated piezoelectric MEMS mirrors. The static deflection, sensor response, and shock- and frequency-domain behavior are analyzed, revealing dominant eigenmodes at approximately 268 Hz (tilt mode) and 466 Hz (piston mode). Based on these results, a microcontroller-based open-loop drive and an FPGA-based proportional control scheme, including analog signal conditioning, are implemented. Verification shows that the initial control approach slightly attenuates the tilt mode but amplifies the piston mode and does not reduce the decay time after shock excitation. The results provide key system parameters and a functional hardware platform as a foundation for improved control strategies and future ASIC integration.