Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

1. Einleitung
Teil dieses Instruments ist ein
mikromechanischer Shutter, dargestellt
in Abbildung 1-2. Dessen Funktion ist
es, zu Kalibrierungszwecken einen
optischen Strahlengang am
Eingangsspalt des Messgeräts periodisch
zu öffnen und zu schließen. Der Shutter
besteht aus einer mikrogefrästen
Titanstruktur mit flexiblen
Abbildung 1-2: Engineering Modell des Shutters
Festkörpergelenken (flexible hinges),
über die ein Plättchen (shutter blade)
bewegt werden kann, das zum Verschluss des Eingangsspalts dient. Die Bewegung wird über
einen Voice-Coil-Actuator, bestehend aus Helmholtzspulen (coils) in Maxwellanordnung
sowie einem Permanentmagnet auf elektromagnetischem Weg erzeugt. Um die Position des
Plättchens zu erfassen, ist ein weiterer Dauermagnet an der Shutterwippe angebracht, durch
den das mechanische Positionssignal mit Hilfe eines magnetoresistiven Sensors (GMR-
Sensor) in ein elektrisches Signal gewandelt wird.
Zur Demonstration und grundsätzlichen Überprüfung der Realisierbarkeit des Shutters wurde
in einer vorrausgehenden Masterarbeit [2] ein Demonstratormodell entworfen. Auf diesen
Erkenntnissen aufbauend wurde ein Engineering Modell entwickelt, das sämtliche angestrebte
Zielfunktionen bereits in einem relativ weit fortgeschrittenem Entwicklungsstadium beinhaltet
und in Abbildung 1-2 dargestellt ist. Da die Struktur aufgrund der filigranen Festkörperlager
stark zu mechanischen Schwingungen neigt, muss das System elektronisch gegengekoppelt
werden, um die geforderten Positionierungszeiten einzuhalten.
Deshalb stellt ein weiteres zentrales Element, dessen Wirkungsweise den dynamischen
Betrieb des Shutters überhaupt erst ermöglicht, das Regelungssystem dar. Dieses ist dafür
verantwortlich, dass das Shutterblade innerhalb weniger Millisekunden den Eingangsspalt des
Messinstruments gezielt verschließen bzw. öffnen kann.
Hierzu wurde ein Regler auf analogelektronischer Basis realisiert. Um diesen auszulegen
wurde das System in einer weiteren Vorgängerarbeit [3] unter regelungstechnischen
Gesichtspunkten untersucht und ein digitaler Regler in einem Rapid Control Prototyping
System entworfen. Dabei wurde die Tauglichkeit einer PD-T1 Reglerstruktur nachgewiesen
und diese mit einem Analogregler umgesetzt.
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