Implementation of a Controller for a Piezo-Actuated Fabry-Perot Interferometer
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-05-20
Department
Major/Subject
Electronic and Digital Systems
Mcode
ELEC3060
Degree programme
Master's Programme in Automation and Electrical Engineering
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
In the recent past, hyperspectral imaging has been a rapidly growing trend in remote sensing. The number of potential applications has increased, including applications requiring real-time capability and compact hardware. Piezo-actuated Fabry-Perot Interferometer (FPI) based hyperspectral imagers have performed effectively in such applications. However, the controller required for the FPI typically limits the performance and increases physical size of the imager. The goal of this work was to design, implement, and validate a controller for a piezo-actuated FPI. The controller was designed for a compact real-time hyperspectral imager. The implementation was based on a numerical PI controller. To fulfill the performance requirements, the controller was implemented with changing control parameters depending on the FPI state and feedforward control to decrease an initial response for the control signal. The feedback signal of the controller was measured using a commercial capacitance-to-digital converter based on an RC-discharge method. The numerical controller was implemented into the onboard microcontroller using the C-language. The validation included measurements for the relative stability, noise, step response and temperature dependence. The measured performance values were 2.1 nm root mean square value for the noise, 7.3 ms step response and 0.57 nm/°C temperature dependence. The controller fulfilled the required performance criteria and was successfully validated.Hyperspektrikuvaus on ollu viime aikoina voimakkaasti kasvava trendi etämittauksessa. Potentiaalisten sovellusten määrä on kasvanut, mukaan lukien reaaliaikanopeutta ja kompaktia laitteistoa vaativat sovellukset. Pietso-aktuoituun Fabry-Perot interferometriin (FPI) perustuvien kameroiden suorituskyky on osoittautunut hyväksi tälläisissa sovelluksissa. Tyypillisesti FPI:n vaatima ohjain kuitenkin rajoittaa kameran suorituskykyä ja kasvattaa fyysistä kokoa. Tässä työssä suunniteltiin, toteutettiin ja validoitiin ohjain pietso-aktuoidulle FPI:lle. Ohjain suunniteltiin reaaliaikasovelluksiin tarkoitetuttuun kompaktiin hyperspektrikameraan. Toteutettu ohjain perustui numeeriseen PI säätimeen. Suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi ohjaimeen toteutettiin myös FPI:n tilan mukaan muuttuvat ohjausparametrit ja myötäkytkentäsäädin pienentämään ohjaussignaalimuutoksen alkuvastetta. Ohjaimen takaisinkytkentäsignaali mitattiin kaupallisella RC-varauksenpurkumenetelmään perustuvalla kapasitanssi-digitaalimuuntimella. Numeerinen ohjain toteutettiin C-ohjelmointikielellä ohjainkortilla olevalle mikrokontrollerille. Validoinnissa mitattiin suhteellista vakautta, kohinaa, askelvastetta ja lämpötilariippuvuutta. Mitatut suorituskykyarvot olivat 2.1 nm kohinan neliöllinen keskiarvo, 7.3 ms askelvaste ja 0.57 nm/°C lämpötilariippuvuus. Ohjain täytti suorituskykyvaatimukset ja validoitiin onnistuneesti.Description
Supervisor
Paulasto-Kröckel, MerviThesis advisor
Holmlund, ChristerKeywords
Fabry-Perot, real-time, nanopositioning, capacitive measurement
