一種晶體培養連續過濾自動控制方法
2023-04-30 19:39:26 2
專利名稱：一種晶體培養連續過濾自動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體培養連續過濾自動控制方法和設備，屬於生產過程先進控制領域。
背景技術：
磷酸二氫鉀(KDP)和磷酸二氘鉀(DKDP)晶體是一種被廣泛使用的非線性水溶液晶體材料，具有很高的雷射損傷閾值和較高的非線性係數以及可製作較大尺寸器件等優 點，其二倍、三倍、四倍頻器件通常用於室溫ND=YAG雷射器和染料雷射器中，也是理想的高功率變頻材料。由於其具有很高的光電係數，廣泛應用於電光調製器，Q開關(也被稱作普克爾斯盒)和高速攝影用的快門等元器件。近年來，隨著慣性約束核聚變(ICF)的迅速發展，對KDP和DKDP晶體的研究在國際上又進入了一個新階段。儘管新型的非線性光學材料不斷湧現，但綜合對比晶體的光學性能和生長條件，優質大尺寸的KDP和DKDP晶體是目前唯一可用於雷射核聚變等高功率系統中的晶體。本發明公開了一種晶體培養連續過濾自動控制方法，為快速生長大尺寸優質KDP和DKDP晶體提供了新方法。
發明內容
為批量生產大尺寸優質的KDP和DKDP晶體，本發明提供了一種晶體培養連續過濾自動控制方法，涉及溫度控制、流量聯動控制、報警控制、歷史數據存儲與分析等方法。溶液的過濾過程是，從育晶槽裡流出的帶有顆粒雜質的生長溶液，先加熱溶解雜晶；再經過濾器濾除無關雜質；最後通過降溫使回流到育晶槽裡的溶液溫度恢復到與育晶槽裡的溶液溫度一致，避免對育晶槽裡的溶液造成擾動，從而完成連續過濾循環。本發明還提供了一套晶體培養連續過濾自動控制系統，系統組成涉及到PLC、相關擴展模塊、觸控螢幕、相關執行器和檢測傳感器。溫度控制方法，以育晶槽內的溫度為基準溫度，根據設定要求，熱水浴、冷水浴分別相對基準溫度相差AjP A3並保持恆定。育晶槽中的溫度，需在一個生長周期內從75°C緩慢降到室溫，連續過濾系統的整體降溫速度必須與育晶槽中的降溫速度一致，使準備回流到育晶槽裡的溶液也處於準穩定區和適當的過飽和度，避免與育晶槽中的溶液狀態不一致，造成擾動。溫度控制系統硬體包括溫度傳感器、溫度採集模塊、PLC、加熱裝置、電磁閥和相關設備。流量聯動控制方法，當輸送泵與計量泵的啟動條件都滿足時，輸送泵與計量泵同時啟動，有一個條件不滿足，都停止運轉，避免出現一個泵工作另一個不工作的情況，保證生長溶液可以穩定的流動。流量控制系統包括流量計、計量泵、AD模塊、DA模塊和PLC。報警控制方法，設置了絕對溫度上、下限報警，絕對流量上、下限報警，輸送泵、計量泵異常工作報警。系統中有兩臺輸送泵與兩臺流量泵各自互為備用，當正在工作中的泵出現異常時，立即報警並自動切換至另一臺。歷史數據的存儲與分析方法，設置了歷史數據表與數據曲線，採樣時間可自由設定，數據文件可通過USB接口輸出到外部存儲器。報警控制與歷史數據備份相結合，為診斷故障、排除故障提供依據。為了操作簡便，提高人機交流效率，在觸控螢幕上做了人機互動界面，除電源開關與急停開關採用硬體實現外，其他操作都在觸控螢幕上實現，包括控制參數的修改、控制命令的發送、部分設備手動自動的切換以及歷史數據的查看與分析等等。一種晶體培養連續過濾自動控制系統的應用，包括以下實施過程(I)做好溶液投放工作之後，打開電源，系統即進入自動運行狀態。若是初次開機，需進行溫度控制，設定包括熱水浴的A1、輸送泵啟動下限A2、冷水浴的A3與計量泵的啟動上限八4值(A是指與育晶槽溫度的偏差值)。(2)系統進入自動運行狀態後，育晶槽內的帶有顆粒雜質的溶液進入熱水浴的蛇形管，溶液中的雜晶顆粒受熱溶解，溶液進入熱水浴接受槽。(3)熱水浴接收槽中的溶液經輸送泵流經兩級過濾器，濾除無關雜質，淨化溶液品質。(4)過濾後的溶液經計量泵注入冷水浴的蛇形管，溶液溫度恢復到與晶體培養罐內溫度接近，匯流到冷水浴接收槽，最後回到育晶槽，完成循環。本發明公開了一種晶體培養連續過濾自動控制方法，通過在培養過程中循環過濾，克服溶液自髮結晶的影響，使雜晶與無關顆粒大量減少，提高了大尺寸晶體的生長速度和質量，保證KDP和DKDP晶體具有大尺寸、低錯位度、高光學均勻性和高雷射損傷閾值等特徵。
圖I是連續過濾自動控制系統的系統圖。圖2是連續過濾自動控制系統的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步說明。圖I中編號I是育晶槽、2是熱水浴、3是熱水浴接收槽、4是冷水浴、5是冷水浴接收槽、6和10是蛇形管、7是輸送泵、8是過濾器、9是計量泵；從左至右的5個測溫點分別是育晶槽溫度T1、熱水浴溫度T2、熱水浴接收槽溫度T3、冷水浴溫度T4、冷水浴接收槽溫度T5。打開電源，系統已進入自動運行狀態。育晶槽內的溶液溫度為T1，流經溫度為T2 (T2=T1+A1)的熱水浴中的蛇形管，雜晶顆粒隨著溶液溫度的升高而溶解，溶液進入熱水浴接 受槽，溫度達到T3。熱水浴接收槽中的溶液經輸送泵流經兩級過濾器，濾除無關雜質，淨化溶液品質。過濾後的溶液經計量泵流入溫度為T4CT4 = VA3)的冷水浴中的蛇形管，溶液溫度降低到與育晶槽裡的溫度接近一致，匯流到冷水浴接收槽，溫度為T5，最後回到育晶槽，完成循環。
輸送泵與計量泵聯動,輸送泵啟動需滿足條件T3 ^ T1+A2，計量泵啟動需滿足條 件1\ ^ T5 ^ T1+A4,當兩個條件都滿足時，輸送泵與計量泵同時啟動，避免一個泵動作另一 個泵不動作的情況發生。
權利要求
1.一種晶體培養連續過濾自動控制方法，其特徵是，在快速生長大尺寸KDP和DKDP晶體培養過程中對生長溶液進行循環過濾，濾除生長溶液因自髮結晶和育晶槽中旋轉部件的影響而產生的不規則雜晶以及生長溶液中滋生的微生物，避免這些顆粒和雜質在生長過程中被包含在晶體裡，破壞生長晶體的光學品質。
2.根據權利要求I所述晶體培養連續過濾自動控制方法，其特徵是，生長溶液的循環過濾過程是，從育晶槽流出的帶有顆粒雜質的生長溶液，先加熱溶解雜晶，然後經過濾器濾除無關雜質，最後通過降溫使回流到育晶槽裡的溶液溫度恢復到與育晶槽裡的溶液溫度一致，避免對育晶槽裡的溶液造成擾動，從而完成連續過濾循環。
3.根據權利要求I所述晶體培養連續過濾自動控制方法，其特徵是，溫度控制方法的特點是，生長溶液在連續過濾系統中循環，要滿足以下2個要求 (1)以育晶槽內的溫度為基準溫度，根據設定要求，熱水浴、冷水浴分別相對基準溫度相差 和A3並保持恆定； (2)育晶槽中的溫度，需在一個生長周期內從75°C緩慢降到室溫，連續過濾系統的整體降溫速度必須與育晶槽中的降溫速度一致，使準備回流到育晶槽裡的溶液也處於準穩定區和適當的過飽和度，避免與育晶槽中的溶液狀態不一致造成擾動。
4.一種晶體培養連續過濾自動控制方法，包括溫度控制、流量聯動控制、報警控制、歷史數據存儲與分析等方法，系統組成涉及PLC、觸控螢幕、相關執行器和檢測傳感器，其特徵是，晶體生長是一個連續無間歇的過程，最短也要幾個月，系統必須具備長時間、連續工作的特性。
全文摘要
本發明公開了一種晶體培養連續過濾自動控制方法，屬於過程控制先進控制領域，適用於快速生長大尺寸KDP和DKDP晶體的培養，此方法涉及溫度控制、流量聯動控制、報警控制、歷史數據存儲與分析等方法。本發明在晶體培養過程中通過對生長溶液進行循環過濾，克服溶液自髮結晶的影響，使雜晶與無關顆粒大量減少，提高了大尺寸晶體的生長速度和質量，保證KDP和DKDP晶體具有大尺寸、低錯位度、高光學均勻性和高雷射損傷閾值等特徵。
文檔編號C30B7/08GK102618916SQ201210098340
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者張相勝, 李豔坡, 潘豐, 王凱 申請人:江南大學