专利名称：一种晶体培养连续过滤自动控制方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体培养连续过滤自动控制方法和设备，属于生产过程先进控制领域。
背景技术：
磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氘钾(DKDP)晶体是一种被广泛使用的非线性水溶液晶体材料，具有很高的激光损伤阈值和较高的非线性系数以及可制作较大尺寸器件等优 点，其二倍、三倍、四倍频器件通常用于室温ND=YAG激光器和染料激光器中，也是理想的高功率变频材料。由于其具有很高的光电系数，广泛应用于电光调制器，Q开关(也被称作普克尔斯盒)和高速摄影用的快门等元器件。近年来，随着惯性约束核聚变(ICF)的迅速发展，对KDP和DKDP晶体的研究在国际上又进入了一个新阶段。尽管新型的非线性光学材料不断涌现，但综合对比晶体的光学性能和生长条件，优质大尺寸的KDP和DKDP晶体是目前唯一可用于激光核聚变等高功率系统中的晶体。本发明公开了一种晶体培养连续过滤自动控制方法，为快速生长大尺寸优质KDP和DKDP晶体提供了新方法。
发明内容
为批量生产大尺寸优质的KDP和DKDP晶体，本发明提供了一种晶体培养连续过滤自动控制方法，涉及温度控制、流量联动控制、报警控制、历史数据存储与分析等方法。溶液的过滤过程是，从育晶槽里流出的带有颗粒杂质的生长溶液，先加热溶解杂晶；再经过滤器滤除无关杂质；最后通过降温使回流到育晶槽里的溶液温度恢复到与育晶槽里的溶液温度一致，避免对育晶槽里的溶液造成扰动，从而完成连续过滤循环。本发明还提供了一套晶体培养连续过滤自动控制系统，系统组成涉及到PLC、相关扩展模块、触摸屏、相关执行器和检测传感器。温度控制方法，以育晶槽内的温度为基准温度，根据设定要求，热水浴、冷水浴分别相对基准温度相差AjP A3并保持恒定。育晶槽中的温度，需在一个生长周期内从75°C缓慢降到室温，连续过滤系统的整体降温速度必须与育晶槽中的降温速度一致，使准备回流到育晶槽里的溶液也处于准稳定区和适当的过饱和度，避免与育晶槽中的溶液状态不一致，造成扰动。温度控制系统硬件包括温度传感器、温度采集模块、PLC、加热装置、电磁阀和相关设备。流量联动控制方法，当输送泵与计量泵的启动条件都满足时，输送泵与计量泵同时启动，有一个条件不满足，都停止运转，避免出现一个泵工作另一个不工作的情况，保证生长溶液可以稳定的流动。流量控制系统包括流量计、计量泵、AD模块、DA模块和PLC。报警控制方法，设置了绝对温度上、下限报警，绝对流量上、下限报警，输送泵、计量泵异常工作报警。系统中有两台输送泵与两台流量泵各自互为备用，当正在工作中的泵出现异常时，立即报警并自动切换至另一台。历史数据的存储与分析方法，设置了历史数据表与数据曲线，采样时间可自由设定，数据文件可通过USB接口输出到外部存储器。报警控制与历史数据备份相结合，为诊断故障、排除故障提供依据。为了操作简便，提高人机交流效率，在触摸屏上做了人机交互界面，除电源开关与急停开关采用硬件实现外，其他操作都在触摸屏上实现，包括控制参数的修改、控制命令的发送、部分设备手动自动的切换以及历史数据的查看与分析等等。一种晶体培养连续过滤自动控制系统的应用，包括以下实施过程(I)做好溶液投放工作之后，打开电源，系统即进入自动运行状态。若是初次开机，需进行温度控制，设定包括热水浴的A1、输送泵启动下限A2、冷水浴的A3与计量泵的启动上限八4值(A是指与育晶槽温度的偏差值)。(2)系统进入自动运行状态后，育晶槽内的带有颗粒杂质的溶液进入热水浴的蛇形管，溶液中的杂晶颗粒受热溶解，溶液进入热水浴接受槽。(3)热水浴接收槽中的溶液经输送泵流经两级过滤器，滤除无关杂质，净化溶液品质。(4)过滤后的溶液经计量泵注入冷水浴的蛇形管，溶液温度恢复到与晶体培养罐内温度接近，汇流到冷水浴接收槽，最后回到育晶槽，完成循环。本发明公开了一种晶体培养连续过滤自动控制方法，通过在培养过程中循环过滤，克服溶液自发结晶的影响，使杂晶与无关颗粒大量减少，提高了大尺寸晶体的生长速度和质量，保证KDP和DKDP晶体具有大尺寸、低错位度、高光学均匀性和高激光损伤阈值等特征。
图I是连续过滤自动控制系统的系统图。图2是连续过滤自动控制系统的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步说明。图I中编号I是育晶槽、2是热水浴、3是热水浴接收槽、4是冷水浴、5是冷水浴接收槽、6和10是蛇形管、7是输送泵、8是过滤器、9是计量泵；从左至右的5个测温点分别是育晶槽温度T1、热水浴温度T2、热水浴接收槽温度T3、冷水浴温度T4、冷水浴接收槽温度T5。打开电源，系统已进入自动运行状态。育晶槽内的溶液温度为T1，流经温度为T2 (T2=T1+A1)的热水浴中的蛇形管，杂晶颗粒随着溶液温度的升高而溶解，溶液进入热水浴接 受槽，温度达到T3。热水浴接收槽中的溶液经输送泵流经两级过滤器，滤除无关杂质，净化溶液品质。过滤后的溶液经计量泵流入温度为T4CT4 = VA3)的冷水浴中的蛇形管，溶液温度降低到与育晶槽里的温度接近一致，汇流到冷水浴接收槽，温度为T5，最后回到育晶槽，完成循环。
输送泵与计量泵联动,输送泵启动需满足条件T3 ^ T1+A2，计量泵启动需满足条 件1\ ^ T5 ^ T1+A4,当两个条件都满足时，输送泵与计量泵同时启动，避免一个泵动作另一 个泵不动作的情况发生。
权利要求
1.一种晶体培养连续过滤自动控制方法，其特征是，在快速生长大尺寸KDP和DKDP晶体培养过程中对生长溶液进行循环过滤，滤除生长溶液因自发结晶和育晶槽中旋转部件的影响而产生的不规则杂晶以及生长溶液中滋生的微生物，避免这些颗粒和杂质在生长过程中被包含在晶体里，破坏生长晶体的光学品质。
2.根据权利要求I所述晶体培养连续过滤自动控制方法，其特征是，生长溶液的循环过滤过程是，从育晶槽流出的带有颗粒杂质的生长溶液，先加热溶解杂晶，然后经过滤器滤除无关杂质，最后通过降温使回流到育晶槽里的溶液温度恢复到与育晶槽里的溶液温度一致，避免对育晶槽里的溶液造成扰动，从而完成连续过滤循环。
3.根据权利要求I所述晶体培养连续过滤自动控制方法，其特征是，温度控制方法的特点是，生长溶液在连续过滤系统中循环，要满足以下2个要求 (1)以育晶槽内的温度为基准温度，根据设定要求，热水浴、冷水浴分别相对基准温度相差 和A3并保持恒定； (2)育晶槽中的温度，需在一个生长周期内从75°C缓慢降到室温，连续过滤系统的整体降温速度必须与育晶槽中的降温速度一致，使准备回流到育晶槽里的溶液也处于准稳定区和适当的过饱和度，避免与育晶槽中的溶液状态不一致造成扰动。
4.一种晶体培养连续过滤自动控制方法，包括温度控制、流量联动控制、报警控制、历史数据存储与分析等方法，系统组成涉及PLC、触摸屏、相关执行器和检测传感器，其特征是，晶体生长是一个连续无间歇的过程，最短也要几个月，系统必须具备长时间、连续工作的特性。
全文摘要
本发明公开了一种晶体培养连续过滤自动控制方法，属于过程控制先进控制领域，适用于快速生长大尺寸KDP和DKDP晶体的培养，此方法涉及温度控制、流量联动控制、报警控制、历史数据存储与分析等方法。本发明在晶体培养过程中通过对生长溶液进行循环过滤，克服溶液自发结晶的影响，使杂晶与无关颗粒大量减少，提高了大尺寸晶体的生长速度和质量，保证KDP和DKDP晶体具有大尺寸、低错位度、高光学均匀性和高激光损伤阈值等特征。
文档编号C30B7/08GK102618916SQ201210098340
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张相胜, 李艳坡, 潘丰, 王凯 申请人:江南大学