[發(fā)明專利]一種高精度晶體生長粉料給定控制裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911372401.9
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111005063A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙琰;趙韋侖;張東;唐堅(jiān);董穎男;畢孝國
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工程學(xué)院
• 主分類號: C30B11/10
• 分類號: C30B11/10;C30B29/16;C30B29/32
• 代理公司: 沈陽銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地來講為一種高精度晶體生長粉料給定控制裝置。該裝置具有PWM調(diào)速電機(jī)，通過PWM調(diào)速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸承通過旋轉(zhuǎn)搖臂連接一旋轉(zhuǎn)?直線運(yùn)動軸承，通過旋轉(zhuǎn)?直線運(yùn)動軸承帶動直線運(yùn)動定軸器上下運(yùn)動使得振動往復(fù)活塞上下運(yùn)動，所述振動往復(fù)活塞連接一振動桿，所述振動桿帶動給料倉倉底的粉體給料篩網(wǎng)按照設(shè)定的振幅和頻率振動向晶體生長爐內(nèi)給料。通過對晶體生長原料供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量控制，通過實(shí)驗(yàn)分析，給料精度可達(dá)0.01克/秒，完全滿足系統(tǒng)給料控制要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地來講為一種高精度晶體生長粉料給定控制裝置。

背景技術(shù)

金紅石單晶體因具有高的雙折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，在制備光隔離器、光環(huán)形器、起偏器等器件中有不可替代的優(yōu)勢。像金紅石等高溫氧化物單晶體，傳統(tǒng)上是使用傳統(tǒng)焰熔法晶體生長爐生長的。

在傳統(tǒng)的焰熔法晶體生長爐給料原料控制中，主要采用絲杠調(diào)節(jié)振幅和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)振動頻率相結(jié)合的方法，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和對晶體生長形態(tài)的觀察來大致調(diào)節(jié)給料量，無法實(shí)現(xiàn)高精度定量給料，滿足不了晶體生長自動給料的精度要求。在實(shí)際晶體生長控制過程中，雙參數(shù)協(xié)調(diào)控制，不但會增加系統(tǒng)的控制難度，而且使統(tǒng)機(jī)械構(gòu)造更加復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)體積過大、造價(jià)過高、維護(hù)成本高，不利于設(shè)備的批量化生產(chǎn)。通過近五年的晶體生長實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在控制晶體生長速度的給料環(huán)節(jié)上，往往以限定頻率，改變振幅為主，頻率加振幅的控制模式不但造成了系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)利用率的浪費(fèi)，而且為給料系統(tǒng)自動控制控制模式的建模造成障礙。另外，在使用傳統(tǒng)的晶體生長爐，由于諸多生長工藝參數(shù)沒有精確的控制，對晶體生長速度，生長形態(tài)，以及整個(gè)生長室內(nèi)的溫度分布、組成分布只能通過人工觀察，手動調(diào)節(jié)，導(dǎo)致所生長的晶體在結(jié)構(gòu)完整性，比如位錯(cuò)密度高、應(yīng)力大、不均勻等。系統(tǒng)會極大的增加控制晶體生長的勞動強(qiáng)度，由于在晶體生長過程中要實(shí)時(shí)觀測晶體形態(tài)，調(diào)節(jié)原料給定速度，致使每名設(shè)備操作人員最多操作2部晶體生長爐，邊觀察邊操作設(shè)備，而且往往會手忙腳亂，導(dǎo)致晶體“流淌”，極大的影響了晶體生長的成功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高精度晶體生長粉料給定控制裝置，解決無法實(shí)現(xiàn)高精度定量給料，滿足不了晶體生長自動給料的精度要求的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，

一種高精度晶體生長粉料給定控制裝置，該裝置包括：控制器支撐件，所述控制器支撐件內(nèi)安裝有PWM調(diào)速電機(jī)包括有PWM調(diào)速電機(jī)，所述PWM調(diào)速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸承通過旋轉(zhuǎn)搖臂連接一旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動軸承，通過旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動軸承帶動直線運(yùn)動定軸器上下運(yùn)動，所述直線運(yùn)動定軸器的端部伸出控制器殼體，在直線運(yùn)動定軸器的端部安裝有振動位移調(diào)節(jié)頭；在晶體生長爐的上方設(shè)置給料倉，在所述給料倉豎直向端部對應(yīng)直線運(yùn)動定軸器的下方安裝有振動往復(fù)活塞，直線運(yùn)動定軸器的上下運(yùn)動觸動振動往復(fù)活塞使得動振動往復(fù)活塞上下往復(fù)運(yùn)動，所述振動往復(fù)活塞連接一振動桿，所述振動桿帶動給料倉倉底的粉體給料篩網(wǎng)按照設(shè)定的振幅和頻率振動向晶體生長爐內(nèi)給料。

進(jìn)一步地，所述粉體給料篩網(wǎng)沿給料倉內(nèi)壁按照給定頻率與振幅上下滑動。

進(jìn)一步地，該裝置采用可編程控制器，所述可編程控制器通過EM235模擬量模塊連接的料量傳感器采集的反饋信號確定給料量，根據(jù)控制要求采用內(nèi)嵌控制算法將控制值送到PWM控制模塊控制所述PWM調(diào)速電機(jī)。

進(jìn)一步地，可編程控制器根據(jù)實(shí)際給料量與設(shè)定值之間的差值調(diào)節(jié)控制信號，當(dāng)控制信號的差值大于一個(gè)步長時(shí)，按模糊控制的算法進(jìn)行控制，當(dāng)控制信號的差值小于一個(gè)步長時(shí)，采用連續(xù)控制算法進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述PWM調(diào)速電機(jī)輸出的頻率給定采用矢量控制模式，通過矢量坐標(biāo)電路控制PWM調(diào)速電機(jī)定子電流的大小和相位，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：