CN107910437A - 一种基于plc控制器自动实现压电晶体单畴化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，所述自动实现压电晶体单畴化的方法中包括用于加热的极化炉、温控仪、程控电源、PLC控制器和电脑，所述PLC控制器通过数据线分别与温控仪、程控电源和电脑连接；所述PLC控制器包括控制屏和控制系统，所述控制屏上设有自动极化的条件设置选项，包括手动、自动极化设置选项；极化温度设置选项；恒温延时设置选项；极化方式设置选项；极化电流、电压设置选项；极化电流、电压上升时间设置选项、极化关闭方式设置选项和报警功能设置选项。本发明真正实现了自动化，解放了劳动力，提高了极化的质量，特别适合规模性大批量生产作业。
Description
技术领域
本发明涉及压电晶体材料制造工艺中晶体单畴化处理，属于晶体加工的技术领域，具体涉及一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法。
背景技术
压电晶体材料具有良好的压电、热电和电光性能，是制作宽频带高稳定性振荡器、滤波器，以及高灵敏度热电探测器和电光调制器的理想材料，广泛应用于电视工业和其它科技领域。在铌酸锂，钽酸锂等压电晶体制造工艺过程中，为了使其具有较好的压电特性，需要进行晶体单畴化处理。在晶体加热到特定温度时，通过在晶体两端施加一定的电压，使其晶体内部的畴，在电场作用下，顺着电场方向进行翻转，实现畴的方向一致性，实现单畴化。传统的极化工艺中，往往是在到达极化温度后，通过人工操作施加极化电压完成晶体单畴化。或者人为进行调节极化电源大小，完成极化时间后手动关闭极化电源等。
针对上述存在的问题，现有的中国专利文献公开了一种压电体极化处理方法，专利号：00124189.3，通过测量流过压电体的电流，在测量到电流值达到设定值时停止施加DC电压。通过利用极化过程中电流和极化程度的相关性，根据电流值控制极化程度。该发明其实是一种极化参数优化的方法，摸索出一个特定的极化电流值，即使用多大的电流才能极化出好的极化效果。
传统技术的缺点是，整个极化过程人工控制，需要人工观察极化温度变化情况，进行极化操作，包括开启极化电源，调节极化电流或电压大小，或者在极化过程中间断性的调节极化电源的大小等等。人力投入大，极化质量受人为影响容易出现失误，手动施加极化电源的方法，对晶体冲击加大，容易灼伤晶体，形成极化条纹，极化斑甚至碎裂等情况。受到极化周期长的影响，很多时候极化工作需要在深夜或者凌晨进行，而且操作时间长，有时需要几天，人为操作的方法，费时费力，不适合规范性生产或者规模化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，真正实现了自动化，解放了劳动力，提高了极化的质量，特别适合规模性大批量生产作业。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，所述自动实现压电晶体单畴化的方法中包括用于加热的极化炉、温控仪、程控电源、PLC控制器和电脑，其特征在于：所述PLC控制器通过数据线分别与温控仪、程控电源和电脑连接，用于读取极化炉内温度、极化电流、电压数据及控制程控电源输出及开、关，所述PLC控制器与电脑连接用于获取各项输入数据的数值以及运行数据；所述PLC控制器包括控制屏和控制系统，所述控制屏上设有自动极化的条件设置选项，包括手动、自动极化设置选项；极化温度设置选项；恒温延时设置选项；极化方式设置选项；极化电流、电压设置选项；极化电流、电压上升时间设置选项、极化关闭方式设置选项和报警功能设置选项。
作为一种优选，所述极化温度设置选项中极化温度的输入范围为0～2000℃。该设置项针对不同晶体的晶体可以灵活设置对应的温度，当到达该温度后在延时为零的情况下，控制系统会自动打开极化电源，并且极化电压通过标准配置的极化线施加到晶体上，最终形成极化电流，进行极化。
作为一种优选，所述恒温延时选项中延时时间输入范围0～9999分钟。该延时目的是达到极化温度后保温一段时间，使晶体加热更均匀，受热更一致，以提高极化的效果防止出现局部差异。
作为一种优选，所述极化方式设置选项包括恒电流控制方式和恒电压控制方式。在恒电流控制方式下，以电流大小为控制对象，电压开环控制。在恒电压控制方式下，以电压大小为控制对象，电流开环控制。两种极化方式的自由选择，满足了不同晶体的极化工艺。
作为一种优选，所述极化电流、电压设置选项中电流值输入范围0～1000ma，在恒电流控制方式下，如果电流上升时间设置为0，则开启极化电源后，马上达到该设定值的电流，同时锁定该状态下的电压值。电压值输入范围0～500V,在恒电压控制方式下，如果电压上升时间设置为0，则开启极化电源后，马上达到该设定值的电压，同时锁定该状态下的电压值。
作为一种优选，所述极化电流、电压上升时间设置选项中时间设置范围0-9999分钟。该参数的设置是为了让电流或者电压缓慢上升，减少对晶体的冲击，使极化效果更好。当输入上升时间数据后，电脑会自动计算出每分钟的上升量，并在极化过程中实时发送给PLC进行执行和调整。
作为一种优选，所述极化关闭方式设置选项包括指定电流值关闭和指定温度关闭两个方式。
本发明手动、自动极化设置选项，当选为自动时控制系统起作用，运行自动极化控制的程序；当选用手动方式则极化过程需要人工操作，增加了本发明在实际使用时的灵活性和实用性。报警功能设置选项中电流异常值设置，输入范围0-1000ma，当晶体异常或者极化线短路等情况时，极化电流将对应出现异常，当超过设定值时，PLC控制器将发出报警信号，电压异常值设置，输入范围0-500V，工作原理与电流异常报警相同。
本发明控制屏上显示实时的极化电流值和极化电压值，通过PLC控制器与极化电源进行通讯，读取实时数据发送到电脑，显示在屏幕上。
本发明利用PLC控制器通过数据线连接到加热炉的温度控制器上，读取加热炉内的实施温度，PLC控制器通过数据线连接到极化用的程控电源，实现对电源数据的读取和控制，包括读取电流值，读取电压值，也可以进行输出电流设置，输出电压设置等功能，PLC控制器通过数据线连接到电脑，用于取得设置数据或者是执行的数据，在电脑内进行电流，电压，延时等一系列数据的分析。PLC控制器根据实际的温度情况，在设定的极化温度下自动打开极化电源，同时极化过程中按照设定的极化电流大小，控制极化电源的输出，到达设定的时间或者满足条件后自动关闭极化电源，实现自动极化的过程。从真正意义上实现自动化，无人操作。特别是由于极化的周期较长，很多时候，极化的时间点都需要在晚上或者凌晨进行，需要开启极化电源或者调节极化电压电流，传统工艺方法费时费力。而本发明正好解决了这一系列的问题，实现了自动化，解放了劳动力，提高了极化的质量，特别适合规模性大批量生产作业。本发明适用性强，能够实现绝大部分压电晶体的极化工艺。简单的说，本发明通过PLC控制器，电脑，数据采集等部件，加入条件判断等方法，控制器通过不断的读取极化温度数据，在设定条件下，自动开启极化电源，控制极化电源的输出和关闭，最终使晶体极化过程自动化完成，提高了晶体单畴的质量和效率。
本发明具有以下有益效果：
1、使用自动化控制系统，实现了极化过程全自动，无人工参与。
2、使用了PLC多路数据的采集，集中显示，实时观察，直观明了，操作方便。
3、使用了先进的高精度程控电源，使晶体极化可靠性大大提高。
4、使用了均匀缓慢的方法，提升极化电流或电压，使得晶体极化质量更加好，减少极化斑的产生，大大减少了极化晶体的碎裂。
5、自动化极化的实现，大大解放了劳动力，降低了人员要求。
6、具有很强的推广意义，可以运用到晶体的极化工艺中去，实现自动化高精度控制。
附图说明
图1为本发明实施例的简易框图。
其中，1为压电晶体、 2为极化炉、3为极化上电极、4为极化下电极、5为极化线、6为程控电源、7为PLC控制器、8为温控仪、9为电脑。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
具体实施方式
如附图1所示，一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，所述自动实现压电晶体单畴化的方法中包括用于加热的极化炉2、温控仪8、程控电源6、PLC控制器7和电脑9，所述PLC控制器7通过数据线分别与温控仪8、程控电源6和电脑9连接，用于读取极化炉内温度、极化电流、电压数据及控制程控电源输出及开、关，所述PLC控制器7与电脑9连接用于获取各项输入数据的数值以及运行数据；所述PLC控制器7包括控制屏和控制系统，所述控制屏上设有自动极化的条件设置选项，包括手动、自动极化设置选项；极化温度设置选项；恒温延时设置选项；极化方式设置选项；极化电流、电压设置选项；极化电流、电压上升时间设置选项、极化关闭方式设置选项和报警功能设置选项。
实施例1：一种基于PLC控制器自动实现铌酸锂压电晶体单畴化的方法，首先设定各项实现自动极化的参数，打开自动极化控制开关，使自动极化系统启动，设置极化温度1000℃，输入延时时间60分钟，输入极化方式为恒电压极化，输入极化电压值200V，输入极化电压上升时间200分钟，设置极化关闭方式为检测炉温度关闭， 温度为500℃。
开始工作后，随着极化炉温度缓慢上升，PLC控制器通过数据线与炉体温控仪进行通讯，不断检测炉内温度，当检测到1000度时，开启PLC内部计时器，开始计时，当计时到达60分钟后，PLC控制器自动打开程控电源，由于设置了极化电压上升时间，所以程控电源开启后输出电压由0V，缓慢上升，需要经过200分钟后才能上升到200V的最高极化电压，在整个电压上升的过程中，PLC控制器与程控电源通过数据线连接进行通讯，程控电源受PLC直接控制，当到达200V极化电压后，恒压输出200V。由于设置了检测炉温关闭，PLC控制器通过数据线与炉体温控仪进行通讯，不断检测炉内温度，当检测到500度时，PLC控制器关闭程控电源。等到极化炉温度降到室温后，极化过程结束，炉内晶体完成极化。
在整个极化运行的过程中，只有在输入参数和开启系统是需要人工操作，其余过程，包括开极化电源，调节极化电源，查看炉温变化等都不需要人工参与，整个过程自动进行。
实施例2：实施例2：一种基于PLC控制器自动实现钽酸锂压电晶体单畴化的方法，首先设定各项实现自动极化的参数，打开自动极化控制开关，使自动极化系统启动，设置极化温度600℃，输入延时时间90分钟，输入极化方式为恒电流极化，输入极化电流值100MA，输入极化电流上升时间30分钟，设置极化关闭方式为电流为零关闭。
开始工作后，随着极化炉温度缓慢上升，PLC控制器通过数据线与炉体温控仪进行通讯，不断检测炉内温度，当检测到600度时，开启PLC内部计时器，开始计时，当计时到达90分钟后，PLC控制器自动打开程控电源，由于设置了极化电流上升时间，并且工作在恒电流模式，所以程控电源开启后输出电流0MA，经过一段时间后缓慢线性上升，需要经过30分钟后才能上升到设定的100MA的最高极化电流，在整个电压上升的过程中，PLC控制器与程控电源通过数据线连接进行通讯，程控电源受PLC直接控制，在整个过程中，始终工作在恒电流模式，即只检测电流，电压开环状态，当到达100MA的极化电流后，PLC将控制程控电源转为恒压模式，锁定当前的输出电压（即最高极化电压的高低由晶体的等效电阻决定，不同晶体电压将不同）。由于设置了零电流关闭，极化完成后，随着炉温的缓慢降低极化电流将会出现对应的下降，直到某个温度时电流降为零。在降温过程中，PLC控制器通过数据线程控电源的实际电流值，当检测到电流为零时，PLC控制器关闭程控电源。等到极化炉温度降到室温后，极化过程结束，炉内晶体完成极化。
在整个极化运行的过程中，只有在输入参数和开启系统是需要人工操作，其余过程，包括开极化电源，调节极化电源，查看炉温变化等都不需要人工参与，整个过程自动进行。
Claims (7)
1.一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，所述自动实现压电晶体单畴化的方法中包括用于加热的极化炉、温控仪、程控电源、PLC控制器和电脑，其特征在于：所述PLC控制器通过数据线分别与温控仪、程控电源和电脑连接，用于读取极化炉内温度、极化电流、电压数据及控制程控电源输出及开、关，所述PLC控制器与电脑连接用于获取各项输入数据的数值以及运行数据；所述PLC控制器包括控制屏和控制系统，所述控制屏上设有自动极化的条件设置选项，包括手动、自动极化设置选项；极化温度设置选项；恒温延时设置选项；极化方式设置选项；极化电流、电压设置选项；极化电流、电压上升时间设置选项、极化关闭方式设置选项和报警功能设置选项。
2.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述极化温度设置选项中极化温度的输入范围为0～2000℃。
3.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述恒温延时选项中延时时间输入范围0～9999分钟。
4.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述极化方式设置选项包括恒电流控制方式和恒电压控制方式。
5.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述极化电流、电压设置选项中电流值输入范围0～1000ma，电压值输入范围0～500V。
6.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述极化电流、电压上升时间设置选项中时间设置范围0-9999分钟。
7.如权利要求1所述的一种基于PLC控制器自动实现压电晶体单畴化的方法，其特征在于：所述极化关闭方式设置选项包括指定电流值关闭和指定温度关闭两个方式。
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