基于ＰＩＤ控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置制造方法及图纸

一种基于ＰＩＤ控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置，其特征是它主要由安装在热处理炉中的热电偶（１）、调整放大电路（２）、数据采集卡（３，７）、安装有ＰＩＤ控制软件的计算机（４）、光电隔离电路（５）和可控硅调功控温电路（６）组成，热电偶（１）的输出与调理放大电路（２）的输入端相连，调理放大电路（２）的输出与数据采集卡（３）的数据输入端相连，数据采集卡（３，７）安装在计算机（４）中，计算机（４）根据数据采集卡（３）采集到的数量在ＰＩＤ控制软件的控制下返回控制信号给数据采集卡（７）发出控制指令，数据采集卡（７）通过光电隔离电路（５）驱动可控硅调功控温电路（６）动作实现温度的升降。本实用新型专利技术具有温度控制精度高，可降低对设备自动化水平的要求，有利于降低生产成本。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热处理温度控制装置，尤其是一种自聚焦透镜制造过程中玻璃丝离子交换温度的控制装置，具体地说是一种基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度 控制装置。
技术介绍
众所周知，自聚焦透镜是径向变折射率透镜，具有直径小(可以小于Imm)、焦距短 (焦点可位于端面上)、数值孔径大(可大于0. 6)、成像分辨率高(可大于3001p/mm)、出射 光斑小(可小于1微米)、消像差性能好、对入射光信息具有很好的准直、会聚、扩束能力，在 光纤通讯、传感、光信息处理等领域具有广泛的应用。但是在实际的生产过程中，批量生产 的工艺控制一直是一个比较困难的问题。虽然西南大学刘德森教授就自聚焦透镜的批量生 产申请了专利，但是在离子交换控制的方法和装置在实际使用中有一定的偏差，尤其控制 温度的精度要求高时，必须提高控制的算法和实验装置的自动化。目前主要采用中断实验， 进行采样测试的方法来控制自聚焦透镜的折射系数分布的方法。但是由于离子交换气氛本 身的环境问题，自聚焦透镜生产过程对设备自动化要求越来越高，导致生产成本居高不下。
技术实现思路
本技术的目的是针对自聚焦透镜生产过程中温度控制难度大和自动化水平 不高的问题，设计一种基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置。通过合理设计 控制参数，提高离子交换设备温度控制的自动化和准确性，离子交换后产品的折射系数变 化满足理论设计，提高产品的合格率。本技术的技术方案是一种基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置，其特征是它主要由安装 在热处理炉中的热电偶1、调整放大电路2、数据采集卡3，7、安装有PID控制软件的计算机 4、光电隔离电路5和可控硅调功控温电路6组成，热电偶1的输出与调理放大电路2的输 入端相连，调理放大电路2的输出与数据采集卡3的数据输入端相连，数据采集卡3、7安装 在计算机4中，计算机4根据数据采集卡3采集到的数量在PID控制软件的控制下返回控 制信号给数据采集卡7发出控制指令，数据采集卡7通过光电隔离电路5驱动可控硅调功 控温电路6动作实现温度的升降。本技术的有益效果本技术有利于在批量制作自聚焦透镜的过程中控制中提高离子交换炉温度 的均勻性，以控制离子交换气氛，从而达到控制离子交换后玻璃丝相对梯度折射率的误差， 提高自聚焦透镜的产率的一致性。本技术装置简单，易于实现，通过融合了方法特点的软件能很方便地进行炉 温的控制。本技术的自聚焦透镜离子交换的温度实验控制曲线如图3。实验折射率分布如图4，图5。经过本技术控制的热处理炉处理后，自聚焦透镜的折射率分布得到了明显的改善，与理想折射率分布已非常接近。主要原因是Tl+和K+在退火过程中发生扩散，优化 了折射率，使折射率分布更接近理想分布。附图说明图1是本技术的专家参数整定方法示意图。图2是本技术的温度控制硬件框图。图3是利用本技术的方法和装置制造的自聚焦透镜离子交换的温度实验控 制曲线。图4是本技术的控制装置制造的自聚焦透镜的折射率分布图之一。图5是本技术的控制装置制造的自聚焦透镜的折射率分布图之二。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。如图1-5所示。一种基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置，如图2所示，它主要由安 装在热处理炉中的热电偶1、调整放大电路2、数据采集卡3、7、安装有PID控制软件的计算 机4、光电隔离电路5和可控硅调功控温电路6组成，热电偶1的输出与调理放大电路2的 输入端相连，调理放大电路2的输出与数据采集卡3的数据输入端相连，数据采集卡3、7安 装在计算机4中，计算机4根据数据采集卡3采集到的数量在PID控制软件的控制下返回 控制信号给数据采集卡7发出控制指令，数据采集卡7通过光电隔离电路5驱动可控硅调 功控温电路6动作实现温度的升降。以下是PID控制软件编制的基础及自动温度控制方法，其关键点是用人工智能中 的模式识别和专家系统中的推理判断来整定PID控制参数；专家系统首先将人工整定的经 验和技巧归纳为一系列整定规则，再对实时采集的被控系统信息进行分析判断，然后自动 选择某个整定规则，并将被控对象的响应曲线与控制目标曲线比较，反复调整比较，直到满 足控制目标为止；同时在常规PID控制回路的基础上增加知识库和推理机，知识库提供整 定规则，推理机进行整定决策；在实际控制中采用自适应模糊PID控制器对炉温进行控制， 以误差e和误差变化ec作为自适应模糊PID控制器的输入，以满足不同时刻的e和ec及 对PD参数自整定的要求，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模 糊PID控制器，PID参数模糊自整定是找出PD三个参数e和ec之间的模糊关系，在运行中 通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改，以满足不同e和ec 时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。如图1所示。离子交换工艺是自聚焦透镜生产过程的关键工艺。通过离子交换，实现玻璃中被 交换的离子(如Tl+离子)从玻璃向熔盐中扩散，熔盐中的离子(如K+离子)从熔盐向玻 璃中扩散，并在玻璃中取代了被交换的离子(如Tl+离子)。离子交换的结果，在玻璃介质 中，玻璃中的离子(如Tl+离子)从原先的均勻分布变成玻璃中心浓度最高，然后沿半径按 平方规律变小的分布。由于玻璃的折射率与Tl+离子浓度分布成线性关系，因此，在玻璃丝 中出现折射率中心最高，然后按沿半径按平方规律变小的分布。由于离子交换过程与温度 分布、时间和熔盐中的Tl+离子浓度有关，因此控制这些参量对于批量生产自聚焦透镜工艺有重要的作用。在温度控制过程中，本技术提出一种基于PID控制的温度控制方法，并研制相关的温度控制装置应用于实际的生产过程中。PID控制方法是一种常用的控制方法，但是在我们现有的了解和使用过程中，精密 自适应控制方法在自聚焦透镜离子交换的过程中应用极少。根据我们实际生产的需要，我 们研制开发了一种基于PID控制的温度控制方法，并研制相关的温度控制装置。本技术的基本思路是用人工智能中的模式识别和专家系统中的推理判断等 方法来整定PD控制参数，已取得工业应用成果。所谓专家整定法就是模仿人工整定参数的 推理决策过程，自动整定PD控制参数。首先将人工整定的经验和技巧归纳为一系列整定规 贝1J，再对实时采集的被控系统信息进行分析判断，然后自动选择某个整定规则，并将被控对 象的响应曲线与控制目标曲线比较，反复调整比较，直到满足控制目标为止。专家整定法的 系统构成框图如图1所示，在常规PID控制回路的基础上增加了知识库和推理机，知识库提 供整定规则，推理机进行整定决策。在实际生产中，通过积累的大量的温度控制的数据，并 利用这些数据建立PID的控制的参数整定，提高控制的精度和产品的一致性。自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的温 度和实际温度与理想温度的误差e对PID参数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对 PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器。PID参数模糊自整定是找出PID三个参数Kp，Ki, Kd和ec之间的模糊关系，在运行 中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＰＩＤ控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置，其特征是它主要由安装在热处理炉中的热电偶（１）、调整放大电路（２）、数据采集卡（３，７）、安装有ＰＩＤ控制软件的计算机（４）、光电隔离电路（５）和可控硅调功控温电路（６）组成，热电偶（１）的输出与调理放大电路（２）的输入端相连，调理放大电路（２）的输出与数据采集卡（３）的数据输入端相连，数据采集卡（３，７）安装在计算机（４）中，计算机（４）根据数据采集卡（３）采集到的数量在ＰＩＤ控制软件的控制下返回控制信号给数据采集卡（７）发出控制指令，数据采集卡（７）通过光电隔离电路（５）驱动可控硅调功控温电路（６）动作实现温度的升降。

【技术特征摘要】
一种基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置，其特征是它主要由安装在热处理炉中的热电偶(1)、调整放大电路(2)、数据采集卡(3，7)、安装有PID控制软件的计算机(4)、光电隔离电路(5)和可控硅调功控温电路(6)组成，热电偶(1)的输出与调理放大电路(2)的输入端相连，调理放大电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱纪军，刘德森，刘尊亮，
申请(专利权)人：徐州雷奥医疗设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]