[实用新型]基于PID控制的自聚焦透镜离子交换温度控制装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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1mm)、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300lp/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。

发明内容

本实用新型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。

本实用新型的技术方案是：

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。

本实用新型的有益效果：

本实用新型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匀性，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。

本实用新型装置简单，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。

本实用新型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。

经过本实用新型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是本实用新型的专家参数整定方法示意图。

图2是本实用新型的温度控制硬件框图。

图3是利用本实用新型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是本实用新型的控制装置制造的自聚焦透镜的折射率分布图之一。

图5是本实用新型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

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

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。