[发明专利]一种基于铁电晶体相变特性的温控装置及温控方法

说明书

技术领域

本发明属于智能温控设备领域。

背景技术

近几年，铁电晶体备受研究领域的关注，其优异的光学性质表明该晶体在光学器件领域有巨大应用潜力。晶体发生相变会导致其光学性能的改变。铁电晶体处在居里温度以下时呈现铁电相，此时晶体内部的铁电畴会散射入射到晶体的光，其光学透过性能很差。当温度超过晶体的居里温度时，晶体呈现顺电相，晶体内部没有铁电畴结构的存在，当光入射到晶体时不会发生畴壁对光的散射现象，此时光学透过性最好，可用于制作光学器件。

发明内容

本发明是为了解决现有温控装置精确度差的问题，提出了一种基于铁电晶体相变特性的温控装置及温控方法。

本发明所述的一种基于铁电晶体相变特性的温控装置，该装置包括激光器、控温装置、铁电晶体、光电探测器、信号处理器和计算机；

单晶体置于控温装置内，控温装置的相对的两个侧壁相对开有两个透光孔，所述铁电晶体与两个透光孔位于同一条直线上，光电探测器和激光器分别位于控温装置的两侧，且激光器的激光发射端口、铁电晶体和光电探测器的感光面位于同一条直线上，光电探测器的电信号输出端连接信号处理器的信号输入端，信号处理器的信号输出端连接计算机的光强信号输入端，计算机的控制信号输出端连接控温装置的温控信号输入端；

基于上述装置的一种基于铁电晶体相变特性的温控方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、对所采用的铁电晶体进行电极制备和极化操作，并将极化后的铁电晶体放入温度变化环境内并绘制铁电晶体的介电常数-温度曲线；

步骤二、将铁电晶体的介电常数-温度曲线存入计算机内，将所采用的铁电晶体置于待温控的装置内，采用激光器向铁电晶体发射光束，采用光电探测器采集经过铁电晶体的光强信号，并将接收的光强信号转换为电信号后发送至信号处理器；

步骤三、信号处理器将经过处理后的信号发送至计算机，计算机根据铁电晶体的介电常数-温度曲线获得当前待温控的装置内的温度信息；

步骤四、计算机根据温度信息向控温装置发送温控信号，实现基于铁电晶体相变特性的温度控制。

本发明采用单晶体的温度的相变导致光学性能改变的特性，采用观点探测器探测经过晶体后的光强信号，计算机根据光强信号的强度获知装置内的温度信号，并根据实际需求控制控温装置进行加热或制冷，实现随温度的精确采集和控制。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于铁电晶体相变特性的温控装置的结构示意图；

图2为钛酸钡晶体的介电常数-温度曲线图；

图3为钛酸钡单晶在温度为30℃时晶体内部畴结构示意图；

图4为钛酸钡单晶在温度为122℃时晶体内部畴结构示意图；

图5为钛酸钡单晶在温度为123℃时晶体内部畴结构示意图；

图6为钛酸钡单晶在不同温度下的透射率随波长变化曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于铁电晶体相变特性的温控装置，该装置包括激光器1、控温装置2、铁电晶体3、光电探测器4、信号处理器5和计算机6；

单晶体3置于控温装置2内，控温装置2的相对的两个侧壁相对开有两个透光孔，所述铁电晶体3与两个透光孔位于同一条直线上，光电探测器4和激光器1分别位于控温装置2的两侧，且激光器1的激光发射端口、铁电晶体3和光电探测器4的感光面位于同一条直线上，光电探测器4的电信号输出端连接信号处理器5的信号输入端，信号处理器5的信号输出端连接计算机6的光强信号输入端，计算机6的控制信号输出端连接控温装置2的温控信号输入端。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于铁电晶体相变特性的温控装置的进一步说明，铁电晶体3包括弛豫铁电晶体和非弛豫铁电晶体。

所述弛豫铁电晶体包括(1-x)PMN-xPT晶体(x≥0.35)、(1-x-y)PIN-yPMN-xPT晶体(x≥0.35，x+y≤1)和(1-x)PZN-xPT晶体(x≥0.09)；非弛豫铁电晶体BaTiO₃晶体和以其为母体的掺杂BaTiO₃晶体，铁电晶体3材料可以分为以PMNT、PZNT等晶体为代表的弛豫铁电晶体和以LiNbO3，BaTiO3等晶体为代表的非弛豫铁电晶体两大类。铁电晶体因材料的不同居里温度也各异，我们可以根据实际需要来选择应用的晶体。