蓝宝石晶体生长设备称重系统设计和研究

摘要

蓝宝石晶体作为一种重要的技术晶体,具有良好的物理和化学特性,已被广泛应用于科学技术、国防与民用工业、电子技术等许多领域。随着科学技术的快速发展,对蓝宝石晶体的品质也提出了更为严格的要求。作为晶体的生长设备,其机械结构和控制策略直接影响着蓝宝石晶体的各项品质指标,为了提高生产设备的精度及自动化程度,本文具体研究方案如下:
　　首先,通过分析目前国际上主流的蓝宝石晶体生长工艺,最终采用泡生法作为晶体生长的方法,在深入研究泡生炉各个组件部分后,提出了其中的称重系统对晶体生长起着至关重要的作用,并设计出相关机械结构。
　　其次:研究了称重系统的核心部件一传感器:通过研究弹性体的选材、结构类型和设计原则,设计平行梁双连孔结构作为弹性体结构,针对此结构提出不同的应变片粘贴方式,运用ANSYS Workbench软件对弹性体进行应力、应变和变形分析。通过对比最终确定合理的布片方式;然后提出称重系统中传感器的三种布置方式,建立相关系统模型,运用 ANSYS Workbench对系统结构进行研究分析,根据对籽晶杆的偏心程度影响最小的原则,最终确定合理的布置方式,从而达到对称重系统的优化。
　　最后,通过称重系统所采集晶体质量.建立了质量与晶体生长率之间的关系,为等径控制做好理论基础。在深入研究了PID控制原理后,采用模糊PID控制算法,实现蓝宝石晶体生长的等径控制。利用MATLAB软件,将其与传统PID控制、模糊控制进行对比,确定了模糊PID算法在系统的动态性能和稳态精度上都具有良好的效果。

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1绪论

1.1蓝宝石晶体介绍

1.2蓝宝石晶体的应用

1.3课题研究背景和意义

1.4课题主要研究内容

2蓝宝石晶体制备

2.1几种典型蓝宝石晶体生长方法

2.2蓝宝石晶体生长设备

3称重系统设计

3.1称重系统的工作原理

3.2称重方案的选择

3.3称重结构确定

3.4称重系统主要部件设计及计算

4传感器设计

4.1称重传感器的分类

4.2应变片

4.3弹性体

4.4基于ANSYS的有限元分析

5晶体生长模型研究

5.1晶体生长过程

5.2生长率计算

5.3控制系统确定

5.4控制算法的研究

5.5MATLAB仿真

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献