专利名称：采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于检测与自动化装置技术领域，涉及一种采用激光曲面镜反射进行 熔硅液位检测的装置，用于单晶炉的液面检测。
背景技术：
现有在采用斜入射斜接收式激光三角法对熔硅液位进行检测的过程中，由于单晶 炉室特殊的内外部结构及拉晶工艺要求的限制，使得激光入射点位置与光电检测器之间的 距离较�。す馊肷涞闼谒矫娴揭好娴拇怪本嗬虢洗蟆＜す獯尤肷涞闳肷洌� 硅液面的反射进入光电检测器，再经过光电检测器内平面反射镜的反射将激光反射至传感 器；当熔硅液面的液位发生较小的变化时，激光在经过光电检测器内的平面反射镜后在传 感器上显示的光点位移变化与液位高度变化相同，使得反射至传感器上的光点位移变化不 大，从而液位检测分辨率较低，检测精度不高。
发明内容本实用新型的目的是提供一种采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装置，提 高了熔硅液面的液位检测精度。本实用新型采用的技术方案是，一种采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装 置，包括在单晶炉顶部两侧对称开设的两个开口，两个开口处分别设置有镀金石英玻璃，对 应两个开口处分别设置有激光装置和CCD检测装置，激光装置和CCD检测装置内还设置有
信号处理装置。本实用新型的特征还在于，CCD检测装置的结构是包括检测装置外壳，在检测装置外壳底部水平设置有滤 光片，检测装置外壳的内壁竖直设置有驱动板，驱动板的内侧竖直设置有CCD传感器，检测 装置外壳内还设置有反射面为凹面的曲面反射镜，曲面反射镜的反射面倾斜设置，且反射 面朝向滤光片与CCD传感器，检测装置外壳的顶部设置有连接件。激光装置的结构是包括激光装置外壳，在激光装置外壳内设置有激光器，激光器 的外表面设置有温控装置，激光器与温控装置分别与控制电路板相连接，激光装置外壳的 顶部设置有电连接件与冷却空气接口。信号处理装置的结构是包括在激光装置内设置的激光器驱动电路、激光器温控 电路与微处理器a，以及在CXD检测装置内设置的CXD驱动电路、图像信号处理电路与微处 理器b，激光装置与CXD检测装置分别连接至RS485总线。本实用新型的有益效果是，能够实时检测单晶炉液面位置，CCD检测装置中反射 镜采用曲面反射镜，当熔硅液面发生微小变化后，激光束经过曲面反射镜的凹面反射后，射 向CCD传感器的位置与之前射入的位置发生了较大的位移，解决了现有检测装置由于结构 导致的光学分辨率低的问题，提高了检测装置的精度，便于检测信号的读�。咕哂凶既范� 高，检测时间短，故障率低，安装、操作简便等优点。
图1是本实用新型熔硅液位检测装置的结构示意图；图2是本实用新型熔硅液位检测装置中CXD检测装置的结构示意图；图3是本实用新型熔硅液位检测装置中激光装置的结构示意图；图4是本实用新型熔硅液位检测的装置中信号处理装置的结构框图。图中，1.熔硅液面，2.激光束，3.激光装置，4. C⑶检测装置，5.镀金石英玻璃， 6.单晶炉，7.坩埚，8.坩埚升降装置，9.滤光片，10.连接件，11.曲面反射镜，12. C⑶传感 器，13.驱动板，14.温控装置，15.激光器，16.电连接件，17.冷却空气接口，18.控制电路 板，19.电源，20.激光器驱动电路，21.激光器温控电路，22.微处理器a，23. C⑶驱动电路， 24.图像信号处理电路，25. RS485总线，26.电源线，27.微处理器b。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。本实用新型采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装置，由机械部分和信号处 理装置两部分组成。如图1所示，为该激光液面检测装置的机械部分，包括单晶炉6，单晶炉6内设置 有坩埚7，坩埚7的下端设置有坩埚升降装置8，在单晶炉6的顶端两侧对称开有开口，两个 开口上分别设置有激光装置3和CXD检测装置4，单晶炉6的炉壁上对应激光装置3与CXD 检测装置4的位置设置有镀金石英玻璃5。其中，CXD检测装置4的结构如图2所示，在CXD检测装置4外壳的底部水平设置 有滤光片9，在CCD检测装置4的内壁竖直设置有驱动板13，驱动板13的内侧竖直设置有 CCD传感器12，在CCD检测装置4内还设置有反射面为凹面的曲面反射镜11，曲面反射镜 11的发射面倾斜设置且面向滤光片9与CXD传感器12，在CXD检测装置4的顶部设置有连 接件10。激光装置3的结构如图3所示，在激光装置3的外壳内设置有激光器15，激光器 15的外表面设置有温控装置14，激光器15与温控装置14分别都连接至控制电路板18上， 在激光装置3的外壳的顶部还分别设置有电连接件16与冷却空气接口 17。本实用新型激光液面检测装置的信号处理装置结构框图如图4所示，为信号处理 部分，包括电源19，电源19分别通过电源线沈连接有激光装置3、CCD检测装置4，激光装 置3、(XD检测装置4也分别与RS485总线25连接，激光装置3包括激光器驱动电路20、激 光器温控电路21与微处理器a 22，CXD检测装置4包括CXD驱动电路23、图像信号处理电 路M与微处理器b 27。具体来说，微处理器a 22与微处理器b 27分别联结至RS485总 线25。激光器驱动电路20用于驱动激光器15，激光器温控电路21用于控制温控装置14， CXD驱动电路23用于驱动CXD传感器12，图像信号处理电路M用于处理经过驱动板13的 信号。本实用新型激光液面检测装置的使用过程是，坩埚7内放置有待检测的熔硅液， 坩埚升降装置8用来调节坩埚7在单晶炉6内的上下位置。由控制电路板18控制激光器 15以及温控装置14，当激光器15温度过高时冷气通过冷却空气接口 17进入激光装置3降温。激光器15发出激光束2，激光束2通过镀金石英玻璃5经过熔硅液面1反射进入CXD 检测装置4，实现基本的激光三角法检测。进入CCD检测装置4的激光束2首先通过滤光 片9将非激光频谱的光谱滤去，以防止其他光源对CCD传感器12的干扰，然后通过曲面反 射镜11反射至CXD传感器12，CXD传感器12输出的信号经过驱动板13处理后再经过连接 件10送出检测信号。当熔硅液面1发生微小变化后，激光束2经过曲面反射镜11的凹面 反射，射向CCD传感器12的位置与之前射入的位置发生了较大的位移，从而提高了检测的 精度，便于检测信号的读取。 本实用新型激光液面检测装置适用于直拉式单晶炉熔硅液面的检测，具有很好的 线性放大功能，可以将液面的微小位移变化线性放大为光电检测器上的光点位移变化，准 确度高，检测时间短，故障率低，安装、操作简便；其CCD检测装置也可以应用于一般的光点 位置指示系统，得到具有线性放大功能的位置指示装置。
权利要求1.一种采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装置，其特征在于，包括在单晶炉 (6)顶部两侧对称开设的两个开口，两个开口处分别设置有镀金石英玻璃(5)，对应两个开 口处分别设置有激光装置C3)和CCD检测装置0)，激光装置C3)和CCD检测装置(4)内还 设置有信号处理装置。
2.根据权利要求1所述的熔硅液位检测的装置，其特征在于，所述的CCD检测装置(4) 的结构是包括检测装置外壳，在检测装置外壳底部水平设置有滤光片(9)，检测装置外壳 的内壁竖直设置有驱动板(13)，驱动板(1 的内侧竖直设置有CCD传感器(12)，检测装置 外壳内还设置有反射面为凹面的曲面反射镜(11)，曲面反射镜(11)的反射面倾斜设置，且 反射面朝向滤光片(9)与CCD传感器(12)，所述检测装置外壳的顶部设置有连接件(10)。
3.根据权利要求1所述的熔硅液位检测的装置，其特征在于，所述的激光装置(3)的结 构是包括激光装置外壳，在激光装置外壳内设置有激光器(15)，激光器(1 的外表面设 置有温控装置(14)，所述激光器(1 与温控装置(14)分别与控制电路板(18)相连接，所 述激光装置外壳的顶部设置有电连接件(16)与冷却空气接口 (17)。
4.根据权利要求2或3所述的熔硅液位检测的装置，其特征在于，所述的信号处理装 置的结构是包括在激光装置⑶内设置的激光器驱动电路(20)、激光器温控电路与 微处理器a (22)，以及在C⑶检测装置内设置的C⑶驱动电路(23)、图像信号处理电路 (24)与微处理器b (27)，激光装置(3)与CCD检测装置(4)分别连接至RS485总线(25) 0
专利摘要本实用新型公开了一种采用激光曲面镜反射进行熔硅液位检测的装置，包括在单晶炉顶部两侧对称开设的两个开口，两个开口处分别设置有镀金石英玻璃，对应两个开口处分别设置有激光装置和CCD检测装置，激光装置和CCD检测装置内还设置有信号处理装置。本实用新型的激光液面检测装置，能够实时检测单晶炉液面位置，提高了检测装置的精度，便于检测信号的读�。咕哂凶既范雀撸觳馐奔涠蹋收下实停沧�、操作简便等优点。
文档编号G01F23/292GK201852618SQ20102028458
公开日2011年6月1日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者侯晓宁, 宋念龙, 李琦 申请人:西安理工大学
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