[实用新型]直拉式单晶炉中晶体与熔硅液面熔接状态自动检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直拉式单晶生产技术，特别是涉及一种直拉式单晶炉中晶体与熔硅液面熔接状态自动检测装置。

背景技术

在直拉式单晶硅生产过程中，从多晶硅料到拉制出单晶硅棒需要经过多个工艺步骤，其中的引晶、放肩、转肩、等径和收尾等工艺步骤下，都需要监测晶体与熔硅液面熔接的状态。其中的引晶过程为细晶的生长过程，引晶开始前需要将籽晶棒缓慢插入熔硅液面中，待液面温度达到细晶生长要求时即可控制液面温度和籽晶的提升速度来实现细晶的生长。而籽晶下降的过程中必须判断籽晶与熔硅液面的熔接状态，发现熔接时应停止下降，籽晶过降将造成籽晶全熔或籽晶夹头熔化的事故。在实际生产中，籽晶的下降过程必须操作者手动操作，通过肉眼判断熔接状态，增加了劳动强度并存在人为因素引起的事故隐患。生产过程中经常有此类事故发生。

在放肩、转肩、等径和收尾过程中，需要实时监测晶体与熔硅液面的熔接状态，一旦发现脱离液面则晶体无法继续生长，应立即中止生长并采取应对操作。整个晶体生长过程一般有30多小时，全程需要人为观察晶体与液面的熔接状态，因此提供一种自动检测晶体与熔硅液面熔接状态的装置，对于提高直拉式单晶炉自动化程度、降低操作者劳动强度和防止生产事故都具有重大意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种直拉式单晶炉中晶体与熔硅液面熔接状态自动检测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型中的直拉式单晶炉中晶体与熔硅液面熔接状态自动检测装置，如附图1所示包括滑轮1、引出导线2、外层包覆绝缘材料的缆索管3(缆索管也可以是绝缘材质制成的)、钢丝绳4、金属材质的籽晶夹头5、石英坩埚6、石墨坩埚7、导电材料的坩埚托杆8和引出导线9；钢丝绳4的一个端头与籽晶夹头5相连，另一端头通过滑轮1后绕在缆索管3上，缆索管3与升降驱动机构连接；钢丝绳4与滑轮1之间是导通的，和炉体之间是绝缘的；石英坩埚6和石墨坩埚7和导电材料的坩埚托杆8都与炉体是导通的；滑轮1上引出一根引出导线2与炉体上引出一根引出导线9连接至一个检测报警电路，该检测报警电路包括绝缘电阻与电容检测电路、阈值比较电路、光电隔离与驱动输出电路。

作为一种改进，所述检测报警电路通过信号线与升降驱动机构连接。

作为一种改进，所述绝缘电阻与电容检测电路包括：集成运放U2、电阻R14、电阻R7、电阻R3、电阻R13、电阻R11、电阻R18、电容C1、电容C2、电容C4、电容C13、电位器R0和稳压二极管Z1；电容C4和电阻R18并联一端接电源地一端接电阻R14，电阻R13与电位器R0串联，一端接电阻R14和集成运放U2的第2引脚，另一端接集成运放U2的第6引脚；电容C1并联在集成运放U2的第2、第6引脚上；电阻R7一端接电源-15V，另一端接集成运放U2的第3引脚；电阻R13和稳压二极管Z1并联一端接电源地，一端接集成运放U2的第3引脚；电容C2一端接电源地，一端接集成运放U2的第8引脚；集成运放U2的第6引脚接电阻R11和电容C13构成的一阶低通滤波器后输出。电容C4和电阻R18分别为缆索管与炉体之间电容和绝缘电阻。以上元件构成负反馈放大电路将缆索管和炉体之间电阻和电容值转换为一电压值输出。晶体脱离熔液面时U2构成电压跟随器，输出负电压。晶体接触熔液面时U2构成同相放大电路，输出放大后的负电压，R11和C13构成低通滤波器对电压输出滤波。电位器R0为该放大电路的增益调节电位器，通过调节该电位器可匹配不同的电容Csence和电阻Rsence的影响，使输出电压电压达到后级检测要求。

作为一种改进，所述阈值比较电路包括：集成运放U0、集成运放U1、电阻R6、电阻R4、电阻R2、电阻R1、电阻R5、电容C3、电容C12、电容C0、电位器R9、二极管D0；电阻R6一端连接C3，另一端接集成运放U1的第3引脚；电容C12一端接另一端接集成运放U1的第3引脚，另一端接电源地；集成运放U1的第2引脚接第6引脚和电容C3；电容C0一端接电源地，一端接集成运放U1的第8引脚；电阻R2一端接集成运放U1的第6引脚，另一端接集成运放U0的第2引脚；电阻R4一端接集成运放U0的第2引脚，另一端接电位器R9的第2引脚，电位器R9的第1、3引脚分别接电源+15V和-15V；电阻R1和二极管D0并联一端接集成运放U0的第6引脚，一端接集成运放U0的第2引脚；电阻R5一端接集成运放U0的第3引脚，一端接电源地。