CN103217395A - 化学溶液浓度在线控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学溶液浓度在线控制系统及方法，属于化学溶液监测分析技术领域。该系统包括：用于在线采集所述化学溶液的光谱数据的近红外光栅仪，用于将所述光谱数据分析得出所述化学溶液的浓度数据的浓度测试装置，用于将所述浓度数据进行校准计算以输出药液定量添加的控制信号的分析装置，以及药液添加装置。该系统化学溶液浓度的在线控制精度，采用该系统和方法的湿法工艺制备的产品质量高、返工率低。
Description
技术领域
本发明属于化学溶液监测分析技术领域，涉及化学溶液浓度在线控制系统以及化学溶液浓度在线控制方法。
背景技术
在光伏（PV）技术领域，通常需要对太阳电池衬底进行各种湿法工艺，例如，湿法刻蚀去边等等。同样，在印刷电路板（PCB）技术领域，也存在多步湿法工艺。在湿法工艺过程中，必然需要使用各种相应成份、浓度值的化学溶液。而化学溶液的浓度的精确与否直接会影响产品的质量和返工率，因此，必须控制好化学溶液的浓度以提高产品的质量。
通常地，在湿法工艺过程中，随着产品在化学溶液槽内发生化学反应，化学溶液槽内的溶液浓度也会随之发生变化，为保证溶液浓度的稳定，通常需要在线添加相应的药液。现有技术中，采用的添加药液方式是计片式添加和截流片添加。
但是，随着对产品质量要求的提高，对化学溶液浓度的精度也相应提高，从而也要求精确添加化学溶液浓度，现有技术中的添加药液方式不能保证添加药液的精度，难以在线精确控制化学溶液的浓度，影响产品质量、增加了产品的返工率。
有鉴于此，有必要提出一种新型的化学溶液浓度在线控制系统。
发明内容
本发明的目的在于，提高化学溶液浓度的在线控制精度。
为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的一方面，提供一种化学溶液浓度在线控制系统，其包括：
近红外光栅仪，用于在线采集所述化学溶液的光谱数据；
浓度测试装置，用于将所述光谱数据分析得出所述化学溶液的浓度数据；
分析装置，用于将所述浓度数据进行校准计算以输出药液定量添加的控制信号；以及
药液添加装置。
按照本发明一实施例的化学溶液浓度在线控制系统，其中，所述系统应用于太阳电池湿法工艺或印刷电路板湿法工艺中。
在之前所述实施例的系统中，优选地，所述红外光栅仪中设置具有自动内部校准功能的分光光度计。
在之前所述实施例的系统中，优选地，所述红外光栅仪设置在相应化学溶液槽的循环泵浦的出口附近。
在之前所述实施例的系统中，优选地，所述浓度测试装置连接所述红外光栅仪并设置在所述化学溶液槽附近，多个所述浓度测试装置与红外光栅仪相对一个所述分析装置独立地分散布置。
在之前所述实施例的系统中，优选地，所述分析装置包括：
可编程序逻辑控制器，以及
计算机装置。
在之前所述实施例的系统中，优选地，所述药液添加装置中设置有隔膜泵或定量泵。
按照本发明的又一方面，提供一种化学溶液浓度在线控制方法，其包括以下步骤：
通过近红外光栅仪在线采集所述化学溶液的光谱数据；
将所述光谱数据分析得出所述化学溶液的浓度数据；
基于所述浓度数据以及所述化学溶液的正常浓度数据进行校准计算；以及
向化学溶液槽定量添加相应的药液。
按照本发明一实施例的化学溶液浓度在线控制方法，其中，所述方法应用于太阳电池湿法工艺或印刷电路板湿法工艺中。
在之前所述实施例的方法中，优选地，所述采集的频率范围为1次/5分钟至1次/分钟。
本发明的技术效果是，通过采用红外光栅仪以及相应的浓度测试装置来完成在线浓度监测功能，因此，测量浓度精度高；进一步通过分析装置自动校准计算以精确控制药液添加装置的添加量；从而可以实现化学溶液槽中的化学溶液的在线浓度波动小，浓度精度能得到保证，湿法工艺制备的产品质量，大大降低产品返工率并降低产品制备成本。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是按照本发明一实施例的化学溶液浓度在线控制系统。
图2是图1所示实施例中的近红外光栅仪的设置示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
图1所示为按照本发明一实施例的化学溶液浓度在线控制系统。在该实施例中，化学溶液浓度在线控制系统10应用于太阳电池制备的湿法工艺过程中。为降低太阳电池的返工率，需要精确在线实时调控制化学溶液的浓度维持在某一预定值或预定值范围。
如图1所示，化学溶液浓度在线控制系统10是针对化学溶液槽90中的化学溶液浓度进行在线调节控制。化学溶液槽90的化学溶液用于对太阳电池或太阳电池衬底进行处理，其具体溶液成份不是限制性的，化学溶液槽90的具体结构形式也不是限制性的。化学溶液槽90中的部分溶液901流至或流经系统10的近红外（NIR）光栅仪110，近红外光栅仪110检测溶液901中的光谱数据并反馈光谱信息111至系统10的浓度测试装置120。
近红外光栅仪110具体地可以与浓度测试装置120一体化地设置；浓度测试装置120（本实施例中为测试仪）将光谱信息111进行分析以得出关于溶液901的浓度数据，其中，将溶液901的光谱信息计算得出其浓度的具体方法原理为本领域技术人员所公知。分析装置120具体可以为自含控制功能的系统，其不需要额外的计算机等来实现控制。
近红外光栅仪110中设置有分光光度计，该分光光度计具有自动内部校准功能，从而可以保证近红外光栅仪110与浓度测试装置120实现良好的测量稳定性和可重复性。为保证药液能得到及时补充，近红外光栅仪110采集光谱数据的频率范围可以为1次/1分钟至1次/5分钟，例如，1次/1.5分钟，本领域技术人员可以根据化学溶液的精度要求、化学溶液槽90的容量、在线制备的太阳电池的数量等等因素来选择具体频率值。
近红外光栅仪110和浓度测试装置120共同实现浓度监测功能，其不但能够实现在线监测溶液的浓度，而且浓度的测量精度高，例如，其精度可以达到0.3%-0.5%（质量百分比浓度）以上。通过近红外光栅仪110和浓度测试装置120，不但可以在线分析出化学溶液中各种药液成份的浓度，还可以分析得出化学反应产物的浓度。
继续如图1所示，化学溶液浓度在线控制系统10包括分析装置130，浓度测试装置120所得出的浓度数据121被输入至分析装置130。分析装置130中可以设置PLC（Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器）（图中未示出），通过PLC将浓度数据121传送至PC机，并与PC机中存储的预设浓度数据进行校准计算，即可以得出化学溶液中每种药液相应需要添加的量。进一步，分析装置130输出药液定量添加控制信号131至药液添加装置140。
以上校准计算过程可以通过PC机中预先安装的软件实现，软件存储正常浓度数据、或者记忆正常的在线浓度数据，该浓度数据与浓度数据121之间通过预先建立的“校准模型”进行校准计算，以计算得出化学溶液中各成份对应的药液所需添加的量。
因此，分析装置130可以完成浓度数据校准计算并输出药液定量添加的控制信号的功能；需要理解的是，分析装置130的具体实现形式并不受以上实施例限制。
进一步，化学溶液浓度在线控制系统10中药液添加系统140可以定量地通过管路等附件向化学溶液槽90添加药液，以精确在线控制化学溶液槽90中各成份的浓度。具体地，药液添加系统140中可以设置隔膜泵或定量泵等（图中未示出），以实现药液的精确添加。
图2所示为图1所示实施例中的近红外光栅仪的设置示意图。结合图1和图2所示，优选地，近红外光栅仪110安装在化学溶液槽90的循环泵浦91的出口附近，其中，循环泵浦91所在循环管路82中的药液可以通过采集管路81流至或流经近红外光栅仪110。阀92安装在循环管路82中用于控制循环管路的导通与断开，阀93和阀94安装在采集管路81中用于控制是否采集光谱数据。与近红外光栅仪110连接的浓度测试装置120也设置在近红外光栅仪110附近，因此，近红外光栅仪110与浓度测试装置120可以在化学溶液槽90所在附近位置设置、并相对于分析装置130作为一个独立子模块设置，因此，近红外光栅仪110与浓度测试装置120位置设置灵活、方便分散分布在到太阳电池制备厂中的湿法工艺各个流程中，非常适合于数据的在线采集网络的形成。
需要理解的是，分别对应于多个化学溶液槽分散设置的多个近红外光栅仪110与浓度测试装置120所采集得到浓度数据可以同时输出至一个分析装置，因此可以实现集中校准计算处理。
综上，通过应用以上化学溶液浓度在线控制系统10，可以实现化学溶液槽90中的化学溶液的在线浓度波动小，浓度精度能得到保证，从而能提高产品质量，大大降低产品返工率进而降低成本。
需要理解的是，以上图1所示实施例的化学溶液浓度在线控制系统10同样可以应用于印刷电路板板湿法工艺中，在此不再具体示例说明。
以上例子主要说明了本发明的化学溶液浓度在线控制系统、并同时说明了本发明的化学溶液浓度在线控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (10)
1.一种化学溶液浓度在线控制系统，其特征在于，包括：
近红外光栅仪，用于在线采集所述化学溶液的光谱数据；
浓度测试装置，用于将所述光谱数据分析得出所述化学溶液的浓度数据；
分析装置，用于将所述浓度数据进行校准计算以输出药液定量添加的控制信号；以及
药液添加装置。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统应用于太阳电池湿法工艺或印刷电路板湿法工艺中。
3. 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述红外光栅仪中设置具有自动内部校准功能的分光光度计。
4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述红外光栅仪设置在相应化学溶液槽的循环泵浦的出口附近。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述浓度测试装置连接所述红外光栅仪并设置在所述化学溶液槽附近，多个所述浓度测试装置与红外光栅仪相对一个所述分析装置独立地分散布置。
6. 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述分析装置包括：
可编程序逻辑控制器，以及
计算机装置。
7. 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述药液添加装置中设置有隔膜泵或定量泵。
8. 一种化学溶液浓度在线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过近红外光栅仪在线采集所述化学溶液的光谱数据；
将所述光谱数据分析得出所述化学溶液的浓度数据；
基于所述浓度数据以及所述化学溶液的正常浓度数据进行校准计算；以及
向化学溶液槽定量添加相应的药液。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法应用于太阳电池湿法工艺或印刷电路板湿法工艺中。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述采集的频率范围为1次/5分钟至1次/分钟。
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