一种高效率微波加热设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及微波领域，具体涉及一种微波加热设备及其工作方法。

背景技术

目前，微波加热设备一般利用磁控管或者固态这两种微波源激励微波能,再通过微波传输通道、天线，将微波功率馈入谐振腔，对待加热物体进行加热。微波源激励出来的微波能耗损有三种表现形式：微波线路损耗、反射损耗和加热微波能。微波线路损耗是微波设备固有属性，不可避免；加热微波能是我们真正有用的能量；而反射损耗是无效耗损，不仅白白浪费能量，而其还会恶化微波加热设备的散热系统，带来安全隐患。若微波源激励微波能、微波线路损耗不变时，则加热微波能与反射损耗的和也不变。人们一直致力于减小反射损耗，增大加热微波能，提高微波加热设备的效率。

微波加热设备，一般通过预判待加热物体材质、大小、形状、位置、含水量等参数，实现微波传输通道、天线和反应腔的设计优化。实际上，待加热物体材质、大小、形状、位置、含水量等参数千变万化，即微波负载千变万化，反射损耗偏离极小值，浪费大量的微波能量，降低微波加热设备的效率。

随着人们节约能力意识的提高，国家节能标准的提高，让反射损耗处于极小值，提高微波加热设备效率，成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高效率微波加热设备及其工作方法，用于提高微波加热效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高效率微波加热设备，所述高效率微波加热设备包括，中央处理器、微波智能监控系统、非对称天线运动系统、负载、微波源系统、电源和壳体；

所述中央处理器用于接收检波智能算法和驱动电机智能算法反馈回来的数字信号，并对数字信号进行计算、逻辑处理，然后基于计算、逻辑判定对微波源智能算法、检波智能算法和驱动电机智能算法发出数字指令；

所述微波智能监控系统包括定向耦合器、检波器、检波控制电路和检波智能算法；所述定向耦合器用于检测微波源的输入功率和反射功率；所述检波器用于将定向耦合器采集到的微波功率大小转换为电信号强度；所述检波控制电路即接收来自检波智能算法操作指令，检波控制电路单向接收来自检波器反射功率电信号强度，向检波智能算法反馈反射功率电信号强度；所述检波智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭检波控制电路数字指令后向检波控制电路发出操作指令，也接收来自检波控制电路反馈反射功率电信号强度并向中央处理器反馈反射功率电信号强度；

所述非对称天线运动系统包括驱动电机、非对称天线、驱动电机控制电路和驱动电机智能算法；所述驱动电机用于对非对称天线提供动能，驱动非对称天线运动到中央处理器指定的位置；所述非对称天线用于负载与微波源、微波线路的匹配；所述驱动电机控制电路用于控制驱动电机的工作状态；所述驱动电机智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭驱动电机数字指令，也向中央处理器反馈非对称天线位置信号，也向驱动电机控制电路发出操作指令，也接收来自驱动电机控制电路反馈非对称天线位置电信号；

所述负载包括谐振腔和待加热物体，所述谐振腔为金属腔体，微波能在谐振腔内谐振，当谐振腔盛装待加热物体时，微波能转换为待加热物体的热能；

所述微波源系统包括微波源、微波源智能算法和微波源控制电路；所述微波源智能算 法接收中央处理器数字指令，对微波源控制电路发出操作指令，指令包括启动或者关闭检 测功率模式指令、启动或者关闭加热功率模式指令；所述微波源为微波加热设备提供微波 能，微波源工作模式分为检测功率模式和加热功率模式；所述检测功率模式和加热功率模 式是：中央处理器通过对微波源智能算法发出数字指令，微波源启动检测功率模式，输出恒 定检测功率和频率

所述壳体为金属材料制备，防止微波泄露；

所述电源是为中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统提供电能。

所述的一种高效率微波加热设备，当非对称天线运动完成后，不能实现负载与微波源、微波电路和天线整体的匹配为共轭匹配，则将负载与微波源、微波电路和天线整体输出功率极大值作为匹配状态。

所述的一种高效率微波加热设备，所述驱动电机包括连续转动电机和步进电机。

所述的一种高效率微波加热设备，所述的微波源是固态源或者磁控管。

所述驱动电机和非对称天线之间通过转轴定位孔和转轴定位柱锁定连接，通过驱动电机带动非对称天线转动或者上下运动或者左右运动。

所述的一种高效率微波加热设备的工作方法，所述一种高效率微波加热设备的工作方法包括如下步骤：

步骤1，将待加热物体放置于谐振腔，开启电源对中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统进行供电；

步骤2，启动检测功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出启动检测功率模式数字 指令，微波源智能算法对微波源控制电路发出启动检测功率模式操作指令，微波源启动检 测功率模式，输出恒定检测功率和频率

步骤3，实时检测微波反射功率，中央处理器向检波智能算法发出启动检波数字控制电路数字指令，所述检波智能算法对检波控制电路发出启动检波控制电路操作指令，定向耦合器对微波反射功率进行取样，将取样得到微波功率直接传输至检波器，检波器将接收到的微波功率大小转换为电信号强度，传输给检波控制电路，检波控制电路对电信号强度进行计算，计算出反射功率大小，检波控制电路将反射功率大小的电信号传输至检波智能算法，所述检波智能算法将检波控制电路电信号转换数字信号后传输给中央处理器，中央处理器根据数字信号实时监测反射功率的大小；

步骤4，中央处理器对驱动电机智能算法发出启动驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出启动驱动电机操作指令，驱动电机驱动非对称天线运动，非对称天线运动至反射功率为极小值时，中央处理器对驱动电机智能算法发出停止驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出停止驱动电机操作指令，驱动电机停止驱动非对称天线运动，非对称天线停止于反射功率极小值的位置；

步骤5，关闭微波源检测功率模式，中央处理器对检波职能算法发出关闭检波控制电路数字指令；检波智能算法对检波控制电路发出关闭检波控制电路操作指令；

步骤6，开启微波源加热功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出开启加热功率模式数字指令；微波源智能算法对微波源控制电路发出开启加热功率模式操作指令；微波源控制电路对微波源发出启动加热功率操作指令；微波源开启加热功率模式，输出加热功率；

步骤7，待加热物体加热一段时间后，重复步骤2至步骤6，直至待加热物体加热完毕，这是由于待加热物体加热一段时间后，由于材质、大小、形状、位置、含水量等参数的变化，导致负载发生变化，反射损耗增大，加热效率降低，因此，重复步骤2至步骤6，让反射功率重新处于极小值状态，提高微波能加热效率。

本发明具有如下有益技术效果：

第一，本发明通过减小反射损耗，直接增加了待加热物体所能吸收的微波能，进而提高了微波加热设备的效率。

第二，本发明采用非对称天线，具有加工简单、易于实现工业化大规模生产的特点；具有结构多样、适应强的特点，适用于各种类型的微波加热设备。

第三，本发明采用微波源扫频，协同非对称天线能快速确定反射损耗极小值状态。

第四，本发明采用智能操控，便于用户操作。

附图说明

图1、一种高效率微波加热设备原理框图：

图2、本发明实施例的非对称天线运动系统结构图；

图3、本发明实施例驱动电机结构图；

图4、本发明非对称天线结构图

1、非对称天线；2、驱动电机；3、转轴定位柱；4、转轴定位孔。

具体实施方式

本发明的目的是本发明所要解决的技术问题是，提供一种高效率微波加热设备及其工作方法，用于提高微波加热效率。

实施例一

本实施例所述高效率微波加热设备包括，中央处理器、微波智能监控系统、非对称天线运动系统、负载、微波源系统、电源和壳体；本实施例所述的微波源是固态源。

所述中央处理器用于接收检波智能算法和驱动电机智能算法反馈回来的数字信号，并对数字信号进行计算、逻辑处理，然后基于计算、逻辑判定对固态源智能算法、检波智能算法和驱动电机智能算法发出数字指令；

所述微波智能监控系统包括定向耦合器、检波器、检波控制电路和检波智能算法；所述定向耦合器用于检测固态源的输入功率和反射功率；所述检波器用于将定向耦合器采集到的微波功率大小转换为电信号强度；所述检波控制电路即接收来自检波智能算法操作指令，检波控制电路单向接收来自检波器反射功率电信号强度，向检波智能算法反馈反射功率电信号强度；所述检波智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭检波控制电路数字指令后向检波控制电路发出操作指令，也接收来自检波控制电路反馈反射功率电信号强度并向中央处理器反馈反射功率电信号强度；

所述非对称天线运动系统包括驱动电机、非对称天线、驱动电机控制电路和驱动电机智能算法；所述驱动电机用于对非对称天线提供动能，驱动非对称天线旋转到中央处理器指定的位置；所述非对称天线用于负载与固态源、微波线路的匹配；所述驱动电机控制电路用于控制驱动电机的工作状态；所述驱动电机智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭驱动电机数字指令，也向中央处理器反馈非对称天线位置信号，也向驱动电机控制电路发出操作指令，也接收来自驱动电机控制电路反馈非对称天线位置电信号；

所述负载包括谐振腔和待加热物体，所述谐振腔为金属腔体，微波能在谐振腔内谐振，当谐振腔盛装待加热物体时，微波能转换为待加热物体的热能；

所述微波源系统包括固态源、微波源智能算法和微波源控制电路；所述微波源智能算 法接收中央处理器数字指令，对微波源控制电路发出操作指令，指令包括启动或者关闭检 测功率模式指令、启动或者关闭加热功率模式指令；所述固态源为微波加热设备提供微波 能，固态源工作模式分为检测功率模式和加热功率模式；所述检测功率模式和加热功率模 式是：中央处理器通过对微波源智能算法发出数字指令，固态源启动检测功率模式，输出恒 定检测功率和频率

所述壳体为金属材料制备，防止微波泄露；

所述电源是为中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统提供电能。

所述的一种高效率微波加热设备，当非对称天线转动或者上下或者左右运动完成后，不能实现负载与固态源、微波电路和天线整体的匹配为共轭匹配，则将负载与固态源、微波电路和天线整体输出功率极大值作为匹配状态。

所述的一种高效率微波加热设备，所述驱动电机包括连续转动电机和步进电机。

所述驱动电机和非对称天线之间通过转轴定位孔和转轴定位柱锁定连接，通过驱动电机带动非对称天线转动。

本实施例所述的一种高效率微波加热设备的工作方法，所述一种高效率微波加热设备的工作方法包括如下步骤：

步骤1，将待加热物体放置于谐振腔，开启电源对中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统进行供电；

步骤2，启动检测功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出启动检测功率模式数字 指令，微波源智能算法对微波源控制电路发出启动检测功率模式操作指令，固态源启动检 测功率模式，输出恒定检测功率和频率

步骤3，实时检测微波反射功率，中央处理器向检波智能算法发出启动检波数字控制电路数字指令，所述检波智能算法对检波控制电路发出启动检波控制电路操作指令，定向耦合器对微波反射功率进行取样，将取样得到微波功率直接传输至检波器，检波器将接收到的微波功率大小转换为电信号强度，传输给检波控制电路，检波控制电路对电信号强度进行计算，计算出反射功率大小，检波控制电路将反射功率大小的电信号传输至检波智能算法，所述检波智能算法将检波控制电路电信号转换数字信号后传输给中央处理器，中央处理器根据数字信号实时监测反射功率的大小；

步骤4，当步骤3中实时检测微波反射功率处于非极小值时，中央处理器对驱动电机智能算法发出启动驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出启动驱动电机操作指令，驱动电机驱动非对称天线运动，非对称天线运动至反射功率为极小值时，中央处理器对驱动电机智能算法发出停止驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出停止驱动电机操作指令，驱动电机停止驱动非对称天线运动，非对称天线停止于反射功率极小值的位置；

步骤5，关闭固态源检测功率模式，中央处理器对检波智能算法发出关闭检波控制电路数字指令；检波智能算法对检波控制电路发出关闭检波控制电路操作指令；

步骤6，开启固态源加热功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出开启加热功率模式数字指令；微波源智能算法对微波源控制电路发出开启加热功率模式操作指令；微波源控制电路对固态源发出启动加热功率操作指令；固态源开启加热功率模式，输出加热功率；

步骤7，待加热物体加热一段时间后，重复步骤2至步骤6，直至待加热物体加热完毕，这是由于待加热物体加热一段时间后，由于材质、大小、形状、位置、含水量等参数的变化，导致负载发生变化，反射损耗增大，加热效率降低，因此，重复步骤2至步骤6，让反射功率重新处于极小值状态，提高微波能加热效率。

实施例二

本实施例所述高效率微波加热设备包括，中央处理器、微波智能监控系统、非对称天线运动系统、负载、微波源系统、电源和壳体；本实施例所述的微波源是磁控管。

所述中央处理器用于接收检波智能算法和驱动电机智能算法反馈回来的数字信号，并对数字信号进行计算、逻辑处理，然后基于计算、逻辑判定对磁控管智能算法、检波智能算法和驱动电机智能算法发出数字指令；

所述微波智能监控系统包括定向耦合器、检波器、检波控制电路和检波智能算法；所述定向耦合器用于检测磁控管的输入功率和反射功率；所述检波器用于将定向耦合器采集到的微波功率大小转换为电信号强度；所述检波控制电路即接收来自检波智能算法操作指令，检波控制电路单向接收来自检波器反射功率电信号强度，向检波智能算法反馈反射功率电信号强度；所述检波智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭检波控制电路数字指令后向检波控制电路发出操作指令，也接收来自检波控制电路反馈反射功率电信号强度并向中央处理器反馈反射功率电信号强度；

所述非对称天线运动系统包括驱动电机、非对称天线、驱动电机控制电路和驱动电机智能算法；所述驱动电机用于对非对称天线提供动能，驱动非对称天线旋转到中央处理器指定的位置；所述非对称天线用于负载与磁控管、微波线路的匹配；所述驱动电机控制电路用于控制驱动电机的工作状态；所述驱动电机智能算法接收来自中央处理器启动或者关闭驱动电机数字指令，也向中央处理器反馈非对称天线位置信号，也向驱动电机控制电路发出操作指令，也接收来自驱动电机控制电路反馈非对称天线位置电信号；

所述负载包括谐振腔和待加热物体，所述谐振腔为金属腔体，微波能在谐振腔内谐振，当谐振腔盛装待加热物体时，微波能转换为待加热物体的热能；

所述微波源系统包括磁控管、微波源智能算法和微波源控制电路；所述微波源智能算法接收中央处理器数字指令，对微波源控制电路发出操作指令，指令包括启动或者关闭检测功率模式指令、启动或者关闭加热功率模式指令；所述磁控管为微波加热设备提供微波能，磁控管工作模式分为检测功率模式和加热功率模式；所述检测功率模式和加热功率模式是：中央处理器通过对微波源智能算法发出数字指令，磁控管启动检测功率模式，输出恒定检测功率和频率的微波；通过微波智能监控系统检测微波反射功率的大小；根据检测到的微波反射功率大小，中央处理器对驱动电机发出驱动指令，驱动电机带动非对称天线运动，非对称天线运动至反射功率为极小值时，中央处理器发出指令，关闭微波源检测功率模式，开启磁控管加热功率模式，输出加热功率的微波；

所述壳体为金属材料制备，防止微波泄露；

所述电源是为中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统提供电能。

所述的一种高效率微波加热设备，当非对称天线转动或者上下或者左右运动完成后，不能实现负载与磁控管、微波电路和天线整体的匹配为共轭匹配，则将负载与磁控管、微波电路和天线整体输出功率极大值作为匹配状态。

所述的一种高效率微波加热设备，所述驱动电机包括连续转动电机和步进电机。

所述驱动电机和非对称天线之间通过转轴定位孔和转轴定位柱锁定连接，通过驱动电机带动非对称天线转动。

本实施例所述的一种高效率微波加热设备的工作方法，所述一种高效率微波加热设备的工作方法包括如下步骤：

步骤1，将待加热物体放置于谐振腔，开启电源对中央处理器、微波源系统、非对称天线运动系统和微波智能监控系统进行供电；

步骤2，启动检测功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出启动检测功率模式数字 指令，微波源智能算法对微波源控制电路发出启动检测功率模式操作指令，磁控管启动检 测功率模式，输出恒定检测功率和频率

步骤3，实时检测微波反射功率，中央处理器向检波智能算法发出启动检波数字控制电路数字指令，所述检波智能算法对检波控制电路发出启动检波控制电路操作指令，定向耦合器对微波反射功率进行取样，将取样得到微波功率直接传输至检波器，检波器将接收到的微波功率大小转换为电信号强度，传输给检波控制电路，检波控制电路对电信号强度进行计算，计算出反射功率大小，检波控制电路将反射功率大小的电信号传输至检波智能算法，所述检波智能算法将检波控制电路电信号转换数字信号后传输给中央处理器，中央处理器根据数字信号实时监测反射功率的大小；

步骤4，当步骤3中实时检测微波反射功率处于非极小值时，中央处理器对驱动电机智能算法发出启动驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出启动驱动电机操作指令，驱动电机驱动非对称天线运动，非对称天线运动至反射功率为极小值时，中央处理器对驱动电机智能算法发出停止驱动电机数字指令，驱动电机智能算法对驱动电机控制电路发出停止驱动电机操作指令，驱动电机停止驱动非对称天线运动，非对称天线停止于反射功率极小值的位置；

步骤5，关闭磁控管检测功率模式，中央处理器对检波智能算法发出关闭检波控制电路数字指令；检波智能算法对检波控制电路发出关闭检波控制电路操作指令；

步骤6，开启磁控管加热功率模式，中央处理器对微波源智能算法发出开启加热功率模式数字指令；微波源智能算法对微波源控制电路发出开启加热功率模式操作指令；微波源控制电路对磁控管发出启动加热功率操作指令；磁控管开启加热功率模式，输出加热功率；

步骤7，待加热物体加热一段时间后，重复步骤2至步骤6，直至待加热物体加热完毕，这是由于待加热物体加热一段时间后，由于材质、大小、形状、位置、含水量等参数的变化，导致负载发生变化，反射损耗增大，加热效率降低，因此，重复步骤2至步骤6，让反射功率重新处于极小值状态，提高微波能加热效率。

采用本实施例具有如下有益技术效果：

第一，通过减小反射损耗，直接增加了待加热物体所能吸收的微波能，进而提高了微波加热设备的效率。

第二，采用非对称天线，具有加工简单、易于实现工业化大规模生产的特点；具有结构多样、适应强的特点，适用于各种类型的微波加热设备。

第三，采用微波源扫频，协同非对称天线能快速确定反射损耗极小值状态。

第四，本发明采用智能操控，便于用户操作。