[发明专利]一种基于时频空域综合调制的微波分区加热方法、系统和装置

说明书

本发明公开了一种基于时频空域综合调制的微波分区加热方法、系统和装置，通过频分调制、时分调制以及空域选择的方式实现微波功率到各待加热区域配套天线的不同时长分配，各待加热区域配套天线将微波功率作用到各待加热物体上，实现分区按需加热的效果。其中微波分区加热装置包括：封闭式金属加热腔体、微波能量辐射结构、分区多频馈电网络、分时分频控制系统。本发明所采用的分时分频控制系统可以对加热范围精准控制，可以对微波加热范围进行均匀加热、指定区域加热等精细化加热，充分满足了按需加热的需求。

技术领域

本发明属于微波加热应用领域，涉及一种微波加热方法。

背景技术

微波加热技术是现代新型的加热技术，高效的能量利用率和低能量损 耗使其在节能减排和环保能源发展方面成为一大亮点。然而微波加热也有 一些缺点，不均匀加热是其中最常见的一种，加热不均匀会引起局部过热 和出现热点等问题，甚至可能会发生燃烧和爆炸。微波加热不均匀主要原 因有两点：电磁波在腔体中反复反射，形成驻波；腔体中电磁参数不连续， 导致电磁波快速衰减。为提高微波加热均匀性，提出将每个分区域的温度分布进行细化控制，最终达到整个区域均匀化的效果。提高微波加热均匀 性是目前微波加热技术在各个领域应用的热点问题。

为提高微波加热均匀性，Sang-Hyeon Bae等人公开了一种通过对多微 波源输入功率的顺序控制实现均匀加热的微波加热方法(Sang-Hyeon Bae, Min-Gyo Jeong,Ji-Hong Kim,and Wang-Sang Lee,“A Continuous Power-Controlled Microwave BeltDrier Improving Heating Uniformity,”IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTSLETTERS,VOL.27,NO.5, MAY 2017.)，使得多个场模式不停变化，大大减少了谐振腔内部温度场的 热点和冷点，从而实现了微波均匀加热，但是其加热结构笨重复杂，不利 于广泛使用，并且也增加了使用成本。四川大学朱铧丞，杨阳和黄卡玛公 开了一种微波选频加热的装置(四川大学，一种微波选频加热的装置，中 国发明专利，申请号201620669502.8，申请日2016.06.28)，通过改变微 波频率来提高对被加热物体的加热效果，但是，该方式不能实现所需区域 的局部加热和按需加热。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供了一种基于时频 空域综合调制的微波分区加热方法、系统和装置，通过频分调制、时分调制 以及空域选择的方式实现微波功率到各待加热区域配套天线的不同时长分 配；最终，各待加热区域配套天线将微波功率作用到各待加热物体上，实 现分区按需加热的效果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于时频空域综合 调制的微波分区加热方法，首先，通过待加热物体的自动图像比对分析或 者加热需求手动输入方式，确定各待加热区域所需的微波功率以及加热时 长配比；其次，通过频分调制、时分调制以及空域选择的方式实现微波功 率到各待加热区域配套天线的不同时长分配；最终，各待加热区域配套天 线将微波功率作用到各待加热物体上，实现分区按需加热的效果。

进一步的，所述的频分调制方式是通过改变微波功率源的外加直流偏 压值，来实现微波功率源的输出频率变化；微波功率源的输出功率值始终 处于最优效率所对应的最优功率输出范围内。

进一步的，所述的时分调制方式是通过配比微波功率源不同外加直流 偏压值的持续时长，来实现微波功率源不同输出频率的持续时长。

进一步的，所述的空域选择方式是通过多工器将工作在不同频率的多 个天线集成到一个功率输入口上，再通过输入微波功率源的频率不同来进 行不同天线的选择性工作，进而实现加热区域的选择。

进一步的，各区域待加热物体的加热效果采用自动图像比对分析的方 法进行实时监控，通过监测结果对时频空域综合调制参数进行优化，最终 达到最需要的分区加热效果。