本發(fā)明屬于微波加熱，尤其涉及一種檢測材料微波穿透深度的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、微波加熱是微波燒結(jié)、微波材料合成、微波材料加工等領(lǐng)域的研究關(guān)鍵。微波對材料穿透深度是決定微波有效加熱樣品的一個重要指標(biāo)。因此，針對材料微波穿透深度進行簡單、精準(zhǔn)、有效的測量，形成針對不同材料狀態(tài)的微波穿透深度數(shù)據(jù)收集，對實現(xiàn)微波技術(shù)在加熱、材料合成、材料加工等領(lǐng)域具有重要意義。

2、微波領(lǐng)域中微波穿透深度是圈定待測樣品性能的一個重要指標(biāo)，它的確定對隨后的實驗方案制定具有重要的指導(dǎo)作用。

3、然而，目前在微波冶金領(lǐng)域針對檢測物料微波穿透性能的研究，主要是通過試驗的方法從響應(yīng)曲線或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)處理來獲得物料的一些性能參數(shù)，而通過專用的檢測實驗設(shè)備進行理論的數(shù)據(jù)計算來獲得精準(zhǔn)的物料性能參數(shù)的研究還比較少。

4、因此，有必要提出一種檢測材料微波穿透深度的裝置及方法來揭示不同材料狀態(tài)在預(yù)設(shè)氣壓、溫度、微波功率參數(shù)下的微波穿透情況，這對微波加熱工藝參數(shù)的選擇和微波能利用率的提高以及物料加熱均勻性的改善有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種檢測材料微波穿透深度的裝置及方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種檢測材料微波穿透深度的裝置，包括：箱體，所述箱體上安裝有實驗倉、微波發(fā)射單元、檢測組件、網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀、真空系統(tǒng)、紅外測溫裝置和中控電腦端；

3、所述實驗倉豎直設(shè)置，所述實驗倉用于放置樣品；所述實驗倉上安裝有電爐；

4、所述微波發(fā)射單元用于對實驗倉內(nèi)發(fā)射微波信號；

5、所述檢測組件用于檢測所述實驗倉內(nèi)射入端和接收端的微波信號、樣品溫度和真空度；

6、所述網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀用于接收監(jiān)測組件檢測的微波數(shù)據(jù)并計算微波信號的失量；

7、所述真空系統(tǒng)用于抽取實驗倉內(nèi)的氣體；

8、所述微波發(fā)射單元、所述網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀、所述紅外測溫裝置、所述真空系統(tǒng)、所述電爐、所述檢測組件均與所述中控電腦端電性連接。

9、優(yōu)選的，所述微波發(fā)射單元包括微波源，所述箱體的頂端連接有焊接支撐架，所述焊接支撐架上安裝有滑軌，所述微波源通過所述滑軌在所述焊接支撐架上移動，所述微波源的微波射出端連通有波導(dǎo)管，所述波導(dǎo)管上沿微波射出方向依次設(shè)置有三銷釘、短路天線和短路活塞，所述波導(dǎo)管遠離所述微波源的一端與所述實驗倉的射入端連通。

10、優(yōu)選的，所述檢測組件包括微波輸入端檢測探頭、微波接收端檢測探頭、紅外測溫裝置和真空規(guī)管，所述微波輸入端檢測探頭設(shè)于所述實驗倉的射入端，所述微波接收端檢測探頭設(shè)于所述實驗倉的接收端；所述紅外測溫裝置用于檢測所述樣品的溫度，所述真空規(guī)管用于檢測所述實驗倉的真空度，所述微波輸入端檢測探頭、所述微波接收端檢測探頭均與所述網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀電性連接，所述紅外測溫裝置、所述真空規(guī)管均與所述中控電腦端電性連接。

11、優(yōu)選的，所述實驗倉包括由上至下依次設(shè)置的上方圓過渡管、上真空管道、下真空管道和下方圓過渡管，所述上方圓過渡管的頂端與所述波導(dǎo)管遠離所述微波源一端連通，所述上方圓過渡管的底端通過上真空法蘭與所述上真空管道密封連接，所述上真空管道通過拆裝法蘭與所述下真空管道可拆卸連接，所述下真空管道通過下真空法蘭與所述下方圓過渡管密封連接，所述上真空法蘭上、所述下真空法蘭上均嵌設(shè)有石英窗，所述下真空管道、所述上真空管道通過兩所述石英窗形成密閉腔室，所述下真空管道的內(nèi)壁上部連接有樣品臺，所述下真空管道上傾斜設(shè)置有測溫窗口，所述紅外測溫裝置與所述測溫窗口對應(yīng)設(shè)置，所述下真空管道上設(shè)有兩抽氣接口，兩所述抽氣接口分別設(shè)于所述樣品臺的上方和下方，兩所述抽氣接口通過氣管與所述真空系統(tǒng)連通，所述電爐套設(shè)在所述下真空管道外壁上，所述微波輸入端檢測探頭設(shè)于所述上方圓過渡管上，所述微波接收端檢測探頭設(shè)于所述下方圓過渡管上。

12、優(yōu)選的，所述電爐包括繞設(shè)在所述下真空管道外壁上的電加熱絲，所述電加熱絲上罩設(shè)有殼體。

13、優(yōu)選的，所述真空系統(tǒng)包括固定焊接架，所述固定焊接架安裝在所述箱體的內(nèi)底壁上，所述固定焊接架上安裝有電機和渦輪式真空泵，所述電機與所述渦輪式真空泵傳動配合，所述真空泵的進氣端通過所述氣管與所述密閉腔室連通，所述電機與所述中控電腦端電性連接。

14、本發(fā)明提供的一種檢測材料微波穿透深度的裝置的使用方法，包括以下步驟：

15、向所述實驗倉內(nèi)放置樣品；

16、通過所述中控電腦端，基于第一預(yù)設(shè)參數(shù)，控制所述真空系統(tǒng)對所述實驗倉進行抽真空；

17、通過所述中控電腦端，基于第一預(yù)設(shè)參數(shù)，控制所述電爐向所述實驗倉內(nèi)的樣品進行加熱；

18、通過所述中控電腦端，基于第一預(yù)設(shè)參數(shù)，控制所述微波發(fā)射單元向所述實驗倉內(nèi)發(fā)射微波并穿透樣品；

19、通過所述檢測組件獲得所述實驗倉內(nèi)微波矢量、溫度和真空度數(shù)據(jù)；

20、將所述檢測組件檢測的數(shù)據(jù)傳輸給所述中控電腦端。

21、優(yōu)選的，向所述實驗倉內(nèi)放置的所述樣品物理狀態(tài)為塊體、粉體、液體中的一種。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

23、本發(fā)明提供的一種檢測材料微波穿透深度的裝置及方法，對材料微波穿透深度進行簡單、精準(zhǔn)、有效測量的評估，可以實現(xiàn)多種類型樣品微波穿透性能的有效評價，同時該發(fā)明功能化程度高，本發(fā)明能夠檢測給定材質(zhì)的待測樣品的微波穿透情況，通過將待測樣品放置在樣品臺上，由電控系統(tǒng)的真空模塊、加熱模塊、微波控制模塊實現(xiàn)調(diào)控實驗倉內(nèi)的真空度、設(shè)定樣品臺溫度、微波發(fā)射，通過設(shè)置在實驗倉微波射入端和微波接收端的檢測探頭，并將監(jiān)測的微波信號數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀，最終通過網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀分析微波穿過樣品前后的功率衰減，實現(xiàn)對樣品微波穿透深度的分析與計算，進而解決了針對不同材料的微波穿透深度數(shù)據(jù)收集難的問題。

技術(shù)特征：

1.一種檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，包括：箱體(3)，所述箱體(3)上安裝有實驗倉(11)、微波發(fā)射單元(7)、檢測組件、網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀(12)、真空系統(tǒng)(15)、紅外測溫裝置(17)和中控電腦端(10)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，所述微波發(fā)射單元(7)包括微波源(18)，所述箱體(3)的頂端連接有焊接支撐架(2)，所述焊接支撐架(2)上安裝有滑軌(1)，所述微波源(18)通過所述滑軌(1)在所述焊接支撐架(2)上移動，所述微波源(18)的微波射出端連通有波導(dǎo)管(21)，所述波導(dǎo)管(21)上沿微波射出方向依次設(shè)置有三銷釘(19)、短路天線(20)和短路活塞(22)，所述波導(dǎo)管(21)遠離所述微波源(18)的一端與所述實驗倉(11)的射入端連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，所述檢測組件包括微波輸入端檢測探頭(8)、微波接收端檢測探頭(14)、紅外測溫裝置(17)和真空規(guī)管(32)，所述微波輸入端檢測探頭(8)設(shè)于所述實驗倉(11)的射入端，所述微波接收端檢測探頭(14)設(shè)于所述實驗倉(11)的接收端；所述紅外測溫裝置(17)用于檢測所述樣品的溫度，所述真空規(guī)管(32)用于檢測所述實驗倉(11)的真空度，所述微波輸入端檢測探頭(8)、所述微波接收端檢測探頭(14)均與所述網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀(12)電性連接，所述紅外測溫裝置(17)、所述真空規(guī)管(32)均與所述中控電腦端(10)電性連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，所述實驗倉(11)包括由上至下依次設(shè)置的上方圓過渡管(9)、上真空管道(35)、下真空管道(28)和下方圓過渡管(13)，所述上方圓過渡管(9)的頂端與所述波導(dǎo)管(21)遠離所述微波源(18)一端連通，所述上方圓過渡管(9)的底端通過上真空法蘭(24)與所述上真空管道(35)密封連接，所述上真空管道(35)通過拆裝法蘭(25)與所述下真空管道(28)可拆卸連接，所述下真空管道(28)通過下真空法蘭(29)與所述下方圓過渡管(13)密封連接，所述上真空法蘭(24)上、所述下真空法蘭(29)上均嵌設(shè)有石英窗(23)，所述下真空管道(28)、所述上真空管道(35)通過兩所述石英窗(23)形成密閉腔室，所述下真空管道(28)的內(nèi)壁上部連接有樣品臺(26)，所述下真空管道(28)上傾斜設(shè)置有測溫窗口(30)，所述紅外測溫裝置(17)與所述測溫窗口(30)對應(yīng)設(shè)置，所述下真空管道(28)上設(shè)有兩抽氣接口，兩所述抽氣接口分別設(shè)于所述樣品臺(26)的上方和下方，兩所述抽氣接口通過氣管與所述真空系統(tǒng)(15)連通，所述電爐(27)套設(shè)在所述下真空管道(28)外壁上，所述微波輸入端檢測探頭(8)設(shè)于所述上方圓過渡管(9)上，所述微波接收端檢測探頭(14)設(shè)于所述下方圓過渡管(13)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，所述電爐(27)包括繞設(shè)在所述下真空管道(28)外壁上的電加熱絲，所述電加熱絲上罩設(shè)有殼體。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測材料微波穿透深度的裝置，其特征在于，所述真空系統(tǒng)(15)包括固定焊接架(33)，所述固定焊接架(33)安裝在所述箱體(3)的內(nèi)底壁上，所述固定焊接架(33)上安裝有電機(34)和渦輪式真空泵(31)，所述電機(34)與所述渦輪式真空泵(31)傳動配合，所述真空泵(31)的進氣端通過所述氣管與所述密閉腔室連通，所述電機(34)與所述中控電腦端(10)電性連接。

7.一種使用權(quán)利要求1-6任一項所述的檢測材料微波穿透深度的裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用檢測材料微波穿透深度的裝置的方法，其特征在于，向所述實驗倉(11)內(nèi)放置的所述樣品物理狀態(tài)為塊體、粉體、液體中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測材料微波穿透深度的裝置及方法，其中該裝置包括：箱體，箱體上安裝有實驗倉、微波發(fā)射單元、檢測組件、網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀、真空系統(tǒng)、紅外測溫裝置和中控電腦端；實驗倉豎直設(shè)置，實驗倉用于放置樣品；實驗倉上安裝有電爐；微波發(fā)射單元用于對實驗倉內(nèi)發(fā)射微波信號；檢測組件用于檢測實驗倉內(nèi)射入端和接收端的微波信號、樣品溫度和真空度；網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀用于接收監(jiān)測組件檢測的微波數(shù)據(jù)并計算微波信號的失量；將樣品放置實驗倉，對實驗倉進行抽真空和加熱，同時發(fā)射微波并穿透樣品，通過監(jiān)測組件檢測微波并通過網(wǎng)絡(luò)矢量分析計算衰減量，本發(fā)明解決了針對不同材料的微波穿透深度數(shù)據(jù)收集難的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊黎,朱領(lǐng)龍,葉小磊,郭勝惠,侯明,周子奇,李云川
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2