專利名稱:適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多磁控管微波源功率控制方法,特別涉及一種適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率的智能控制方法,屬于微波加熱領(lǐng)域。
背景技術(shù):
相比傳統(tǒng)的電、油加熱方式,微波加熱具有效率高,加熱快,加熱均勻等優(yōu)點。但是在微波加熱過程中,隨著加熱的進行,被加熱目標(biāo)的溫度變化會引起其介電常數(shù)和電導(dǎo)率等參數(shù)發(fā)生變化,這些參數(shù)的變化可以等效為微波源負(fù)載的變化。另一方面,一些加熱目標(biāo)自身會由于化學(xué)反應(yīng)等過程,產(chǎn)生介電常數(shù)等特性的變化,介電常數(shù)特性的變化同樣可以等效為微波源負(fù)載的變化。微波源負(fù)載的時域變化會導(dǎo)致微波反射產(chǎn)生變化,反射的微波會被磁控管吸收轉(zhuǎn)換為熱量,從而降低微波源的效率,嚴(yán)重時會燒毀微波源。磁控管是一種高效低成本的微波源,在工業(yè)加熱得到廣泛應(yīng)用。相比使用單個高功率磁控管而言,經(jīng)研究,使用多個600W至1000W中小功率的磁控管比使用單個高功率磁控管更能獲得較高應(yīng)用功率而更加降低成本。已有的中國專利,專利號200410021986.7 的多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器,利用多磁控管提高微波功率。在應(yīng)用多磁控管微波源的系統(tǒng)中,磁控管之間的耦合也會隨著目標(biāo)特性的變化而發(fā)生變化。加熱目標(biāo)等效負(fù)載隨時間變化,引起阻抗不匹配和磁控管之間耦合的變化,通過耦合進入磁控管的功率也會被磁控管吸收并轉(zhuǎn)化為熱量,增大了能量消耗,降低了加熱效率。因此,如何合理地調(diào)節(jié)多個磁控管的輸出功率,實現(xiàn)多磁控管微波源輸出功率的智能控制,成為目前多磁控管微波源應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題。已有的中國專利,專利號200610020305. 4多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動功率控制方法,該方法將化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)寫成單片機程序,在反應(yīng)體系的不同階段,主動改變多個磁控管的工作狀態(tài)。但是對于復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程,或者具有非線性回應(yīng)的微波加熱目標(biāo),控制參數(shù)的提取非常困難和復(fù)雜。隨著微波加熱的應(yīng)用越來越廣泛,需要微波源通過信息采集,如微波反射和微波耦合信息的采集,自適應(yīng)地對微波加熱目標(biāo)進行多磁控管的智能控制,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的,這也正是本發(fā)明的任務(wù)所在。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述微波加熱中所存在的缺陷和不足,而提出一種適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制的新方法。該智能控制新方法是根據(jù)微波加熱目標(biāo)各階段中對微波吸收和反射情況信息的反饋,通過可編程單片機進行智能控制,然后自動調(diào)節(jié)多磁控管微波源的輸出功率,使其協(xié)同工作,達(dá)到延長微波源壽命、提高其微波加熱效率及節(jié)能環(huán)保的目的。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法,其特征在于包括以下實現(xiàn)步驟
(1)采用加熱反應(yīng)腔體,可編程單片機,微波功率檢測裝置,η個繼電器、η個定向耦合器、η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,η個磁控管構(gòu)成的多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng);(2)根據(jù)所述控制系統(tǒng)中微波加熱目標(biāo)各階段對微波吸收和反射情況的信息,通過微波功率檢測裝置的反饋信號,由單片機控制η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),達(dá)到自動調(diào)節(jié)多磁控管微波輸出功率的目的;(3)所述控制系統(tǒng)通過η個定向耦合器,獲得微波加熱目標(biāo)對微波的吸收和反射情況的信息,由微波功率檢測裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,單片機再根據(jù)微波功率檢測裝置反饋的數(shù)字信號,計算當(dāng)η個磁控管中選取任意k個磁控管狀態(tài)為“開”,其余所有磁控管狀態(tài)為 “關(guān)”時,所述所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,將此比值存儲;其中 k 取 η, η-1, η-2,......1 ;(4)最后比較上述存儲的比值,選取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行此時η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),自動協(xié)調(diào)控制磁控管微波源的輸出功率;上述技術(shù)方案中,所述多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng)包括單片機,η個繼電器,η 個磁控管,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,η個定向耦合器,微波功率檢測裝置,加熱反應(yīng)腔體;所述單片機,η個繼電器,η個磁控管,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,η個定向耦合器,微波功率檢測裝置通過固定裝置安裝在加熱反應(yīng)腔體外,所述η個繼電器分別與η個磁控管連接,η個磁控管分別與η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器連接,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器分別與η個定向耦合器輸入端連接, η個定向耦合器的耦合端與微波功率檢測裝置連接,η個定向耦合器輸出端連接到加熱反應(yīng)腔體,單片機連接η個繼電器和微波功率檢測裝置。上述技術(shù)方案中,所述磁控管微波源工作流程是單片機內(nèi)部定時器初始時,η個磁控管工作狀態(tài)為“開”,當(dāng)工作時間到達(dá)預(yù)定控制時間T后,單片機依次按照選取η個磁控管中k個磁控管,使k個磁控管工作狀態(tài)為 “開”,其他n-k個磁控管工作狀態(tài)為“關(guān)”的組合來控制η個磁控管開關(guān),k取值為η,η-1,
η-2,......1 ;此時單片機每次根據(jù)微波功率檢測裝置的反饋信號,計算并存儲上述各種組
合的所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,選取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行此時η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),當(dāng)η個磁控管工作時間再一次到達(dá)預(yù)定控制時間T后,則再進行一次上述智能控制,直到完成微波加熱目的。上述技術(shù)方案中,所述可編程單片機程序為(i)單片機內(nèi)部定時器初始時,關(guān)閉外部中斷,單片機的相應(yīng)η個端口輸出高電平,η個繼電器全部閉合,η個磁控管全部工作;(ii)單片機內(nèi)部定時器設(shè)定微波加熱時間為10秒至10分鐘,如果系統(tǒng)達(dá)到所設(shè)定加熱時間,單片機則執(zhí)行一次智能控制;具體步驟如下①首先,單片機根據(jù)微波功率檢測裝置反饋信號,計算并存儲η個磁控管全部工作時,所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;②然后,將單片機的相應(yīng)η個端口取1個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)的一個磁控管,其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取1個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;③接著,單片機從相應(yīng)η個端口中取2個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)2個磁控管,其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取2個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;④接著,單片機從相應(yīng)η個端口中取3個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)3個磁控管,其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取3個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;⑤依照②、③步和④步,單片機從η個端口中取m個端口,采取與②、③步和④步同樣的操作方式,其m取值為4,5,......n-2,n-l,n >m;⑥最后,單片機對采集的數(shù)據(jù)進行選取處理,采取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值為最小的端口開關(guān)組合,控制其相應(yīng)的磁控管開或關(guān),保持該工作狀態(tài)直到下一次重復(fù)智能控制。本發(fā)明一種適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法,其特點及有益技術(shù)效果是采用加熱反應(yīng)腔體,可編程單片機,微波功率檢測裝置,η個繼電器、η個定向耦合器、η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,η個磁控管構(gòu)成的多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)中微波加熱目標(biāo)各個階段中對微波吸收和反射情況的信息,通過微波功率檢測裝置的反饋信號;由單片機控制η個磁控管開關(guān)狀態(tài),選取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行此時η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),從而減少了微波加熱時能量的損失,提高了微波加熱效率,并達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果;而且可以避免加熱目標(biāo)在吸收微波情況變化時,導(dǎo)致反射波對磁控管的損害。
圖1是本發(fā)明實現(xiàn)適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法的控制系統(tǒng)的方框示意圖;圖2是本發(fā)明實施例中可編程單片機控制電路工作流程圖;圖3是本發(fā)明實施例中4個磁控管微波功率智能控制電路原理圖。圖中,1為89C52單片機,2為繼電器,3為磁控管,4為同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,5為定向耦合器,6為加熱反應(yīng)腔體,7為微波功率檢測裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明進行具體的描述,但該具體描述只是對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的說明,而不應(yīng)理解為是對本發(fā)明保護范圍的任何限定。如圖1所示,實現(xiàn)適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法的控制系統(tǒng)中,包括單片機1,η個繼電器2,η個磁控管3,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器4,η個定向耦合器5, 加熱反應(yīng)腔體6,微波功率檢測裝置7,;所述單片機1,η個繼電器2,η個磁控管3,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器4,η個定向耦合器5,微波功率檢測裝置7通過固定裝置安裝在加熱反應(yīng)腔體6外,所述η個繼電器2與η個磁控管3連接,η個磁控管3與η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器4連接,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器4與η個定向耦合器5的輸入端連接,η個定向耦合器5的輸出端連接到加熱反應(yīng)腔體6,η個定向耦合器5的耦合端與微波檢測裝置7連接,微波功率檢測裝置7與89C52可編程單片機1連接。所述控制系統(tǒng)工作時,通過η個定向耦合器4獲得微波加熱目標(biāo)對微波的吸收和反射情況的信息,由微波功率檢測裝置7轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,單片機1根據(jù)微波功率檢測裝置 7的反饋信號,計算當(dāng)η個磁控管3中選取任意k個磁控管狀態(tài)為“開”,其余所有磁控管狀態(tài)為“關(guān)”時,所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,并將比值存儲;其中
k取n,n-l,n-2,......l,k彡η;最后比較上述存儲的比值,選取所有磁控管的微波總反射
功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行該工作狀態(tài);即可達(dá)到自動調(diào)節(jié)多磁控管的微波源輸出功率。
實施例如圖2所示,以4個磁控管微波源為例,在具有4個磁控管的微波功率智能控制系統(tǒng)中,具體可編程單片機程序流程按以下步驟實現(xiàn)1、單片機內(nèi)部定時器初始時,關(guān)閉外部中斷,單片機1的pi. 0,pl. 2, pi. 4, pi. 6的 4個端口輸出高電平,4個繼電器2全部閉合,4個磁控管3全部工作,工作加熱時間為3分鐘;2、判斷單片機內(nèi)部定時器3分鐘是否達(dá)到,達(dá)到3分鐘執(zhí)行下一步;3、4個磁控管全部關(guān)閉時,單片機根據(jù)ρ2· 0,ρ2· 2,ρ2· 4,ρ2· 6的4個端口反饋信號,計算并存儲控制系統(tǒng)中對應(yīng)磁控管工作時,所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;4、4個磁控管中取1個磁控管關(guān)閉,其余磁控管打開,單片機根據(jù)ρ2. 0,ρ2. 2, ρ2.4,ρ2. 6的4個端口反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;對4個磁控管中取1個磁控管關(guān)閉的所有組合,依次進行以上計算并存儲;5、4個磁控管中取2個磁控管關(guān)閉,其余磁控管打開,單片機根據(jù)ρ2. 0,ρ2. 2, ρ2.4,ρ2. 6的4個端口反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;對4個磁控管中取2個磁控管關(guān)閉的所有組合,依次進行以上計算并存儲;6、4個磁控管中取3個磁控管關(guān)閉,其余磁控管打開,單片機根據(jù)ρ2. 0,ρ2. 2, ρ2.4,ρ2. 6的4個端口反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;對4個磁控管中取3個磁控管關(guān)閉的所有組合,依次進行以上計算并存儲;7、比較上述依次組合關(guān)閉磁控管情況的所有存儲的比值,找出所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值的最小時4個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行4個磁控管該開關(guān)狀態(tài),保持加熱3分鐘;8、保持加熱3分鐘后,再繼續(xù)下一次智能控制,直到完成加熱目的如圖3所示,4個磁控管微波功率智能控制電路原理圖中4個繼電器與4個磁控管分別連接,4個磁控管與4個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器分別連接,4個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器分別與4個定向耦合器的輸入端連接,4個定向耦合器的輸出端連接到加熱反應(yīng)腔體,4個定向耦合器的耦合端與微波檢測裝置連接,微波功率檢測裝置與89C52可編程單片機連接;本電路是以單片機為控制芯片,單片機為89C52,6MHz晶振Yl與電容C4和C5構(gòu)成振蕩電路,供單片機產(chǎn)生6MHz的時鐘信號,電容C6,電阻R2和R3構(gòu)成復(fù)位電路,當(dāng)按鈕開關(guān)SW2閉合時,單片機9腳為高電平,觸發(fā)單片機重新啟動系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制方法,其特征在于包括以下實現(xiàn)步驟(1)采用加熱反應(yīng)腔體,可編程單片機,微波功率檢測裝置,η個繼電器、η個定向耦合器、η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,η個磁控管構(gòu)成的多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng);(2)根據(jù)所述控制系統(tǒng)中微波加熱目標(biāo)各階段對微波吸收和反射情況的信息,通過微波功率檢測裝置的反饋信號,由單片機控制η個磁控管的開關(guān)狀態(tài);(3)所述控制系統(tǒng)通過η個定向耦合器,獲得微波加熱目標(biāo)對微波的吸收和反射情況的信息,由微波功率檢測裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,單片機再根據(jù)微波功率檢測裝置反饋的數(shù)字信號,計算當(dāng)η個磁控管中選取任意k個磁控管狀態(tài)為“開”,其余所有磁控管狀態(tài)為“關(guān)”時,所述所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,將此比值存儲;其中k取n,n_l,n_2,......1 ;(4)最后比較上述存儲的比值,選取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行此時η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),自動協(xié)調(diào)控制磁控管微波源的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多磁控管微波功率智能控制方法,其特征在于所述多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng)包括單片機(1),η個繼電器Q),n個磁控管(3),η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器G),η個定向耦合器(5),加熱反應(yīng)腔體(6),微波功率檢測裝置(7);所述單片機(1),η個繼電器⑵,η個磁控管⑶,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器⑷,η個定向耦合器(5),微波功率檢測裝置(7)通過固定裝置安裝在加熱反應(yīng)腔體(6)外,所述η個繼電器分別與η個磁控管連接,η個磁控管分別與η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器連接,η個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器分別與η個定向耦合器輸入端連接,η個定向耦合器的耦合端與微波功率檢測裝置連接,η個定向耦合器輸出端連接到加熱反應(yīng)腔體,單片機連接η個繼電器和微波功率檢測裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多磁控管微波功率智能控制方法,其特征在于所述磁控管微波源工作流程是單片機內(nèi)部定時器初始時,η個磁控管(3)工作狀態(tài)為“開”,當(dāng)工作時間到達(dá)預(yù)定控制時間T后,單片機(1)依次按照選取η個磁控管中k個磁控管,使k個磁控管工作狀態(tài)為“開”,其他n-k個磁控管工作狀態(tài)為“關(guān)”的組合來控制η個磁控管開關(guān),k取值為n,n-1,n-2,......1 ;此時單片機每次根據(jù)微波功率檢測裝置的反饋信號,計算并存儲上述各種組合的所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,選取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值最小時的η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),并執(zhí)行此時η個磁控管的開關(guān)狀態(tài),當(dāng)η個磁控管工作時間再一次到達(dá)預(yù)定控制時間T后,則再進行一次上述智能控制,直到完成微波加熱目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多磁控管微波功率智能控制方法,其特征在于所述可編程單片機程序為(i)單片機(1)內(nèi)部定時器初始時,關(guān)閉外部中斷,單片機(1)的相應(yīng)η個端口輸出高電平,η個繼電器⑵全部閉合,η個磁控管(3)全部工作;( )單片機內(nèi)部定時器設(shè)定微波加熱時間為10秒至10分鐘,如果系統(tǒng)達(dá)到所設(shè)定加熱時間,單片機則執(zhí)行一次智能控制;具體步驟如下①首先,單片機根據(jù)微波功率檢測裝置(7)反饋信號,計算并存儲η個磁控管全部工作時,所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值;②然后,將單片機的相應(yīng)η個端口取1個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)的一個磁控管,其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置(7)反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取1個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;③接著,單片機從相應(yīng)η個端口中取2個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)2個磁控管(3),其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置(7)反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取2個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;④接著,單片機從相應(yīng)η個端口中取3個端口輸出低電平,關(guān)閉其相應(yīng)3個磁控管(3),其余磁控管打開,此時單片機根據(jù)微波功率檢測裝置(7)反饋信號,計算并存儲所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值,對η個端口中取3個端口輸出低電平的所有組合,依次進行以上計算并存儲;⑤依照②、③步和④步,單片機從η個端口中取m個端口,采取與②、③步和④步同樣的操作方式,其m取值為4,5,......n-2,n-l,n >m;⑥最后,單片機對采集的數(shù)據(jù)進行選取處理,采取所有磁控管的微波總反射功率和微波總輸入功率之比值為最小的端口開關(guān)組合,控制其相應(yīng)的磁控管開或關(guān),保持該工作狀態(tài)直到下一次重復(fù)智能控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適應(yīng)時變負(fù)載的多磁控管微波功率智能控制的方法,屬于微波加熱領(lǐng)域。實現(xiàn)該智能控制的方法是采用加熱反應(yīng)腔體,可編程單片機,微波功率檢測裝置,n個繼電器、n個定向耦合器、n個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,n個磁控管構(gòu)成的多磁控管微波功率智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)中微波加熱目標(biāo)各個階段中對微波吸收和反射情況的信息,通過微波功率檢測裝置的反饋信號;由單片機控制n個磁控管開關(guān)狀態(tài),從而自動調(diào)節(jié)多磁控管微波源的輸出功率,使其協(xié)同工作,達(dá)到延長微波源壽命、提高其微波加熱效率及節(jié)能環(huán)保目的。
文檔編號H05B6/68GK102573162SQ20121003769
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉長軍, 楊曉慶, 楊陽, 趙翔, 郭慶功, 閆麗萍, 陳倩, 陳星 , 黃卡瑪 申請人:四川大學(xué)