CN107689733A - 一种保鲜方法及电磁保鲜器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种保鲜方法和电磁保鲜器，保鲜方法是利用超低频电磁场辐射保鲜，电磁保鲜器包括电源模块、控制器和超低频高压发生器，电源模块主要用于将220V市电转换为高频高压交流电并输出给超低频高压发生器，控制器主要用于向超低频高压发生器输送PWM信号，超低频高压发生器主要用于输出超低频高压电，供给后方的工作电极，用以产生有效电磁场。保鲜方法具有优于静电保鲜技术所能产生的保鲜效果，保鲜器电路合理，易实现，且耗能低。

Description

一种保鲜方法及电磁保鲜器
技术领域
本发明的实施例涉及一种保鲜方法及电磁保鲜器。
背景技术
贮藏保鲜技术和方法有许多种，目前已经采用的有：湿冷保鲜技术、气调技术、微冻技术、减压技术及电子束空气离子保鲜技术，诸多保鲜工艺正朝着多元化和新型化的方向发展。
目前，有一种高压静电保鲜技术，其属于高电压工程技术在保鲜领域的一种应用，这种技术最早在20世纪末，在高压静电作用于采摘的果蔬后，可能引起果蔬的某些生理变化的研究时，发现经过这种高压静电处理过的果蔬，有类似一定的保鲜作用，比如：减缓了果蔬外观的速度、让果蔬成熟的过程变得更长等现象。此后，高压静电技术在保鲜领域的研究随着高电压工程技术的发展而发展。
天津大学在一份专利申请文件(2016109289571)中有提到，用亥姆霍兹线圈产生磁场，利用静磁场和交变磁场辅助低温进行保鲜。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种利用电磁辐射和空间静电场技术的保鲜方法，保鲜效果优良的小功率超低频交变电电磁保鲜器。
为实现上述发明目的，本发明提供一种保鲜方法，是利用超低频电磁场辐射保鲜。配合低温，保鲜效果更佳。
本发明还提供一种实现该保鲜方法的电磁保鲜器，包括电源模块、控制器和超低频高压发生器；电源模块输入端接市电，输出端耦合超低频高压发生器，并输出高频高压交流电；控制器输出端耦合超低频高压发生器，并输出PWM信号；超低频高压发生器接收高频高压交流电和PWM信号，并输出超低频高压电。
优选地，电源模块包括电源输入端整流滤波电路、开关电源控制器、开关变压器、基准电路、电源输出端滤波电路；开关电源控制器的型号为THX202H，开关变压器的型号为HT-370A。
优选地，控制器包括STM32F103RC型单片机及其外围电路，该单片机的PA1端口和PA8端口分别输出PWM信号，PAO端口接收电压反馈信号。
优选地，超低频高压发生器包括变压器、第一开关电路、第二开关电路、整流低通滤波电路和反馈电路；变压器为升压型变压器，具有初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈；第一开关电路分别与电源模块、控制器、变压器初级线圈其中一头耦合，接收PWM信号并控制电流进入变压器；第二开关电路分别与控制器、变压器初级线圈另一头耦合，接收PWM信号并控制电流流出变压器；整流低通滤波电路与变压器第一次级线圈耦合，用于整流并滤除高频部分；反馈电路分别与变压器第二次级线圈、控制器耦合，用于采集输出电压值。
优选地，第一开关电路包括第一NMOS管、第六PMOS管和第十七电阻；第一NMOS管栅极耦合控制器，接收PWM信号，源极接地，漏极通过第十七电阻后耦合电源模块输出端；第六PMOS管栅极通过第十七电阻后耦合电源模块输出端，源极耦合电源模块输出端，漏极耦合变压器初级线圈。
优选地，第二开关电路包括第一与非门、第二与非门、第四NPN型管、第五PNP型管、第二NMOS管和第三NMOS管；第一与非门和第二与非门串联组成与非门等效电路，输入端与控制器耦合，输出端分别与第四NPN型管、第五PNP型管的基极耦合；第四NPN型管发射极与第五PNP型管发射极串联，该串联电路还耦合第二NMOS管栅极和第三NMOS管栅极；第二NMOS管源极与第三NMOS管源极串联，该串联电路还耦合变压器初级线圈。
优选地，整流低通滤波电路采用RC低通滤波。
相比于现有技术，本发明的优势在于：提供了一种新式保鲜方法，使用超低频小功率辐射技术，在一定空间范围(四维空间)内形成超低频电磁场辐射保鲜，具有优于静电保鲜技术所能产生的保鲜效果。同时，还提供了一种实现该保鲜方法的保鲜器，其包括电源模块、控制器和超低频高压发生器，电源模块输出高频高压交流电，超低频高压发生器用于输出超低频高压电，控制器用于控制超低频高压发生器开关；该保鲜器电路合理，易实现，且耗能低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，并非对本发明的限制。
图1是本发明的电磁场对苹果和猕猴桃在25℃贮藏期间氧气浓度变化柱状图。
图2是本发明的电磁场对苹果和猕猴桃在25℃贮藏期间二氧化碳浓度变化柱状图。
图3电源模块电路图。
图4是控制器模块电路图。
图5是超低频高压发生器电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。
本实施例的保鲜方法是基于超低频小功率辐射实操技术，利用超低频电磁场辐射，可以延长食品的保鲜时间。配合低温，保鲜效果更佳。
本保鲜方法的原理可以根据爱因斯坦的明可夫基里平直时空理论和电磁场方程组的四维形式加以解释，物理世界是四维的，即三维空间加一维时间，这四个数就是它的时空坐标t和x、y、z，它们构成一个四维的刚性连续时空，通常称为明可夫基里平直时空。物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，世界的运动是微观与宏观相对。在四维时空里还定义了四维速度，四维加速度，四维力，电磁场方程组的四维形式等，因此电磁场方程组的四维形式更加完善，统一了电和磁。本保鲜方法就是在一个四维空间区域内增加超低频段电磁场辐射，可以控制物质做相对的运动，处于相对静止状态，达到相对的运动目的，即在本技术控制的四维区域类，所有的物质(分子、原子、粒子、质子)的微观运动是以别的参照物为依据做的相对运动，物质的微观运动的时间越长，与同类产品(冰箱以西门子保鲜物品为参照物)比较优势越明显。
以猕猴桃、香蕉、苹果分别做保鲜试验，因为猕猴桃、香蕉在目前的保鲜技术条件下是最难保鲜的水果，以此作为研究目标比较有参考价值，苹果则是最容易保鲜的产品，选它则具有普遍意义。
试验材料与方法如下：
1、用塑料自封袋包装猕猴桃和苹果，然后分别在室温(25℃)和冷库(4℃)中设置电磁场和对照实验，每天测试包装内氧气和二氧化碳浓度，并观察感官质量。
2、用塑料自封袋包装香蕉，然后在室温(25℃)中设置电磁场和对照实验，每天测试包装内氧气和二氧化碳浓度，并观察感官质量。
结果与分析：
1、见图1、图2、表1和表2，在电磁场中的猕猴桃和苹果的包装内氧气浓度较高，二氧化碳浓度较低，说明电磁场降低了本实验中的猕猴桃和苹果的呼吸代谢速率，利于果蔬保鲜，且此现象在4℃条件下效果更明显。
表1电磁场对苹果和猕猴桃在25℃贮藏期间氧气和二氧化碳浓度的影响(d：天)
表2电磁场对苹果和猕猴桃在4℃贮藏期间氧气和二氧化碳浓度的影响(d：天)
2、见表3，在电磁场中的猕猴桃和苹果的包装内氧气浓度较高，二氧化碳浓度较低，说明电磁场降低了本实验中的猕猴桃和苹果的呼吸代谢速率，利于果蔬保鲜。
表3电磁场对香蕉在25℃贮藏期间氧气和二氧化碳浓度的影响(d：天)
基于上述方法，本实施例还提供一种电磁保鲜器，其包括电源模块、控制器和超低频高压发生器。电源模块主要用于将220V市电转换为高频高压交流电并输出给超低频高压发生器。控制器主要用于向超低频高压发生器输送PWM信号。超低频高压发生器主要用于输出超低频高压电，供给后方的工作电极，用以产生有效电磁场。
见图3，电源模块包括电源输入端整流滤波电路、开关电源控制器U1、开关变压器T1、基准电路、电源输出端滤波电路。
电源输入端整流滤波电路用于将市电整流成直流电，并尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，整流滤波后的直流电输送至开关变压器初级线圈其中一头。
开关电源控制器U1的型号为THX202H，开关变压器T1的型号为HT-370A。开关电源控制器的第1脚(OB)耦合电源输入端整流滤波电路的整流输出端，第7、8脚(OC)耦合开关变压器初级线圈另一头。开关变压器T1具有次级线圈和反馈绕组，次级线圈与电源输出端滤波电路耦合，反馈绕组与开关电源控制器的第5脚(VCC)耦合。开关电源控制器U1控制开关变压器T1按一定频率进行导通、截止，因此初级线圈的电流将断续流过，次级线圈就产生了电流和电压，经电源输出端滤波电路滤波后输出高频高压交流电。
基准电路包括第五电阻R5和稳压二极管U3，该基准电路取样电源输出端滤波电路的输出电压VSpp1，并反馈回开关电源控制器U1的第4脚(FB)。
见图4，控制器包括STM32F103RC型单片机U5及其外围电路，该单片机的PA1端口和PA8端口输出PWM信号，PWM信号分为PWM_F_CTL和PWM_V_CTL，单片机的PAO端口接收电压反馈信号。
见图5，超低频高压发生器包括变压器T2、第一开关电路、第二开关电路、整流低通滤波电路和反馈电路。
变压器T2为升压型变压器，同样具有初级线圈、次级线圈和反馈绕组。
第一开关电路用于接收PWM信号并控制电源模块的电流进入变压器，其包括第一NMOS管Q1、第六PMOS管U6和第十七电阻R17，其中，第一NMOS管Q1和第六PMOS管U6均为金属氧化物半导体场效应管(增强型)，第十七电阻R17为上拉电阻。电路连接方式为：第一NMOS管栅极耦合单片机U5，接收PWM_F_CTL信号，源极接地，漏极通过第十七电阻后耦合电源模块输出端(POW_IN)，接收高压高频交流电；第六PMOS管栅极也通过第十七电阻后耦合电源模块输出端(POW_IN)，源极直接耦合电源模块输出端(POW_IN)，漏极耦合变压器初级线圈其中一头。电路工作方式为：通常情况下Q1和U6为断开状态，当PWM_F_CTL为高电平时，Q1栅极正向偏压导通，POW_IN输入，其中一路经R17分压后到达U6栅极，另一路到U6源极，由于经过分压，因此U6栅极为反向偏压导通，电流到达变压器初级线圈；当PWM_F_CTL为低电平时，Q1栅极反向偏压断开，电流无法进入变压器初级线圈。
由于场效应管以开关方式工作，变压器初级线圈会产生很高的反向脉冲电压，严重威胁场效应管，所以变压器初级线圈还耦合有以二极管D17、电容C30和电阻R34组成峰吸收电路，用以吸收高脉冲，保护场效应管。
第二开关电路用于接收PWM信号并控制变压器电流流出，其包括第一与非门U7A、第二与非门U7B、第四NPN型管Q4、第五PNP型管Q5、第二NMOS管Q2和第三NMOS管Q3，其中的第二NMOS管Q2和第三NMOS管Q3为金属氧化物半导体场效应管(耗尽型)。电路连接方式为：U7A和U7B串联组成与非门等效电路，电路输入端与单片机U5耦合，接收PWM_F_CTL和PWM_V_CTL信号，输出端分别与Q4、Q5的基极耦合；Q4集电极耦合3.3V电源输入(VCC)，Q4发射极与Q5发射极串联并设置a节点，Q5集电极接地；Q2栅极和Q3栅极串联并设置b节点，Q2漏极和Q3漏极接地，Q2源极和Q3源极耦合变压器初级线圈另一头；a节点与b节点耦合。电路工作方式为：两个与非门组成与非门等效电路，当PWM_F_CTL和PWM_V_CTL同时为高电平时，U7B输出高电平，因此Q4和Q5基极为高电平，Q4导通，Q5断开；VCC加入到Q3和Q4的栅极，VCC为正向偏压，Q3和Q4导通，变压器初级线圈通路，次级线圈升压输出；当PWM_F_CTL为高电平，PWM_V_CTL为低电平时，U7B输出低电平，Q4和Q5基极为低电平，Q4断开，Q5导通，VCC无输入，Q3和Q4栅极为反向偏压断开，变压器初级线圈开路。
整流低通滤波电路采用RC低通滤波，其耦合在变压器次级线圈后，用于将高压交流电毛刺滤除，并且将高频部分滤除，留下超低频部分(30-300Hz)，HV_OUT为高压超低频电。
反馈绕组经二极管D13、电容C28、电阻R24、电阻R27后接入单片机PAO端口，用于采集并确定输出电压值。
超低频高压发生器输出超低频高压电，供给匹配网络模块(图未示)，再由匹配网络模块分配至各个工作电极(图未示)，产生超低频电磁场。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种保鲜方法，其特征在于：所述保鲜方法是利用超低频电磁场辐射保鲜。
2.根据权利要求1所述的保鲜方法的电磁保鲜器，其特征在于：包括电源模块、控制器和超低频高压发生器；
电源模块输入端接市电，输出端耦合超低频高压发生器，并输出高频高压交流电；
控制器输出端耦合超低频高压发生器，并输出PWM信号；
超低频高压发生器接收高频高压交流电和PWM信号，并输出超低频高压电。
3.根据权利要求2所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述电源模块包括电源输入端整流滤波电路、开关电源控制器、开关变压器、基准电路、电源输出端滤波电路；开关电源控制器的型号为THX202H，开关变压器的型号为HT-370A。
4.根据权利要求2所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述控制器包括STM32F103RC型单片机及其外围电路，该单片机的PA1端口和PA8端口分别输出PWM信号，PAO端口接收电压反馈信号。
5.根据权利要求2所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述超低频高压发生器包括变压器、第一开关电路、第二开关电路、整流低通滤波电路和反馈电路；变压器为升压型变压器，具有初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈；第一开关电路分别与电源模块、控制器、变压器初级线圈其中一头耦合，接收PWM信号并控制电流进入变压器；第二开关电路分别与控制器、变压器初级线圈另一头耦合，接收PWM信号并控制电流流出变压器；整流低通滤波电路与变压器第一次级线圈耦合，用于整流并滤除高频部分；反馈电路分别与变压器第二次级线圈、控制器耦合，用于采集输出电压值。
6.根据权利要求5所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述第一开关电路包括第一NMOS管、第六PMOS管和第十七电阻；第一NMOS管栅极耦合控制器，接收PWM信号，源极接地，漏极通过第十七电阻后耦合电源模块输出端；第六PMOS管栅极通过第十七电阻后耦合电源模块输出端，源极耦合电源模块输出端，漏极耦合变压器初级线圈。
7.根据权利要求5所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述第二开关电路包括第一与非门、第二与非门、第四NPN型管、第五PNP型管、第二NMOS管和第三NMOS管；第一与非门和第二与非门串联组成与非门等效电路，输入端与控制器耦合，输出端分别与第四NPN型管、第五PNP型管的基极耦合；第四NPN型管发射极与第五PNP型管发射极串联，该串联电路还耦合第二NMOS管栅极和第三NMOS管栅极；第二NMOS管源极与第三NMOS管源极串联，该串联电路还耦合变压器初级线圈。
8.根据权利要求5所述的电磁保鲜器，其特征在于：所述整流低通滤波电路采用RC低通滤波。
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