CN110191529A - 一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有用于产生微波功率的固态源功放，所述固态源功放与一射频天线连接，通过所述射频天线馈入微波能量，所述射频天线的侧边设置有驱动装置、传动装置以及MCU控制器，所述MCU控制器与驱动装置连接，所述驱动装置与传动装置连接，所述传动装置与所述射频天线连接，通过所述MCU控制器控制驱动装置的开启，驱动所述传动装置运动，从而带动射频天线运动，通过调整射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置，来改变腔体内电磁场分布获得最优的食物负载匹配，得到最佳传输效率，通过本发明所述方案，能够智能提升微波炉加热效率，节能环保。

Description

一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及微波加热领域，尤其涉及一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法。
背景技术
传统微波炉使用磁控管产生微波能量，耦合到波导再传输至腔体内给食物加热，磁控管输出功率恒定，当食物负载对食物吸收不好时，会产生很大的反射功率，对磁控管阴极造成损伤，而且这部分反射功率转化为热损耗，对能量转换效率来说是极大的损失。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法，旨在解决智能提升微波炉加热效率的问题。
本发明的技术方案如下：
一种提升微波加热效率的智能控制系统，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有用于产生微波功率的固态源功放，所述固态源功放与一射频天线连接，通过所述射频天线馈入微波能量，所述射频天线的侧边设置有驱动装置、传动装置以及MCU控制器，所述MCU控制器与驱动装置连接，所述驱动装置与传动装置连接，所述传动装置与所述射频天线连接，通过所述MCU控制器控制驱动装置的开启，驱动所述传动装置运动，从而带动射频天线运动，通过调整射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置，来改变腔体内电磁场分布获得最优的食物负载匹配，得到最佳传输效率。所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线设置在微波炉腔体顶端或侧边，所述固态源功放与所述射频天线通过射频同轴传输线连接。
所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡和天线盘，所述天线本体顶端连接有射频同轴连接器，底端与天线盘连接，所述天线盘设置在微波炉腔体内，所述天线本体上，天线盘与微波炉腔体之间设置有限位轴卡，对天线本体进行限位。
所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线设有屏蔽滚珠轴套，所述射频天线可在所述屏蔽滚珠轴套上滑动。
所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述驱动装置为步进电机。
所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述固态源功放的输出功率为300W-800W。
一种提升微波加热效率的智能控制方法，其中，包括步骤：
S1.固态源功放产生微波功率，通过射频同轴传输线由射频天线耦合进入微波腔体；
S2.调节射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置改变电磁场分布，使得食物负载匹配变化，通过频率扫描计算对应的反射曲线。
S3.找到食物负载匹配最佳的天线位置，同时计算出最佳反射对应的频率点，设置此频点下的功率输出，即可得到最佳功率转换效率。
所述的提升微波加热效率的智能控制方法，其中，所述步骤S2中，天线运动到不同位置，功放进行频率扫描并通过前向功率检测和反向功率检测计算每一个频点的反射值，由此得出整个频段的反射曲线，当天线位置变化一个周期即得出周期内不同天线位置的频段反射曲线。
有益效果：本发明公开了一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有用于产生微波功率的固态源功放，所述固态源功放与一射频天线连接，通过所述射频天线馈入微波能量，所述射频天线的侧边设置有驱动装置、传动装置以及MCU控制器，所述MCU控制器与驱动装置连接，所述驱动装置与传动装置连接，所述传动装置与所述射频天线连接，通过所述MCU控制器控制驱动装置的开启，驱动所述传动装置运动，从而带动射频天线运动，通过调整射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置，来改变腔体内电磁场分布获得最优的食物负载匹配，得到最佳传输效率，通过本发明所述方案，能够智能提升微波炉加热效率，节能环保。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明所述提升微波加热效率的智能控制系统的结构示意图。
图2为本发明所述提升微波加热效率的智能控制系统的MCU控制器与驱动装置以及传动装置的结构框图。
图3为本发明所述提升微波加热效率的智能控制系统的较佳实施例，固态源功放进行频率扫描，获取频段内的反射曲线示意图。
图4为本发明所述提升微波加热效率的智能控制系统的较佳实施例，改变射频天线与微波炉腔壁参考地之间的距离后，获取的反射曲线示意图。
图5为本发明所述提升微波加热效率的智能控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
本发明提供一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，为本发明所述提升微波加热效率的智能控制系统的结构示意图，本发明公开了一种提升微波加热效率的智能控制系统，其中，包括微波炉腔体101以及炉门，所述微波炉腔体101设置有用于产生微波功率的固态源功放102，所述固态源功放102与一射频天线103连接，通过所述射频天线103馈入微波能量，所述射频天线103的侧边设置有驱动装置104、传动装置105以及MCU控制器106，所述MCU控制器106与驱动装置104连接，所述驱动装置104与传动装置105连接，所述传动装置105与所述射频天线103连接，通过所述MCU控制器106控制驱动装置104的开启，驱动所述传动装置105运动，从而带动射频天线103运动，通过改变射频天线103与微波炉腔体101内壁的距离，来改变腔体内电磁场分布优化食物负载匹配，获得最佳微波功率转换效率，所述MCU控制器与驱动装置以及传动装置的连接关系如图2所示。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线103设置在微波炉腔体101顶端或侧边，所述固态源功放102与所述射频天线103通过射频同轴传输线107连接。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线103包括天线本体301、射频同轴连接器302、限位轴卡303和天线盘304，所述天线本体301顶端连接有射频同轴连接器302，底端与天线盘304连接，所述天线盘304设置在微波炉腔体101内，所述天线本体301上，天线盘304与微波炉腔体101之间设置有限位轴卡303，对天线本体301进行限位。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述射频天线103设有屏蔽滚珠轴套108，所述射频天线103可在所述屏蔽滚珠轴套108上滑动。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述驱动装置104为步进电机。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其中，所述固态源功放102的输出功率为300W-800W。
本发明采用电调谐振天线的方式来馈入微波能量，并能通过高速MCU来智能控制电调天线自动跟踪和适应食物负载匹配变化，获得更好的反射系数，经过多次实验验证，此智能控制系统在大部分加热过程中均能获得1.5以下的驻波，将能量转换效率提升至95％以上。
本发明涉及一种采用固态源功放作为微波加热源的智能天线控制系统，包括：
固态微波源功放，输出功率300W-800W，满足小型化微波炉加热要求。
智能电调控制系统，包括高速MCU，步进电机，传动机构。工作原理为MCU控制步进电机和传动机构带动射频同轴天线运动，同时通过扫频获取ISM频段范围内的反射曲线，在天线行程范围内找到食物负载匹配最好的天线位置并输入功率，加热过程中根据固态微波源功放检测的前向功率和反射功率计算的驻波来判断食物负载匹配，失配时动态调整天线位置来重新获取匹配。
射频同轴天线，所述射频天线包括射频同轴连接器，限位轴卡和天线盘组成，实现射频微波信号的馈入。
屏蔽轴套，所述屏蔽滚珠轴套包括外侧轴套和内测滚珠轴套组成，射频天线在轴套中顺滑运动并良好接地，实现较好的射频信号屏蔽效果。
本发明的有益效果在于：智能天线系统能实现自动跟踪食物负载匹配变化，通过改变天线位置来获取最佳的匹配将微波功率最大效率转化为食物加热。
固态源功放产生微波功率，通过射频同轴传输线由射频天线耦合进入微波腔体，一部分功率被食物负载吸收，一部分功率因为电磁场与食物负载匹配的问题从射频天线反射回固态源功放，功放的前向功率检测和反向功率检测计算S11回波损耗。智能控制系统的目的是使得被食物负载吸收的功率尽可能多，而反射回来的功率尽可能少，实现原理如下：
固态源功放持续进行频率扫描，获取频段内的反射，假设当射频天线与微波炉腔壁参考地之间的距离为H1，此时获取的反射曲线如图3所示：
此时可得知反射最好点的频率大概为908MHz，反射系数为-15dB左右，此时功率传输效率接近97％。
而当改变射频天线与微波炉腔壁参考地之间的距离，假设为H2，获取的反射曲线如图4所示：
此时可得知反射最好点的频率仍在908MHz，反射系数改善到了-35dB左右，此时功率传输效率可达到100％，也就是说被食物负载全吸收。
MCU控制步进电机经传动机构带动射频天线上下运动来改变与参考地之间的距离H。通过改变射频天线与参考地之间的距离H，可改变食物负载与电磁场的匹配，而智能控制系统即通过检测不同距离H状态下的反射系数曲线来跟踪食物负载与电磁场的最佳匹配，获得最高的功率传输效率。
进一步的，本发明还提供一种提升微波加热效率的智能控制方法，如图5所示，为所述发提升微波加热效率智能控制方法的步骤流程图，其中，包括步骤：
S1.固态源功放产生微波功率，通过射频同轴传输线由射频天线耦合进入微波腔体；
S2.调节射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置改变电磁场分布，使得食物负载匹配变化，通过频率扫描计算对应的反射曲线。
S3.找到食物负载匹配最佳的天线位置，同时计算出最佳反射对应的频率点，设置此频点下的功率输出，即可得到最佳功率转换效率。
进一步的，所述的提升微波加热效率的智能控制方法，其中，所述步骤S2中，天线运动到不同位置，功放进行频率扫描并通过前向功率检测和反向功率检测计算每一个频点的反射值，由此得出整个频段的反射曲线，当天线位置变化一个周期即得出周期内不同天线位置的频段反射曲线。
综上所述，本发明公开了一种提升微波加热效率的智能控制系统及其控制方法，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有用于产生微波功率的固态源功放，所述固态源功放与一射频天线连接，通过所述射频天线馈入微波能量，所述射频天线的侧边设置有驱动装置、传动装置以及MCU控制器，所述MCU控制器与驱动装置连接，所述驱动装置与传动装置连接，所述传动装置与所述射频天线连接，通过所述MCU控制器控制驱动装置的开启，驱动所述传动装置运动，从而带动射频天线运动，通过调整射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置，来改变腔体内电磁场分布获得最优的食物负载匹配，得到最佳传输效率，通过本发明所述方案，能够智能提升微波炉加热效率，节能环保。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有用于产生微波功率的固态源功放，所述固态源功放与一射频天线连接，通过所述射频天线馈入微波能量，所述射频天线的侧边设置有驱动装置、传动装置以及MCU控制器，所述MCU控制器与驱动装置连接，所述驱动装置与传动装置连接，所述传动装置与所述射频天线连接，通过所述MCU控制器控制驱动装置的开启，驱动所述传动装置运动，从而带动射频天线运动，通过调整射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置，来改变腔体内电磁场分布获得最优的食物负载匹配，得到最佳传输效率。
2.根据权利要求1所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，所述射频天线设置在微波炉腔体顶端或侧边，所述固态源功放与所述射频天线通过射频同轴传输线连接。
3.根据权利要求2所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，所述射频天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡和天线盘，所述天线本体顶端连接有射频同轴连接器，底端与天线盘连接，所述天线盘设置在微波炉腔体内，所述天线本体上，天线盘与微波炉腔体之间设置有限位轴卡，对天线本体进行限位。
4.根据权利要求3所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，所述射频天线设有屏蔽滚珠轴套，所述射频天线可在所述屏蔽滚珠轴套上滑动。
5.根据权利要求1所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，所述驱动装置为步进电机。
6.根据权利要求1所述的提升微波加热效率的智能控制系统，其特征在于，所述固态源功放的输出功率为300W-800W。
7.一种提升微波加热效率的智能控制方法，其特征在于，包括步骤：
A、固态源功放产生微波功率，通过射频同轴传输线由射频天线耦合进入微波腔体；
B、调节射频天线与微波炉腔体内壁的相对位置改变电磁场分布，使得食物负载匹配变化，通过频率扫描计算对应的反射曲线。
C、找到食物负载匹配最佳的天线位置，同时计算出最佳反射对应的频率点，设置此频点下的功率输出，即可得到最佳功率转换效率。
8.根据权利要求7所述的提升微波加热效率的智能控制方法，其特征在于，所述步骤B中，天线运动到不同位置，功放进行频率扫描并通过前向功率检测和反向功率检测计算每一个频点的反射值，由此得出整个频段的反射曲线，当天线位置变化一个周期即得出周期内不同天线位置的频段反射曲线。
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