CN111238185A - 一种用于监控微波真空干燥的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于监控微波真空干燥的装置，包括干燥系统、真空系统和图像采集系统；干燥系统包括输出控制系统、微波系统、称重系统和测温系统；微波系统包括微波发生器，微波发生器位于微波腔室内壁上方，微波腔室上设置有排气孔和干燥室仓门，称重系统位于微波腔室内，测温系统位于微波腔室内壁上方，输出控制系统用于对微波系统、真空系统、称重系统和测温系统进行控制，真空系统用于对微波腔室进行真空处理，测温系统用于检测于微波腔室内部的温度，图像采集系统用于监测微波腔室内部的情况。本发明不仅可以在准确的时间间隔进行图像采集，同时，也可对干燥整个过程进行录像，提高实验准确性，还可以对干燥过程进行实时的监测。

Description

一种用于监控微波真空干燥的装置
技术领域
本发明涉及干燥设备技术领域，特别涉及一种用于监控微波真空干燥的装置。
背景技术
微波真空干燥技术作为一种新型干燥技术，研究人员对其基本原理的研究还不透彻，对物料干燥过程的研究也不够深入，尤其是对干燥过程中物料的颜色和形态变化情况研究甚少。已有的一些研究也需要将物料拿出干燥设备，图像采集后再放回干燥设备继续干燥，这样不仅影响实验的连续性，破坏物料干燥所需要的稳定干燥环境，而且频繁的取放物料，也会使得物料在干燥过程中接触到空气，不利于实验的准确性。人为的取放物料进行图像采集，对时间间隔的掌握也不精确，对于微波真空这样快速的干燥方法，将会带来不可避免的误差，从而影响实验的精度。
进一步地，微波加热由于其加热方式的特殊性，对水分子等极性分子会产生共振，容易对物料水分集中的地方产生热量聚集，从而导致物料干燥过程中发生焦糊，不利于干燥物料的品质提升。因此，对于微波加热的不均匀性需要特别的关注，对于感兴趣区域或者水分集中地方的温度监测十分必要。如何将干燥物料的颜色、形态和温度变化都进行实时有效的监控，是干燥设备亟待解决的关键问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于监控微波真空干燥的装置，不仅可以在准确的时间间隔进行图像采集，同时，也可对干燥整个过程进行录像，提高实验准确性，还可以对干燥过程进行实时的监测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于监控微波真空干燥的装置，包括干燥系统、真空系统和图像采集系统；
所述干燥系统包括输出控制系统、微波系统、称重系统和测温系统；
所述的微波系统包括微波发生器23，微波发生器23位于微波腔室9内壁上方，微波腔室9上设置有排气孔15和干燥室仓门25，称重系统位于微波腔室9内，测温系统位于微波腔室9内壁上方，所述输出控制系统用于对微波系统、真空系统、称重系统和测温系统进行控制，真空系统用于对微波腔室9进行真空处理，测温系统用于检测于微波腔室9内部的温度，图像采集系统用于监测微波腔室9内部的情况。
所述的测温系统包括红外温度传感器8和激光瞄准器。
所述输出控制系统包括控制面板5，所述控制面板5位于干燥设备的表面上方。
所述的真空系统包括真空泵19，真空泵19和微波腔室9通过真空管17相连，所述真空泵19和控制面板5通过电线21相连；
所述真空泵19为水环式真空泵，真空泵19放置在装有吸收噪声材料的箱子内，箱子上开有两孔用于安装进水管20和出水管18。
所述的微波腔室9上设置有支撑梁26，支撑梁26与支撑板24固定，用于放置图像采集系统，所述的图像采集系统包括相机1，相机1上设置有接圈2和镜头3，相机1和光源4安装在所述支撑板24上，所述支撑板24从上到下依次为相机1、接圈2、镜头3和光源4，所述支撑板24开有通孔。
所述微波腔室9上方开有图像采集孔27，在所述图像采集孔27位置处的微波腔室9上焊有一圆筒31，在圆筒31内安装有玻璃，且所述玻璃紧密镶嵌在所述圆筒31内，从而保证微波腔室9的密闭性。
所述圆筒31外包裹有电热丝，所述电热丝外包裹有保温材料，减少整个圆筒31的热损失，对圆筒31进行加热，减少所述玻璃上水蒸气的雾化。
所述的支撑板24下方焊接有垫片30，与支撑梁26相固定，所述图像采集系统位于图像采集孔27的正上方。
所述的相机1、接圈2、镜头3、光源轴心和图像采集孔27圆心在同一条铅垂线上。
所述的称重系统包括在微波腔室9内部设置有料盘支架11，料盘支架11上安装有称量传感器，料盘支架11上表面设置有料盘10，料盘10的底盘是网状结构，料盘10底盘上铺设密集的网状结构垫子。
所述的料盘圆心10与图像采集系统在同一条铅垂线上。
所述的微波腔室9的顶部和左右两边的侧壁都有加热装置。
本发明的有益效果：
1.本发明集合了相机和微波真空干燥设备，使用相机和计算机相连，运用图像处理技术在微波真空干燥过程中实现在线监测，监控时既可以设置等时间间隔图像采集，又可以在任意时刻下图像采集，还实现了对微波真空干燥全过程的录像。并且图像采集系统通过支撑板固定，可以与干燥系统灵活装卸，也可以根据需要选配合适的相机、镜头和光源。解决了传统取样测试具有的干燥不连续、破坏干燥环境状态以及操作繁琐的问题。
2.本发明带有控温反馈模块和激光瞄准器，保护物料干燥时温度不会达到致损温度，在物料温度升高的过程中逐渐降低微波的功率，保证干燥结束后的物料拥有较高的物理品质和化学成分。
附图说明
图1是本发明主视图。
图2是本发明俯视图。
图3是本发明支撑板结构示意图。
附图标记包括：1-工业相机；2-接圈；3-镜头；4-光源；5-控制面板；6-钥匙孔；7-气压测量探头；8-红外温度传感器；9-微波腔室；10-料盘；11-料盘支架；12-门把；13-观察孔；14-铰链；15-排气孔；16-支脚；17-真空管；18-出水管；19-真空泵；20-进水管；21-电线；22-计算机；23-微波发生器；24-支撑板；25-干燥室仓门；26-支撑梁；27-图像采集孔；28-相机孔；29光源孔；30-垫片；31-圆筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：一种用于监控微波真空干燥的装置，包括干燥系统、真空系统和图像采集系统；所述干燥系统包括输出控制系统、微波系统、称重系统和测温系统，所述微波系统主要包括微波腔室9、微波发生器23和干燥室仓门25，所述微波发生器23位于所述微波腔室9内壁上方，所述微波腔室9连接有排气孔15，使得干燥结束后所述微波腔室9恢复到大气压，所述仓门25上开有观察孔13，所述称重系统包括料盘支架11、料盘10和称量传感器，所述称重系统位于所述微波腔室9内的中间位置，所述测温系统包括红外温度传感器8和激光瞄准器，所述测温系统位于所述微波腔室9内壁上方，所述输出控制系统主要包括控制面板5，所述控制面板5位于干燥设备的表面上方，用于对微波系统、真空系统、称重系统和测温系统进行控制。
所述真空系统包括真空泵19、真空管27、进水管20和出水管18，所述真空泵19为水环式真空泵，所述真空泵19和所述微波腔室9通过所述真空管17相连，所述真空泵19和所述控制面板5通过电线21相连，所述真空泵19放置在装有吸收噪声材料的箱子内，降低所述真空泵19噪声，所述箱子开两个孔用于所述进水管20和所述出水管18的安装，所述真空泵19和所述微波腔室9通过真空管17相连；
所述图像采集系统包括相机1、接圈2、镜头3、光源4和支撑板24，所述接圈2和所述镜头3安装在所述相机1上，所述相机1和所述光源4安装在所述支撑板24上，所述支撑板24从上到下依次为相机1、接圈2、镜头3和光源4，所述支撑板24开有通孔，可与所述相机1灵活装卸。所述图像采集系统中的相机1、接圈2、镜头3、光源轴心和所述图像采集孔27圆心以及所述料盘圆心，在同一条铅垂线上。
所述微波腔室9上方开有图像采集孔27，在所述图像采集孔27位置处的微波腔室9上焊有一圆筒31，在圆筒31内安装有玻璃，且所述玻璃紧密镶嵌在所述圆筒31内，从而保证微波腔室9的密闭性。
所述圆筒31外包裹有电热丝，所述电热丝外包裹有保温材料，减少整个圆筒31的热损失，对圆筒31进行加热，减少所述玻璃上水蒸气的雾化。
微波腔室9的顶部和左右两边的侧壁都有加热装置，保证干燥出来的水蒸气不会在壁面凝结，重新掉落到干燥物料上。
所述测温系统带有激光瞄准器，可以对感兴趣的区域进行测温。
所述输出控制系统带有控温反馈，当温度超过设定温度后，自动降低微波功率直至停止。
所述支撑板24开孔位置与所述相机1开孔位置应该一一对应。
所述料盘支架11上安装有称量传感器，可以自动称重，所述料盘10的底盘是网状结构，有利于物料中水分的排除，考虑到物料干燥后的收缩变形，防止物料从料盘中掉落，进一步的，可以在料盘10底盘上铺相对密集的网状结构垫子，再将物料放置在垫子上。
输出控制系统位于干燥系统上，包括输出控制面板5，真空系统包括真空泵19、进水管20和出水管18，真空系统通过真空管17和电线21与微波腔室9和输出控制面板5相连，还有辅助工件钥匙孔6、气压测量探头7、支脚16。
如图2图3所示：所述微波腔室9上的干燥设备安装有支撑梁26，与所述支撑板24固定，支撑所述图像采集系统。所述支撑板24下方焊接有垫片30，与所述微波腔室9上的支撑梁26相固定，使得所述图像采集系统位于所述微波腔室9图像采集孔27的正上方，并保证图像采集系统的稳定。
本发明的工作原理：
如图1所示：在实际使用的过程中，准备阶段：通过钥匙孔6打开控制面板5和干燥系统，将料盘10放在料盘支架11上，点击控制面板5上的去皮按钮，取出料盘10将物料整齐平铺满在料盘10上，重新把料盘10放到料盘支架11上，关好干燥室仓门25，打开相机1，与计算机22相连接，选择合适的镜头3，并调整好焦距，使得物料的样子可以清晰的显示在计算机22上。
干燥阶段：点击控制面板5上面的参数设置，设置需要的微波功率和真空度，设置物料的三个保护温度，三个温度依次升高，当物料温度升高到第一个保护温度时，微波输出功率是起始设置功率的80％，当物料温度升高到第二个保护温度时，微波输出功率是起始设置功率的50％，当物料温度升高到第三个保护温度时，微波输出功率为0，即物料所能承受的最高温度，此时停止微波加热，保护物料不会因为温度过高受到破坏，因为微波加热具有快速高效的特点。
进一步的，在控制面板5上，根据需要选择称重模式和计时模式，选择称重模式，同时要设置三个含水率指标，三个含水率依次减少，当含水率降低到第一个含水率时，微波输出功率是起始设置功率的80％，当含水率降低到第二个含水率时，微波输出功率是起始设置功率的50％，当含水率降低到第三个含水率时，微波输出功率为0，即含水率已经达到目标含水率，微波加热自动停止，选择计时模式，只需要设置微波运行时长，当微波运行指定时长后，微波自动停止。
进一步的，固定相机1和支撑板24，固定光源4和支撑板24，将支撑板24放置在支撑梁26上，并通过垫片30与支撑梁26通过螺母相固定，连接相机1和计算机22，保证通讯顺畅，通过计算机22，保持对比度和亮度等默认参数设置，选择合适的镜头，并调整合适的焦距，使得料盘10和物料样子可以清晰的显示在计算机22上，设置图像采集方式，录像模式和拍照模式，录像模式只需要和干燥运行同步开起，拍照模式需要设置每次拍照的时间间隔。
参数设置结束，打开自来水阀门，水通过进水管20流入真空泵19，通过出水管18流出真空泵19，使得冷却水先在真空泵19中运行，点击计算机22上的录像或者拍照按钮，对干燥过程进行记录，点击控制面板5上的真空泵按钮，运行真空泵，当微波腔室9内的真空度达到指定真空度时，点击微波按钮，运行微波，当微波运行了指定时长，或者物料含水率达到目标含水率时，微波将自动停止，关闭真空泵19，点击控制面板5的放气阀，空气通过排气孔15进入微波腔室9，等微波腔室9恢复到大气压时，打开干燥室仓门25，取出料盘10，最后点击计算机22上的结束按钮，图像采集结束，将干燥好的物料真空包装密封保存，点击控制面板5上的运行记录，将物料干燥过程中的重量变化导出，供后续分析使用。
图像处理阶段：在上述干燥过程中采集到的图片，利用图像处理软件对图片进行增强、滤波、分割等处理后，得到所需要的物料照片，分析得出此时图片的RGB平均值和物料面积，从而判断物料的颜色变化情况和形态变化情况。进一步的，对图像的RGB值分别从小到大依次进行排序，对排序结果的前5％进行求取平均值，再结合红外测温结果，对物料焦糊形况进行判断。当物料的颜色、形态、焦糊变化超过预期变化时，自动调整工艺，从而保证干燥物料的良好外观。

Claims (10)

1.一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，包括干燥系统、真空系统和图像采集系统；
所述干燥系统包括输出控制系统、微波系统、称重系统和测温系统；
所述的微波系统包括微波发生器(23)，微波发生器(23)位于微波腔室(9)内壁上方，微波腔室(9)上设置有排气孔(15)和干燥室仓门(25)，称重系统位于微波腔室(9)内，测温系统位于微波腔室(9)内壁上方，所述输出控制系统用于对微波系统、真空系统、称重系统和测温系统进行控制，真空系统用于对微波腔室(9)进行真空处理，测温系统用于检测于微波腔室(9)内部的温度，图像采集系统用于监测微波腔室(9)内部的情况。
2.根据权利要求1所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的测温系统包括红外温度传感器(8)和激光瞄准器。
3.根据权利要求1所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的真空系统包括真空泵(19)，真空泵(19)和微波腔室(9)通过真空管(17)相连，所述真空泵(19)和控制面板(5)通过电线(21)相连；
所述真空泵(19)为水环式真空泵，真空泵(19)放置在装有吸收噪声材料的箱子内，箱子上开有两孔用于安装进水管(20)和出水管(18)。
4.根据权利要求1所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的微波腔室(9)上设置有支撑梁(26)，支撑梁(26)与支撑板(24)固定，用于放置图像采集系统，所述的图像采集系统包括相机(1)，相机(1)上设置有接圈(2)和镜头(3)，相机(1)和光源(4)安装在所述支撑板(24)上，所述支撑板(24)从上到下依次为相机(1)、接圈(2)、镜头(3)和光源(4)，所述支撑板(24)开有通孔。
5.根据权利要求4所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述微波腔室(9)上方开有图像采集孔(27)，所述图像采集孔(27)上的微波腔室(9)焊有一圆筒(31)，圆筒(31)安装有玻璃，且玻璃紧密镶嵌在所述微波腔室(9)内；
所述的支撑板(24)下方焊接有垫片(30)，与支撑梁(26)相固定，所述图像采集系统位于图像采集孔(27)的正上方。
6.根据权利要求5所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于：所述圆筒(31)外包裹有电热丝，所述电热丝外包裹有保温材料。
7.根据权利要求4所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的相机(1)、接圈(2)、镜头(3)、光源轴心和图像采集孔(27)圆心在同一条铅垂线上。
8.根据权利要求1所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的称重系统包括在微波腔室(9)内部设置有料盘支架(11)，料盘支架(11)上安装有称量传感器，料盘支架(11)上表面设置有料盘(10)，料盘(10)的底盘是网状结构，料盘(10)底盘上铺设密集的网状结构垫子。
9.根据权利要求8所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的料盘圆心(10)与图像采集系统在同一条铅垂线上。
10.根据权利要求1所述的一种用于监控微波真空干燥的装置，其特征在于，所述的微波腔室(9)的顶部和左右两边的侧壁都有加热装置。
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