CN111322642B - 一种可伸缩的微波炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微波加热领域，是一种可伸缩的微波炉，解决了现有技术中加热尺寸不可变、加热均匀性和加热效率低的问题。本发明包括微波炉顶壁、底板和为可伸缩结构的侧壁，微波馈入源，微处理装置和微波信号采集装置。本发明通过鼓风装置调节手风琴结构的微波炉侧壁的尺寸，尺寸可调、便携；在加热过程中伸缩微波炉侧壁，进而改变微波炉谐振腔内的电磁场，提高微波加热的均匀性；通过选取加热效率高的顶壁位置，并在所选取位置进行加热，减少微波加热效率低的位置的加热时间，提高微波加热均匀性的同时提高微波加热的效率；通过微波源侧接波导同轴转换器进一步减小微波炉尺寸。

Description

一种可伸缩的微波炉
技术领域
本发明涉及微波加热领域，特别是指一种可伸缩的微波炉。
背景技术
微波炉在日常生活，以及物理、化学、生物医药等学科的实验研究中被广泛使用。在很多时候会用到微波炉进行加热或利用微波频谱效应进行相应的处理。微波炉加热是指利用磁控管等微波源产生微波，然后通过相应的通道使微波到达一个微波无法逃逸的微波谐振腔中(谐振腔一般是密闭，或设置有小于微波波长的孔，因而微波无法逸出谐振腔)，从而对谐振腔内的物质进行加热处理或频谱处理。
对于结构和便携也是微波炉的需求之一，现有技术中存在通过结构改变来调整微波炉的尺寸，专利号为201610691558.8专利名称为微波炉炉腔及便携式微波炉公开了一种具有可折叠的支撑杆和金属纤维布为炉腔的微波炉，以致得到一种可减小尺寸的微波炉，并通过在托盘和微波输出端之间设置搅拌装置来解决微波加热均匀性的问题；但其存在微波加热均匀性不佳、且尺寸只能达到某一个尺寸的问题。
亟待出现一种新型的可自由变化尺寸且加热均匀性高、加热效率高的新型微波炉。
发明内容
本发明提出一种可伸缩的微波炉，解决了现有技术中加热尺寸不可变、加热均匀性和加热效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种可伸缩的微波炉，包括微波炉顶壁、底板和为可伸缩结构的侧壁，微波馈入源，用于计算侧壁高度、微波反射信号的微处理装置和用于实时测量反射功率的微波信号采集装置。
优选地，所述可伸缩结构的侧壁为两个以上以45°的方向交错重叠成的波浪形结构的手风琴结构侧壁。
优选地，所述可伸缩结构的侧壁还设置有至少两个可伸缩的支撑杆；所述支撑杆包括可调整支撑杆高度的液压泵。
进一步地，还包括压力检测装置和鼓风装置，所述压力检测装置和鼓风装置连接微处理装置。
优选地，所述微波馈入源的馈口设置于微波炉底部；所述微波炉馈入源通过侧接方式连接压缩波导同轴转换器。
具体地，所述微处理装置包括用于对微波信号采集装置采集的信号进行对比并选取反射功率低的顶壁位置的数据处理单元；控制微波炉侧壁在选取顶壁位置往复的控制单元；控制顶壁位置加热时间的时钟单元；所述数据处理单元连接微波信号采集装置和压力检测装置；所述控制单元连接鼓风机和液压泵。
本发明公开的一种可伸缩的微波炉，通过鼓风装置调节手风琴结构的微波炉侧壁的尺寸，尺寸可调、便携；在加热过程中伸缩微波炉侧壁，进而改变微波炉谐振腔内的电磁场，提高微波加热的均匀性；通过选取加热效率高的顶壁位置，并在所选取位置进行加热，减少微波加热效率低的位置的加热时间，提高微波加热均匀性的同时提高微波加热的效率；通过微波源侧接波导同轴转换器进一步减小微波炉尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明的模块示意图；
图3：本发明(a)与固定腔体(b)加热8s后物质温度分布对比图；
图4：本发明控制逻辑图；
其中：1、微处理器；2、固态源；3、入反射采集装置；4、伸缩控制装置；5、伸缩装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1本发明的结构示意图和图2本发明的模块示意图所示，本发明所公开的一种可伸缩的微波炉，包括微波炉顶壁、底板和为可伸缩结构的侧壁，微波馈入源，用于计算侧壁高度、微波反射信号的微处理装置和用于实时测量反射功率的微波信号采集装置。(加热效率)
优选地，所述可伸缩结构的侧壁为两个以上以45°的方向交错重叠成的波浪形结构的手风琴结构侧壁。
优选地，所述可伸缩结构的侧壁还设置有至少两个可伸缩的支撑杆；所述支撑杆包括可调整支撑杆高度的液压泵。
进一步地，可伸缩结构的侧壁还设置有四个可伸缩的支撑杆。
进一步地，还包括压力检测装置和鼓风装置，所述压力检测装置和鼓风装置连接微处理装置。
优选地，所述微波馈入源的馈口设置于微波炉底部；所述微波炉馈入源通过侧接方式连接压缩波导同轴转换器。所述压缩波导同轴转换器可压缩腔体的固定高度。
具体地，所述微处理装置包括用于对微波信号采集装置采集的信号进行对比并选取反射功率低的顶壁位置的数据处理单元；控制微波炉侧壁在选取顶壁位置往复的控制单元；控制顶壁位置加热时间的时钟单元；所述数据处理单元连接微波信号采集装置和压力检测装置；所述控制单元连接鼓风机和液压泵。
本发明采用光学变换算法即坐标变换理论，2006年pendry等人在《Science》杂志上，以隐形斗篷为例，提出坐标变化理论设计变换介质操控电磁场的理论。其基本思想是基于Maxwell方程组，在不同空间下的形式不变性。坐标变换理论广义地把介电常数、磁导率张量和空间进行等效。众所周知，所有材料的电磁属性都是由她的介电常数和磁导率决定首先定义坐标变换：
其中，和/>分别为原坐标系和新坐标系的位置矢量。特别地，在不同的坐标系统下，Maxwell方程组具有形式不变性。因此，在不同的坐标系下，新坐标系下的介电常数和磁导率可表示为：
其中，ε和μ是原坐标系下的介电常数和磁导率，为雅可比张量，可表示为：
在Z方向上对空间进行拉伸,虚拟空间、物理空间，根据变换光学理论，虚拟空间和物理空间的映射关系，表示空间和电磁场电磁波的扭曲，对应的映射关系的数学表达式为：
x′＝x； (6)
y′＝y； (7)
z′＝kz； (8)
(x，y，z)表示虚拟空间中的任意点，(x′，y′，z′)表示物理空间中的任意点，k为拉伸系数。通过改变k的值，可以控制变换介质中电磁波的相速度大小.
利用有限元分析软件，对所设计的变换介质进行仿真，可以得到很好的仿真结果，将仿真结果和静态的腔体对比，两者能够吻合。
光学变换算法在本发明中的应用：利用光学变换算法对本发明设计的腔体进行了仿真，通过光学变换算法解决了仿真计算中移动过程中的边界问题，为腔体的设计提供了基础。
微波炉腔体包括两部分，上半部分为手风琴结构，下半部分为馈口部分，在腔体底部开口，微波馈入源产生的微波通过侧接的压缩波导同轴转换器从底部微波馈口进入微波炉中。被加热物质从腔体顶部微波炉入口投放入腔体内部，腔体控制面板，即按键，在下半部分侧边。
如图4本发明控制逻辑图所示，在加热过程中，微波信号采集装置实时采集信号，通过微处理器的数据处理单元进行对比并选取反射功率低的顶壁位置，通过控制鼓风装置和压力检测装置使腔体内的气压达到顶壁位置，通过时钟单元使顶壁位置在选取的反射功率低的几个位置随机变换，在加热效率高的情况下提高加热的均匀性。
在微波炉垂直方向设置至少两个支撑杆；所述支撑杆包括可调整支撑杆高度的液压泵，在加热过程中，微处理装置通过控制液压泵调节微波炉顶壁的位置，通过时钟单元使顶壁位置在选取的反射功率低的几个位置随机变换，在加热效率高的情况下提高加热的均匀性。
如图3本发明(a)与固定腔体(b)加热8s后物质温度分布对比图所示，通过对比两种加热方式的温度分布可以看出，加热8s后，本发明微波炉中物质被加热后较固定腔体更均匀；
表1本发明的仿真结果，加热8s后，微波炉腔体内被加热物质COV、加热效率与固定腔体高度仿真结果对比。其中COV指温度变异系数，COV的值表征了选定区域所计算参数的均匀程度，其值越小，则越均匀。
表1
加热方式 COV 加热效率
固定腔体加热 0.668 49.8％
本发明加热 0.495 83.4％
本发明公开的一种可伸缩的微波炉，通过鼓风装置调节手风琴结构的微波炉侧壁的尺寸，尺寸可调、便携；在加热过程中伸缩微波炉侧壁，进而改变微波炉谐振腔内的电磁场，提高微波加热的均匀性；通过选取加热效率高的顶壁位置，并在所选取位置进行加热，减少微波加热效率低的位置的加热时间，提高微波加热均匀性的同时提高微波加热的效率；通过微波源侧接波导同轴转换器进一步减小微波炉尺寸。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种可伸缩的微波炉，包括微波炉顶壁、底板和为可伸缩结构的侧壁，微波馈入源，其特征在于：还包括用于计算侧壁高度、微波反射信号的微处理装置和用于实时测量反射功率的微波信号采集装置；
所述可伸缩结构的侧壁为两个以上以45°的方向交错重叠成的波浪形结构的手风琴结构侧壁；
所述可伸缩结构的侧壁还设置有至少两个可伸缩的支撑杆；所述支撑杆包括可调整支撑杆高度的液压泵；
还包括压力检测装置和鼓风装置，所述压力检测装置和鼓风装置连接微处理装置；
所述微处理装置包括用于对微波信号采集装置采集的信号进行对比并选取反射功率低的顶壁位置的数据处理单元；
控制微波炉侧壁在选取顶壁位置往复的控制单元；
控制顶壁位置加热时间的时钟单元；
所述数据处理单元连接微波信号采集装置和压力检测装置；所述控制单元连接鼓风机和液压泵。
2.根据权利要求1所述的一种可伸缩的微波炉，其特征在于：所述微波馈入源的馈口设置于微波炉底部；
所述微波炉馈入源通过侧接方式连接压缩波导同轴转换器。
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