CN205070945U - 一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器及装置，属于杀菌技术领域。所述杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，包括、金属外壳、电子管腔、高频谐振腔、谐振电容极板、电容调谐腔、输出耦合极板，采用半封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路。本实用新型的谐振腔式射频发生器具有结构简单，调整方便，谐振频率稳定度高，成本低、寿命长等优点，易于商业化推广实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器及装置，属于杀菌技术领域。
背景技术
射频杀虫杀菌技术是射频介质加热技术的一种应用，是利用介质损耗的原理对非金属材料(粮食或食品)进行选择性加热并达到杀虫杀菌的目的。射频介质加热过程快速、均匀，加热深度大，具有选择性加热等特性，使其迅速发展为一种理想、高效的冷加热手段。在粮食(或食品)杀虫杀菌领域，射频介质加热能选择性地迅速升温害虫和细菌，破坏其蛋白质结构，达到杀死它们的效果，而粮食(或食品)的温升则相对较小，既保存了营养成分又具有良好的口感，因此具有十分光明的应用前景。射频发生器(或称射频振荡器)是射频杀虫杀菌装置的重要部分。
射频杀虫杀菌装置的主要组成包括电源输入部分、高压整流部分、射频发生器部分、控制部分及负载匹配输出部分组成。根据国家相关标准，射频介质加热装置不仅需要有足够的输出功率，还需要稳定的频率(常用频率13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz)。现有使用的射频杀虫杀菌装置，其射频发生器大部分采用了集总参数元件的LC谐振电路，并且负载的匹配输出主要通过调节高压真空可调电容实现。而采用集中参数元件的LC谐振电路，由于集肤效应的作用，频率稳定度不高，容易发生频率偏移，对附近的无线设备造成电磁干扰，并且其对电路元件的电气特性要求更严格(需选用价格更高、电气特性更好的电路元件等)，造成设备成本的增加。此外，随着装置使用时间的积累，振荡器电路所使用的集中参数元件更容易出现老化、电气特性下降等问题(高频的工作环境引起)，会造成整个装置工作不稳定，工作效率降低，同时存在安全隐患。另外，负载匹配输出是通过调节高压真空可调电容实现的，而高压真空可调电容，价格昂贵(每只1-2千元)，且寿命有限，需经常更换。在每次更换后，要对装置进行重新调校，增加了设备维护成本。
实用新型内容
本实用新型提供了一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，包括箱体金属外壳、电子管腔、高频谐振腔、谐振电容极板、电容调谐腔、输出耦合极板，采用半封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路；所述电子管腔由绝缘支柱和绝缘板、三极电子管组成，所述绝缘支柱和绝缘板用于固定三极电子管；所述谐振电容极板位于箱体金属外壳内侧的电子管腔、高频谐振腔之间；所述高频谐振腔包括位于其中央的回字型电极，回字型电极由回字型电极内环极板、回字型电极外环极板构成；所述电容调谐腔包括电容调谐极板、输出耦合极板、绝缘支柱，电容调谐腔与高频谐振腔之间通过铜箔连接馈送，并由腔体金属隔板隔开。
在本实用新型的一种实施方式中，所述高频谐振腔内，回字型电极内环极板的上表面与箱体金属外壳的上平面焊接在一起，回字型电极内环极板的下表面与回字型电极外环极板的下表面重合，回字型电极内环极板构成高频谐振腔的主电感；同时，回字型电极外环极板的外表面与箱体金属外壳及电容调谐腔体之间存在间隙形成空气电容，回字型电极外环极板的下表面与谐振电容极板的上表面之间存在间隙形成空气电容；两空气电容与主电感构成高频谐振回路，作为三极电子管射频振荡的主回路。
在本实用新型的一种实施方式中，所述电容调谐腔与高频谐振腔之间通过铜箔连接馈送，并由腔体金属隔板隔开，铜箔一端连接回字型电极内环极板的外表面上靠近上表面的部位，另一端连接电容调谐腔的电容调谐极板。
在本实用新型的一种实施方式中，所述电容调谐极板由上、下、左、右共四个平面极板环形联接而成，通过绝缘支柱支撑；电容调谐极板中的上极板由铜箔连接到高频谐振腔的回字型电极内环极板；电容调谐极板中的左极板的外表面与腔体金属隔板之间，以及右极板外表面与箱体金属外壳的内表面之间存在间隙并形成电容。
在本实用新型的一种实施方式中，所述输出耦合极板由绝缘支柱支撑，与电容调谐极板中的右极板的内表面之间存在间隙并形成电容。
在本实用新型的一种实施方式中，所述输出耦合极板用于向射频杀虫杀菌装置的负载处理腔馈送射频功率；输出耦合极板的位置能左右移动，以改变其与电容调谐极板之间的间隙，即改变输出耦合电容值的大小，实现负载匹配。
在本实用新型的一种实施方式中，所述谐振电容极板上下可以微调。
在本实用新型的一种实施方式中，铜箔与回字型电极内环极板的外表面的连接点位置可以上下调节，以使输出阻抗最佳匹配。
在本实用新型的一种实施方式中，所述箱体金属外壳作接地处理。整个金属外壳既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。
在本实用新型的一种实施方式中，所述箱体金属外壳之外还设有强迫风冷装置，用于冷却三极电子管。
本实用新型提供的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器的等效的集总参数原理如图2所示，其中半封闭箱体的等效参数原理如图3所示，半封闭箱体的结构原理如图4所示。射频发生电路主要由电子管腔和高频谐振腔构成，电子管腔中三极电子管工作于共阴极状态，三极电子管内部的阳栅极间电容构成反馈电路，与高频谐振腔共同完成三极电子管的振荡和选频。高频谐振腔即为阳极谐振槽路，其谐振频率由高频谐振腔体下方的谐振电容极板的上下位置进行微调；由三极电子管的栅阴电容与外接电感构成的栅极谐振槽路，调整栅极回路的谐振频率，使射频振荡电路持续稳定工作、射频发生器产生持续的振荡及功率输出。电容谐振腔是用作高频振荡电路与负载输出电路的调谐耦合，目的是为了提高高频谐振腔的Q值，从而实现谐振频率的稳定，同时可以将高频振荡功率耦合到输出电路，实现负载与高频谐振腔的功率匹配。电容谐振腔内的输出耦合极板与负载电容极板相连接，通过调整输出耦合板和电容谐振腔壁之间的间隙，即可改变耦合度，匹配负载，使输出功率达到最大。
本实用新型还提供了一种包含所述谐振腔式射频发生器的射频杀虫杀菌装置，所述装置还包括电源输入部分、高压整流部分、控制部分及负载匹配输出部分。
所述负载匹配输出部分是整合在高频谐振腔内的。
本射频杀虫杀菌装置的谐振腔式射频发生器具有电路结构简单，调整方便，振荡频率稳定度高，成本低、寿命长等优点。具有相当高的频率稳定度，且由于采用了双回路调谐，输出负载引起的电容变化对中心频率的影响非常小，振荡频率可以稳定在中心频率的±0.8％以内。
附图说明
图1为射频杀虫杀菌装置的主要组成；51电源输入部分，52高压整流部分，53射频发生器部分，54负载匹配输出部分，55控制部分。
图2为本谐振腔式射频发生器的集总参数等效电路图。
图3为本谐振腔式射频发生器的参数结构等效示意图。1高频谐振腔，2电子管腔，3电容调谐腔，4谐振电容极板，5阳极隔直电容，6输出耦合极板，7三极电子管，8负载电容极板，9箱体金属外壳，10绝缘支柱和绝缘板，11耦合铜箔导线。
图4为本谐振腔式射频发生器的俯视图。21阳极隔直电容接入点。
图5为本谐振腔式射频发生器的主视图。21阳极隔直电容接入点，22箱体金属外壳，23高频谐振腔，24谐振电容极板，25电子管腔，26绝缘支柱，27输出耦合极板，28电容调谐极板，29电容调谐腔，30耦合电极，31回字型电极内环极板，32回字型电极外环极板。
图6为本谐振腔式射频发生器俯视图的剖面图。33腔体金属隔板。
图7为本谐振腔式射频发生器主视图的剖面图。
图8为谐振电容极板的结构图示意图。
图9为输出耦合极板的结构图示意图。
图10为射频杀虫杀菌系统的输出电路示意图(41、43为负载电容极板，42为待处理物料)。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
图2为本谐振腔式射频发生器的等效电路图，图3为本谐振腔式射频发生器的分布参数结构等效示意图，图4为本谐振腔式射频发生器的结构原理图。图2是图3的集总电路等效原理图，图3是由图4所提供的结构得到的分布参数等效示意图。在图2中，C1为阳极旁路电容，C2为阳极隔直电容，C3为阳极槽路电容，C4为栅极隔直电容，C5为电容调谐腔谐振电容，C6为输出耦合板耦合电容，C7为栅极旁路电容，C0为负载电容，V为三极电子管，A、G、K分别为三极电子管的阳极(屏极)、栅极、阴极，R为栅漏电阻，L1为阳极扼流圈，L2为栅极反馈调节电感，L3为阳极槽路电感，L4为栅极高频扼流圈，L5为电容调谐腔谐振电感。在图2中，由电感L3、电容C3组成阳极谐振槽路，为本实用新型中高频谐振腔结构等效出的集总参数电路，为第一谐振回路。电感L5和电容C5组成谐振电路，为本实用新型中电容调谐腔结构等效出的集总参数电路，为第二谐振回路。输出耦合板耦合电容C6与负载电容C0非接地端连接。三极电子管V的阳极A通过阳极扼流圈L1与高压整流部分的正极相接，阴极K一端直接接地或通过电容接地，栅极G通过栅极反馈电感L2一个支路与栅极隔直电容C4串联接地，另一支路经高频扼流圈L4、栅极旁路电容C7、栅漏电阻R接地。振荡电路的反馈电容由三极电子管V的屏-栅极间电容Cag构成。由于电容调谐腔与高频谐振腔之间馈线连接点位于高频谐振腔之口字型电极板(阳极槽路电感L3)靠近上平面即箱体金属外壳(接地)处，输出耦合板耦合电容C6、负载电容C0的变化对由C3、L3构成的阳极槽路谐振频率的影响甚微，不会破坏其振荡条件，其谐振频率也稳定不变。因此射频杀虫杀菌装置在工作过程中，负载电容C0的变化(由处理物料介电常数ξ的变化引起)或者耦合电容C6的变化(由于匹配负载的需要)，对射频发生器谐振频率几乎没有影响，装置工作频率稳定度高。
图3为本实用新型谐振腔式射频发生器的分布参数结构示意图，其电路特征及连接由图4所示的半封闭式箱体结构而确定，本谐振腔式射频发生器的固有工作频率为27.12MHz(由腔体结构决定)，并通过加栅极负偏压实现振荡电路的工作和停止。如图3所示，本谐振腔式射频发生器的左上方部分为高频谐振腔1、左下方部分为电子管腔2、右方部分为电容调谐腔3。在电子管腔2内，用绝缘板和绝缘支架10固定三极电子管7的V，三极电子管7的V的冷却依赖于底部安装的强迫风冷装置(安装于本装置之外部)。
图4中B-B剖视图为本实用新型谐振腔式射频发生器的高频谐振腔1示意图。高频谐振腔1由回字型电极板及其与箱体外壳金属之间的相对位置结构形成。回字型电极内环极板31为口字型方柱体，其上平面四边与箱体上平面之金属外壳焊接为一体(接地)，此焊接点为整个回字型电极之唯一支撑面。回字型电极外环极板32由大口字型方柱组成，四个侧面与箱体金属外壳22及腔体金属隔板33(接地)之间保持均匀间隙，上平面镂空，下平面与回字型电极内环极板31的下平面重合，并焊接成为一体。阳极隔直电容21接入点自回字型电极板之下平面经阳极隔直电容C2，由铜箔导线11连接到三极电子管7的阳极A。在高频谐振腔1内，回字型电极31之内环极板由阳极隔直电容21接入点起至上平面(接地)等效于图2电路中阳极槽路电感L3，高频谐振腔1与电容调谐腔3之耦合点位于回字型电极31极板之内环极板侧面的靠近上平面的某个位置，相当于电感L3的抽头，该位置可以上下调节，以使输出阻抗实现最佳匹配。回字型电极外环极板32的四个侧面与箱体金属外壳22及腔体金属隔板33之间存在均匀间隙，形成电容，同时回字型电极外环极板32的下平面与固定于高频谐振腔1和电子管腔2之间的金属隔板(谐振电容极板24，如图5所示)之间存在间隙，形成电容，以上电容综合等效为阳极槽路电容C3。因谐振电容极板24与箱体金属外壳22多点可靠联接，且谐振电容板24位置可以做上下移动，即其与回字型电极外环极板32的下平面之间隙可以微调，因而阳极槽路电容C3可以实现微调电容值，使阳极谐振频率得到调节。
电容调谐腔3由四块平板电极组合为一个整体形成，如图4所示。其中上平面及下平面极板通过绝缘支柱分别与箱体的上表面及下表面固定，与金属外壳绝缘。上平面及下平面与箱体外壳之间隙很大，其形成电容可以忽略不计，左平面极板与右平面极板(电容调谐极板28)分别与腔体金属隔板33和箱体金属外壳22之间存在一定的间隙，形成主体电容，等效于图2中电容调谐腔谐振电容C5；四块极板构成一个环路形成电感，等效于图2中的电容调谐腔谐振电感L5。在电容调谐腔3内侧，输出耦合极板27(如图6所示)用绝缘支柱26固定，与电容调谐腔3的右侧导体极板存在间隙并形成电容，等效于图2中输出耦合电容C6，左右移动可调节输出耦合板27的位置，即可改变C6的大小，进行负载匹配，调整整个装置达到最大功率输出，既省去了昂贵的真空可调电容，又易于调整与维护。射频输出由铜箔导线11一端连接在输出耦合板27上，另一端连接在负载电容C0上极板上，负载电容C0的下极板与箱体金属外壳22相连接。箱体金属外壳22作接地处理，整个箱体金属外壳22既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。
在上述实施方法基础上，优选箱体及各导体平板为厚度为5mm的纯铝板，铜箔采用厚度0.2mm铜箔带。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，包括箱体金属外壳、电子管腔、高频谐振腔、谐振电容极板、电容调谐腔、输出耦合极板，采用半封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路；所述电子管腔由绝缘支柱和绝缘板、三极电子管组成，所述绝缘支柱和绝缘板用于固定三极电子管；所述谐振电容极板位于箱体金属外壳内侧的电子管腔、高频谐振腔之间；所述高频谐振腔包括位于其中央的回字型电极，回字型电极由回字型电极内环极板、回字型电极外环极板构成；所述电容调谐腔包括电容调谐极板、输出耦合极板、绝缘支柱，电容调谐腔与高频谐振腔之间通过铜箔连接馈送，并由腔体金属隔板隔开。
2.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，所述高频谐振腔内，回字型电极内环极板的上表面与箱体金属外壳的上平面焊接在一起，回字型电极内环极板的下表面与回字型电极外环极板的下表面重合，回字型电极内环极板构成高频谐振腔的主电感；同时，回字型电极外环极板的外表面与箱体金属外壳及电容调谐腔体之间存在间隙形成空气电容，回字型电极外环极板的下表面与谐振电容极板的上表面之间存在间隙形成空气电容；两空气电容与主电感构成高频谐振回路，作为三极电子管射频振荡的主回路。
3.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，所述电容调谐腔与高频谐振腔之间通过铜箔连接馈送，并由腔体金属隔板隔开，铜箔一端连接回字型电极内环极板的外表面上靠近上表面的部位，另一端连接电容调谐腔的电容调谐极板。
4.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，所述电容调谐极板由上、下、左、右共四个平面极板环形联接而成，通过绝缘支柱支撑；电容调谐极板中的上极板由铜箔连接到高频谐振腔的回字型电极内环极板；电容调谐极板中的左极板的外表面与腔体金属隔板之间，以及右极板外表面与箱体金属外壳的内表面之间存在间隙并形成电容。
5.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，输出耦合极板由绝缘支柱支撑，与电容调谐极板中的右极板的内表面之间存在间隙并形成电容。
6.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，所述输出耦合极板用于向射频杀虫杀菌装置的负载处理腔馈送射频功率；输出耦合极板的位置能左右移动，以改变其与电容调谐极板之间的间隙，即改变输出耦合电容值的大小，实现负载匹配。
7.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，箱体金属外壳接地。
8.根据权利要求1所述的一种杀虫杀菌用谐振腔式射频发生器，其特征在于，箱体金属外壳之外还设有强迫风冷装置，用于冷却三极电子管。
9.一种包含权利要求1-8任一所述谐振腔式射频发生器的射频杀虫杀菌装置，其特征在于，还包括电源输入部分、高压整流部分、控制部分及负载匹配输出部分。
10.根据权利要求9所述的射频杀虫杀菌装置，其特征在于，所述负载匹配输出部分是整合在高频谐振腔内的。
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240704 Address after: Room 206, Building 3, Zone C, Intelligent Science and Technology Park, No. 3963 Susong Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province, 230031 Patentee after: Hefei Hagong Jinlang Equipment Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 6012, Haiheng building, No.6 Cuiwei Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui 230000 Patentee before: Hefei Intelligent Robot Research Institute Country or region before: China |