微波理论技术

关键词： 中波 波长 理论 微波

微波理论技术（精选七篇）

微波理论技术 篇1

一、微波遥感理论

微波遥感理论起源于本世纪初主动微波系统的发展和运用, 特别是第二次世界大战期间雷达技术的发展以及广泛运用, 为微波遥感技术实施对地面准确观测奠定了坚实的基础。微波遥感技术的发展与其它遥感技术发展相似, 其发展历程也经历了从陆基、机载到星载, 从简单到复杂。

微波遥感有主动微波系统和被动微波系统之分, 但是它们有共同的特点:首先, 微波遥感具有一定的穿透能力, 可以轻易获得地下或者水下浅层目标信息。电磁波穿透目标对象表面并在其中传播的能力随着频率的升高而逐渐降低, 因而在微波频率的低端, 电磁波可以在穿透目标层表面之后进行精确的表层观测。其次, 有源微波遥感对阳光光源的依赖性小, 具备全天候不间断工作的能力。现今有源遥感器中的微波雷达技术最为成熟, 可以进行昼夜观测。微波波段的频率远小于可见光和红外波段, 对于发射、接受和处理系统的响应速度的要求要大大低于可见光和红外波段, 因而能够实现更高的系统性能。最后, 微波频率具有穿透云层和形成一定量的降雨能力, 能够很好的对地面实施观测。

二、微波长线理论

微波长线理论也就是传输线理论, 也称为一维分布参数电路理论, 是微波电路设计和计算的理论基础。微波传输线也就是用来传输电磁能量的装置, 传输线的种类繁多, 按照其传输的导行波型分为三大类: (1) TEM波传输线 (平行双导线、带状线、同轴线和微带) , 该传输线属于双导体系统, 传输频带非常宽, 但是在高频段传输电磁能量的时候损失较大。 (2) 传输模为TE和TM波的金属波导传输线 (圆形波导、椭圆波导、矩形波导、脊形波导) , 该传输线属于单导体传输系统, 具有频带宽、功率容量大、损耗小、体积大等特点。 (3) 表面波传输线 (镜像线、介质波导、单根表面波传输线) , 该传输线主要用于传输表面波, 具有结构简单、功率能量大、体积小的特点。微波传输线不仅能够传输电磁能量, 还能用来构成各种微波元件。

三、微波波导理论

用来引导电磁波的单导体结构的传输线都可以称为波导, 波导是由空心金属管构成的传输系统, 根据其截面形状的不同, 可以分为:矩形波导和圆形波导。波导可传输从厘米波段到毫米波段的电磁波, 具有损耗小、功率容量大的优点。矩形波导是微波毫米波段的重要传输媒介, 该波导具有功率容量大、无辐射损耗以及损耗小的优势, 因而在微波毫米波电路和系统中被广泛运用。圆形波导的提出来自于实践的需要, 像在雷达旋转搜素中, 圆波导称了必要的器件。几何对称性给圆波导带来了广泛的用途和价值, 从力学和应力平衡角度来讲, 圆波导在减小误差和提高方便性方面更胜矩形波导。

微波技术的研究进展 篇2

微波是一种电磁波,波长为l-l000mm,频率为0.3-300GHz。自19世纪末,赫兹证实电磁波的存在,1936年美国科学家South Worth证实电磁波可以在空心的金属管中传输以来,微波技术得到不断的发展和广泛的应用。目前,微波技术已应用于在材料、废物处理、电子、食品加工、化工、医药、环境保护、家庭生活和军事等领域[1,2,3,4,5,6]。本文主要简述微波技术在材料合成、冶金、废物处理、粮油食品、样品分析等领域的研究状况。

1 微波技术的应用

1.1 微波技术用于材料合成

(1)在无机材料合成中。微波技术在无机合成材料中的研究广泛,目前已经在硬质合金、高温材料、陶瓷材料、纳米材料、金属化合物、合成金刚石等方面取得较好的进展[3,7,8]。如微波烧结合成WC-Co硬质合金,与普通烧结相比,烧结周期缩短3小时,能耗降至普通烧结的几分之一,而且能提高产品性能(如孔隙度低、结构均匀性高、使用寿命长等)[9];以高岭石为原料,采用微波烧结合成莫来石,与传统方法相比,合成温度降低300-400℃,且相对密度达到98%[10];利用微波技术合成氮化硅结合碳化硅砖,与传统方法相比,不仅合成时间降低9/10,而且产品性能还有大幅提高[10];在微波场中采用溶胶-凝胶法制备钛酸锶钡纳米铁电陶瓷,不仅平均晶粒在1μm以下,而且临界温度范围加宽[10];微波技术合成分子筛(如A型、Y型等),与传统方法相比,具有速度快(如微波合成Y型分子筛需10min,而传统方法需10-50h)、能耗低,而且分子筛的晶粒小且均匀[11];微波法烧结ZTA时,可提高陶瓷的密度、强度和韧度以及结构均匀度和耐磨性等[12],在合成层状磷锑酸钾中比传统固相法快了4-28倍,且产品具有粒度小、粒度分布均匀等特点[13];微波技术合成宝石级金刚石,与原有方法相比,速度快100-200倍,且完美程度与天然金刚石相同[9];利用微波技术加工Li/SOCl2电池碳正极的成型工艺,可改善电池的大电流、低温和电压滞后等性能[14]。

(2)微波技术在有机合成材料中。目前,微波技术已广泛用于酯化反应、醚合成反应、杂环化合物合成等领域[4,15,16,17,18]。如:Lee等在微波条件下合成的20种化合物中,8种化合物的产率得到提高,4种不变,其余8种则降低7-36%。但是,合成物的纯度均获提高,最大提高了42%;又如微波合成多种吡咯烷,作用l5min,产率达93%以上,而传统加热法加热24h产率仅为88%;再如微波加热法合成的氯乙酸正丁醋与传统加热法相比,速度快6-8倍,且具有操作简单和节能等特点[12]。

上述表明,微波技术用于材料合成,具有速度快、成本低、合成温度低、效率高、能耗低及改善产品性能等特点。

1.2 微波技术用于矿物冶金

(1)微波助磨。微波技术在煤矿、铁矿以及其它矿物加工中的研究已取得较好进展。如微波技术可使煤矿和铁矿石的功指数分别降低50%和90%以上,使黄铁矿磨耗降低5/6[19,20,21,22]。微波处理钛铁矿时,不但降低能耗、提高磨矿效率和产量,而且对提高下游浮选和磁分离等过程的回收率非常有利[22]。研究表明,微波磨矿克服了传统磨矿中能耗大、能效低的缺点,从而大幅降低磨矿成本、提高产量。但是,使用中要考虑可磨性的改善程度与矿石种类、粒径以及组分的分散程度的关系,根据情况选择合适的微波频率、强度和加热时间。

(2)微波助浸。微波技术在处理含砷、硫、碳的难处理金精矿,以及铂钯的铜镍精矿和红土矿等方面研究较多。如微波处理含砷、硫、碳的难浸金精矿后,金氰化浸出率从40.63%提至68.63-97.90%以上[3,23,24,25]。而微波处理时如加入Na OH,还可将矿石中的S和As分别转化为Na2SO4和Na3As O3,避免了As2O3和SO2等污染环境;微波技术处理难浸黄铁矿和砷黄铁矿型金矿时,不但使金的回收率从30%提至90%以上,而且没有SO2产生,副产品硫磺可出售[19];另外,微波预处理含碳的微细金矿和铂钯的铜镍精矿后,金的氰化浸出率由几乎为0和50%分别提至86.53%和87.00%以上,而且大幅降低能耗和作业时间[23]。研究表明,微波技术浸取矿石,具有浸出率高、能耗低、速度快、环境效益好等优点。

(3)微波冶金。我们知道,金属的介电损耗因子大,微波的透射深度小,当微波和金属相互作用时,表现为反射,很难完成微波冶金。但是,微波用于金属粉沫则不同。如采用微波对Fe、Ni、W、Cu、Al和Sn等金属及其合金粉加热(加热速率达100℃/min),可提高制成器件的致密性、延展性和韧性[3,26];微波技术用于生产钒氮、氮化硅等合金,具有明显的节能(仅为传统工艺的60-80%)、节气(为传统工艺的50%)[27]。也就是说,微波技术可用于金属粉沫冶金,并具有速度快、节能、改善产品性能等优点。

综上所述,微波技术用于冶金,具有能耗低、速度快、浸出率高、产品性能优良和环境效益好等特点。可以预见,对于矿物冶金这一能耗极大的领域,具有广阔的发展前景和巨大的经济效益。

1.3 微波技术用于废物处理

(1)工业污泥的处理。常规处理工业污泥(油与含固体碎屑的水的乳化物)的采用加热破乳-离心分离-填埋处理工艺,填埋量大、费用高。而采用微波技术则可避免这些不利因素,且提高处理速度。如微波技术处理钢含油淤泥与常规方法相比,速度快30倍,费用降低10倍,处理系统的体积降低90%[28]。

(2)医疗垃圾的灭菌。微波灭菌具有温度低、时间短、无二次污染的突出优点。采用微波辐射霉菌、酵母等常见微生物约1min,可加热到80℃左右,能达到杀菌目的;在65-66℃左右,微波辐照2min便可杀死青霉素的孢子。而全球每年产生大量的医疗垃圾,造成严重的环境污染,如果采用微波技术灭菌后,超过60%的医疗垃圾可作填埋处理,而且与传统的焚烧法相比,不会产生毒性强的二恶英等二次污染物,并具有速度快、效果好、能耗低等特点[28,29]。

(3)废旧轮胎的回收。目前常用处理废旧轮胎的方法是热分解法,相对于焚烧而言,在缺氧条件下进行的热分解可减少NO和SO的排放,但是,实际操作中常因加热温度不够而无法完全分解。若采用微波加热,则温度会稳定上升,很快达到高温(2000℃),可回收利用橡胶材料。例如,利用微波处理废旧轮胎,可回收36%的C(包括高质量的活性炭和石油烃等其它碳化物),残余的甲烷和氢气等还可用于系统的加热,同时避免产生二恶英、油烟和飞灰等有害物质,有利于保护环境[28,29]。

(4)电子垃圾的处理。近年来,从计算机、汽车、电话、电视等产品上丢弃的电子垃圾逐年增多,而处理这类垃圾常采用填埋法,其后果是渗析出的有害金属会导致地下水源污染。若采用微波技术则可大幅减少甚至避免这些危害的产生。如微波销毁印刷线路板回收贵金属,可以将废弃物体积减少50%,并降低处理成本和回收利用部分金属,同时玻璃化产物可将其它有害成分牢牢地包固在其中,避免二次污染[28,29]。

(5)建筑垃圾的回收。建筑垃圾年产量很多,如中国每年仅施工建设所产生的建筑垃圾约有4000万t,因此,为保护生态环境、节约资源,综合利用建筑垃圾显得尤为重要。而微波技术则是综合利用建筑垃圾的有效方法之一。如采用微波技术处理沥青路面的建筑垃圾,再生的沥青路面料的质量与新拌沥青路面料相同,同时成本降低了1/3[29],且节约了垃圾清运和处理等费用,解决了常规处理如堆肥、焚烧、填埋等易造成的二次污染、投资大、占地面积大等问题。

综上可知,微波技术处理废弃物具有快速、高效、操作简单、能耗少、成本低、资源回收利用率高和环境效益好等特点,符合国家绿色经济和可持续发展的方针政策,发展应用前景广阔。

1.4 微波技术用于粮油食品

(1)微波干燥。很多农产品都是热敏性、较难干燥的物料,如果干燥工艺选择不当,则会对其性能造成危害。如稻谷采用常规热风干燥,则易产生裂纹,影响干燥后的品质。而采用微波技术可缩短干燥时间(仅为常规热风干燥时间的1/3),可提高稻谷干燥后品质和发芽率,减少稻谷干燥爆腰率,降低脂肪酸含量和稻谷干燥成本,利于稻谷长期贮藏[31]。采用微波干燥蔬菜,可比传统方法效率高10多倍,并提高产品的质量[31]。目前,很多农产品如茶叶、谷物、蔬菜、水果、大豆等都已成功应用了微波干燥技术,并取得了显著的经济效益。

(2)微波改性。通过微波对蛋白质中极性分子产生高速振动,引起蛋白质分子之间频繁碰撞、摩擦和挤压,使蛋白质结构发生变化,达到改性。如,微波处理谷朊粉,可使溶解度从7.67%提高到37.62%;微波用于大豆分离蛋白-糖接枝反应,使大豆分离蛋白-糖接枝反应速度提高4-60倍,并改善产品性能[32,33];采用微波处理米糠后,不但避免传统碾米后,米糠油脂在脂肪水解酶作用下迅速水解的酸败,以及风味改变、功能性质变差的缺点,而且米糠稳定性提高24倍[34]。

(3)微波焙烤、烘烤和膨化食品。微波用于焙烤面包、糕点和多种面饼,尤其是烘烤坚果类(花生、可可豆、杏仁等)食品,避免加热过头、坚果本身变脆、不易切片等缺点,并可延长保质期,增加香味。如微波焙烤可可豆,焙烤时间比热空气焙烤缩短一半以上,且产品质量提高[35,36]。利用微波膨化技术加工食品,可最大限度保存食品原有营养成分,缩短加工时间,克服传统膨化或油炸加工中含油量高的缺点,而且可同时完成膨化、干燥、杀菌的目的。

此外,微波还可用于食品工程分离和萃取、大豆脱腥、茶叶杀青、合成食品添加剂以及酒类、发酵制品和巧克力的成熟和陈化等方面[37],具有省时、能耗低、安全、易控制等特点。可以预测,随着科学技术发展与进步,微波技术将以其独有的特点,给粮油食品的加工和储藏带来更大的发展空间。

1.5 微波技术用于样品分析

(1)微波消解。微波消解已应用于地质矿产、生物、化妆品、食品、环保和合成材料等样品的处理中[14,28]。如测定环境样品的COD时,采用标准高锰酸盐指数法所需时间长、操作过程繁琐,且不能进行批量分析,而采用微波消解十几分钟便可处理十几个样,且无污染。尤其是微波用于定氮消解更有利,与凯氏定氮法相比,消解速度提高20倍,且避免氮损失,消解效果好。研究表明,一般微波消解比传统方法快4-100倍[38],并具有操作简单、易于控制、消解效果好等特点。

(2)微波萃取。目前微波萃取已用于土壤、沉积物、环境样品和动植物中有效成分及饲料中添加剂等的萃取。如微波技术从番茄中提取番茄红色素,比传统的浸取方法快90-140倍,且质量高,成本低[13];又如微波萃取海洋沉积中的PAHs时,在<30min内可处理l2个样品,而用传统的Soxhlet技术萃取16h仅能处理1个样品[39]。显然,应用微波技术萃取具有速度快、萃取效率高、质量好、成本低等优点。

另外,微波技术在样品干燥、蒸馏、衍生、解吸、分析以及样品在线处理中也有广泛的应用[13,39]。

2 问题与展望

综上所述,微波技术具有加热速度快、效率高、成本低、产品性能好和环境效益好等特点,除用于上述领域外,还用于导航、通讯、国防和军事、武器、制药、计算机仿真系统、催化、印染、天然气输送、公路维护等领域,并取得较好的效果。尽管这样,微波技术毕竟是一门新兴的科学技术,还处于发展的初级阶段,科技工作者仍有很多工作要做。

其一,应加强微波技术的基础理论研究。目前,微波作用机理的解释还停留在实验事实的积累上,尚需采用精确的检测方法来验证。另外,还应加强材料与微波的作用机理研究,找出其化学反应规律,从而有效地控制材料的化学反应,更有利于反应条件的优化和能耗的降低以及微波的更好利用。目前,美国的一些实验室已开始在统计学、严格的热力学监测和功率控制的基础上采用结果反推法来预测微波的作用机理。

其二,应加强微波设备的研制。微波设备对微波技术的发展起着至关重要的作用,而微波设备对产品的选择性强,不同的产品需要微波设备的参数差异很大,造成微波设备研制投资增大。因此,今后应采用模块化设计与计算机控制相结合进行研制微波设备,以期研制出价低、高效、安全的微波设备。

其三,应加强工程化技术研究。目前,微波技术的应用研究多处于实验室探索研究阶段,还须经过工程化技术研究,进而优化工艺技术参数,推进工业应用。

总之,微波技术虽然还有很多不成熟、不完善的地方,但是,它具有节能、高效、资源回收利用率高和环境效益好等特点,符合节约能源、保护环境和可持续发展的方针政策。可以预见,随着微波基础理论的研究深化和工艺技术参数的优化,以及价低、高效的微波反应器实现,微波技术应用领域会更广,真正意义上的微波技术应用的时代将会到来。

3 结论

(1)微波技术具有突出的特点。如微波加热与传统加热相比具有加热速度快、效率高、成本低、产品性能优和环境效益好等特点。

(2)微波技术应用领域广泛。可用于材料合成、冶金、废物处理、粮油食品、样品分析以及导航、通讯、军事和制药等领域。

微波裂解技术变垃圾为燃气 篇3

生活垃圾放入大号的“微波炉”里, 经过一番裂解, 吐出燃气和燃料油。近日, 这台神奇的生活垃圾处理“神器”———75 k W垃圾微波裂解炉在四川自贡问世。通过微波技术在炉内产生700℃的高温, 可将日常生活垃圾裂解, 变成燃料和油料, 从而实现垃圾全资源化回收和利用。目前, 该设备已经通过了专家评审验收。

高约9米, 重约10吨, 位于四川理工学院黄岭校区的75 k W垃圾微波裂解炉, 看上去是个庞然大物。而操作起来, 这个炉子就和家里的微波炉有点神似, 但比起微波炉里100℃左右的温度, 这个炉子里的温度一般都在500~700℃左右。

“微波炉只加热物体, 但是不会让物体裂解。”四川理工学院教授颜杰是这个炉子的研发者之一, 他告诉记者, 裂解是微波应用技术中的一个方面, 微波源通过一个耐高温的管子, 将微波辐射到裂解窗, 然后分配这些热量, 使得炉内产生700℃的高温, 使得物体的大分子变成小分子。

颜杰说, 如今的垃圾微波裂解炉已经可以确保设备在封闭状态下, 实现固体物料的连续出炉。也就是垃圾进入炉子时, 一丝空气也没法钻进去。

“目前这套设备可以处理原始垃圾15吨到20吨。”颜杰介绍, 生活垃圾从炉子里出来后就“脱胎换骨”了, 1吨垃圾可以产生300多元的价值。

据他介绍, 在炉子里这么一裂解, 垃圾可以变成气体、液体和固体, 其中以甲烷为主可燃性气体, 符合民用燃气的要求。“1吨垃圾可产生30千克左右的燃气, 差不多两个液化罐那么多了。”此外, 这1吨垃圾还会产生30到50多千克的燃料油, 另外固体部分就会是活性炭, 整个处理过程实现了垃圾的全资源化利用。

“整个处理过程都是无害化的, 因为在炉子里面没有氧气, 不会像燃烧垃圾那样, 产生二恶英这种有毒气体。”颜杰指出, 处理设备其实并不贵, 只是耗电量就有点高了。

谈到研发这套设备的初衷, 颜杰告诉记者, 每天自贡的城市生活垃圾就有500吨左右, 一个县城一天产生100吨左右的垃圾, 但目前国内城市垃圾处理的方式主要有填埋法、堆肥法及直接焚烧法。“就拿填埋来说, 填进土里50年后又怎么办?”颜杰介绍, 从2009年开始, 他们就着手打造第一台垃圾微波裂解设备, 第一台只有20 k W, 目前的炉子已经是国内最大微波裂解设备, 可以算是工程装备的雏形了。

微波信号光纤传输技术与应用 篇4

1 微波信号光纤传输关键技术

微波光纤传输系统的关键技术主要是预失真补偿技术、激光器降噪技术和“SBS”阈值控制技术。

1.1 预失真补偿技术

预失真补偿技术对通信技术进行模拟, 对各项参数的要求也比较严格, 如果动态范围、电光调制器不符合要求, 就会导致微波信号失真。电光转换器的调制是非线性调制, 以预失真补偿技术为支撑, 以微波激光器为中介, 为传输系统提出SFDR、OIP3、OIP2等指标。目前的预失真补偿技术主要是在相应的频段产生偶数阶、二阶、奇数阶、三阶等信号, 这些信号与非线性失真的相位相反, 大小相等, 因此可以相互抵消, 有利于传输的高线性。

1.2 激光器降噪技术

电光转换器高速运转, 因此会产生较大的噪音, 只有降低光纤链路的噪音, 才能满足系统运作的要求, 确保链路噪音在10-25d B。降低系统噪音的方法主要是利用降噪技术, 通过自动温度控制装置、自动功率控制技术控制芯片温度的散失和漂移, 使芯片的噪声降低。为了降低链路的光反射, 可以用熔接光的接口、光纤活动接口、隔离器加激光器输出端等方法, 从而使激光器噪声的性能不至于受到光反射的影响, 使噪声系数保持在系统可以接受的范围之中。

1.3“SBS”阈值控制技术

“SBS”阈值是指输出的光波的波长的光调制信号的功率超过1550mm波长这一阈值时, 就会导致系统的非线性和噪声恶化。激光器输出的光谱过窄、光功率过强或者波长过长等, 都会产生“SBS”阈值, 都会使光信号的传输更远的距离。光谱过窄使色散的影响减小, 降低波长的损耗, 同时可以增加光功率的传输距离。但是光谱过窄、光功率过强或者波长过长都与光线的非线性特征相矛盾, 从而使“SBS”阈值产生问题。系统的非线性和噪声恶化之后, 系统的频谱就会产生高密度且非常杂散的噪声信号, 超出信号的指标要求。现阶段, 主要的解决措施使用电光调制器进行处理, 这样可以稍稍展宽输出的光谱宽度, 使光信号的传输距离达到最大。

2 微波信号光纤传输技术的应用

2.1 微波信号光纤传输技术的特点

微波信号光纤传输技术有着巨大的优势:它耗材低, 信号传输距离远, 数据中心语天线分离使得各项通信和侦测系统的隐蔽性和抗毁灭性;这种传输技术的宽带很宽, 使得各项通信在远程传输中能顺利传输而不会导致信号失真;同时, 信号动态范围大, 可以满足系统度抗饱和特性和灵敏度的要求, 确保信息的安全而不至于泄漏;确保信息和信号的安全保密, 确保信号不泄露、不受电磁干扰, 稳定地工作。

2.2 微波信号光纤传输技术的应用领域

应用于信号传输。利用微波信号光纤传输技术传输信号可以不需要安装天线, 避免安装天线的地点限制。微波信号光纤传输系统安装天线一般要选在偏僻的地方才能保证信号的高质量, 同时将调节器、数据处理器、变频器等装置可以在市区安装, 工作人员可以省去往返于天线和办公地点之间的路程奔波和浪费, 而直接在数据中心对工作进行处理。

引用与移动通信。在3G和4G移动通信中, 对传输系统的灵活性和覆盖性要求较高, 一般在机场、火车站、商场等场所, 对信号的要求都较高, 因此采用3G4G通信技术, 而微波信号光纤传输技术可以通过在建筑物内安装中心基站和分布式天线而提高信号的覆盖率。

微波真空干燥技术的探讨 篇5

微波真空干燥是把微波干燥和真空干燥结合在一起, 充分发挥二者的干燥优势, 以优化干燥过程。微波真空干燥设备由微波谐振腔 (微波发生器) 、真空系统、物料旋转盘和自动控制系统组成。

1 微波真空干燥原理及特性

1.1 原理

微波是指频率在300MHz到300KMHz的电磁波。介质物料由极性分子 (水分子) 和非极性分子组成, 在电磁场作用下, 这些极性分子从原来的随机分布状态转向按照电场的极性排列取向。在高频电磁场的作用下, 这些取向按交变电磁场的变化而变化, 这一过程致使分子的运动和相互磨擦效应, 从而产生热量。此时交变电磁场的电磁能转化为介质内的动能, 动能再转化成热能, 使介质温度不断升高。

微波加热是使被加热物体本身成为发热体, 故称之为内部加热方式。这种方式不需要热传导的过程, 电磁波从周围或特定的方向穿过物料, 使得物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温, 因此能在短时间内达到均匀加热。此时, 由于物料表面水份蒸发, 致使表面温度降低, 从而造成一个内高外低的温度梯度, 这个梯度的方向正好与水份蒸发的方向一致, 使得蒸发加快, 所以效率极高。同时由于内部产生热量, 以致于内部蒸汽迅速产生, 形成压力梯度, 如果物料的初始含水率很高, 物料的内部压力非常快的升高, 水分会在压力梯度的作用下从物料排除。在干燥的过程中能量转化经过了两个步骤, 先是电磁能转化为有序运动的分子动能, 然后通过碰撞转化为热能。

在真空状态下, 水的沸点降低, 从而使物料在相对较低的温度下就可以沸腾蒸发。真空不仅能使物料在保持低温状态下蒸发, 还能产生压力梯度提高干燥效率。真空干燥具有干燥温度低、产品复水性高, 同时对食品的色泽和口感也保持较好。所以微波干燥和真空干燥的结合不仅使得物料能在较低的温度下蒸发干燥, 而且可以提高干燥效率。

1.2 特性

总体而言, 微波真空干燥具有以下特点。

(1) 干燥速率高。

普通的干燥方法如热风干燥, 对物料来说热量是从表面向内传递, 而水分从内向外迁移, 温度梯度与水分转移方向相反, 这样将导致干燥速率下降。微波干燥不必以热传导的形式从表面向内部传递, 而是通过微波将能量直接作用于整个物料, 使物料整体均匀被加热, 大大缩短了加热时间;同时由于压力迁移动力的存在, 是微波干燥具有由内向外干燥的特点, 即对物料整体而言, 首先从内部干燥, 克服了在常规干燥中因物料外层首先干燥二形成硬壳板结阻碍内部水分继续外移的缺点。特别对于物料本身不是热的良导体, 微波干燥优势更明显。

(2) 提高干燥品质。

微波加热, 物料内部和表面同步进行加热, 温度分布均匀。一般微波只与物料中的水分而不与干物质相互作用, 含水较高的地方吸收辐射能较多, 干物质相对较少, 能更迅速地干燥, 这样起到了热量分配自动平衡的作用。但单纯的微波加热容易产生由于过热引起的烧伤、焦化、结壳和硬化等现象。上述现象主要是因为温度过高和干燥过快引起的。真空干燥可以降低水的蒸发温度, 使物料在较低的温度下迅速蒸发, 同时还可以避免氧化, 因此改善了干燥品质。尤其在医药、食品和化工等领域存在热敏性物料的情况下, 需要低温快速干燥的条件;同时对于食品和医药, 由于微波的微生物效应, 能在较低的温度下即可达到除菌的目的。

(3) 成本低、无公害。

微波真空干燥新技术, 不需要电热烘干设备和蒸汽加热设备;微波直接与物料相互作用, 不需要加热空气、大面积器壁及输送设备等, 而且加热腔为金属制造的密闭空腔, 能反射微波, 是指不向外泄漏, 从而被物料吸收。其耗能是普通干燥设备的1/3~1/4, 也低于红外干燥, 同时对环境几乎没有影响。如果使用一般的加热设备干燥, 不仅影响产品的质量, 甚至产生污染, 而且也造成过多的能源消耗, 设备存在运行成本高、经济效益差, 设备利用率低、维护费用高等突出问题。

(4) 安全性。

微波不会对被加热物料产生不安全影响, 其安全性得到国际认可。但设备仍然存在微波泄漏, 所以为了保证设备的安全性, 微波的泄漏量应满足国际电工委员会 (IEC) 规定量。

(5) 自动化控制过程。

对干燥过程进行适当的控制是必要的。微波的输出可以通过发生器的开关来控制, 操作方便, 而且加热的强度可以通过控制输出功率来实现。如干燥的过程控制, 干燥过程分为常率期、降率期和扩散期:常率期蒸发温度基本恒定, 表面呈湿润状态;降率期水分奇异速度减慢, 物料温度开始上升;扩散期物料导热性变差, 需要较为温和的干燥条件。在不同时期, 随着物料干燥程度不同, 温度相应变化, 因此在干燥过程中, 微波功率随着物料的干燥程度做主动调节, 将物料温度控制在设定的范围内, 从而保证成品的质量。

随着干燥干燥设备应用的不断推广深入, 对设备的数字化、智能化的要求越来越高, 出了干燥温度的控制与显示外, 还要求故障的检测与显示以及信息的上传, 以便于集中管理与控制。目前, 采用抗干扰性能好, 具有通信功能的PLC, 以及人机界面——触摸屏, 能较好地实现上述功能。

2 国内外研究现状

2.1 国外情况

20世纪80年代, 美国、加拿大、德国和英国就开始研究微波真空干燥技术, 主要集中在美国的威斯康辛大学、加利福尼亚大学、加拿大的British Columbia大学, 德国的Karlsruhe大学, 英国的Queen's University, 希腊的国立科技大学, 法国的Albi研究所等。研究的内容涉及微波真空干燥机理、传热传质、微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型的微波真空干燥操作等。目前, 国外已将微波真空干燥技术应用于轻工业、食品工业、化学工业、农业和农产品加工等领域, 诸如造纸、陶瓷、木材、食品、沥青、污水处理、表面活性剂、香料、矿石、药物、混凝土、油漆等的加工处理。

2.2 国内情况

目前在国内的研究单位有江南大学食品学院、东北大学、大连水产大学、中国农业大学、浙江大学、华南理工大学、华南农业大学、南京三乐微波技术有限公司等。微波真空干燥技术虽然在国内起步较晚, 但发展比较快。随着安全措施的到位, 人们克服了对微波的恐惧心理, 现已经应用到医药、化工、食品、化妆品等众多行业。

3 展望

微波真空干燥综合了微波干燥和真空干燥的各自优点, 具有快速、高效、低温、节能、无污染等优点。在食品干燥方面, 能较好地保持食品原有的色、香、味及营养成分, 可有效避免干燥过程中化学成分的氧化破坏。干燥后产品的组织机构和复水率等物理特性可以与冷冻干燥相差无几, 且成本相对较低;在工业干燥方面 (如真空绝热板) , 加热干燥可能对材料造成焦化等破坏, 微波真空干燥可以在低温条件下去除材料中剩余少量的结合水, 同时还能保证绝热板的真空度。

目前, 微波真空干燥仍存在一些问题尚待解决, 如干燥过程中存在的排湿困难、加热不均、干燥终点判断困难、对物料的尺寸和形状要求严格等, 在干燥工艺和装备方面仍有很多问题需要解决。所以, 在完善数学模型、建立干燥过程的计算机控制、与其他干燥技术相结合等方面还需进一步开展研究。

摘要：本文阐述了微波真空干燥的原理及特性, 国内外的研究现状、前景展望。重点阐述了微波真空干燥的作用机理及其干燥特点。微波真空干燥是利用微波辐射作为加热源在真空条件下对物体进行干燥, 具有快速、高效、低温等优点, 在工业应用方面具有广阔的前景。

关键词：微波干燥,真空干燥,节能,自动控制

参考文献

[1]崔正伟, 许时婴, 孙大文.微波真空干燥技术的进展[J].粮油加工与食品机械, 2002, 7 (8) :8～14.

[2]马梅芳, 陈腾蛟.微波干燥灭菌技术在中药领域的应用进展[J].中医药导报, 2008, 14 (2) :80～82.

[3]曹崇文.微波真空干燥技术现状[J].干燥技术与设备, 2004, 2 (3) :50～62.

[4]Kamel M.2002Drying kinetics and energy consumption in vacuum drying process with microwave and radiant heating, IDS2002Proceedings.

SD3200微波电路实验系统技术 篇6

石家庄市无线电四厂自主研发生产的SD3200微波实验训练系统, 包括SD3200收发实验系统和SD3200MW微波电路实验模块箱。该产品基于微波通信系统的收发信机的基本原理, 配备各种射频/微波电路模块, 如低噪声放大器、功率放大器、微波滤波放大器、混频器、锁相振荡器、调制器和解调器等十几种电路模块, 同时配备各种微波无源器件, 如衰减器、滤波器、功分器、耦合器等器件。测试时需配备实验用的微波测量仪器, 如频谱分析仪、网络分析仪、微波频率合成信号发生器、微波频率计等, 还配备各种配件, 如标准负载、同轴衰减器、转接头、馈线等, 组成一整套微波通信、微波电路及器件的实验训练系统。

该实验训练系统是面向高等院校电子信息、电子技术应用、微波技术、电子测量和通信工程等专业的实训系统。该系统得到了教育部门的及时关注, 尤其是青海大学、桂林电子科技大学、北京化工大学、河北网讯网络通信学院等高等院校, 及时配备该实验训练系统, 提高了学生的实验动手能力, 大大增强了学生电子电工方面的基本素质。

高等院校在实验室建设中, 配备S D3200微波电路实验训练系统后, 经实践教学, 增加了实验内容, 提高了实验水平, 起到了良好的效果, 例如:北京化工大学于2009年配备了我厂的SD3200微波电路实验系统, 经过一年的使用, 该实验系统得到了该校师生一致好评。该系统的使用, 加强了学生的实践能力, 提高了学生的创新水平, 使学生直接通过感性、实践的学习手段获得了新的理论知识, 提高了实践能力。在使用过程中, 学生加深了解和巩固了微波的发射机、接收机的基本原理及无线传输特性等理论知识, 并及时利用微波电路模块, 进行分析、测试及制作, 进行课程设计, 将制作好的电路模块进行试验, 利用系统来检验制作电路模块, 大大增强了实践能力。

桂林电子科技大学为开展微波电路及测量的实验, 配备了SD3200微波电路实验系统, 将该实验系统作为该校的重要实验课程, 桂电教师一致认为, 该实验训练系统对提高学生的动手能力大有裨益。

为加快我厂产品的市场化进程, 广泛服务教育行业, 我厂结合高等院校的不同层次需要, 不断完善射频/微波电路及测量的实验训练系统, 已经开发生产了如下新实验训练系统:

1.SD3100高频电路实验训练系统 (高频TV收发系统) ;

2.S D3100H高频电路实验模块箱 (高频电路和课程设计实训系统) ;

3.SD3300射频信号分布实验系统 (移动通信网络优化实验系统) 包括:

(1) SD3300 GSM射频信号分布实验系统;

(2) SD3300 CDMA射频信号分布实验系统;

(3) SD3300 WCDMA射频信号分布实验系统;

(4) GSM/CDMA双频合路系统;

(5) GSM/WCDMA双频合路系统。

浅析中药制药中微波技术的应用 篇7

1. 微波的基本原理

微波技术之所以能够实现杀菌效果, 主要是依赖于微生物产生的非生物效应与热效应。在交流高频电磁场的环境中, 植物细胞内会生产大量热量, 液泡因此产生膨胀, 最终致使细胞壁中, 有效成分细胞液的流出并融入进溶液里, 在温度的催化下迅速扩散。这一提炼过程, 主要是在微波能的作用下, 致使目标产物细胞膜、细胞壁的破裂, 使有效成分流出。其次是利用离子传导, 产生撕裂以及相互摩擦, 最终产生热效应。而且, 因为微波拥有一定的穿透力, 加速了细胞内有效成分的浸出, 使药物的提炼效率与质量得以提升。

2. 关于微波特性的分析

微波拥有许多优良的特性, 主要包括穿透力强、内热效应优、对生物有非生物效应, 同时灭菌效果强。此外, 由于微波是一种交流高频电磁波, 电流可以用来操控微波的发挥, 功率密度也具备调控性, 所以微波非常好控制。在消毒灭菌这一板块, 主要依靠紫外线与干热灭菌等方法来完成。随着我国科学技术的不断进步, 微波技术在中药制药过程中起到了越来越重要的作用, 中药制药结合微波技术后工作成果与效率均得到了提升。在中药制药过程中, 只需对微波电流、时间与温度加以调控, 就能够精确的掌控中药制药的反应过程。

二、微波技术应用于中药提取的相关分析

由于在提炼过程中, 必须通过目标产物细胞膜、细胞壁的破裂, 使有效成分流出, 所以细胞破壁的操作过程十分关键。在实际操作中, 这一过程重要为:通过微波加热致使细胞内部温度上升, 细胞膜与细胞壁会在液态汽化的压力下, 细胞表面将会出现细小的裂痕与孔洞。而细胞外的溶剂就趁机快速渗入细胞内, 完全溶解后将释放大量包内产物。因为微波技术拥有操控性强、高性能低耗损的优势, 因此在细胞有效物质的提炼过程中使用起来得心应手。微波浸取技术拥有一定的选择性, 能够提高工作效率, 降低原料耗损度, 提高有效物质的使用率。中药制药中的浸取技术, 由于微波技术的结合, 因此获得全面的革新, 制药技术得以提升, 因此微波技术具备应用价值, 拥有推广并广泛投入应用的意义。

三、微波技术应用于中药炮制的相关分析

微波技术的介入, 让中药制药加工过程与结果都取得了良好的反响。它能够有效节省制药时间, 降低能源材料的耗损, 提高现有材料的利用率, 同时掌控性强, 对生产药物的灭菌消毒效果佳, 所以微波技术在中药制药生产中的应用, 获得广大业内学者的认可与支持。值得一提的是, 利用微波技术加工苦杏仁, 既能有效杀死了苦杏仁酶, 还能保障苦仁苷完整。相关实验结果显示, 在炮制苦杏仁时, 微波技术的杀菌效果显著, 同时还能使含矸量不受影响, 具备优良的保苷性, 食用口感也更加松脆。用蛤粉作为辅助材料, 使用微波计术炮制阿胶丁的效果也非常好。

四、微波技术应用于中药材干燥的相关分析

微波技术的革新推动着中药制药技术的发展。微波的灭菌机理是:由于受到强度微波场的作用, 物料中的菌体及虫类会因为分子极化弛豫, 且吸收微波会使温度变高。当目标作用物的蛋白质性质发生变化后, 其膨胀性、黏度、溶解度等均会产生相应的明显变化, 同时失去生物活性。此外, 微波的非热效应还具有灭菌作用, 这是其他的常规物理灭菌法没有的。业内学者还对六味地黄丸进行了烘箱干燥与微波干燥的对比实验, 实验结果显示, 烘箱干燥出的产物, 丹皮酚的含量好俗大, 灭菌效果没有微波干燥法的效果好。

结语

随着我国科学技术的不断进步, 微波技术在中药制药过程中起到了越来越重要的作用, 中药制药结合微波技术后工作成果与效率均得到了提升。微波技术的介入使中药制药技术得到了飞跃性的发展。目前, 微波技术的应用范围越来越大, 使用频率也越来越高。由于微波技术应用于重要配药中, 可操作性强、工艺效率高, 能够实现自主化生产, 提高药材使用率, 生产全过程节能减排, 所的产物质量过硬, 均已达标。当前, 微波技术在中药制药过程中举足轻重, 具备应用价值, 拥有推广并广泛投入应用的意义。

参考文献

[1]Jie Yu, Na li, Minjiang Wang, Wangen Wang, Pei Lin, Yunfei Li, Xiaojian, Ronghua Zhao.Lipid Regulation Effects and Mechanisms ofPolygoni Multiflori Radix and Its Processed Products[A].Proceedingsof BIT’s 11th Annual Congress of International Drug Discovery Sci-ence&Technology-2013[C].2013.

[2]Lars St ckl.Higher Active Glycooptimized Biopharmaceu-ticals by Production in GlycoExpressTM[A].Proceedings of BIT’s11th Annual Congress of International Drug Discovery Science&Technology-2013[C].2013.

[3]刘新, 金寿珍, 傅尚文, 卢振辉.微波加热在茶叶加工中的应用[J].食品科学.2002 (10) .