[實用新型]微波加熱環境下的三維溫度場聲學檢測裝置

有效

• 申請號: 201320565922.8
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN203422172U
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 熊慶宇;王楷;沈雪華;石欣;李建碩;賴國強;齊洋洋;李劍南;柳丹;霍閃閃
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本實用新型屬于工業微波加熱的溫度檢測技術領域，具體涉及一種用于微波加熱環境下的三維溫度場聲學檢測裝置。

背景技術

作為一種新型熱源，微波具有加熱速度快、熱能利用率高、可實現快速自動控制等優點，已被廣泛應用于醫療、科研以及工業加熱領域。在利用微波進行工業加熱的過程中，溫度尤其重要，但處于微波強電磁場環境下的溫度測量是微波技術應用的一大難題；同時微波加熱過程復雜，經常會出現局部溫度過高，甚至發生爆炸的情況。所以，對被加熱區域的三維溫度場進行有效檢測和重建對加熱均勻性控制，以及防止意外事故的發生至關重要。

公告號為CN102032948A，名稱為《一種高微波輻射下的溫度測量方法》的專利，就公開了一種高微波輻射下的溫度測量方法，該方法通過在微波裝置壁上開一圓形孔，利用截止波導阻止從孔泄漏出的微波，并通過凸透鏡將從截止波導透射出的紅外光匯聚，再由紅外探測器進行檢測而對物體測溫。該方法的主要缺點是：測量范圍小，只能測量加熱物體的表面溫度，無法反映工業微波加熱區域的三維溫度場。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有微波強電磁場下溫度測量方法的不足，提供一種微波加熱環境下的三維溫度場聲學檢測裝置，能有效監測工業微波加熱中被加熱區域內部的溫度分布，實時重建三維溫度場，提供異常熱點報警保護的功能，結構簡單，安裝方便，測量范圍廣，能對微波加熱控制提供決策支持信息。

為實現本實用新型目的而采用的技術方案是這樣的，本實用新型包括超聲波換能器陣列、超聲波發射電路、超聲波接收電路、熱點報警保護單元、DSP控制單元、超聲波數據采集單元和上位機，其中所述DSP控制單元通過發送脈沖信號驅動超聲波發射電路，超聲波發射電路驅動超聲波換能器陣列發射超聲波，超聲波在微波加熱環境中傳輸后由超聲波換能器陣列接收，超聲波換能器陣列將接收的超聲波機械信號轉換為電信號后傳送給超聲波接收電路，超聲波接收電路對接收到的電信號進行處理，然后輸入超聲波數據采集單元；超聲波數據采集單元受DSP控制單元的控制，對超聲波數據進行采集并暫存，然后通過數據傳輸接口輸入上位機，在上位機完成三維溫度場的重建；DSP控制單元通過串口與上位機連接，熱點報警保護單元通過信號傳輸線與DSP控制單元的報警信號輸出端連接，當重建的三維溫度場出現熱點時，上位機輸出熱點信息給DSP控制單元，由DSP控制單元直接控制熱點報警保護單元。

具體地，上述超聲波換能器陣列由若干超聲波換能器組構成，屬于同一水平斷面上的相鄰兩個超聲波換能器間的距離是相等的。超聲波換能器為收發同體超聲波換能器。

下面對各模塊的基本工作原理進行介紹。

上位機通過數據傳輸接口與超聲波數據采集單元連接，接收超聲波數據采集單元采集的超聲波數據，根據控制程序和溫度場測繪軟件完成溫度值的測算和存儲，重建并顯示被加熱區域三維溫度場。上位機通過串口與DSP控制單元連接，當重建的溫度場出現熱點時，將熱點溫度和位置信息提供給DSP控制單元。

DSP控制單元通過信號傳輸線分別與超聲波發射電路和超聲波數據采集單元連接，一方面輸出固定頻率的方波信號，驅動超聲波發射電路，另一方面輸出控制信號控制超聲波數據采集單元采集超聲波數據。DSP控制單元通過串口與上位機連接，通過信號傳輸線與熱點報警保護單元連接，當重建溫度場出現熱點時，DSP控制單元接收上位機傳送的熱點信息，并輸出控制信號控制熱點報警保護單元產生動作。

超聲波數據采集單元通過信號傳輸線與DSP控制單元連接，通過數據傳輸接口與上位機連接。超聲波數據采集單元受DSP控制單元的控制，對超聲波數據進行采集并暫存，然后將數據輸入上位機。

超聲波換能器陣列由垂直方向上的若干超聲波換能器組構成，可根據實際情況調整超聲波換能器組的數量，能實現電信號與機械信號的相互轉換。超聲波換能器陣列通過信號傳輸線分別與超聲波發射電路和超聲波接收電路連接。

熱點報警保護單元通過信號傳輸線與DSP控制單元連接，當被測區域出現熱點時，DSP控制單元輸出控制信號控制熱點報警保護單元發出警示信息同時采取相應的保護措施。

本實用新型采用上述技術方案能達到的有益技術效果如下：

1.實現三維溫度場測量。本實用新型采用垂直方向上的多組超聲波換能器組構成的超聲波換能器陣列，能夠對被加熱區域內部三維方向上的溫度分布情況進行分析，從而實現對三維溫度場的重建。