[發明專利]微波加熱過程中材料反射率/透射率實時測量裝置與方法

在審

• 申請號: 201811078968.0
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109030517A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 李迎光;周靖;張夢宸
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種微波加熱過程中材料反射率/透射率實時測量裝置與方法，通過定向耦合器實時測量微波加熱過程中材料表面的微波入射功率、反射功率和透射功率，從而計算出材料的反射率和透射率。本發明解決了微波加熱過程中材料反射率/透射率的實時測量問題，本發明解決了現有方法無法測量微波加熱過程中材料反射率/透射率的難題，為進一步分析和調整材料的微波加熱工藝奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及一種復合材料成型技術，尤其是一種復合材料微波加熱過程中反射率/透射率測量技術，具體地說是一種微波加熱過程中的材料的反射率/透射率實時測量裝置與方法。

背景技術

微波是一種頻率為300M至300GHz的電磁波，微波加熱是材料依靠吸收微波能并將其轉換成熱能，從而使材料整體同時升溫的加熱方式。材料的反射率/透射率決定了材料的吸波性能，然而，材料在加熱的過程中內部的分子熱運動等均會大幅影響材料的反射率/透射率。因此，實時地測量材料在整個微波加熱過程中的反射率/透射率對于分析和調整微波加熱工藝起到至關重要的作用。

現有方法采用電阻絲對微波單模諧振腔和放置在其內部的樣品進行傳導加熱，從而測試樣品在加熱過程中的反射率/透射率。然而，微波加熱過程中材料發生的相變反應和加熱產物均不同于傳導加熱過程，而且傳導加熱的方法加熱慣性大，材料溫度不均勻。當采用微波加熱時，由于用于加熱的微波信號（磁控管發出）和用于反射率/透射率測量的電磁信號（矢量網絡分析儀發出）會發生干涉，因此，如何在微波加熱過程中測量材料的反射率/透射率一直是本領域公認的難題。

針對上述問題，本發明提供了一種微波加熱過程中材料反射率/透射率實時測量裝置與方法，將材料放置在微波單模諧振腔內，利用微波源發射微波對腔內的材料進行加熱，利用測溫裝置對于樣品進行測溫，同時采用定向耦合器實時測量材料在微波加熱過程中的微波入射功率、反射功率和透射功率。本發明解決了在微波加熱過程中實時測量材料反射率/透射率的難題，為進一步分析和調整材料的微波加熱工藝奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的是針對材料的反射率/透射率測試裝置不能用于微波加熱場合的問題，設計一種微波加熱過程中材料的反射率/透射率的實時測量裝置，實現對微波加熱材料反射率/透射率的實時有效測試，同時提供一種相應的測量方法。

本發明的技術方案之一是：

一種微波加熱過程中材料反射率/透射率實時測量裝置，它包括微波單模諧振腔3和微波源9，其特征在于所述的微波單模諧振腔3的A端與調配器5相連，調配器5與第一定向耦合器6相連，第一定向耦合器6與環形器7相連，環形器一方面與水負載8相連，另一方面通過波導傳輸線17與微波源9相連，微波源9用于產生加熱微波功率，環形器7與水負載8用于吸收未被材料4完全吸收的反射功率，避免損傷微波源9，調配器5用于調節傳輸線阻抗從而降低傳輸線損耗；微波單模諧振腔3的B端依次連接第二定向耦合器2和水負載1；材料4放置在微波單模諧振腔3內進行微波加熱，微波單模諧振腔3的側面設置有微波屏蔽小孔14，溫度采集裝置10透過該微波屏蔽小孔14實時監測材料4的加熱溫度，并將溫度數據實時發送到工業計算機12，工業計算機12通過功率控制單元11實時調整微波源9的加熱功率；在微波加熱過程中第一定向耦合器6的a端和b端的功率計分別測量微波入射功率和微波反射功率并輸入工業計算機12中，第二定向耦合器2的c端的功率計測量微波透射功率并發送到工業計算機12中。

微波單模諧振腔3的C面具有取放樣品的腔體門13；D面設置有微波屏蔽小孔14用于對放置在微波單模諧振腔3內的材料4進行測溫；測溫方式采用接觸式光纖測溫或非接觸式紅外測溫。

針對黏流態材料4或者高溫下會軟化的材料4先安裝在樣品夾具中再放置在微波單模諧振腔3中，該樣品夾具采用耐高溫的透波材料制成（如聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷等），樣品夾具由放置材料的凹槽16和蓋板15組成。

本發明的技術方案之二是：