[发明专利]基于ARM嵌入式系统的高压脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于ARM嵌入式系统高压脉冲发生器。

背景技术

高压脉冲电场(PEF)灭菌技术是当前食品灭菌领域的热点之一。高压脉冲电场处理系统主要由五部分组成，高压脉冲发生器、食品处理室、冷却系统、监测系统、排气及输送系统。液态食品作为电解质经排气后由输送管道输送到液态食品处理室中进行高压脉冲处理。处理室中有放电电极，电极两端接高压脉冲发生器，高压脉冲发生器输出高压脉冲时，放电电极放电，在处理室中形成了高压脉冲电场，该电场可有效的杀死液态食品中的病菌。在灭菌的同时冷却系统通过水冷、空冷等方法冷却处理室及其内部被处理食品的温度，严格控制被处理食品的温升。在整个食品处理过程中，监测系统通过一系列传感器实时监控处理室内部的温度，脉冲电压强度，液态物料的流速等，用户可以在上位机上看到监测系统提供的数据，若有异常情况，可以在相应的环节上做出调整，保证整个处理过程的正常进行。

早在1967年Hamilton和Sale就开始探索PEF灭菌。此后国内外学者在对PEF的灭菌机理、对微生物的形态影响、对食品的质量影响以及影响PEF灭菌效果的因素等各个层面做了大量的研究工作，取得了一系列宝贵的理论基础。研究人员对牛奶、苹果汁、桃汁、橙汁、桔汁、菠萝汁、蛋清液等液态食品进行了PEF处理，研究了PEF对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、大肠杆菌、酵母菌、乳酸菌、霉菌等病菌灭菌效果的影响，得到了很多灭菌的最优处理数据和结论。理论和实验的结果表明，利用PEF技术灭菌是完全可行的，而且灭菌效果显著，具有很强的应用的推广价值。与传统的巴氏灭菌法相比，高压脉冲电场灭菌以其高效、短时、非热、低耗能、无污染的优点成为国际食品工业的一个研究热点。美国、日本等国家已投入了大量的人力物力对其研究，并取得了不错的成果。但在国内，关于PEF灭菌的研究尚处在起步阶段。

虽然PEF灭菌技术在食品灭菌领域潜力巨大，但仍有许多技术问题需要解决，其中作为整个系统核心的高压脉冲发生器是目前PEF灭菌技术实现工业化应用的最大瓶颈。因此，设计一种稳定的、可靠的、具有最佳处理效果的高压脉冲发生器显得犹为重要。目前国际上公认的具有最佳灭菌效果的脉冲是高频双极性的方波脉冲。研究发现方波脉冲的宽度越小，灭菌后液态食品的温升越小；脉冲的电压强度度越大，灭菌效果越好，但会造成相应的温升。因此选择好合适的处理参数能取得最优的灭菌效果，既能达到灭菌的标准又能使食品的温升最小。IGBT器件以其开关速度高、电压型驱动、驱动功率小、饱和压降低且可耐高电压和大电流等优点，已成为当前在工业领域应用最广泛的电力半导体器件。其硬开关频率达25KHz，软开关频率可达100KHz。而新研制成的霹雳型(Thunderbolt)型IGBT，其硬开关频率可达150KHz，谐振逆变软开关电路中可达300KHz。选择好合适的IGBT器件，则用IGBT全桥逆变电路可以产生完全满足高压脉冲电场灭菌需求的高频脉冲。

高压脉冲的脉宽也是PEF灭菌的关键参数。随着脉宽调制(PWM)技术、嵌入式系统的不断发展，PWM控制技术获得了空前的发展。人们开始摆脱经典的PWM模拟控制电路，开始研究以嵌入式系统控制PWM。嵌入式技术是近年来日渐普及的电子技术，其产品体积小、功耗低、处理能力强，在工控领域发挥着越来越重要的作用。其中，ARM处理器采用RISC结构，资源丰富，运算速度快，可移植实时多任务的操作系统，并且性能高、功耗低、成本低。利用嵌入试芯片(S3C44B0X)的定时器0，1，可直接组成的双极性PWM发生器，精确控制高压脉冲产生的脉冲宽度。

发明内容

本发明的目的在于为高压脉冲电场(PEF)灭菌提供一种基于ARM嵌入式系统的高压脉冲发生器，利用该高压脉冲发生器可对液态处理室中的液态食品进行灭菌处理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

包括电源电路、IGBT全桥逆变电路、高频升压电路、IGBT驱动电路、微处理器、LCD显示电路、键盘、传感器和存储器；微处理器分别与LCD显示电路、键盘、传感器、存储器和IGBT驱动电路连接，IGBT全桥逆变电路分别与电源电路、IGBT全桥逆变电路和高频升压电路连接，高频升压电路输出高频脉冲信号。