[发明专利]一种高微波辐射下的温度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微波测温技术领域，特别涉及一种高微波辐射下的温度测量方法。

背景技术

微波加热具有效率高，可控制，无明火，无烟尘，安全等特点，在工业或家用烹调中有着广泛的应用。但是在微波加热过程中，由于微波的强辐射，对金属和有极化的非金属的材料都有加热作用，因为微波加热一般处于封闭腔体内，基于红外线辐射的测温仪也不适用，所以以常规的温度传感器为基础的测量温度的方法不再适用。现有的较广泛应用的微波测温技术中主要有以下三种：

1.在微波热疗机中，用热电偶测量温度。由于热电偶中有金属，为了防止微波对热电偶的干扰，在热疗时采用“停机测温”的方法。由于此方法采用“停机测温”，所以不能用于高微波辐射下的温度测量，也不属于在线测试。

2.光纤温度仪的测温探头不包含金属和极性物质，测温精度高，非常适合应用于微波中的温度测量，但是价格十分昂贵，这决定它只能应用研究于一些小范围的特殊领域，不能大规模应用。

3.煤油温度计，组成煤油温度计的煤油和玻璃具有很低的介电常数和介质损耗，对微波场干扰小，因此在一些工业领域得到了广泛的应用。由于煤油的沸点在150℃左右，所以煤油温度计不能用于高微波辐射下的高温测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有的微波测温技术不能大规模应用于高微波辐射下的温度测量缺点，提出了一种高微波辐射下的温度测量方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高微波辐射下的温度测量方法，包括如下步骤：

S1.确定开孔尺寸：在微波装置上开一圆形的孔，该孔与截止波导相连接，孔的半径r的最大值r_max通过公式得到，其中对于TE₁₁模式，p′_nm＝1.841，μ是截止波导中的磁导率，ε是截止波导中的介电常数，f_c是微波装置的工作频率；

S2.消除泄漏微波：通过截止波导阻止从孔泄漏出的微波，孔与截止波导中的微波以e^-αz的形式衰减，z是截止波导的长度，α是衰减常数，其大小为：其中k_c是截止波导的截止波数，k是截止波导的传播波数，根据微波能量的截止量确定截止波导的长度z，截止波导的半径与步骤S1中的孔的半径r相等；

S3.红外光汇聚：利用凸透镜将从截止波导透射出的红外光汇聚，凸透镜的物理半径与步骤S2中截止波导的半径相等；

S4.红外光检测：在红外光汇聚处放置热敏电阻红外探测器，检测红外光的辐射强度，得到红外光信号对应的电信号；

S5.数据处理：对步骤S4检测出的电信号进行放大、转换即得到微波装置内被测物的温度。

上述步骤S3中凸透镜的焦距小于截止波导的长度。

上述步骤S4中，还包括通过平衡电桥进行消除干扰的步骤，平衡电桥由第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一固定电阻、第一可变电阻和直流电压源组成，其中第一热敏电阻与第二热敏电阻串联，再与串联的第一可变电阻、第一固定电阻并联，然后与直流电压源直接相连，平衡电桥的输出电压即是红外光信号对应的电信号。

本发明的有益效果：本发明针对现有的微波测温不能大规模应用于高微波辐射下的温度测量缺点，通过在微波装置壁上开一圆形的孔，利用截止波导截止掉从孔泄漏出的微波，并通过凸透镜将从截止波导透射出的红外光汇聚，再由红外探测器进行检测进而得到被测物的温度。该方法简单、实用，可以有效、实时的测量出微波装置内被测物的温度。

附图说明

图1是本发明的高微波辐射下的温度测量方法的结构示意图。

图2是本发明的高微波辐射下的温度测量方法的流程图。

图3是本发明的平衡电桥的示意图。

附图标记说明：微波装置的壁1、孔2、截止波导3、凸透镜4、热敏电阻红外探测器5、被测物6、高透明度玻璃7。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的具体实施例。

本发明的结构示意图如图1所示，在微波装置的壁1上开一定尺寸圆形的孔2，孔2与截止波导3相连接，通过截止波导3阻止从孔泄漏出的微波，凸透镜4置于截止波导3中，凸透镜4将从孔2和截止波导3透射出的红外光汇聚，在汇聚处放置热敏电阻红外探测器5，通过对检测出的红外光信号进行放大、转换即可得到被测物6的温度。为了防止被被测物6中的蒸汽进入截止波导3，可以在孔2前加一高透明度玻璃7。

本发明的一种高微波辐射下的温度测量方法，具体包括如下步骤：

S1.确定开孔尺寸；