[发明专利]微波加热过程中材料反射率/透射率实时测量装置与方法

说明书

一种微波加热过程中材料反射率/透射率实时测量装置与方法，通过定向耦合器实时测量微波加热过程中材料表面的微波入射功率、反射功率和透射功率，从而计算出材料的反射率和透射率。本发明解决了微波加热过程中材料反射率/透射率的实时测量问题，本发明解决了现有方法无法测量微波加热过程中材料反射率/透射率的难题，为进一步分析和调整材料的微波加热工艺奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型技术，尤其是一种复合材料微波加热过程中反射率/透射率测量技术，具体地说是一种微波加热过程中的材料的反射率/透射率实时测量装置与方法。

背景技术

微波是一种频率为300M至300GHz的电磁波，微波加热是材料依靠吸收微波能并将其转换成热能，从而使材料整体同时升温的加热方式。材料的反射率/透射率决定了材料的吸波性能，然而，材料在加热的过程中内部的分子热运动等均会大幅影响材料的反射率/透射率。因此，实时地测量材料在整个微波加热过程中的反射率/透射率对于分析和调整微波加热工艺起到至关重要的作用。

现有方法采用电阻丝对微波单模谐振腔和放置在其内部的样品进行传导加热，从而测试样品在加热过程中的反射率/透射率。然而，微波加热过程中材料发生的相变反应和加热产物均不同于传导加热过程，而且传导加热的方法加热惯性大，材料温度不均匀。当采用微波加热时，由于用于加热的微波信号（磁控管发出）和用于反射率/透射率测量的电磁信号（矢量网络分析仪发出）会发生干涉，因此，如何在微波加热过程中测量材料的反射率/透射率一直是本领域公认的难题。

针对上述问题，本发明提供了一种微波加热过程中材料反射率/透射率实时测量装置与方法，将材料放置在微波单模谐振腔内，利用微波源发射微波对腔内的材料进行加热，利用测温装置对于样品进行测温，同时采用定向耦合器实时测量材料在微波加热过程中的微波入射功率、反射功率和透射功率。本发明解决了在微波加热过程中实时测量材料反射率/透射率的难题，为进一步分析和调整材料的微波加热工艺奠定了基础。

发明内容

本发明的目的是针对材料的反射率/透射率测试装置不能用于微波加热场合的问题，设计一种微波加热过程中材料的反射率/透射率的实时测量装置，实现对微波加热材料反射率/透射率的实时有效测试，同时提供一种相应的测量方法。

本发明的技术方案之一是：

一种微波加热过程中材料反射率/透射率实时测量装置，它包括微波单模谐振腔3和微波源9，其特征在于所述的微波单模谐振腔3的A端与调配器5相连，调配器5与第一定向耦合器6相连，第一定向耦合器6与环形器7相连，环形器一方面与水负载8相连，另一方面通过波导传输线17与微波源9相连，微波源9用于产生加热微波功率，环形器7与水负载8用于吸收未被材料4完全吸收的反射功率，避免损伤微波源9，调配器5用于调节传输线阻抗从而降低传输线损耗；微波单模谐振腔3的B端依次连接第二定向耦合器2和水负载1；材料4放置在微波单模谐振腔3内进行微波加热，微波单模谐振腔3的侧面设置有微波屏蔽小孔14，温度采集装置10透过该微波屏蔽小孔14实时监测材料4的加热温度，并将温度数据实时发送到工业计算机12，工业计算机12通过功率控制单元11实时调整微波源9的加热功率；在微波加热过程中第一定向耦合器6的a端和b端的功率计分别测量微波入射功率和微波反射功率并输入工业计算机12中，第二定向耦合器2的c端的功率计测量微波透射功率并发送到工业计算机12中。

微波单模谐振腔3的C面具有取放样品的腔体门13；D面设置有微波屏蔽小孔14用于对放置在微波单模谐振腔3内的材料4进行测温；测温方式采用接触式光纤测温或非接触式红外测温。

针对黏流态材料4或者高温下会软化的材料4先安装在样品夹具中再放置在微波单模谐振腔3中，该样品夹具采用耐高温的透波材料制成（如聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷等），样品夹具由放置材料的凹槽16和盖板15组成。

本发明的技术方案之二是：