微波智能调配装置及方法与流程

1.本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种微波智能调配装置及方法。


背景技术：

2.微波能量的利用率很大程度上取决于微波的微波系统负载与微波源是否良好匹配。传统的微波设备中，采用的是手动调节三销钉的方式，一方面，不具备功率测量等功能，无法进行在线实时调节，负载一旦发生变化，不能及时作出调整，将直接对微波源造成损害，再次调节匹配时，需要拆装设备，耗时耗力，浪费资源；另一方面，纯手工调节的方式，具有一定的经验性和盲目性，导致调节不准确。
3.因此，如何快速实时地自动匹配动态负载和微波源是微波领域一个重大的技术难题。
4.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能快速、准确、实时匹配负载和微波源的微波智能调配装置及方法。
6.本发明提供一种微波智能调配装置，包括依次连接的功率获取模块、数据采集及处理模块和销钉组件，所述销钉组件包括销钉，所述功率获取模块用于获取微波发射功率和微波反射功率，所述数据采集及处理模块用于根据所述微波发射功率和所述微波反射功率计算当前驻波系数，并判断所述当前驻波系数是否大于预设在所述数据采集及处理模块内的预设驻波系数，并根据判断结果控制是否驱动所述销钉移动。
7.进一步地，当所述当前驻波系数大于所述预设驻波系数时，驱动所述销钉移动调节其插入深度，否则不驱动所述销钉移动。
8.进一步地，所述数据采集及处理模块包括依次连接的模数转换模块、处理器和电机驱动板，所述模数转换转换模块用于将所述功率获取模块输出的电压模拟信号转换为数字信号，并传输至所述处理器，所述处理器用于根据所述数字信号计算出所述当前驻波系数，并将所述当前驻波系数与所述预设驻波系数比较，判断所述当前驻波系数是否大于所述预设驻波系数，并根据判断结果输出控制信号给所述电机驱动板，所述电机驱动板用于根据所述控制信号控制是否驱动所述销钉移动；当所述当前驻波系数大于所述预设驻波系数时，所述处理器输出第一控制信号，以使所述电机驱动板控制驱动所述销钉组件工作以驱动所述销钉移动，当所述当前驻波系数小于或等于所述预设驻波系数时，所述处理器输出第二控制信号，以使所述电机驱动板控制所述销钉不移动。
9.进一步地，所述销钉组件还包括驱动电机、联轴器、丝杠和螺母，所述驱动电机连接于所述电机驱动板，所述驱动电机用于根据所述电机驱动板输出的所述控制信号启动或不启动，所述驱动电机的输出轴与所述丝杠通过所述联轴器固定连接，所述螺母螺纹连接于所述丝杠上，所述螺母还连接于所述销钉。
10.进一步地，所述微波智能调配装置还包括交互模块和计算模块，所述计算模块连接于所述交互模块，所述计算模块还连接于所述数据采集及处理模块，所述计算模块用于接收所述数据采集及处理模块输出的参数，并在所述计算模块上作显示和运算。
11.进一步地，所述销钉外周套设有扼流槽。
12.进一步地，所述销钉组件还包括限位杆和底座，所述限位杆固定连接于所述销钉，所述限位杆上设有感应器，所述底座上设有两个在上下方向间隔设置的限位开关，所述感应器用于感应所述限位开关，以限定所述限位杆和所述销钉上下移动的极限位置。
13.进一步地，所述功率获取模块、所述数据采集及处理模块和所述销钉组件均为全封闭设计；所述功率获取模块设于波导上，所述数据采集及处理模块设于所述功率获取模块上，所述销钉组件设于所述波导上，且位于所述功率获取模块一侧。
14.本发明还公开一种微波智能调配方法，包括：
15.获取微波发射功率和微波反射功率；
16.根据微波发射功率和微波反射功率计算当前驻波系数，并判断当前驻波系数是否大于预设驻波系数，并根据判断结果控制是否驱动销钉移动。
17.进一步地，所述根据微波发射功率和微波反射功率计算当前驻波系数，并判断当前驻波系数是否大于预设驻波系数，并根据判断结果控制是否驱动销钉移动的步骤具体包括：
18.将获取的所述微波发射功率和所述微波反射功率由模拟信号转换为数字信号；
19.根据所述数字信号计算出所述当前驻波系数，并将所述当前驻波系数与所述预设驻波系数比较，判断所述当前驻波系数是否大于所述预设驻波系数，当所述当前驻波系数大于所述预设驻波系数时，输出第一控制信号，以驱动所述销钉移动，当所述当前驻波系数小于或等于所述预设驻波系数时，输出第二控制信号，控制所述销钉不移动。
20.本发明提供的微波智能调配装置及方法中，可实时在线监测微波源发射功率和微波反射功率，以了解微波能应用系统能效，并能快速、准确、实时调节三销钉的插入深度，使微波发射功率和反射功率匹配，很好的保护了微波源，提高了系统的能效。
附图说明
21.图1为本发明一实施例的微波智能调配装置的结构框图。
22.图2为图1所示微波智能调配装置的销钉组件结构示意图。
23.图3为图1所示微波智能调配装置的销钉组件的立体示意图。
24.图4为图1所示微波智能调配装置的结构示意图。
25.图5为本发明一实施例的微波智能调配方法的流程图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
27.请参图1，本发明一实施例中提供的微波智能调配装置，包括依次连接的功率获取模块10、数据采集及处理模块30和销钉组件50。销钉组件50包括销钉51。功率获取模块10用于获取微波发射功率和微波反射功率。数据采集及处理模块30用于根据微波发射功率和微
波反射功率计算当前驻波系数，并判断当前驻波系数是否大于预设在数据采集及处理模块30内的预设驻波系数，并根据判断结果控制是否驱动销钉51移动。具体地，当当前驻波系数大于预设驻波系数时，驱动销钉51移动调节其插入深度，从而调节微波源发射功率，否则不驱动销钉51移动。具体地，功率获取模块10、数据采集及处理模块30和销钉组件50均为全封闭设计，防水防尘，以保证其稳定工作。
28.本实施例中，功率获取模块10以电压模拟信号方式输出微波源发射功率和微波反射功率。
29.本实施例中，数据采集及处理模块30包括依次连接的模数转换模块32、处理器34和电机驱动板36。模数转换转换模块32用于将功率获取模块10输出的电压模拟信号转换为数字信号，并传输至处理器34。处理器34用于根据数字信号计算出当前驻波系数，并将当前驻波系数与预设驻波系数比较，判断当前驻波系数是否大于预设在数据采集及处理模块30内的预设驻波系数，并根据判断结果输出控制信号给电机驱动板36。电机驱动板36用于根据控制信号控制是否驱动销钉51移动，当当前驻波系数大于预设驻波系数时，处理器34输出第一控制信号，以使电机驱动板36控制驱动销钉组件50工作以驱动销钉移动，从而调节微波源发射功率，当当前驻波系数小于或等于预设驻波系数时，处理器34输出第二控制信号，以使电机驱动板36控制销钉51不移动，不调节微波源发射功率。具体地，预设驻波系数可为1.5-2。具体地，驻波系数＝(1+反射系数)/(1-反射系数)，反射系数＝反射功率/发射功率，由此可根据反射功率和发射功率计算出驻波系数。
30.具体地，根据矩形波导内场强的叠加原理得出三个探针位置对应的电场强度e1、e2、e3与微波反射电场强度e
r
的关系为：
[0031][0032][0033][0034]
其中，e1、e2、e3分别为三个探针位置对应的电场强度，e0为入射电场强度，e
r
为微波反射电场强度，为中间位置探针的入射电场相位，为中间位置探针的反射电场相位。
[0035]
具体地，当相邻两个探针之间的距离为六分之一波导波长，即相邻两个探针位置的微波的相位间隔φ＝60
°
时，三个探针位置对应的电场强度e1、e2、e3与微波反射电场强度e
r
的关系为：
[0036]
|e1|2+|e2|2+|e3|2＝3(|e0|2+|e
r
|2)
ꢀꢀꢀ
(2.4)
[0037]
由此可得，可通过以下公式计算微波反射电场强度e
r
：
[0038][0039]
根据矩形波导电场和功率的对应关系：
[0040][0041]
由此可获得反射系数γ：
[0042][0043]
功率获取模块10采集的入射电场强度信号和三个销钉位置波导内电场强度信号均为电压信号，入射电池强度信号为v1，三个销钉位置波导内电场强度信号分别为v2、v3、v4，v1、v2、v3、v4分别对应入射电场强度e0、三个销钉位置波导内的电场强度e1、e2、e3，即功率获取模块10采集入射电场强度e0、三个销钉位置波导内的电场强度e1、e2、e3，并据此计算出微波发射功率和微波反射功率。数据采集及处理模块30根据上述公式2.7计算得到反射系数г和驻波系数。
[0044]
本实施例中，微波智能调配装置还包括交互模块38和计算模块39，计算模块39连接于交互模块38，计算模块39还连接于数据采集及处理模块30。计算模块39用于接收数据采集及处理模块30输出的各项参数，以在计算模块39上作进一步地显示和运算。交互模块38用于供用户在计算模块39设置系统参数，用于各项测试。具体地，交互模块38可为触摸显示屏或键盘。计算模块39可为上位机。
[0045]
本实施例中，如图2所示，销钉组件50还包括驱动电机53、联轴器54、丝杠55和螺母56。驱动电机53连接于电机驱动板36，驱动电机53用于根据电机驱动板36输出的控制信号启动或不启动。驱动电机53的输出轴与丝杠55通过联轴器54固定连接。螺母56螺纹连接于丝杠55上，通过驱动电机53启动工作带动丝杠55转动，可带动螺母56上下移动。螺母56还连接于销钉51，进而带动销钉51上下移动。
[0046]
本实施例中，销钉51外周还套设有扼流槽58，以防止微波泄漏。
[0047]
本实施例中，请参图3，销钉组件50还包括限位杆59和底座61，限位杆59固定连接于销钉51，限位杆59上设有感应器，底座61上设有两个在上下方向间隔设置的限位开关，感应器用于感应限位开关，以限定限位杆59和销钉51上下移动的极限位置，这样便于准确定位销钉51插入深度的上下极限，计算零值点。具体地，底座61上开设有限位槽612，限位杆59伸入限位槽612，两个限位开关分别设于限位槽612的两端。
[0048]
本实施例中，请参图4，功率获取模块10设于波导100上，数据采集及处理模块30设于功率获取模块10上，销钉组件50设于波导100上，且位于功率获取模块10一侧。
[0049]
本实施例中，销钉组件50还包括水冷组件63，水冷组件63设于销钉51的底部，且水冷组件63设于波导100上。
[0050]
本实施例中，销钉组件50包括三个销钉51，三个驱动电机53分别连接于三个销钉51，以分别驱动三个销钉51移动。在调节销钉51时，三个销钉51是同步移动的。
[0051]
本微波智能调配装置中，可实时在线监测微波源发射功率和微波反射功率，以了解微波能应用系统能效，并能快速、准确、实时调节三销钉的插入深度，使微波发射功率和反射功率匹配，很好的保护了微波源，提高了系统的能效。
[0052]
本发明还提供一种微波智能调配方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0053]
s11，获取微波发射功率和微波反射功率。
[0054]
s13，根据微波发射功率和微波反射功率计算当前驻波系数，并判断当前驻波系数是否大于预设驻波系数，并根据判断结果控制是否驱动销钉51移动。具体地，当当前驻波系数大于预设驻波系数时，驱动销钉51移动，从而调节微波源发射功率，否则不驱动销钉51移动。
[0055]
具体地，步骤s13具体包括：
[0056]
s131，将获取的微波发射功率和微波反射功率由模拟信号转换为数字信号。
[0057]
s133，根据数字信号计算出当前驻波系数，并将当前驻波系数与预设驻波系数比较，判断当前驻波系数是否大于预设驻波系数。具体地，当当前驻波系数大于预设驻波系数时，输出第一控制信号，以驱动销钉51移动，从而调节微波源发射功率，当当前驻波系数小于或等于预设驻波系数时，输出第二控制信号，控制销钉51不移动，不调节微波源发射功率。
[0058]
本微波智能调配方法中，可实时在线监测微波源发射功率和微波反射功率，以了解微波能应用系统能效，并能快速、准确、实时调节三销钉的插入深度，使微波发射功率和反射功率匹配，很好的保护了微波源，提高了系统的能效。
[0059]
在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
[0060]
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
[0061]
在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。
[0062]
在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
[0063]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0064]
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0065]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。