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微波技術研究使用方法

發布時間:2022-05-29 08:18:28

A. 工業微波設備,微波技術在工業中的應用

近年來,微波技術正越來越廣泛地被運用於醫葯工業的乾燥工藝中。其可使物料較傳統加工方法取得更好的乾燥效果。國外發達國家微波技術的研發與應用已有20年的時間,但我國在這方面還處於起步階段 。 ▲技術特點:由內而外使物料乾燥
據了解,微波是一種高頻電磁波,頻率為300兆赫~30萬兆赫,其波長為1毫米~1米。微波具備電場所特有的振盪周期短、穿透能力強、與物質相互作用可產生特定效應等特點。
傳統乾燥方法,如火焰、熱風、蒸氣、電加熱等,均為外部加熱乾燥,物料表面吸收熱量後,經熱傳導,熱量滲透至物料內部,隨即升溫乾燥。而微波乾燥則完全不同,它是一種內部加熱的方法。濕物料處於振盪周期極短的微波高頻電場內,其內部的水分子會發生極化並沿著微波電場的方向整齊排列,而後迅速隨高頻交變電場方向的交互變化而轉動,並產生劇烈的碰撞和摩擦(每秒鍾可達上億次),結果一部分微波能轉化為分子運動能,並以熱量的形式表現出來,使水的溫度升高而離開物料,從而使物料乾燥。也就是說,微波進入物料並被吸收後,其能量在物料電介質內部轉換成熱能。因此,微波乾燥是利用電磁波作為加熱源、被乾燥物料本身為發熱體的一種乾燥方式。
微波乾燥設備的核心是微波加熱器,目前微波乾燥的頻率為915兆赫和2450兆赫兩種,多用於片劑、膠囊劑、顆粒劑等制備工藝中濕顆粒的乾燥,也可用於葯材粉末、中葯飲片、丸劑的乾燥。除了用於連續化生產的微波乾燥設備以外,還有間歇式箱式乾燥設備,其主要用於原料葯的乾燥,對於糊狀、黏度較大的中葯浸膏的乾燥也很適宜。
▲技術優勢:乾燥均勻、環保、節能
在傳統的乾燥工藝中,為提高乾燥速度,需升高外部溫度,加大溫差梯度,然而隨之容易產生物料外焦內生的現象。但採用微波加熱時,不論物料形狀如何,熱量都能均勻滲透,並可產生膨化效果,利於粉碎。
不同性質的物料對微波的吸收不同,水分子對微波的吸收最大,因此物料內含水量較高的部位吸收微波多於含水量較低的部位。所以,在微波作用下,物料的乾燥速率趨於一致,加熱均勻。並且,微波乾燥技術不影響被乾燥物料的色、香、味及組織結構,有效成分也不易被分解、破壞。據了解,四川有關研究機構正在著手採用微波乾燥替代傳統的烘房乾燥,以解決採用傳統乾燥方法乾燥川芎等中葯材時易產生乾燥不均勻、不徹底的問題。
另外,微波是電能轉換而來,開通電源即開始工作,不需要預熱,無余熱產生,而且微波設備結構緊湊,配套設施少、佔地少(僅為傳統乾燥設備佔地面積的20%~30%),操作方便,可連續作業,便於自動化生產和企業管理(可通過PLC編程式控制制及通過監視器觀察乾燥的全過程,在40℃~100℃之間任意調節溫度)。據文獻報道,微波乾燥比烘箱乾燥速度快10~20倍。
微波乾燥工藝的能源利用率較高,這是因為微波的熱量直接產生於濕物料內部,熱損失少,熱效率高(可達80%左右)。通常用微波乾燥250~300千克的丸葯,耗電僅83千瓦,能源利用率達70%。比較研究顯示,用電熱乾燥某物料耗電為100千瓦,而用微波乾燥同種等量的濕物料耗電僅為20千瓦。而且,微波設備幾乎無環境和噪音污染,加工車間內無悶熱感和蒸氣彌漫,可大大改善工作環境。

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B. 微波技術的應用領域有哪些

磁控管與速調管是兩種微波電子管,它們分別以不同的方式產生連續的微波振盪。

世界上第一個多腔磁控管,是前蘇聯工程師阿列克謝耶夫和馬廖羅夫於1936到1937年間製成的,早於英國的蘭德爾與布特,但他們發明的磁控管的影響不如英國同行的那麼大。

在第二次世界大戰期間,微波技術的研究圍繞雷達的研製進行,從而推動了微波元器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究與開發。

第二次世界大戰之後,微波技術的應用范圍進一步擴大到通信領域,主要包括通常的微波接力通信和衛星通信。

C. 微波技術前景如何所需哪些方面的知識

微波功率應用處在一個關鍵的歷史轉折點,即從一般的加熱乾燥轉向高科技應用。國內已經在微波等離子體、微波輔助催化化學反應、微波處理材料和微波生物和生理效應等方面取得了許多令人振奮的實驗室科研成果。目前迫切需要將這些科研成果推向產業化,以使對我國的經濟建設發生巨大的影響。
2、應當看到目前微波應用發展在特定時代下,形成幾個方面問題:
●與國外設備相比穩定性有差距。
●製造工藝落後,難以形成規模經濟。
●與其他科技技術銜接不夠。
●微波技術的新成果落入深閨,無法轉化,無法獲取應有的經濟效益。
成立微波應用工程研究中心,注重深入的展開微波工程和各應用學科穿插、結合,能找到微波規律和應用規律的明確會合點,發掘重大產業項目。具體的說,應盡可能的找到傳統工藝流程和微波技術兼容的方法。在此基礎上,進行新方向設備的研製,並逐步把成果推向產業化。
3、微波應用從加熱乾燥,轉向高科技應用,已從實驗室應用中暴露出許多問題,必須切實解決這些問題。
(1)即增加微波功率源的輸出穩定性,強調功率的一致性,毫秒級調制手段和調制重復精度,研製超大功率的微波功率源。
(2)提高大功率微小傳輸元件,功率比例取樣元件的質量。
(3)研究有效的感測工藝參數方法和閉環控制方法。
(4)為適應新的應用發展方向必須研究多種應用器設計方法,使應用器的設計具有高度兼容性及適應性。為逐步做到為各行業新方向中試設備的設計,具有將成功的單元技術,綜合積木化的過程,微波應用工程研究中心必須加強這些設備單元的研製。
4、微波應用工程研究中心,必須使自己具有快速組織中等規模試驗的能力,以減少許多項目,長期停留在實驗未能轉個向生產。因此微波應用工程研究中心必須備有規模試驗的能力,就可以使微波應用工程研究中心在必要時可先住址組織規模實驗,使超大規模產業化工程設計更具有可靠性。
5、成立微波應用工程研究中心最大意義是把大專院校、研究所、實驗室的科研成果轉到產業化,起到橋梁作用,以克服目前長期許多隻見開花,不見結果的局面。

二、研究內容和目標:
1、聯系磁控制管的生產單位,使其產品保持長壽命、高可靠、高效率協同方法,克服目前產品質量降低不理想的局面,在此基礎上研究長壽命、高可靠、高穩定度的微波功率源。研製成套大功率微波元件及應用器設計方法,包括氣相、液相、固相處理。及真空乾燥應用器。研製高效、環保乾燥設備、取代部分以蒸汽、油鍋爐為能源的乾燥領域。研製多種感測方法及閉環控制。
2、研究如下課題中等規模實驗及產業化的途徑:
(1)微波等離子體方法制備鈉米、粉末技術,微波等離子體滅菌技術的研究,眼制內窺鏡滅菌設備,手術材料的滅菌設備。
(2)研製微波石油高溫燒結陶瓷和傳統方法相結合的生產設備,使燒結陶瓷的時間縮短到傳統電熱法的三分之一,並提高固相反應,加快固相反映的質量。
(3)研製微波石油破乳設備,使油包水的乳液脫水,達到規范標准;研製石油廢料及高凝石油微波裂解設備,使這些廢油、高凝油成為高質量油。
(4)研製礦物的微波輔助熱解設備,以使該設備用有色金屬的硫化礦轉變為有色的金屬的氧化物,以解決雲南有色金屬硫化礦的問題及含硫金礦的問題。這個方法可推廣用於含碳鐵礦球團的微波加熱革新高爐煉鐵新工藝。
(5)系統研究微波輔助萃取技術,加快萃取速度,提高萃取質量,在此基礎上研製多種萃取技術,加快萃取速度,提高萃取質量,在此基礎上研製多種萃取設備。使在中葯、制葯、香料、化工行業中廣泛應用。中葯制葯現代化是我國當前的一個大課題,微波萃取比超臨界萃取更有優越性。此外在制葯領域微波還可可以進行濃縮、滅菌、乾燥。
(6)系統研究低氣壓微波乾燥技術,研究多種饋能方法,探討多種材料低溫脫水工藝,研製多種真空乾燥設備。

三、近期目標
明確實用方向就清楚了必須提高微波工程自身的基礎建設。通過微波應用的具體項目,逐步的把科研成果較快的轉向產業化。微波應用市場的前景是非常看好,目前有幾個意義很大的項目可以開展,因為我們掌握著核心技術,通過努力可迅速打開市場,取得可觀的經濟利益。
1、醫用低溫微波等離子滅菌,醫療器件如胃鏡、腸鏡和塑料類型的醫用器件一般不能用高溫消毒,而用化學葯水消毒容易在器件上產生殘留,對人有潛在危害,消毒時間不夠易發生病毒的交叉傳染。醫用低溫微波等離子滅菌設備可以在較短的時間里完成低溫或常溫消毒。國內目前還是空白,國外少數發達國家有使用,但價格非常昂貴。此課題主要運用技術:微波技術、等離子放電技術、真空技術、微氣流控制技術。
2、泵型微波乾燥設備:熱泵乾燥技術是較先進的技術,最大特點是效率高,一度(KWH)可脫水3~5公斤,遠低於常規蒸氣乾燥有許多優點,但能耗較大,一度電脫水僅為0.5公斤。若兩項技術結合,在乾燥工程中將有重大創新,此設備真正做高效、環保、適應性強,可替代許多傳統乾燥設備,進入各行各業。熱泵型微波乾燥備有實驗成功報道,國外發達國家也剛准備大力開發、推廣。
3、波化工試驗設備與微波化工工程:微波在化學領域的應用成為當今一大熱門,不但涉及乾燥、加熱,還發展到催化、水解、消解、焚化、脫硫、石油破乳、脫蠟、解凍、材料改性、陶瓷燒結、氣相沉積、金剛石度膜、橡膠硫化。實驗室的技術轉化需要工程技術實力,目前就微波工程技術來講,我單位設計人員積累了大量經驗,是國內最強的微波應用工程研發隊伍。比如:去年橡膠硫化改型設計後,整機性能大到國外先進水平,不到一年售出0條線,銷售額進1000完,並把國外廠商微波橡膠硫化設備在國內銷售推入谷池。
4、微波萃取設備和成套裝置:中葯制葯現代意義不需多講,市場缺乏微波萃取的成套裝置,從去年推出微波萃取罐,到現在僅一年,我們已經售出進十台設備(但不成套),市場反饋信息分析,大、中、小成套微萃取設備需求量巨大,微波萃取比超臨界萃取、超聲波萃取、化學萃取更優越性,也更符合我們國情,熱有相應的配套工藝,市場開闊將有巨大的空間。

四、結論
我們已經積累了微波工程領域豐富的經驗,領先國內同行、微波應用技術的一些方面也處於國際領先地位。多年來幫助全國各行業,各大專院校,科研機構做了大量研究工作,涉及到很廣的學科和行業,這是一份很大的無形資產。成立省級或國家級微波工程研究中心,並有一定的啟動經費,就可以在盡段時間內,將微波應用工程推入規模經濟階段。許多發達國家微波應用工程市場每年均有幾億美員,作為發展中國家,起前景十分看好。國外微波應用市場設備價格比國內高出7~8倍,只要我們做好內功,微波設備走出國門將不是遙遠的事情。

D. 微波技術在食品工業中的廣泛應用

七十年代以來,研究微波能在食品工業中的應用已向縱深發展。目前,在食品工業生產中微波已應用於食品的解凍、乾燥、烘烤、蒸煮,以及消毒、滅菌和控制寄生蟲等,對其在許多方面的優越性已得到肯定,同時也發現一些不足之處,人們正在努力探索,使其更加完善。可以預言,微波能代替或部分代替其它能源用於食品工業的日子不會很遠了。微波技術在食品中的應用如下:
一、用於粉狀、顆粒、片狀等食品、葯品、營養品、糧食製品、農副產品、牛肉、肉脯、方便麵、速食品、米粉的乾燥、殺菌,杏仁、花生、紅棗、桃仁、板粟的烘烤、膨化、殺菌、脫皮,醬菜、鹵味、各種肉製品小包裝的防霉、殺菌、保鮮,還用於科研院校的研究。
二、各種小包裝食品、糕點、餅干、果脯、豆製品、熟食、調味品等的加熱、乾燥與殺菌處理和防霉、殺菌保鮮;也適用於對海產品的乾燥;麵包、糖、乾果、茶葉、煙葉、果蔬菜等糧食製品的膨化、脫水、乾燥、殺菌防霉處理;各種口服液、中西葯材、葯丸、葯片、葯粉等的乾燥與殺菌處理;休閑、薯片、土豆片、蝦片、魚干、魚胞等的膨化;冷凍食品的解凍;大豆乾燥脫腥;冶金、化工產品的煅燒、乾燥、硫化、還原;印染、陶瓷、玻纖、化纖、棉紗、木材、皮革、竹製品、蜂窩紙板製品、瓦楞紙板、石膏板、大理石等工業產品的乾燥、固化、定型、殺蟲、防霉、煅燒。
除以上功能以外,工業微波還用於一些大、中、小型實驗室的研究、開發、試驗;酒店、餐館的快速加工食品。

E. 微波的其它應用

微波波長約在1m~0.1mm(相應頻率約為300MHz到300GHz)之間的電磁波。這段電磁頻譜包括分米波、 厘米波、毫米波和亞毫米波等波段。在雷達和常規微波技術中,常用拉丁字母代號表示更細的波段劃分。
以上關於微波的波長或頻率范圍,是一種傳統上的約定。從現代微波技術的發展來看,一般認為短於1毫米的電磁波(即亞毫米波)屬於微波范圍,而且是現代微波研究的一個重要領域。
從電子學和物理學的觀點看,微波這段電磁譜具有一些不同於其他波段的特點。微波在電子學方面的特點表現在它的波長比地球上很多物體和實驗室中常用器件的尺寸相對要小很多,或在同一量級。這和人們早已熟悉的普通無線電波不同,因為普通無線電波的波長遠大於地球上一般物體的尺寸。當波長遠小於物體(如飛機、船隻、火箭、建築物等)的尺寸時,微波的特點和幾何光學的相似。利用這個特點,在微波波段能製成高方向性的系統(如拋物面反射器)。當波長和物體(如實驗室中的無線電設備)的尺寸有相同量級時,微波的特點又與聲波相近,例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似於喇叭、簫和笛;諧振腔類似於共鳴箱等。波長和物體尺寸在同一量級的特點,提供了一系列典型的電磁場邊值問題。
在物理學方面,分子、原子與核系統所表現的許多共振現象都發生在微波的范圍,因而微波為探索物質的基本特性提供了有效的研究手段。
由於這些特點,微波的產生、放大、發射、接收、傳輸、控制和測量等一系列技術都不同於其他波段(見微波電子管、微波測量等)。
微波成為一門技術科學,開始於20世紀30年代。微波技術的形成以波導管的實際應用為其標志。若干形式的微波電子管(速調管、磁控管、行波管等)的發明,是另一標志。
在第二次世界大戰中,微波技術得到飛躍發展。因戰爭需要,微波研究的焦點集中在雷達方面,由此而帶動了微波元件和器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究和發展。至今,微波技術已成為一門無論在理論和技術上都相當成熟的學科,又是不斷向縱深發展的學科。
微波振盪源的固體化以及微波系統的集成化是現代微波技術發展的兩個重要方向。固態微波器件在功率和頻率方面的進展,使得很多微波系統中常規的微波電子管已為或將為固體源所取代。固態微波源的發展也促進了微波集成電路的研究。
頻率不斷向更高范圍推進,仍然是微波研究和發展的一個主要趨勢。60年代激光的研究和發展,已越過亞毫米波和紅外之間的間隙而深入到可見光的電磁頻譜。利用常規微波技術和量子電子學方法,已能產生從微波到光的整個電磁頻譜的輻射功率。但在毫米波-紅外間隙中的某些頻率和頻段上,還不能獲得足夠用於實際系統的相干輻射功率。
微波的發展還表現在應用范圍的擴大。微波的最重要應用是雷達和通信。雷達不僅用於國防,同時也用於導航、氣象測量、大地測量、工業檢測和交通管理等方面。通信應用主要是現代的衛星通信和常規的中繼通信。射電望遠鏡、微波加速器等對於物理學、天文學等的研究具有重要意義。毫米波微波技術對控制熱核反應的等離子體測量提供了有效的方法。微波遙感已成為研究天體、氣象和大地測量、資源勘探等的重要手段。微波在工業生產、農業科學等方面的研究,以及微波在生物學、醫學等方面的研究和發展已越來越受到重視(見微波應用、微波能應用、微波醫學應用等)。
微波與其他學科互相滲透而形成若乾重要的邊緣學科,其中如微波天文學、微波氣象學、微波波譜學、量子電動力學、微波半導體電子學、微波超導電子學等,已經比較成熟。微波聲學的研究和應用已經成為一個活躍的領域。微波光學的發展,特別是70年代以來光纖技術的發展,具有技術變革的意義(見微波和射頻波譜學)。
常用的無線傳輸介質是微波、激光和紅外線,通信介質也稱為傳輸介質,用於連接計算機網路中的網路設備,傳輸介質一般可分為有線傳輸介質和無線傳輸介質!
從理論上說,微波可以充當一種武器,打擊任何電子系統,讓汽車、飛機和核電站陷入癱瘓。此外,微波武器還能在不導致傷亡情況下讓人產生灼痛感,可用於驅散人群。
控導波管上安裝的發射器。電磁鐵施加器(空腔)內的波導結構是來自於能量耦合。反射的電磁能量是依賴於的空腔的尺寸和介電加熱的加熱產品。通過使用調諧器的反射的電磁能量的量可以被最小化,以提高效率的最佳。

F. 微波是不是電磁波微波的應用是什麼明天中考!緊急救命

微波是指頻率為300MHz-3000GHz的電磁波,是無線電波中一個有限頻帶的簡稱,即波長在1米(不含1米)到0.1毫米之間的電磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高,通常也稱為「超高頻電磁波」。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性.微波量子的能量為1 99×l0 -25~ 1.99×10-22j.
微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性。對於玻璃、塑料和瓷器,微波幾乎是穿越而不被吸收。對於水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西,則會反射微波。 從電子學和物理學觀點來看,微波這段電磁頻譜具有不同於其他波段的如下重要特點:
穿透性
微波比其它用於輻射加熱的電磁波,如紅外線、遠紅外線等波長更長,因此具有更好的穿透性。微波透入介質時,由於介質損耗引起的介質溫度的升高,使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫,形成體熱源狀態,大大縮短了常規加熱中的熱傳導時間,且在條件為介質損耗因數與介質溫度呈負相關關系時,物料內外加熱均勻一致。
選擇性加熱
物質吸收微波的能力,主要由其介質損耗因數來決定。介質損耗因數大的物質對微波的吸收能力就強,相反,介質損耗因數小的物質吸收微波的能力也弱。由於各物質的損耗因數存在差異,微波加熱就表現出選擇性加熱的特點。物質不同,產生的熱效果也不同。水分子屬極性分子,介電常數較大,其介質損耗因數也很大,對微波具有強吸收能力。而蛋白質、碳水化合物等的介電常數相對較小,其對微波的吸收能力比水小得多。因此,對於食品來說,含水量的多少對微波加熱效果影響很大。
熱慣性小
微波對介質材料是瞬時加熱升溫,能耗也很低。另一方面,微波的輸出功率隨時可調,介質溫升可無惰性的隨之改變,不存在「余熱」現象,極有利於自動控制和連續化生產的需要。
似光性和似聲性
微波波長很短,比地球上的一般物體(如飛機,艦船,汽車建築物等)尺寸相對要小得多,或在同一量級上。使得微波的特點與幾何光學相似,即所謂的似光性。因此使用微波工作,能使電路元件尺寸減小;使系統更加緊湊;可以製成體積小,波束窄方向性很強,增益很高的天線系統,接受來自地面或空間各種物體反射回來的微弱信號,從而確定物體方位和距離,分析目標特徵。 由於微波波長與物體(實驗室中無線設備)的尺寸有相同的量級,使得微波的特點又與聲波相似,即所謂的似聲性。例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似與聲學喇叭,蕭與笛;微波諧振腔類似於聲學共鳴腔
非電離性
微波的量子能量還不夠大,不足與改變物質分子的內部結構或破壞分子之間的鍵。再有物理學之道,分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現的許多共振現象都發生在微波范圍,因而微波為探索物質的內部結構和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面,利用這一特性,還可以製作許多微波器件
信息性
由於微波頻率很高,所以在不大的相對帶寬下,其可用的頻帶很寬,可達數百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大,所以現代多路通信系統,包括衛星通信系統,幾乎無例外都是工作在微波波段。另外,微波信號還可以提供相位信息,極化信息,多普勒頻率信息。這在目標檢測,遙感目標特徵分析等應用中十分重要
[編輯本段]微波的非熱效應
微波的非熱效應是指除熱效應以外的其他效應,如電效應、磁效應及化學效應等.在微波電磁場的作用下,生物體內的一些分子將會產生變形和振動,使細胞膜功能受到影響,使細胞膜內外液體的電狀況發生變化,引起生物作用的改變,進而可影響中樞神經系統等.微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經傳導電位、細胞活動膜電位等)的節律,會導致心臟活動、腦神經活動及內分泌活動等一系列障礙.對微波的非熱效應,人們還了解的不很多.當生物體受強功率微波照射時,熱效應是主要的(一般認為,功率密度在在10mW/cm2者多產生微熱效應.且頻率越高產生熱效應的閾強度越低);長期的低功率密度(1 m W/cm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應.
[編輯本段]微波加熱的原理
微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電波,被加熱介質物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻點磁場作用下,其極性取向將隨著外電場的變化而變化。造成分子的運動秀相互摩擦效應,此時微波場的場能轉化為介質內的熱能,使物料溫度升高,產生熱化和膨化等一系列物化過程而達到微波加熱乾燥的目的。
[編輯本段]微波殺菌的機理
微波殺菌是利用了電磁場的熱效應和生物效應的共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質變化,使細菌失去營養,繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應是微波電場改變細胞膜斷面的電位分布,影響細胞膜周圍電子和離子濃度,從而改變細胞膜的通透性能,細菌因此營養不良,不能正常新陳代謝,細胞結構功能紊亂,生長發育受到抑制而死亡。此外,微波能使細菌正常生長和穩定遺傳繁殖的核酸[RNA]和脫氧核糖核酸[DNA],是由若干氫鍵鬆弛,斷裂和重組,從而誘發遺傳基因突變,或染色體畸變甚至斷裂。 微波萃取的原理 利用微波能來提高萃取率的一種最新發展起來的新技術。它的原理是在微波場中,吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質從基體或體系中分離,進入到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中;微波萃取具有設備簡單、適用范圍廣、萃取效率高、重現性好、節省時間、節省試劑、污染小等特點。目前,除主要用於環境樣品預處理外,還用於生化、食品、工業分析和天然產物提取等領域。在國內,微波萃取技術用於中草葯提取這方面的研究報道還比較少。 微波萃取的機理可從以下3個方面來分析:①微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質到達物料內部的微管束和腺胞系統的過程。由於吸收了微波能,細胞內部的溫度將迅速上升,從而使細胞內部的壓力超過細胞壁膨脹所能承受的能力,結果細胞破裂,其內的有效成分自由流出,並在較低的溫度下溶解於萃取介質中。通過進一步的過濾和分離,即可獲得所需的萃取物。②微波所產生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內部向固液界面擴散的速率。例如,以水作溶劑時,在微波場的作用下,水分子由高速轉動狀態轉變為激發態,這是一種高能量的不穩定狀態。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅動力,或者釋放出自身多餘的能量回到基態,所釋放出的能量將傳遞給其他物質的分子,以加速其熱運動,從而縮短萃取組分的分子由固體內部擴散至固液界面的時間,結果使萃取速率提高數倍,並能降低萃取溫度,最大限度地保證萃取物的質量。③由於微波的頻率與分子轉動的頻率相關連,因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉動而引起分子運動的非離子化輻射能,當它作用於分子時,可促進分子的轉動運動,若分子具有一定的極性,即可在微波場的作用下產生瞬時極化,並以24.5億次/s的速度作極性變換運動,從而產生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞,並迅速生成大量的熱能,促使細胞破裂,使細胞液溢出並擴散至溶劑中。在微波萃取中,吸收微波能力的差異可使基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使被萃取物質從基體或體系中分離,進入到具有較小介電常數、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。模擬的有限宇宙微波背景輻射圖象 〖圖片說明:模擬的有限宇宙微波背景輻射圖象,匹配的圓圈上具有相同的冷熱分布。〗 微波 波長約從1米~1毫米(相應的頻率約從 300兆赫到300吉赫)的電磁波。這段電磁頻譜包括分米波、 厘米波和毫米波等波段。在雷達和常規微波技術中,常用拉丁字母代號表示更細的波段劃分。 以上關於微波的波長或頻率范圍,是一種傳統上的約定。從現代微波技術的發展來看,一般認為短於1毫米的電磁波(即亞毫米波)屬於微波范圍,而且是現代微波研究的一個重要領域。 從電子學和物理學的觀點看,微波這段電磁譜具有一些不同於其他波段的特點。微波在電子學方面的特點表現在它的波長比地球上很多物體和實驗室中常用器件的尺寸相對要小很多,或在同一量級。這和人們早已熟悉的普通無線電波不同,因為普通無線電波的波長遠大於地球上一般物體的尺寸。當波長遠小於物體(如飛機、船隻、火箭、建築物等)的尺寸時,微波的特點和幾何光學的相似。利用這個特點,在微波波段能製成高方向性的系統(如拋物面反射器)。當波長和物體(如實驗室中的無線電設備)的尺寸有相同量級時,微波的特點又與聲波相近,例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似於喇叭、簫和笛;諧振腔類似於共鳴箱等。波長和物體尺寸在同一量級的特點,提供了一系列典型的電磁場邊值問題。 在物理學方面,分子、原子與核系統所表現的許多共振現象都發生在微波的范圍,因而微波為探索物質的基本特性提供了有效的研究手段。 由於這些特點,微波的產生、放大、發射、接收、傳輸、控制和測量等一系列技術都不同於其他波段(見微波電子管、微波測量等)。 微波成為一門技術科學,開始於20世紀30年代。微波技術的形成以波導管的實際應用為其標志。若干形式的微波電子管(速調管、磁控管、行波管等)的發明,是另一標志。 在第二次世界大戰中,微波技術得到飛躍發展。因戰爭需要,微波研究的焦點集中在雷達方面,由此而帶動了微波元件和器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究和發展。至今,微波技術已成為一門無論在理論和技術上都相當成熟的學科,又是不斷向縱深發展的學科。 微波振盪源的固體化以及微波系統的集成化是現代微波技術發展的兩個重要方向。固態微波器件在功率和頻率方面的進展,使得很多微波系統中常規的微波電子管已為或將為固體源所取代。固態微波源的發展也促進了微波集成電路的研究。 頻率不斷向更高范圍推進,仍然是微波研究和發展的一個主要趨勢。60年代激光的研究和發展,已越過亞毫米波和紅外之間的間隙而深入到可見光的電磁頻譜。利用常規微波技術和量子電子學方法,已能產生從微波到光的整個電磁頻譜的輻射功率。但在毫米波-紅外間隙中的某些頻率和頻段上,還不能獲得足夠用於實際系統的相干輻射功率。 微波的發展還表現在應用范圍的擴大。微波的最重要應用是雷達和通信。雷達不僅用於國防,同時也用於導航、氣象測量、大地測量、工業檢測和交通管理等方面。通信應用主要是現代的衛星通信和常規的中繼通信。射電望遠鏡、微波加速器等對於物理學、天文學等的研究具有重要意義。毫米波微波技術對控制熱核反應的等離子體測量提供了有效的方法。微波遙感已成為研究天體、氣象和大地測量、資源勘探等的重要手段。微波在工業生產、農業科學等方面的研究,以及微波在生物學、醫學等方面的研究和發展已越來越受到重視(見微波應用、微波能應用、微波醫學應用等)。 微波與其他學科互相滲透而形成若乾重要的邊緣學科,其中如微波天文學、微波氣象學、微波波譜學、量子電動力學、微波半導體電子學、微波超導電子學等,已經比較成熟。微波聲學的研究和應用已經成為一個活躍的領域。微波光學的發展,特別是70年代以來光纖技術的發展,具有技術變革的意義(見微波和射頻波譜學)。 常用的無線傳輸介質是微波、激光和紅外線,通信介質也稱為傳輸介質,用於連接計算機網路中的網路設備,傳輸介質一般可分為有線傳輸介質和無線傳輸介質!

G. 微波原理與技術

微波的波段、特點及其應用,在科技迅猛發展的今天,我們要關注最新發展動態,真正做到學以致用,拓展自己的知識面,為後續課程打好基礎。核心是在對導行波的分類的基礎上推導了導行系統傳播滿足的微波的波段分類、特點與應用(TE、TM、TEM)和基本求解方法,給出了導行系統、導行波、導波場滿足的方程;本徵值---縱向場法、非本徵值---標量位函數法(TEM)。
1. 微波的定義— 把波長從1米到1毫米范圍內的電磁波稱為微波。在整個電磁波譜中,微波處於普通無線電波與紅外線之間,是頻率最高的無線電波,一般情況下,微波又可劃分為分米波、厘米波和毫米波三個波段。
2. 微波具有如下四個主要特點:1) 似光性、2) 頻率高、3) 能穿透電離層、4) 量子特性。
3. 微波技術的主要應用:1) 在雷達上的應用、2) 在通訊方面的應用、3) 在科學研究方面的應用、4) 在生物醫學方面的應用、5) 微波能的應用。
4. 微波技術是研究微波信號的產生、傳輸、變換、發射、接收和測量的一門學科,它的基本理論是經典的電磁場理論,研究電磁波沿傳輸線的傳播特性有兩種分析方法。一種是「場」的分析方法,即從麥克斯韋方程出發,在特定邊界條件下解電磁波動方程,求得場量的時空變化規律,分析電磁波沿線的各種傳輸特性;另一種是「路」的分析方法,即將傳輸線作為分布參數電路處理,用克希霍夫定律建立傳輸線方程,求得線上電壓和電流的時空變化規律,分析電壓和電流的各種傳輸特性。

H. 微波技術的應用

微波技術的應用:

1、微波制茶工藝

充分發揮微波微波熱效應和非熱特殊效應作用,升溫速度快,茶葉中的水分子在微波電磁場中被極化,使茶葉從內部深層快速升溫,達到鈍化酶的

臨界點溫度,非常適合綠茶及其它特種茶的殺青和乾燥作業。茶葉的有效營養成分基本不損失,而且色、香、味都大大好於傳統的加工方法。

2、食品工業

民以食為天,食品工業是我國迅速崛起的支柱產業。利用微波可對食品進行乾燥菌、熟化、焙烤、脫腥、膨化和保鮮處理。目前已用於米粉、麥片、豆奶粉、袋裝、鹵菜類、肉類小包裝、方便麵、保健茶、糕點、牛肉乾、土豆片、魚片干、鹽水鴨、腰果、花生米、瓜子、大豆等許多方面的生產中。我公司每年都生產大量的微波設備應用於食品工業。

3、制葯工業

微波技術在制葯工業上的應用主要在以下幾個方面:粉狀、顆粒狀、片狀、丸狀粘液狀等醫葯製品的乾燥滅菌,中草葯材的快速乾燥、殺蟲、滅菌。中草葯微波萃取,口服液的殺菌等方面。

4、木材加工

微波可對1-6公分厚的木板進行均勻、快速烘乾,乾燥只需十幾分鍾,且不開裂變形小,同時殺死木材內部的卵蟲和幼蟲;也可對膠合板或拼板膠接的固化處理以及竹製品木製工藝品乾燥、滅霉、殺菌。

5、橡膠工業

日本用2450MHz、5~10kw微波加熱設備對輪胎作一次加熱,升溫到硫化溫度後用熱風保溫,可硫化3~4 噸重量的輪胎;美國採用915MHz、50kw喇叭天線作為輻射熱器利用程序控制對大型輪胎進行旋轉掃描,其優點是加熱均勻、硫化時間縮短三分之一。我公司研製的微波橡膠硫化設備在造型、結構、性能、硫化質量等方面均可和日本、德國等進口設備相媲美。

I. 微波爐的原理及使用方法的得當之處

微波爐 【簡介】 微波爐,顧名思義,就是用微波來煮飯燒菜的。微波爐是一種用微波加熱食品的現代化烹調灶具。微波是一種電磁波。這種電磁波的能量不僅比通常的無線電波大得多,而且還很有"個性",微波一碰到金屬就發生反射,金屬根本沒有辦法吸收或傳導它;微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料,但不會消耗能量;而含有水分的食物,微波不但不能透過,其能量反而會被吸收。 微波是指波長為0.01~1米的無線電波,其對應的頻率為30000兆赫到300兆赫。為了不幹擾雷達和其他通信系統,微波爐的工作頻率多選用915兆赫或2450兆赫。 微波爐由電源,磁控管,控制電路和烹調腔等部分組成。電源向磁控管提供大約4000伏高壓,磁控管在電源激勵下,連續產生微波,再經過波導系統,耦合到烹調腔內。在烹調腔的進口處附近,有一個可旋轉的攪拌器,因為攪拌器是風扇狀的金屬,旋轉起來以後對微波具有各個方向的反射,所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調腔內。微波爐的功率范圍一般為500~1000瓦。 【基本構造】 ①門安全聯鎖開關——確保爐門打開,微波爐不能工作,爐門關上,微波爐才能工作; ②視屏窗——有金屬屏蔽層,可透過網孔觀察食物的烹飪情況; ③通風口——確保烹飪時通風良好; ④轉盤支承——帶動玻璃轉盤轉動; ⑤玻璃轉盤——裝好食物的容器放在轉盤上,加熱時轉盤轉動,使食物烹飪均勻; ⑥控制板——控制各檔烹飪; ⑦爐門開關——按此開關,爐門打開。 【工作原理】 (1)爐腔。爐腔是一個微波諧振腔,是把微波能變為熱能對食品進行加熱的空間。為了使爐腔內的食物均勻加熱,微波爐爐腔內設有專門的裝置。最初生產的微波爐是在爐腔頂部裝有金屬扇頁,即微波攪拌器,以干擾微波在爐腔中的傳播,從而使食物加熱更加均勻。目前,則是在微波爐的爐腔底部裝一隻由微型電機帶動的玻璃轉盤,把被加熱食品放在轉盤上與轉盤一起繞電機軸旋轉,使其與爐內的高頻電磁場作相對運動,來達到爐內食品均勻加熱的目的。國內獨創的自動升降型轉盤,使得加熱更均勻,烹飪效果更理想。 (2) 爐門:爐門是食品的進出口,也是微波爐爐腔的重要組成部分。對它要求很高,即要求從門外可以觀察到爐腔內食品加熱的情況,又不能讓微波泄漏出來。爐門由金屬框架和玻璃觀察窗組成。觀察窗的玻璃夾層中有一層金屬微孔網,既可透過它看到食品,又可防止微波泄漏。由於玻璃夾層中的金屬網的網孔大小是經過精密計算的,所以完全可以阻擋微波的穿透。 為了防止微波的泄漏,微波爐的開關系統由多重安全聯鎖微動開關裝置組成。爐門沒有關好,就不能使微波爐工作,微波爐不工作,也就談不上有微波泄漏的問題了。 為了防止在微波爐爐門關上後微波從爐門與腔體之間的縫隙中泄漏出來,在微波爐的爐門四周安有抗流槽結構,或裝有能吸收微波的材料,如由硅橡膠做的門封條,能將可能泄漏的少量微波吸收掉。抗流槽是在門內設置的一條異型槽結構,它具有引導微波反轉相位的作用。在抗流槽入口處,微波會被它逆向的反射波抵銷,這樣微波就不會泄漏了。 由於門封條容易破損或老化而造成防泄作用降低,因此現在大多數微波爐均採用抗流槽結構來防止微波泄漏,很少採用硅橡膠門封條。抗流槽結構是從微波輻射的原理上得到的防止微波泄漏的穩定可靠的方法。廣東格蘭仕企業(集團)公司生產的格蘭仕微波爐所採用的就是國際上最先進的抗流槽結構和生產工藝,加上其開發研製的多重防微波泄漏技術,使微波泄漏控制技術達到國際先進水平。 (3) 電氣電路:電氣電路分高壓電路、控制電路和低壓電路三部分。 (a) 高壓電路:高壓變壓器次級繞組之後的電路為高壓電路,主要包括磁控管、高壓電容器、高壓變壓器、高壓二極體。 (b) 磁控管:磁控管是微波爐的心臟,微波能就是由它產生並發射出來的。磁控管工作時需要很高的脈動直流陽極電壓和約3~4V的陰極電壓。由高壓變壓器及高壓電容器、高壓二極體構成的倍壓整流電路為磁控管提供了滿足上述要求的工作電壓。 (c) 低壓電路:高壓變壓器初級繞組之前至微波爐電源入口之間的電路為低壓電路,也包括了控制電路。主要包括保險管、熱斷路器保護開關、聯鎖微動開關、照明燈、定時器及功率分配器開關、轉盤電機、風扇電機等。 (4) 定時器。微波爐一般有兩種定時方式,即機械式定時和計算機定時。基本功能是選擇設定工作時間,設定時間過後,定時器自動切斷微波爐主電路。 (5) 功率分配器。功率分配器用來調節磁控管的平均工作時間(即磁控管斷續工作時,工作、停止時間的比例),從而達到調節微波爐平均輸出功率的目的。機械控制式一般有3~6個刻度文件位,而計算機控制式微波爐可有10個調整檔位。 (6) 聯鎖微動開關。聯鎖微動開關是微波爐的一組重要安全裝置。它有多重聯鎖作用,均通過爐門的開門按鍵或爐門把手上的開門按鍵加以控制。當爐門未關閉好或爐門打開時,斷開電路,使微波爐停止工作。 (7) 熱斷路器。熱斷路器是用來監控磁控管或爐腔工作溫度的組件。當工作溫度超過某一限值時,熱斷路器會立即切斷電源,使微波爐停止工作。 【微波加熱原理】 微波加熱的原理簡單說來是:當微波輻射到食品上時,食品中總是含有一定量的水分,而水是由極性分子(分子的正負電荷中心,即使在外電場不存在時也是不重合的)組成的,這種極性分子的取向將隨微波場而變動。由於食品中水的極性分子的這種運動。以及相鄰分子間的相互作用,產生了類似摩擦的現象,使水溫升高,因此,食品的溫度也就上升了。用微波加熱的食品,因其內部也同時被加熱,使整個物體受熱均勻,升溫速度也快。 發明與發現 使用微波來烹飪食物的方法是首先由Percy Spencer想到的,Percy Spencer過去為Raytheon公司建造雷達設備的磁電管。一天他在一個啟動的雷達設備上工作時,突然發覺自己放在口袋裡的巧克力融化了。經Percy Spencer的思索和研究,發現他的巧克力是被微波所溶化。 【使用微波爐的禁忌】 1.忌用普通塑料容器:一是熱的食物會使塑料容器變形,二是普通塑料會放出有毒物質,污染食物,危害人體健康。使用專門的微波爐器皿盛裝食物放入微波爐中加熱, 2.忌用金屬器皿:因為放入爐內的鐵、鋁、不銹鋼、搪瓷等器皿,微波爐在加熱時會與之產生電火花並反射微波,既損傷爐體又加熱不熟食物。 3.忌使用封閉容器:加熱液體時應使用廣口容器,因為在封閉容器內食物加熱產生的熱量不容易散發,使容器內壓力過高,易引起爆破事故。即使在煎煮帶殼食物時,也要事先用針或筷子將殼刺破,以免加熱後引起爆裂、飛濺弄臟爐壁,或者濺出傷人。 4.忌超時加熱:食品放入微波爐解凍或加熱,若忘記取出,如果時間超過2小時,則應丟掉不要,以免引起食物中毒。 5.忌將肉類加熱至半熟後再用微波爐加熱:因為在半熟的食品中細菌仍會生長,第二次再用微波爐加熱時,由於時間短,不可能將細菌全殺死。冰凍肉類食品須先在微波爐中解凍,然後再加熱為熟食。 6.忌再冷凍經微波爐解凍過的肉類:因為肉類在微波爐中解凍後,實際上已將外面一層低溫加熱了,在此溫度下細菌是可以繁殖的,雖再冷凍可使其繁殖停止,卻不能將活菌殺死。已用微波爐解凍的肉類,如果再放入冰箱冷凍,必須加熱至全熟。 7.忌油炸食品:因高溫油會發生飛濺導致火災。如萬一不慎引起爐內起火時,切忌開門,而應先關閉電源,待火熄滅後再開門降溫。 8.忌將微爐置於卧室,同時應注意不要用物品覆蓋微波爐上的散熱窗柵。 9.忌長時間在微波爐前工作:開啟微爐後,人應遠離微波爐或人距離微波爐至少在1米之外。 【清洗微波爐的方法】 微波爐用過後若不隨即擦拭,很容易在內部結成油垢,所以只好用特別的招數除垢:將一個裝有熱水的容器放入微波爐內熱兩三分鍾,讓微波爐內充滿蒸氣,這樣可使頑垢因飽含水分而變得松軟,容易去除。 清潔時,用中性清潔劑的稀釋水先擦一遍,再分別用清水洗過的抹布和干抹布作最後的清潔,如果仍不能將頑垢除掉,可以利用塑料卡片之類來刮除,千萬不能用金屬片刮,以免傷及內部。最後,別忘了將微波爐門打開,讓內部徹底風干。 【使用與維護】 [一]微波爐要放置在通風的地方,附近不要有磁性物質,以免干擾爐腔內磁場的均勻狀態,使工作效率下降。還要和電視機、收音機離開一定的距離,否則會影響視、聽效果。 [二]爐內未放烹飪食品時,不要通電工作。不可使微波爐空載運行,否則會損壞磁控管,為防止一時疏忽而造成空載運行,可在爐腔內置一盛水的玻璃杯。 [三]凡金屬的餐具,竹器、塑料、漆器等不耐熱的容器,有凹凸狀的玻璃製品,均不宜在微波爐中使用。瓷製碗碟不能鑲有金、銀花邊。盛裝食品的容器一定要放在微波爐專用的盤子中,不能直接放在爐腔內。 [四]微波爐的加熱時間要視材料及用量而定,還和食物新鮮程度、含水量有關。由於各種食物加熱時間不一,故在不能肯定食物所需加熱時間時,應以較短時間為宜,加熱後可視食物的生熟程度再追加加熱時間。否則,如時間太長,會使食物變得發硬,失去香、色、味。按照食物的種類和烹飪要求,調節定時及功率(溫度)旋鈕,可以仔細閱讀說明書,加以了解。 [五]帶殼的雞蛋、帶密封包裝的食品不能直接烹調。以免爆炸。 [六]一定要關好爐門,確保連鎖開關和安全開關的閉合。微波爐關掉後,不宜立即取出食物,因此時爐內尚有餘熱,食物還可繼續烹調,應過1分鍾後再取出為好。 七]爐內應經常保持清潔。在斷開電源後,使用濕布與中性洗滌劑擦拭,不要沖洗,勿讓水流入爐內電器中。 [八]定期檢查爐門四周和門鎖,如有損壞、閉合不良,應停止使用,以防微波泄漏。不宜把臉貼近微波爐觀察窗,防止眼睛因微波輻射而受損傷。也不宜長時間受到微波照射,以防引起頭暈、目眩、乏力、消瘦、脫發等症狀,使人體受損。 【微波爐的利與弊】 微波爐由於烹飪的時間很短,能很好地保持食物中的維生素和天然風味。比如,用微波爐煮青豌豆,幾乎可以使維生素C一點都不損失。另外,微波還可以消毒殺菌。 微波爐雖然快捷,但它的危害性卻很少有人知道。早在1961年,美國科學家戈登就發現,微波爐的微波在人身體上沿神經纖維造成乙醯膽鹼(一種激素物質)的積累,即使微波爐的微波發射極其微弱,也會引起許多疾病。這個發現在不久之後,又得到了法國居里基金會研究人員達爾達隆的證實。 微波爐的電磁外溢(由於採取了安全措施,這種外溢量很小)能造成永遠不能癒合的燒傷,微波爐能把半徑3—5米的磁場結構破壞,在微波爐附近,由於人體細胞振盪所產生的磁場會被擾亂。據美國研究人員試驗,長時間呆在微波爐旁會引起心跳變慢。一天工作完了就會感到全身疼痛,睡眠被擾亂,記憶力也會發生變化。 此外,微波爐對食物的破壞十分可怕,「煮」過的或僅僅回了一回鍋的、解凍過的食物,就不再有任何活性維生素了,只剩下一些熱量在胃裡「濫竽充數」。因此,人們不能圖方便就經常使用微波爐。另外,使用微波爐的人,應該多食用一些含維生素類飲食(生菜、粗糧等)來維持人體所需的能量。

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