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『MCVEY』| -- 帶你走進微波技術的發(fā)展及應用

來源:江蘇麥克威微波技術有限公司   2021年11月09日 13:04   919

 

微波技術是近一個世紀以來最重要的科學技術之一,從雷達到廣播電視、無線電通信再到微波爐,微波技術對社會的發(fā)展和人們生活的進步產生著深遠的影響。

微波

 

 

  

對微波的理論研究以及進行相關實驗起步于20世紀初,但早期的設備不能滿足實驗的需要,主要表現為缺乏大功率的信號發(fā)生器和靈敏的信號接收器,因此早期的研究并沒有取得實質性的進展。到了20世紀30年代,高頻率的超外差接受器和半導體混頻器的出現為微波技術的進一步發(fā)展提供了條件,使得微波技術的發(fā)展取得的一定的進步。



01.高速發(fā)展的二戰(zhàn)時期

第二次世界大戰(zhàn)時期普遍被認為是微波技術發(fā)展的黃金時期,

二戰(zhàn)期間,微波技術在其他方面的應用也在繼續(xù)向前發(fā)展。在無線通信方面,1943年 AT&T 研制出 AN/TRC-6 型多頻段微波無線電,該設備利用了脈沖位置調制和數字調制技術,美軍和英軍裝備了這種型號的無線電設備。微波測量技術也在40年代發(fā)展起來,其中包括能量檢測,能量測量,頻率測量,相位測量和電壓駐波比等技術。  

1938年,德國人Hollman和美國人Hemingway及Stenstrom共同提出將微波用于治療的技術。其原理在于,與其他電磁波相比,微波可以更好地集中能量進行透熱療法。而且使用微波在對深層的組織進行加熱時,不會引起皮膚表面溫度過高。


02.微波技術戰(zhàn)后的發(fā)展

微波技術在二戰(zhàn)后的十幾年間迅速地傳播開來,并得到各個國家的重視。許多國家由政府進行資金支持,在大學,大型企業(yè)或是研究所里設置了微波技術的研究項目。特別是冷戰(zhàn)時期為了提供對系統的支持,進行了大量微波技術的相關研究,這些研究極大地促進了微波技術的發(fā)展。新的波導結構被提出,以替換那些體積過于龐大的矩形和圓形波導。許多新類型的微波管也投入了使用。信號發(fā)生器和接收器的體積也被大幅度減小,以降低生產整個微波系統的費用并使增強了穩(wěn)定性。以上的技術進步促進了微波集成電路技術的發(fā)展。


03.從junyong到民用的轉變

二戰(zhàn)后微波技術的研究與應用逐漸從滿足軍事需求為主向民用領域過渡,具有代表性的便是微波爐的發(fā)明。從20世紀40年代開始,出現了許多利用微波進行加熱的相關技術的成果。


如今微波爐已經成為世界各地廣泛使用的食品加工和烹飪器具,許多美國人甚至認為微波爐是20世紀70年代以來最重要的科學技術突破,在我國,微波爐在大中城市的普及率已經達到80%以上。


微波的定義

微波的頻率在300MHz-3000GHz之間,波長在0.1mm到1米之間,是分米波、厘米波、毫米波與亞毫米波、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“超高頻無線電波”。

 


微波的特點

1、穿透性   

微波比其它用于輻射加熱的電磁波,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,由于微波能與介質發(fā)生一定的相互作用,以微波頻率2450MHz,使介質的分子每秒產生24億五千萬次的震動,介質的分子間互相產生摩擦,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(tài),大大縮短了常規(guī)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。

2、選擇性加熱   

物質吸收微波的能力,主要由其介質損耗因素來決定。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。由于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,對于食品來說,含水量的多少對微波加熱效果影響很大。

3、熱慣性小  

微波對介質材料是瞬時加熱升溫,升溫速度快。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,極有利于自動控制和連續(xù)化生產的需要。

 4、似光性  

微波波長非常小,當微波照射到某些物體上時,將產生顯著的反射和折射,就和光線的反、折射一樣。同時微波傳播的特性也和幾何光學相似,能像光線一樣地直線傳播和容易集中,即具有似光性。

5、穿透性  

微波照射于介質物體時,能深入該物體內部的特性稱為穿透性。例如微波是射頻波譜中惟一能穿透電離層的電磁波(光波除外)。 

6、信息性  

微波波段的信息容量是非常巨大的,即使是很小的相對帶寬,其可用的頻帶也是很寬的,可達數百甚至上千兆赫。

7、非電離性  

微波的量子能量不夠大,因而不會改變物質分子的內部結構或破壞其分子的化學鍵,所以微波和物體之間的作用是非電離的。




微波的應用


1、食品、保健品工業(yè)   

 

 

 

 

利用微波可對食品、保健品進行滅菌、脫水、烘干、膨化、調味、脫腥、解凍、催陳和保鮮處理。目前已用于奶粉、奶酪、壯骨粉、洋參丸、豆粉、月餅、糕點、方便面、牛肉干、肉脯、肉條、肉松、魚干片、魚松、貝類、鹽水鴨、解凍魚肉禽蛋、醬菜、土豆片、腰果、花生、瓜子、大豆、白酒、黃酒、啤酒、牛奶、口服液、中藥材等的生產中。


2、木材加工   

采用大功率微波干燥機對2-10公分厚的木板進行烘干,干燥速度快、木材不開裂、變形小、同時可殺死木材內部的卵蟲和幼蟲,中高檔家具地板、包裝材料用途木料的處理合適。微波也可對竹木復合板和拼板交接的固化處理也很理想。        


3、殺蟲滅菌   

應用微波加熱技術能在較低的濕度下滅菌殺蟲,若用微波處理食品和物料,在50-80度時就能起到殺蟲滅菌作用。目前廣泛應用到大米、谷物、豆類、煙葉處理、竹材、木料、紙張、食品、醫(yī)藥等行業(yè)等。     


4、橡膠工業(yè)

微波技術應用到橡膠工業(yè)中的橡膠硫化工藝中,與常規(guī)加熱保溫相結合,大大提高橡膠硫化時間和效率。目前在河北衡水地區(qū)、山東地區(qū)廣泛使用。   

 

 

 

5、陶瓷工業(yè)  

微波高溫可應用于陶瓷工業(yè),將傳統加熱和微波加熱方法相結合使用,可大大縮短陶瓷的干燥時間,同時不影響陶瓷燒制的成品率。    


6、煤炭干燥   

煤炭開采后通常含水率較高(35%左右),如果采用常規(guī)烘干方法進行干燥,速度慢、效率低,干燥不*,采用微波法干燥,可以使煤炭內外同時升溫,是水分蒸發(fā),實現脫水干燥,效率得到大大提高。    


7、微波等離子技術   

半導體生產工藝中已經采用微波等離子體技術,可進行蝕刻、濺射、氣相沉積、氧化硅片;可用于金屬、合金、非金屬的表面處理;可用于陶瓷的高溫燒結;可用于等離子體光譜分析,可檢測十幾種元素,另外還用于分解有毒化合物。    

  

8、微波醫(yī)療垃圾處理技術   

利用微波技術在無氧或缺氧狀態(tài)下,使微波承載體迅速升至高溫,使得醫(yī)療垃圾在極短時間內迅速處于高溫狀態(tài),直接灰化,極大降低了燃燒過程中有毒氣體的產生。煙氣中氣體再采用微波等離子體火炬進行高溫裂解,整個處理過程和處理環(huán)境實現全封閉無害化處理。此項技術的應用優(yōu)于常規(guī)處理方法,開拓了微波應用的新領域。


9、污水處理  

利用微波非熱效應和熱效應選擇吸波的“敏化劑”把微波能傳給水中的污染物而誘發(fā)化學反應,通過物理及化學作用對水中的污染物進行降解、轉化、加速流體中固、液分離,從而實現污水凈化的目的,是水處理領域中一場嶄新的革命。


10、微波制碳  

利用微波技術對竹子進行高溫裂解,制作竹炭,大大提高生產效率,同時還能提取到竹醋液,竹焦油等產品,具有較高的經濟價值,優(yōu)于傳統窯爐方法制作竹炭,目前正在大力開始推廣使用。



微波解凍的應用

微波解凍技術解凍速度快,微波能穿透到被加熱介質內部直接進行整體加熱;節(jié)約成本,解凍過程簡單,微波解凍技術淘汰自然解凍的解凍間和架子,避免了水解凍的水源浪費,同時,產品質量便于控制;解凍后顏色、營養(yǎng)成分和鮮肉相比基本無變化,保證食品的營養(yǎng)性,能保持解凍物料的口味。解凍均勻性好,不會出現外熱內冷的現象;并且實現連續(xù)化生產,大限度的降低有害菌的繁衍,是目前肉制品解凍方式。



江蘇麥克威微波技術有限公司推出了專門用于冷凍肉的微波解凍設備。75kW/100kW微波回溫解凍系統(隧道式)主要用于規(guī)模化食品加工企業(yè)和冷鏈過程中對冷凍肉制品的回溫解凍,其解凍速度快、效率高,可以使冷凍產品迅速解凍。通常-18℃升高到-3±1℃不超過4分鐘便可以完成解凍,肉損率<1%,并且解凍均勻,不會對肉類內部組織造成破壞,鎖住其營養(yǎng)成分,保留肉類原有色澤、口感和品質,同時也避免了傳統解凍設備帶來的肉損率增加,節(jié)約原料。


麥克威工業(yè)微波解凍技術工藝環(huán)節(jié)優(yōu)勢:
(1)解凍速度快
①  微波能夠深入物料內部直接進行加熱,不需要熱傳導過程,提高生產效率,大大節(jié)省解凍時間;
②  微波解凍即解即用,相較于傳統解凍動則幾個小時甚至十幾個小時的解凍時間而言,微波解凍可以根據不同的工藝要求在幾分鐘內就可以解凍出可加工的解凍肉,細菌等微生物不易繁殖增長;
(2)解凍均勻
微波解凍能使物料表里同時受到電磁場的作用而產生熱量。所以解凍均勻性好,不會出現外熱內冷的現象;
(3)保證營養(yǎng)性
微波能夠快速解凍的特點使得解凍物料能夠快速經過相較于常規(guī)解凍而言細菌大量繁殖的外部環(huán)境中,避免污染,從而保持解凍物料的口味,蛋白質、氨基酸、維生素等營養(yǎng)成份不受破壞;
(4)減少肉損率
自然解凍和水解凍都會有血水流出,肉損率在5-10%,微波解凍無血水流出,肉損率小于1%;
(5)觸摸屏操作
微波解凍設備采用觸摸屏操作,可設定適宜于解凍工藝規(guī)范要求的電腦操作程序,實現全自動操作;
(6)設備解凍成本低
微波解凍由于省去了污水處理的成本,僅僅投入設備的成本和設備維護運行的費用,在規(guī)?;纳a中,可以極大的降低解凍成本;
(7)微波加熱無熱慣性
在解凍肉溫升速率由微波輸出功率(微波供能速率)大小控制,相互具有同步性;
(8)設備連續(xù)運行
可靠性高解凍設備可連續(xù)24小時工作,在磁控管與加熱箱之間安裝了大功率環(huán)形器,延長了磁控管的壽命;
(9)環(huán)保
無污水排出,省去污水處理費用;
(10)安全無害工作環(huán)境潔凈微波解凍是在金屬制成的封閉的解凍艙內工作,箱體和傳送帶可以安全沖洗。    

 

 

 

 

 

 

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