CN117337816A - 一种微波杀虫控制系统、控制方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟草产品消毒技术领域，公开了一种微波杀虫控制系统、控制方法、计算机设备及存储介质，所述微波杀虫控制系统包括：灭活模块，用于烟包的温度上升与保持，并控制烟包温度不影响烟包的质量；电磁屏蔽模块，用于防止电磁能量外泄；传送带，用于传送烟包；微波杀虫装置是两端开口，四面封闭的波导结构，应用于烟草产品生产线上。本发明所用的杀虫方法保持烟包温度在一定温度范围中，不会影响烟包中烟草的品质，并且同时对烟虫进行灭活，提高了烟厂的经济效益。本发明采用的杀虫方法采用了电抗抗流式电磁屏蔽方式，在不影响操作人员身体健康和环境安全性的条件下，保证了传送带的平稳运行。

Description

一种微波杀虫控制系统、控制方法、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明属于烟草产品消毒技术领域，尤其涉及一种微波杀虫控制系统、控制方法、计算机设备及存储介质。

背景技术

目前，随着烟厂加工技术的现代化，消费者或舆论导向已把烟草作为特殊食品来对待，人们对烟草产品质量要求提高。而害虫污染则是烟草产品质量下降的主要原因，虫害问题成为亟待解决的问题，而其中烟草甲是虫污染的主要害虫。目前现有的灭虫方法是主要有三种，一是化学熏蒸杀虫，然而这种方法采用的化学熏蒸剂为溴甲烷和磷化氢，都为有害气体，对作业人员和环境危害大，且作业时间长，有残留，影响正常的生产工作；二是电离辐照杀虫，这种方法常用γ射线、x射线以及电子束辐照，可以让微生物细胞吸收辐照能量，遗传物质被破坏，导致害虫代谢紊乱，机体损伤。但同时，这些射线对人体细胞的影响也很大，因此电离辐照技术必须专门配备单独的的辐射源，大量投资用于基建和设备，成本很高；同时，欧美国家和日本等针对辐照食品的制造和销售有严格的限定，对辐照技术的应用有很大的影响，也不利于产品出口；三是微波辐照杀虫，这种方法利用微波热效应杀虫，但目前用此方法大多是多为全过程的均匀加热，加热过程单一，时间长，不利于与当前现有的烟草传输线装配。目前，全世界对烟草甲大多采用磷化氢熏蒸防治。但由于磷化氢的长期不合理使用，害虫对其产生了严重的抗药性，在有些情况下甚至会造成熏蒸防治失败。同时，化学防治导致的药剂残留、环境污染等诸多弊端也早已引起世人的高度关注，这些负面影响均促使人们迫切寻求更为安全、非化学的害虫防治措施。

现有技术：传统热处理杀虫技术

在烟草生产领域，传统的杀虫技术通常采用热处理方法，即通过加热烟叶或烟草制品到一定温度，以达到杀灭虫卵和微生物的目的。

现有技术存在的技术问题：

能源效率较低：传统热处理技术通常需要长时间加热，以确保烟草内部达到足够的温度，这会导致能源消耗大。

加热不均匀：在热处理过程中，烟草的外部被过度加热，而内部仍未达到足够温度，导致加热不均匀，影响产品品质。

处理时间较长：由于热传导的限制，热处理需要较长时间才能使整个产品达到所需温度，这影响了生产效率。

产品品质受损：过度的加热对烟草的香气和口感产生不利影响，降低最终产品的品质。

环境安全问题：高温处理过程中存在燃烧风险，对操作环境的安全性构成挑战。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微波杀虫控制系统、控制方法、计算机设备及存储介质。

本发明是这样实现的，一种微波杀虫控制系统，所述微波杀虫控制系统是两端开口，四面封闭的波导结构，应用于烟草产品生产线上；包括：

灭活模块，用于烟包的温度上升与保持，并控制烟包温度不影响烟包的质量；

电磁屏蔽模块，用于防止电磁能量外泄；

传送带，用于传送烟包。

进一步，所述灭活模块包括：温度速升区，温度速升区的各区域分别有温度传感器，若提前达到额定温度，该区域功率降低至低功率，维持当前温度；灭活区，保持低微波功率输入。

进一步，所述电磁屏蔽模块包括输入电电磁屏蔽模块磁屏蔽部分，输出电磁屏蔽模块；

由多个长度不同，高度为四分之一波导波长的波导组成；在传送带两端分别设计四分之一长短波导抗流器；

所述烟包由传送带经输入端口依次经输入电磁屏蔽部分，温度速升区，灭活区，输出电磁屏蔽模块传出至输出端口；

温度速升区和灭活区都包含微波源，微波辐射装置与控制模块。

进一步，在灭活模块上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，上方的位置在腔体顶部，下方的布置在传送带下部，传送带下方形成封闭腔体为抽拉式结构；其中上下方的金属平行板电容器极板为多段并联形式连接微波源。

进一步，所述在灭活模块正上方分别设置多个波导口，其中每一个波导口连接一个微波源，将微波源能量馈入腔体中，多个波导口能量馈入形式不同；其中传送带下方的金属为网状结构，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构；

进一步，在灭活模块的上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，两极板连接微波源，通过电磁耦合的方式将能量耦合进入灭活模块形成的波导里；其中传送带下方的金属为网状结构，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构。

进一步，所述控制模块包括：

微波功率控制单元，通过控制输入电压，控制微波源功放倍数，实现对微波源功率的控制；

温度检测单元，功率放大器芯片外接温度传感器，保证微波源的电路温度不超过一定温度；还有一部分温度检测单元与烟草产品外表面相接触，由于烟草产品的外表面不仅仅吸收微波加热的能量，而且通过与外界空气进行热量交换吸收的能量，因此外表面升温速度更高，因此保证外表面的温度不过高，保证整体烟草产品的品质稳定。

反馈单元，通过移相器与耦合器得到输出功率一部分与额定输出功率对比，算出回波损耗；

降温单元，通过风力将电路表面热量进行热交换，降低电路整体温度。

本发明的另一目的在于提供一种基于所述微波杀虫控制系统的微波杀虫控制方法，所述微波杀虫控制方法包括以下步骤：

传送带将烟包由输入端依次经过输入电磁屏蔽模块、加热部分、输出电磁屏蔽模块传送至输出端口；

控制模块控制电磁波频率、功率输出，并实时监测电磁波输出情况；

在温度速升区，电磁波由微波辐射装置辐射到烟包上，烟包吸收电磁波升温，温度检测单元检测温度达到额定温度反馈到信息交互单元，传送至灭活区；

灭活区烟包温度保持额定温度，烟草甲各个虫态均被杀死，烟包传出灭活区。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述微波杀虫控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述微波杀虫控制方法。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明烟包利用传送带在微波杀虫装置中通过灭虫，除传送带移动方向，其余四个方向均金属屏蔽，避免电磁波泄露。传送带移动方向两端为电磁屏蔽模块；灭活模块分布示意图，主要由温度速升区与灭活区构成，温度速升区由多个小的加热区组成，小的加热区加热过程独立。灭活区加热过程统一；电磁屏蔽模块示意图，分别通过3段四分之一波长短波导设计，实现了传送带移动方向的电磁屏蔽；在灭活模块上下呈对称放置金属平行板电容器极板，上方的位置在腔体顶部，下方的布置在传送带下部，传送带下方形成封闭腔体为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。其中上下方的金属平行板电容器极板为多段并联形式连接微波源，降低加工成本和安装成本。

在灭活模块正上方分别设置多个波导口，其中每一个波导口连接一个微波源，将微波源能量馈入腔体中，多个波导口能量馈入形式不同，因此实现均匀的加热效果。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

在灭活模块的上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，两极板连接微波源，通过电磁耦合的方式将能量耦合进入灭活模块形成的波导里，能量可以在波导里传播，以加热波导中的烟包。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

第二，本发明通过微波加热的方式，使烟草产品高速升温后保持温度稳定，产品持续的高温灭活烟虫，通过微波加热的生物效应灭活烟虫并抑制虫卵无法再次孵化。为了保证整个过程的安全稳定，在系统两侧加装电磁屏蔽模块保证了安全的电磁兼容环境；温度检测单元保证了烟草产品品质的稳定；反馈单元保证了微波源的安全稳定；降温单元保证了整个系统温度的稳定与安全

本发明所采用的杀虫方法不需要停止生产就可以进行除虫工作，高效便捷，配套使用的微波源成本较低，基建和设备的成本小，便于大范围推广。本发明所用的杀虫方法保持烟包温度在一定温度范围中，不会影响烟包中烟草的品质，并且同时对烟虫进行灭活，提高了烟厂的经济效益。本发明采用的杀虫方法采用了电抗抗流式电磁屏蔽方式，在不影响操作人员身体健康和环境安全性的条件下，保证了传送带的平稳运行。

第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：系统当采用微波功率10.2kW，运行时间为100s，单次可处理10kg烟草产品。按当地用电成本，经计算可得0.016元/kg；假设工人每日工作8小时，可处理烟叶600kg，劳务费为120元，因此人工成本为0.2元/kg；微波样机成本6万元，按照国家规定微波设备使用年限为10年，故每天的机器折旧费及运行费为133.3元，机器折旧费及运行费成本为0.22元/kg。故防治成本为0.436元/kg。单头幼虫造成的平均经济损失率为0.40％；所用烟叶的平均价格为37元/kg，可得出微波防治烟草粉螟的经济阈值为2.95头/kg。即当1kg烟叶中烟粉螟虫口密度＞2.95头时，进行微波杀灭防治具有经济价值。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：本发明填补了当前国内采用微波方式实现烟草产品生产运输不停止的烟虫灭活的空白，通过多种方式应对当前各省烟厂加工运输机器形态各异的问题，实现了烟草产品品质不变的情况下，烟草产品内外烟虫的均匀灭活，并且通过微波的生物效抑制虫卵的孵化。

本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明解决了当前烟厂生产与烟虫灭活的整合，实现了烟厂生产不停止，同时对烟草产品中烟虫进行灭活，烟草产品的品质维持良好的效果。整个灭活过程都是一个安全稳定的环境，不会产生有害物质，对环境无污染。本发明克服了大众对微波加热不均匀的偏见，通过天线形式的设计使烟草产品内外的电场分布均匀，实现了烟草产品的均匀温度场分布。

第四，本发明提供的微波杀虫控制系统，专为烟草产品生产线设计，使用微波技术进行杀虫处理，带来了以下显著的技术进步：

1.高效的灭活效果

精准的温度控制：通过温度速升区和灭活区内的微波源，系统能够迅速将烟包加热到所需温度，并准确维持此温度。这种快速且精准的温度控制不仅提高了杀虫效率，而且保证了烟草产品的品质不受热处理影响。

2.电磁安全性的提升

有效的电磁屏蔽：电磁屏蔽模块，包括输入和输出电磁屏蔽部分，确保了微波能量的有效利用，防止能量泄露到外部环境，从而提高了系统的安全性和符合环保标准。

3.提高生产效率

连续的生产线处理：系统中的传送带设计使烟包能够连续通过微波处理区域，从而适应高效率的生产线要求。这种设计大大提升了生产效率，减少了人工干预的需求。

4.节能环保

节省能源消耗：微波杀虫方式比传统的热处理或化学处理更加节能，减少了能源消耗。同时，由于不使用化学杀虫剂，该系统更加环保。

5.自动化和智能化控制

智能控制系统：灭活模块中的微波辐射装置和控制模块使整个系统能够根据实际情况自动调节功率和处理时间，进一步提高了处理效果和能源使用效率。

本发明提供的微波杀虫控制系统在提高烟草生产线的安全性、效率和环保性方面取得了显著的技术进步，同时通过自动化和智能化的设计降低了操作复杂性和生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的微波杀虫控制系统的结构示意图。

图2为本发明中的灭活模块分布示意图。

图3为本发明中的电磁屏蔽模块示意图。

图4为本发明中的微波辐射装置方案1上下放置的示意图。

图5为本发明中的微波辐射装置方案2的示意图。

图6为本发明中的微波辐射装置方案1左右放置的示意图。

图7为本发明中的微波辐射装置方案3上下或左右放置的示意图。

图8是本发明实施例提供的微波杀虫控制方法流程图。

图9是本发明实施例提供的实验结构框图。

图10是本发明实施例提供的实验平台图。

图11是本发明实施例提供的处理前后活虫图。

图12是本发明实施例提供的微波处理时间与死亡率的关系图。

图13是本发明实施例提供的通过软件comsol仿真2.45GHz和915MHz的电磁波穿透情况。

图14是本发明实施例提供的comsol仿真433MHz的加热效果。

图15是本发明实施例提供的从波导馈电形式变为平行板形式，电场分布更加均匀，进一步提高了加热的均匀性。

图16是本发明实施例提供的1min-5min烟包温度分布情况图。

图17是本发明实施例提供的烟包长度变化对烟包温度影响图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对本发明提供的微波杀虫控制系统，以下是两个具体的实施例及其实现方案：

实施例1：大规模烟草加工厂的应用

应用场景：在大型烟草加工厂中，需要高效率和高品质的杀虫处理来保证生产线的连续运行和产品质量。

1.大容量传送系统：设计一个大容量的传送带系统，能够处理大批量的烟包，以适应大规模生产的需求。

2.高功率微波源：在温度速升区和灭活区安装多个高功率微波源，以确保快速且均匀的加热处理。

3.高效电磁屏蔽：加强电磁屏蔽模块的设计，确保在高功率操作下防止电磁辐射泄漏。

4.自动化控制系统：实现一个全自动的控制系统，以实时监测和调节微波功率、传送带速度和烟包温度，确保高效和一致的处理质量。

实施例2：小型烟草工艺品制造

应用场景：针对小型烟草工艺品制造业者，他们需要更加灵活和经济的杀虫处理解决方案。

1.紧凑型设计：设计一个小型的微波杀虫系统，适合空间有限的工作环境，同时能够处理较小批量的烟草产品。

2.可调微波功率：提供可调节的微波功率设置，以适应不同大小和类型的烟草产品处理需求。

3.简化的电磁屏蔽：实现一个简化但有效的电磁屏蔽设计，以降低成本同时确保安全性。

4.半自动控制界面：设计一个用户友好的半自动控制界面，允许操作者根据不同的生产需求手动调节参数。

本发明提供的两个实施例展示了微波杀虫控制系统如何根据不同的应用场景和生产规模进行调整和优化，从而提供更加灵活和高效的杀虫处理解决方案。如图1-图7所示，本发明实施例提供的微波杀虫控制系统，包括：灭活模块1，用于烟包的温度上升与保持，并控制烟包温度不影响烟包的质量；

电磁屏蔽模块2，用于防止电磁能量外泄；传送带3，用于传送烟包4；微波杀虫装置是两端开口，四面封闭的波导结构，应用于烟草产品生产线上。

其中灭活模块1包括：温度速升区11，根据传送带3的尺寸和装置运行时间通过改变功率控制温度上升速度，实现到达灭活区时，烟包4各部分均匀达到额定温度。温度速升区11的各区域分别有温度传感器，若提前达到额定温度，该区域功率降低至低功率，维持当前温度；灭活区12，保持低微波功率输入，使烟包4持续维持在额定温度，不升高影响烟包的质量，不降低维持灭活效率。烟包的温度越高灭虫的效率就会越高，但是如果烟包温度过高高于65摄氏度，烟包中烟叶的质量就会降低，因此需要维持在一定的温度上。

电磁屏蔽模块2包括输入电电磁屏蔽模块磁屏蔽部分21，输出电磁屏蔽模块22；是由多个长度不同，高度为四分之一波导波长的波导组成。为了防止微波对操作人员的健康产生影响，需对除传送带移动方向，其余四个方向进行金属屏蔽，避免电磁波泄露。而传动带移动方向将遮挡帘表面金属化，防止微波从该方向泄露。为了进一步分析电磁泄露的风险，当金属屏蔽后，传送带所在区域为金属波导。当电磁波波长大于波导最长边的两倍时，波导中所有模式都截止。当频率为433M时，电磁波波长为69cm，一般设备金属缝隙远小于电磁波波长。因此保证传送带区域与外界无大于10cm宽度的缝隙，则无电磁泄露风险。为了保险起见，可以在传送带两端分别设计四分之一长短波导抗流器，确保无电磁波泄露。

烟包4由传送带3经输入端口依次经输入电磁屏蔽部分21，温度速升区11，灭活区12，输出电磁屏蔽模块22传出至输出端口。

温度速升区11和灭活区12都包含微波源，微波辐射装置与控制模块，微波辐射装置所使用的有三种方案：

在灭活模块上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，上方的位置在腔体顶部，下方的布置在传送带下部，传送带下方形成封闭腔体为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。其中上下方的金属平行板电容器极板为多段并联形式连接微波源，降低加工成本和安装成本。

在灭活模块正上方分别设置多个波导口，其中每一个波导口连接一个微波源，将微波源能量馈入腔体中，多个波导口能量馈入形式不同，因此实现均匀的加热效果。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

在灭活模块的上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，两极板连接微波源，通过电磁耦合的方式将能量耦合进入灭活模块形成的波导里，能量可以在波导里传播，以加热波导中的烟包。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

微波源与微波辐射装置工作在同一频率。

控制模块包括：微波功率控制单元，通过控制输入电压，控制微波源功放倍数，实现对微波源功率的控制；温度检测单元，微波源外接温度传感器，保证微波源的电路温度不超过一定温度，防止电路烧毁；反馈单元，通过移相器与耦合器得到输出功率一部分与额定输出功率对比，算出回波损耗；降温单元，通过风力将电路表面热量进行热交换，降低电路整体温度。

本发明的技术原理是这样的：虫体中存在着大量的极性分子如水分子、甘油三脂等，在外界施加的交变电磁场作用下，虫体内的极性分子随外电磁场的变更而交变取向，如此众多的极性分子因高速频繁的相互摩擦而使电磁能转化为热能。进而使得虫体温度升高，使害虫的细胞膜功能紊乱、细胞脱水、蛋白质凝固从而达到杀虫的目的。当微波处理温度大于额定温度时杀虫(卵)的效果可达100％。[罗登山，肖春菊，席年生等.微波对片烟松散和杀虫效果的研究[J].烟草科技，2005(1)：3-13]。调研相关论文，仅仅通过微波设备能完全杀灭烟草粉螟。[韩顺财，陈涛，顾钢等.微波防治烟草粉螟效果及经济阈值研究.中国烟草科学，2023,44(1):57-62]。

图1为本发明中的微波杀虫装置整体示意图。烟包利用传送带在微波杀虫装置中通过灭虫，除传送带移动方向，其余四个方向均金属屏蔽，避免电磁波泄露。传送带移动方向两端为电磁屏蔽模块。

图2为本发明中的灭活模块分布示意图，主要由温度速升区与灭活区构成，温度速升区由多个小的加热区组成，小的加热区加热过程独立。灭活区加热过程统一。

图3为本发明中的电磁屏蔽模块示意图，分别通过3段四分之一波长短波导设计，实现了传送带移动方向的电磁屏蔽。

图4为本发明中的微波辐射装置方案1上下放置的示意图，在灭活模块上下呈对称放置金属平行板电容器极板，上方的位置在腔体顶部，下方的布置在传送带下部，传送带下方形成封闭腔体为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。其中上下方的金属平行板电容器极板为多段并联形式连接微波源，降低加工成本和安装成本。

图5为本发明中的微波辐射装置方案2的示意图，在灭活模块正上方分别设置多个波导口，其中每一个波导口连接一个微波源，将微波源能量馈入腔体中，多个波导口能量馈入形式不同，因此实现均匀的加热效果。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

图6为本发明中的微波辐射装置方案1左右放置的示意图。在灭活模块左右呈对称放置金属平行板电容器极板。

图7为本发明中的微波辐射装置方案3上下或左右放置的示意图。在灭活模块的上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，两极板连接微波源，通过电磁耦合的方式将能量耦合进入灭活模块形成的波导里，能量可以在波导里传播，以加热波导中的烟包。其中传送带下方的金属为网状结构，便于收集散落的烟叶，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构，方便将传送带残漏的烟草打扫，并且方便维修。

如图8所示，本发明实施例提供的微波杀虫控制方法，包括以下步骤：

S101：传送带将烟包由输入端依次经过输入电磁屏蔽模块、加热部分、输出电磁屏蔽模块传送至输出端口；

S102：控制模块控制电磁波频率、功率输出，并实时监测电磁波输出情况；

S103：在温度速升区，电磁波由微波辐射装置辐射到烟包上，烟包吸收电磁波升温，温度检测单元检测温度达到额定温度反馈到信息交互单元，传送至灭活区；

S104：灭活区烟包温度保持额定温度，烟草甲各个虫态均被杀死，烟包传出灭活区。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

根据不同烟厂的设备及烟草产品摆放的不同，1、若设备上下高度与烟草产品相近，我们可以采用微波辐射装置方案1上下放置，因为装置之间空隙填充越充实，加热效果越好；2、若设备左右宽度与烟草产品相近，我们可以采用微波辐射装置方案1左右放置；3、若烟草产品摆放位置高度不一，我们可以采用微波辐射装置方案2，方案2的能量分布不受烟草产品的高度影响，因此采用该方案可以实现均匀稳定的灭活过程；4、若烟草产品不连续时，可以通过微波辐射装置方案3，通过极板引导微波能量，将能量聚集在烟草产品位置，预防回波对微波源造成损坏。

目前本发明可以针对大烟包形式1136mm*720mm*725mm、切片后的烟包725mm*720mm*284mm和松散后的烟片，不同的烟包形式调整频率即可实现均匀灭活效果

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

1、微波灭虫方案可行性论证

验证实验，如图9-10所示。

如图11所示，微波加热处理后，活虫全部死亡。

2、微波灭虫天线方案论证

微波灭虫原理：微波加热具有穿透力强、热惯性小、选择性强、速度快等特点。烟叶经微波辐照后可以使烟叶中的害虫(虫卵)的细胞膜功能紊乱、细胞脱水、蛋白质凝固从而达到杀虫的目的。当微波处理温度大于60℃时杀幼虫(卵)的效果可达99％。[罗登山，肖春菊，席年生等.微波对片烟松散和杀虫效果的研究[J].烟草科技，2005(1)：3-13]

如图12所示，调研相关论文，仅仅通过微波设备能完全杀灭烟草粉螟。[韩顺财，陈涛，顾钢等.微波防治烟草粉螟效果及经济阈值研究.中国烟草科学，2023,44(1):57-62]

天线类型：平行板电容器+波导

趋肤深度公式：

因此电磁波穿透烟包的深度与频率、烟弹介电常数和损耗角正切有关。频率越高，电磁波穿透能力越差。

通过软件comsol仿真2.45GHz和915MHz的电磁波穿透情况，如图13所示，均无法穿透烟包，通过公式计算并按照工业ISM频率可知，最低可用频率为433MHz。

通过comsol仿真433MHz的加热效果，如图14所示。

因此，针对于小块烟块在功率500W持续时间30s，频率为433MHz时，烟包的整体加热，并加热不超过所指定最高温度，但是加热均匀性仍不足。之后预计进一步改变天线形式，并且由于实际过程中，烟包随传送带移动，因此其加热均匀性会进一步提高。

如图15所示，改进：从波导馈电形式变为平行板形式，电场分布更加均匀，进一步提高了加热的均匀性。

如图16所示，考虑到环境复杂和被加热物体存在不规则情况，为了保证灭虫效果的稳定性，设计烟包高度从284mm到500mm变化验证试验。在功率500W持续时间1min，频率为433MHz时，发现温度分布有一点波动，不影响整体的温度表现情况。由于烟包整个传送过程约5min，仅仅1min就可以达到所需温度，将功率降低使烟包维持温度，烟包内部通过热传导和热对流，进一步提高温度均匀性，实现烟包实时灭虫效果。

当烟包长度变化时，分别设计烟包长度为1m和0.7m，两个宽度的烟包温度接近，因此烟包长度变化对烟包温度影响非常小，如图17所示。

灭活所用时间计算：

灭活过程包括烟包升温阶段与烟虫灭活阶段，为了保证烟草质量，烟包的加热温度不可超过60摄氏度，因此，了解各形态的烟虫在60摄氏度中灭活的时间是最重要的。经过调研论文[吕建华，钟建军，张会娜等，高温处理对烟草甲各虫态的致死作用研究[J]，农业灾害研究2014，4(03)：15-17，20]，分别将各形态的烟虫放置在60摄氏度恒温环境中，当处理温度为60℃时处理60s时，烟草甲幼虫死亡率可达到99％；

表3不同温度处理对烟草甲幼虫死亡率的影响％

当处理温度为65℃时处理60s时，烟草甲卵死亡率可达到99％；

表4不同温度处理对烟草甲卵的抑制效果％

接下来需要计算烟包升温阶段所需要的时间，针对于相同尺寸的烟包，经调研计算可知，6kW功率时，从室温升至60摄氏度需要150s。

由于灭活时间与设备长度相关，方案分为两种：

1、60摄氏度灭活75s

预期达到效果：虫卵和幼虫可实现100％灭活，蛹实现基本灭活。

所需加热时间：因此针对于升温阶段时间缩短进行设计，由于通过平行板电容器的方式，加热均匀性得到提高，经过仿真优化得到可知，升温加热时间可缩短至60s，所需总加热时间为75+60＝135(s)(预估长度：A线3.94m；B线4.73m)。若进一步提高所用功率，预计升温加热所用时间可缩短至30s，所需总加热时间为75+30＝105(s)(预估长度：A线3.06m；B线3.68m)。

2、60摄氏度灭活60s

预期达到效果：虫卵和幼虫可实现98％以上灭活，蛹灭活率为50％，蛹的正常羽化被抑制，无法正常孵化。

所需加热时间：当升温加热时间为60s，所需总加热时间为60+60＝120(s)(预估长度：A线3.5m；B线4.2m)。若进一步提高所用功率，预计升温加热所用时间可缩短至30s，所需总加热时间为60+30＝90(s)(预估长度：A线2.62m；B线3.15m)。

以上两种方法均可实现虫卵和幼虫全面灭活，并且抑制虫蛹的正常羽化过程，均可大幅度降低年的虫增长率。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波杀虫控制系统，其特征在于，所述微波杀虫控制系统是两端开口，四面封闭的波导结构，应用于烟草产品生产线上；包括：

灭活模块，用于烟包的温度上升与保持，并控制烟包温度不影响烟包的质量；

电磁屏蔽模块，用于防止电磁能量外泄；

传送带，用于传送烟包。

2.如权利要求1所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，所述灭活模块包括：温度速升区，温度速升区的各区域分别有温度传感器，若提前达到额定温度，区域功率降低至低功率，维持当前温度；灭活区，保持低微波功率输入。

3.如权利要求1所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，所述电磁屏蔽模块包括输入电电磁屏蔽模块磁屏蔽部分，输出电磁屏蔽模块；

由多个长度不同，高度为四分之一波导波长的波导组成；在传送带两端分别设计四分之一长短波导抗流器；

所述烟包由传送带经输入端口依次经输入电磁屏蔽部分，温度速升区，灭活区，输出电磁屏蔽模块传出至输出端口；

温度速升区和灭活区都包含微波源，微波辐射装置与控制模块。

4.如权利要求1所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，在灭活模块上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，上方的位置在腔体顶部，下方的布置在传送带下部，传送带下方形成封闭腔体为抽拉式结构；其中上下方的金属平行板电容器极板为多段并联形式连接微波源。

5.如权利要求1所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，所述在灭活模块正上方分别设置多个波导口，其中每一个波导口连接一个微波源，将微波源能量馈入腔体中，多个波导口能量馈入形式不同；其中传送带下方的金属为网状结构，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构。

6.如权利要求1所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，在灭活模块的上下左右呈对称放置金属平行板电容器极板，两极板连接微波源，通过电磁耦合的方式将能量耦合进入灭活模块形成的波导里；其中传送带下方的金属为网状结构，网状结构下方金属区域设置为抽拉式结构。

7.如权利要求3所述的微波杀虫控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：

微波功率控制单元，通过控制输入电压，控制微波源功放倍数，实现对微波源功率的控制；

温度检测单元，微波源外接温度传感器，保证微波源的电路温度不超过一定温度；

反馈单元，通过移相器与耦合器得到输出功率一部分与额定输出功率对比，算出回波损耗；

降温单元，通过风力将电路表面热量进行热交换，降低电路整体温度。

8.一种基于权利要求1～7任意一项所述微波杀虫控制系统的微波杀虫控制方法，其特征在于，所述微波杀虫控制方法包括以下步骤：

传送带将烟包由输入端依次经过输入电磁屏蔽模块、加热部分、输出电磁屏蔽模块传送至输出端口；

控制模块控制电磁波频率、功率输出，并实时监测电磁波输出情况；

在温度速升区，电磁波由微波辐射装置辐射到烟包上，烟包吸收电磁波升温，温度检测单元检测温度达到额定温度反馈到信息交互单元，传送至灭活区；

灭活区烟包温度保持额定温度，烟草甲各个虫态均被杀死，烟包传出灭活区。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求8所述微波杀虫控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求8所述微波杀虫控制方法。