CN1680790A - 一种微波炉炉腔内场分布的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波炉炉腔内场分布的测试方法，它是利用微波炉炉腔内电磁能被某些介质材料所吸收而使得温度分布不均衡，再使用红外摄像仪得到其温度分布，从而推算得到场分布的一种测试方法。本发明公布了三种测试方法，包括玻璃转盘在静态和动态情况下的测试方法，炉腔侧壁上波导馈入口的测试方法，以及微波炉腔体某几个截面处的场分布测试方法，并且得到了与仿真结果比较一致的分布云图，在定性方面验证了本实验方法的有效性。本发明具有操作简便、所需测试材料成本低等特点，它也可适合其他微波加热领域使用。
Description
技术领域：
本发明属于电子技术、微波加热技术领域，它特别涉及微波炉炉腔内场分布的测试技术。
背景技术：
微波炉加热食物是把电能转变为微波能后传送给炉腔，在炉腔内建立起一定分布的微波场，当食物处于微波场中时，食物会吸收微波能量而使食物内外同时被加热。在食物的加热过程中一般总是希望能够受热均匀，而要实现这一点，其中关键的就是要求微波能在炉腔内能够均匀分布，这是家用微波炉炉腔设计中一个主要设计指标。
但是由于微波炉炉腔内的结构分布比较复杂，给实际的设计计算带来很大的困难。目前，实际工厂中对于微波炉炉腔的设计时大多利用矢量网络分析仪和由磁控管厂家定制的馈入天线一起使用才能够试验测得微波炉炉腔内的驻波系数大小和雷基图等参数指标。但是这些试验参数无法准确或者直观地反映微波炉炉腔内的场分布或是温度分布情况，对于微波炉内是否均匀加热的指标没有一个直观或者是准确地度量。而是否均匀加热的特性是微波炉炉腔设计时的重要指标，在已有的工作中多数根据微波炉炉腔的大体几何尺寸，采用模式分析理论计算炉腔中存在的模式数的多少，判断炉腔中场分布是否均匀的。如果模式数越多，那么场分布就越均匀。
但是这种理论分析方法只能针对比较简单的炉腔模型，而且这种理论分析方法也存在一些简化过程中的误差。如果有一种试验方法能够准确而又方便地测量得到微波炉炉腔内的场分布，并以此作为设计微波炉炉腔时的一个重要依据，将有助于提高微波炉炉腔的设计能力。
发明内容：
本发明提供一种微波炉炉腔内场分布的测试方法，它可以测量得到微波炉炉腔内场分布是否均匀和介质材料微波吸收功率大小等设计指标。
本发明提供一种微波炉炉腔内场分布的测试方法所需要的测试仪器，包括红外摄像仪、微波炉以及微波炉空载情况下的介质材料：如玻璃转盘、塑料转环以及炉腔侧面波导口处的云母片，用于测试微波炉炉腔中几个截面上的场分布的试纸。
本发明提供了一种测试微波炉炉腔内场分布的方法，它采用下面的步骤：
步骤1：(测试玻璃盘静止状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环上，除去玻璃转盘底部的塑料支座，防止其转动，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2(其中，W是介质材料的微波吸收能量，根据单位时间的能量分布换算得到功率分布，ε是介质材料的介电参数)，得到玻璃盘静止状态时玻璃盘的场分布；
步骤2：(测试玻璃盘转动状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环和塑料支座上，使得微波炉转动电机可以转动玻璃盘，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2，就可以得到玻璃盘转动状态时玻璃盘的场分布；
步骤3：(测试炉腔侧壁波导馈入口处的场分布的方法)
在云母片上喷洒多量的水，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试云母片上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2，就可以得到炉腔侧壁波导馈入口处的场分布；
步骤4：(测试微波炉腔体截面处场分布的方法)
将试纸放置于待测微波炉腔体截面处，在试纸上喷洒少量的水，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试试纸上的微波吸收功率分布，根据公式处W＝εE2/2，就可以得到微波炉腔体截面处的场分布。
按照上述方法，就可以得到微波炉炉腔内场分布情况。
需要说明的是，本发明方法中大多处于微波炉空载情况，所以在测试时需要在玻璃盘表面，云母片表面或是一些试纸表面均匀喷洒一些水分，以防止空炉时对磁控管造成损坏；使用比较薄的试纸时，可以利用胶带纸将比较薄的试纸固定在待测微波炉腔体截面处。
本发明测试方法的实质是利用微波炉炉腔内电磁能被某些介质材料所吸收而使得温度分布不均衡，再使用红外摄像仪得到其温度分布，从而根据一定的计算公式推算得到场分布。
本发明测试方法的优点：采用本发明的方法，可以获得良好的炉腔内电磁场分布是否均匀性的指标，为提高微波炉设计的质量提供依据；而且这种测试方法操作简便，所需测试材料成本低，避免了昂贵的实验开支。
附图说明
图1是本发明示意图
图2是炉腔空载时玻璃盘未转动时测得的功率损耗云图
其中，1为玻璃盘，2、3、4、5都是场分布的云图表示，是指玻璃盘中场强较大的地方；
图3是炉腔空载时侧壁馈入口玻璃盘功率损耗云图
其中，6为云母片，7为场分布云图，说明微波馈入口处场强分布较大，8为炉腔内侧壁通风口；
图4是微波炉腔体内靠近炉门截面处的功率损耗云图其中，9为测试纸片，10、11均为场分布云图，说明在该截面处的场分布是不同的，有的地方场强大，有的地方小；
图5是微波炉腔体内靠近馈入波导口截面处的功率损耗云图
其中，12为测试纸片，13、14均为场分布云图，说明靠近馈入波导口截面处的场强最大，除此之外其他地方场强较小；
图6是微波炉腔体内炉腔后壁截面处的功率损耗云图
其中，15为测试纸片，16、17、18均为场分布云图，说明在该截面处的场分布是不同的，有的地方场强大，有的地方小；
图7是炉腔空载时玻璃盘转动时测得的功率损耗云图
其中，19为玻璃盘，20是场分布的环状云图，说明玻璃盘经过传动后可以使其均匀受热。
具体实施方式
一种测试微波炉炉腔内场分布的方法，它采用下面的步骤：
步骤1：(测试玻璃盘静止状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环上，除去玻璃转盘底部的塑料支座，防止其转动，然后在中火功率下加热10秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘的微波吸收功率，测试结果如图2所示；
步骤2：(测试玻璃盘转动状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环和塑料支座上，使得转动电机可以转动玻璃盘，然后在中火功率下10秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘的微波吸收功率，测试结果如图7所示；
步骤3：(测试炉腔侧壁波导馈入口场分布的方法)
在云母片上喷洒多量的水，然后启动微波炉开关，在中火功率下加热20秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试云母片上的微波吸收功率，测试结果如图3所示；
步骤4：(测试微波炉腔体内截面处场分布的方法)
将试纸放置于待测微波炉腔体内三个截面处，包括靠近炉门截面处、靠近馈入波导口截面处和炉腔后壁截面处，再在试纸上喷洒少量的水，然后在中火功率下加热20秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试腔体截面处试纸片的微波吸收功率，测试结果如图4、5、6所示。
按照上述方法，得到微波炉炉腔内场分布的测试结果与采用模式分析理论得到的仿真结果进行了对比，两者的场分布云图基本一致，在定性方面验证了本实验方法的有效性，可以用来指导实际的设计生产。
玻璃转盘的测试结果：
由图2可知，实验测试的云图分布与仿真结果十分一致，反映出空载情况下玻璃盘是吸收微波的主要介质，能够防止空炉加热下对于磁控管的损坏。在另一方面也可以看到炉腔中的场分布并不均匀，只是在玻璃盘的周边附近有比较高的场分布，而在周边处并不高，因此在炉腔设计中仍然要考虑场分布均匀的因素。
炉腔侧壁上波导馈入口的测试结果：
由图3知，实验测试的场分布云图与仿真结果十分一致，在波导馈入口处的场分布云图呈一定的扇形分布，说明在接近天线馈入部分场强最高，然后向附近扩散。仿真结果的云母片场分布也类似于这样的趋势。同时还可以观察到微波炉通风口处的场分布，说明炉腔内经过加热后有热对流产生。
微波炉腔体内三个截面处的测试结果：
微波炉腔体某几个截面处的场分布测试结果见图4、5、6，其中包括靠近炉门截面处、靠近馈入波导口截面处和炉腔后壁截面处，可以发现在波导口处场最强，并且某些截面处的场分布并不均匀，也使设计者需要重新改进炉腔设计达到均匀加热的目的。
玻璃盘在转动情况下的测试结果：
玻璃盘在转动情况下的场分布测试结果见图7，可以发现玻璃盘在转动后其温度云图分布均匀，形成一个环状，但是玻璃盘中心处其场强也并不大。说明玻璃盘转动情况下有利于温度的均匀分布。
通过本发明的试验测试方法获得良好的炉腔内电磁场分布均匀的指标，为提高微波炉设计的质量提供依据，而且这种测试方法简便，避免了昂贵的实验开支，对于实际工厂的设计其试验成本是可以接受的；这种测试方法还可适合其他微波加热领域使用。
Claims (2)
1、一种测试微波炉炉腔内场分布的方法，其特征是它采用下面的步骤：
步骤1：(测试玻璃盘静止状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环上，除去玻璃转盘底部的塑料支座，防止其转动，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2(其中，W是介质材料的微波吸收能量，根据单位时间的能量分布换算得到功率分布，ε是介质材料的介电参数)，得到玻璃盘静止状态时玻璃盘的场分布；
步骤2：(测试玻璃盘转动状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环和塑料支座上，使得微波炉转动电机可以转动玻璃盘，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2，就可以得到玻璃盘转动状态时玻璃盘的场分布；
步骤3：(测试炉腔侧壁波导馈入口处的场分布的方法)
在云母片上喷洒多量的水，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试云母片上的微波吸收功率分布，根据公式W＝εE2/2，就可以得到炉腔侧壁波导馈入口处的场分布；
步骤4：(测试微波炉腔体截面处场分布的方法)
将试纸放置于待测微波炉腔体截面处，在试纸上喷洒少量的水，然后启动微波炉开关，微波炉工作数秒后，关闭微波炉，打开炉门，采用红外摄像仪测试试纸上的微波吸收功率分布，根据公式处W＝εE2/2，就可以得到微波炉腔体截面处的场分布。
2、根据权利要求1所述的一种测试微波炉炉腔内场分布的方法，其特征是它采用下面的步骤：
步骤1：(测试玻璃盘静止状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环上，除去玻璃转盘底部的塑料支座，防止其转动，然后在中火功率下加热10秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘的微波吸收功率；
步骤2：(测试玻璃盘转动状态时玻璃盘场分布的方法)
将玻璃盘表面喷洒少量的水或用湿布擦拭，放在塑料转环和塑料支座上，使得转动电机可以转动玻璃盘，然后在中火功率下10秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试玻璃盘的微波吸收功率；
步骤3：(测试炉腔侧壁波导馈入口场分布的方法)
在云母片上喷洒多量的水，然后启动微波炉开关，在中火功率下加热20秒后，打开炉门，采用红外摄像仪测试云母片上的微波吸收功率；
步骤4：(测试微波炉腔体内截面处场分布的方法)
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