射频解冻机理与自适应射频电源研究

发布时间：2020-05-15 10:58

【摘要】：冷冻肉作为国家战略储备资源的一种,在市场上一直占有一定的份额,而冷冻肉在使用之前必须经过解冻。传统的解冻手段如空气解冻、水解冻存在解冻速率慢、质量损失严重、易发生微生物感染等问题,而微波解冻则存在严重的解冻不均。射频解冻与微波解冻原理相似,都是依靠电磁场使冻品内部极性分子相互作用产生热量,但是其波长更长穿透深度更大,因而能够兼顾解冻速率和解冻均匀性,同时还更易于控制,能够有效避免解冻过程中的品质下降等问题。为进一步研究射频解冻机理和外部因素对解冻效果的影响,本文基于有效比热法将解冻过程中的材料属性变化拟合为分段函数,然后利用有限元仿真模拟软件建立了静电场-热传导双向耦合模型,分析冷冻猪肉位置、电极板之间距离和电压波形对解冻结果的影响。结果表明:极板之间距离越大,解冻速度越慢,解冻完成后冻肉温度分布越均匀,极板之间距离与解冻速度呈非线性关系;电压波形为方波时,解冻速率较快但温度均匀性较差,过热区域集中在冻肉中部,施加电压为正弦波电压时,过热区域集中在冻肉拐角和棱上;冻肉位于极板中间比位于下极板时解冻速率更高,解冻均匀性更好。根据仿真结果,冷冻猪肉放置在上下极板中央、电压波形为正弦波、极板之间的距离为7.5 cm时解冻效果最好。解冻过程中冻肉材料属性的实时改变使得负载阻抗也在随时变化,这就对射频电源有了更高的要求,基于此本文设计了一种频率、功率和输出阻抗均可以自动调整的中等功率射频电源。射频信号源采用直接数字频率合成(DDS)技术,可利用控制系统实现最小0.04Hz的频率调整,射频信号经低通滤波后进入放大电路,在放大电路的输入端串联一个变阻器从而通过调节输入信号的大小实现功率调节,放大后的信号经过自动阻抗匹配网络施加到负载,自动阻抗匹配网络采用双定向耦合器监测信号传输线上的入射信号及反射信号,处理后传送到单片机,单片机根据结果通过阻抗匹配算法找到最佳阻抗点,进而通过控制电机的旋转角度改变网络中的元件值,从而实现阻抗的自动匹配。
【图文】：

因而一般只应用在高功率场合１２５］。电子管射频电源按照是否含有外部逡逑信号源又分成自激式和它激式，前者信号的产生与放大都是由电子管完成，而后逡逑者则有单独的振荡模块，电路更加复杂但输出信号也更稳定，其结构如图１－３邋ＩＷ。逡逑５逡逑

２．１射频解冻逡逑２．１．１射频概念及应用逡逑图２－１列出了从声频到宇宙射线的电磁谱图及相应的波长，从中可以看到射逡逑频频谱涵盖了中频、高频、甚高频频段，频率范围为３００ＫＨｚ？３００ＭＨｚ，自由空逡逑间波长从ｌｍ到丨Ｋｍ。为了不影响通讯，规定工业、科学与医疗领域可用的三个逡逑射频频率为：１３．５６ＭＨｚ邋±邋６．６８ＫＨｚ，邋２７．１２ＭＨｚ邋±邋１６０．００ＫＨＺ，邋４０．６８ＭＨｚ邋土逡逑２０．００ＫＨ＃９］。近几十年来，射频己经应用在越来越多的领域，不仅用于各种物逡逑料的加热、杀菌，，还用在局部热疗、纺织品固色、塑料制品的融接等方面［４Ｇ］。逡逑波长／ｍ逡逑１０７逦１０６逦１０５逦１０４逦１０３逦１０：逦１０＇逦１逦１０＂１逦１０逦２逦１０邋３邋３ｘｌ0－５邋１０邋６邋４ｘ１０邋７邋１０邋Ｋ逦＜１０＇＇６逡逑主由邋ｆｉｌｌ邋女逡逑瑕丨丨邋５逦１邋Ｉ邋＞邋Ｄ邋Ｉ邋－邋Ｉ邋＂妾切ＳY鎮 ｉ逡逑ＲＦ：ＡＭ／ＦＭ无线屯逦微波；逦ｇ逡逑士频逦ＶＨＦ电视逦毫米波，亚毫米波逦＝逡逑逦｜逦Ｉ逦逦逦｜逦｜逦逦｜逦｜逦逦逦逦逦逦逡逑３ｘ１０＇逦３ｘｌ0？逦３ｖｌ0５逦３ｘｌ０７逦３ｘｌ0ｇ逦３ｘ１０＂逦３Ｈ０Ｍ逦３ｘｌ０，６邋＞３ｘｌ0２Ｊ逡逑频率／Ｈｚ逡逑图２－１电磁谱图及相应的波长逡逑２．邋１．２射频解冻原理逡逑冻肉这类生物组织是一种由大量分子和离子构成的高分子材料。若是分子内逡逑部异种电荷中心相同
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS205

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本文编号：2664923