CN109729610A - 一种带有荧光温度传感器的射频加热系统及射频加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有荧光温度传感器的射频加热系统，包括：射频加热腔、荧光法测温变送器以及中控单元，中控单元连接所述荧光法测温变送器。其中，射频加热腔底部放有射频加热容器，射频加热容器包含具有温敏特性的荧光材料，荧光材料被激发光激发产生荧光，射频加热容器与荧光法测温变送器之间具有导通光路；荧光法测温变送器包括用于产生激发光的发光器件及其驱动电路，用于接收荧光的光电转换器件，以及对光电转换器件的输出信号进行处理的信号处理输出电路；中控单元用于根据荧光温度传感器测量温度对射频加热系统进行反馈控制。本发明能够实现对被加热物温度的精确测量和加热控制。

Description

一种带有荧光温度传感器的射频加热系统及射频加热器

技术领域

本发明属于温度测量及控制技术领域，具体涉及一种带有荧光温度传感器的射频加热系统及射频加热器。

背景技术

射频radio frequency简称RF，是一种高频交流变化的电磁波，频率范围从300kHz-300GHz，包含中波、短波、米波和微波。射频穿透物体内部时，通过激发物体内部电离子迁移完成电能向热能的转换，最终产生加热物体的效果射频加热方法广泛用于食品加工、人体疾病的治疗、催化反应等等领域，它们的本质都是利用了介质对射频能量有较强的吸收。比如射频加热器就是其中一种，它利用水分子对微波能量的吸收来达到加热被加热物的目的。

常规温度传感器如热电偶、热电阻是由金属导电材料制作的，导电材料在高频电磁场下会产生感应电流，基于电磁感应原理，其产生放电现象或自身温度升高，对温度测量造成严重干扰，使温度示值产生很大误差或者无法进行稳定的温度测量。现有技术中，红外测温也可以用在射频环境下的温度测量，但自身有一定的局限性，被测温度点必须在红外传感器的可视范围内，并且红外测温只能测量物体表面温度；红外测温准确度受物体表面材质的辐射率影响，被测物体材质不同，红外辐射率不同，所测温度值则不同。而荧光测温可以克服上述方法的一些缺陷。在测量时，将荧光材料接触在被测物表面，由光纤的另一端输入激励光源，经光纤传输至头部激活荧光材料，激励光脉冲过后，荧光材料的余辉由原光纤导出，滤出光谱并测量其余辉时间常数，就可换算出被测物温度。

发明内容

针对现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种带有荧光温度传感器的射频加热系统，包括：射频加热腔、荧光法测温变送器以及中控单元，所述中控单元连接所述所述荧光法测温变送器，其中，

所述射频加热腔底部放有射频加热容器，所述射频加热容器包含具有温敏特性的荧光材料，所述荧光材料被激发光激发产生荧光，所述射频加热容器与所述荧光法测温变送器之间具有导通光路；

所述荧光法测温变送器包括用于产生所述激发光的发光器件及其驱动电路，用于接收所述荧光的光电转换器件，以及对所述光电转换器件的输出信号进行处理的信号处理输出电路；

所述中控单元用于根据所述荧光温度传感器测量温度对所述射频加热系统进行反馈控制。

优选地，所述荧光法测温变送器位于所述射频加热容器下方，并利用空间传输所述导通光路的光信号。

优选地，还包括光波导，其用于传输所述射频加热容器和所述荧光法测温变送器之间的光信号，所述光波导由具有光学导光特性的导光材料制备。

优选地，所述射频加热腔包括用于发生射频能量的射频发生器，以及用于传导所述射频能量的射频波导。

优选地，所述射频加热容器由所述荧光材料制备。

优选地，所述荧光材料分布在所述射频加热容器表面。

优选地，所述光波导一端伸入所述射频加热腔内腔与所述射频加热容器底部连通，另一端与所述荧光法测温变送器连接。

优选地，所述发光器件的驱动电路通过控制所述激发光的光强、频率、波长或波形中的任一种或任多种以控制所述激发光的光输出模式。

本发明还提供一种射频加热器，用于对物品进行加热，其特征在于，包括本发明所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，所述带有荧光温度传感器的射频加热系统的中控单元连接所述射频加热器的控制面板。

本发明通过在射频加热容系统中配置荧光测温装置，采用荧光测温方法，利用荧光的温度特性，对被加热物品实现非接触式的温度测量，可以精确地探测射频加热容器中待加热物的温度并进行温度控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的具体实施方式，一种带有荧光温度传感器的射频加热系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合附图及其实施例对本发明的技术方案进行描述。

本领域技术人员理解，所述射频加热系统，是根据荧光的温度特性，采用光波导耦合或空间光耦合的方法，使得温度传感器的电子元件脱离测温现场，避开射频环境；利用射频加热容器本身作为温度探测点，省去了传统意义上的温度探头，使用起来更加方便、自然。

图1示出了本发明的具体实施方式，一种带有荧光温度传感器的射频加热系统的结构示意图。具体地，所述带有荧光温度传感器的射频加热系统包括射频加热腔、光波导1、射频加热容器2、荧光法测温变送器3以及中控单元(附图中未示出)。所述射频加热腔通过射频加热方式对放置于所述射频加热腔内的物品进行加热，所述光波导1用于传输光信号，其可以根据需要设计成任意形状和长度，所述荧光法测温变送器可对所述射频加热腔内的加热温度进行探测，在后续具体实施例中将结合图1作更为详细的说明。进一步地，所述中控单元可以采用数字信号处理器、特殊用途集成电路、现场可编程门阵列或者其它可编程逻辑器件、硬件元器件(例如寄存器和FIFO)、执行一系列固件指令的处理器以及编程软件组合实现对本发明的控制。

所述射频加热腔底部放有射频加热容器2，其用于盛放被加热物。所述射频加热腔包括上方的可容置被加热物的容置部，其优选为耐高温的食品级材料制备，所述射频加热容器2底部可以固连或可分离固定安装在所述射频加热腔底部。进一步地，所述中控单元连接所述荧光法测温变送器3以便根据所述荧光温度传感器的温度测量结果对所述射频加热系统进行反馈控制。需要说明的是，所述射频加热容器2与所述荧光法测温变送器3在空间上相互独立。如图1所示的优选实施例中，所述射频加热容器2被放置于所述加热腔内的底部；所述荧光法测温变送器3被固定设置于所述射频加热腔的外部。进一步地，所述射频加热容器2包含具有温敏特性的荧光材料，所述荧光材料被激发光激发产生荧光。本领域技术人员理解，荧光物质在受到一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性，包括环境温度等因素。这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间。在不同的环境温度下，荧光寿命也不同。因此通过测量荧光寿命的长短，就可以得知荧光材料所在位置的温度。进一步地，所述射频加热容器2与所述荧光法测温变送器3之间具有导通光路，以实现光信号在所述射频加热容器2与所述荧光法测温变送器3之间的传输。在本发明中，所述射频加热容器2与被加热物直接接触，从而感知物体的温度信息，所述射频加热容器2作为容器的同时还起到温度探头的作用。进一步地，如图1所示，所述导通光路通过所述光波导1传输所述射频加热容器2探测的包含被加热物品温度信息的荧光信号，所述荧光法测温变送器3则将荧光信号解调为电信号，最终实现数字输出，更为具体地，将在后述实施例中作更为详细的描述，在此不予赘述。

进一步地，所述光波导1由具有良好导光特性的材料制成，优选为具有耐高温和电绝缘特性的材料。如图1所示，所述光波导1一端连接于所述荧光法测温变送器3，另一端固设于所述射频加热容器2的底部，优选为底部中心位置且朝向所述射频加热容器2的底部，以此来传输激发光以及荧光信号。需要说明的是，所述光波导1可以根据实际情况，制成各种形状，进行任意排布。而在其他的实施例中，也可以不使用所述光波导1作为中介，利用空间作为导通光路在所述射频加热容器2和所述荧光法测温变送器3之间进行光信号的直接传输。

进一步地，所述荧光测温变送器3包括用于产生激发光的发光器件及其驱动电路，用于接收荧光的光电转换器件，以及对所述光电转换器件的输出信号进行处理的信号处理输出电路。所述发光器件优选为发光二极管，所述光电转换器件优选为光电二极管。具体地，本发明的荧光温度传感器通过如下方式进行工作：所述发光器件在其驱动电路的驱动下将电能转化为光能发出所述激发光并通过所述导通光路照射到所述射频加热容器2的底部。所述射频加热容器2中包含的荧光材料在所述激发光的照射下产生荧光，并从所述光波导1的一端经过所述光波导1的传导，再从所述光波导1的另一端传输到所述光电转换器件上，产生相应的电信号，所述电信号包含所述荧光材料所在位置的温度信息。因此，利用荧光材料的温度特性，通过所述信号处理输出电路，精确计算出温度。

本领域技术人员理解，通过所述光波导1作为光信号的传输中介，同时利用所述光波导1本身形状和排布的任意性，所述荧光法测温变送器3的位置并不限制在所述射频加热器的底面或侧面，所述荧光法测温变送器3可以设置在所述射频加热腔外部的任意位置。所述中控单元通过与所述测温变送器3连接，从而实现通过荧光温度法对被加热物体进行精确的温度测量和反馈控制，并通过相应的输出装置输出并显示。

进一步地，所述射频加热容器2的底部包含可产生荧光的温度敏感材料，使用时放置于所述射频加热腔底部的光波导1的导光口上方，以接收激发光、产生荧光、传递出温度信号。需要说明的是，所述射频加热容器2不需要贴合到光波导1上，因为光信号在空气中也能很好地传导。所述射频加热容器2可以根据实际情况，制成各种大小、形状。而在另一个具体的变化例中，当所述带有荧光温度传感器的射频加热系统没有设置所述光波导1时，所述荧光法测温变送器3优选被设置在所述射频加热容器2的下方，所述荧光法测温变送器3的发光器件以及光电转换器件实现与所述射频加热容器2底部的光路导通，使得光信号得以利用空间传输。

进一步地，所述射频加热腔具体还包括用于发生射频能量的射频发生器以及用于传导所述射频能量的射频波导，实现利用所述射频加热容器进行射频加热。本领域技术人员理解，所述射频加热容器2的底部的温度敏感材料可以是但不限于是红宝石、亚历山大石等荧光温度敏感材料。需要说明的是，所述射频加热容器2可以全部通过所述具有温敏特性的荧光材料所制备获得，使得所述射频加热容器2的整体均匀分布所述荧光材料；进一步地，所述射频加热容器2也可以只在部分部位包含所述荧光材料。优选地，所述荧光材料被均匀分布在所述射频加热容器的表面，更为优选地，所述荧光材料集中分布在所述射频加热容器2的底面。

本领域技术人员理解，本发明的带有荧光法温度传感器的射频加热系统可以安装在不同型号、种类的射频加热器中，通过将所述射频加热器以及所述带有荧光法温度传感器的射频加热系统实现结构和电气连接，获得带有温度显示和控制功能的射频加热器。用户在使用时，将所述射频加热容器2放置于射频加热器的射频加热腔底部的光波导1的导光口上方，同时通过对外设在所述射频加热器表面的控制面板进行相应的操作，所述控制面板通过所述中控单元与所述荧光法测温变送器3连接，从而可以实时测量和控制被测物的温度。在这样的实施例中，所述光波导1的一端伸入所述射频加热腔的内腔与所述射频加热容器2联通，另一端与所述荧光法测温变送器3连接。本发明中，所述发光器件的驱动电路至少通过控制所述激发光的光强、频率、波长或波形中的任一种或任多种以控制所述激发光的光输出模式，在此不予赘述。更进一步地，所述射频加热器的荧光温度传感器还与所述射频加热器的显示装置连接，所述显示装置可以是液晶显示屏，可以实时显示所述荧光温度温度传感器测量的温度，以方便用户实时获取温度信息和控制微波加热温度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，包括：射频加热腔、荧光法测温变送器以及中控单元，所述中控单元连接所述所述荧光法测温变送器，其中，

所述射频加热腔底部放有射频加热容器，所述射频加热容器包含具有温敏特性的荧光材料，所述荧光材料被激发光激发产生荧光，所述射频加热容器与所述荧光法测温变送器之间具有导通光路；

所述荧光法测温变送器包括用于产生所述激发光的发光器件及其驱动电路，用于接收所述荧光的光电转换器件，以及对所述光电转换器件的输出信号进行处理的信号处理输出电路；

所述中控单元用于根据所述荧光温度传感器测量温度对所述射频加热系统进行反馈控制。

2.根据权利要求1所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，所述荧光法测温变送器位于所述射频加热容器下方，并利用空间传输所述导通光路的光信号。

3.根据权利要求1所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，还包括光波导，其用于传输所述射频加热容器和所述荧光法测温变送器之间的光信号，所述光波导由具有光学导光特性的导光材料制备。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，所述射频加热腔包括用于发生射频能量的射频发生器，以及用于传导所述射频能量的射频波导。

5.根据权利要求1所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，所述射频加热容器含有荧光材料。

6.根据权利要求3所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，所述光波导一端伸入所述射频加热腔内腔与所述射频加热容器底部连通，另一端与所述荧光法测温变送器连接。

7.根据权利要求1至3或5或6中任一项所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，其特征在于，所述发光器件的驱动电路通过控制所述激发光的光强、频率、波长或波形中的任一种或任多种以控制所述激发光的光输出模式。

8.一种射频加热器，用于对物品进行加热，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的带有荧光温度传感器的射频加热系统，所述带有荧光温度传感器的射频加热系统的中控单元连接所述射频加热器的控制面板。