微波烧结计算机自动控制系统

于电场强度矢量E 一个角度，导致与电场同相的电流产生，这就构成了材料内部的耗散。在微波波段，主要是偶极子转向极化和界面极化产生的吸收电流构成材料的功率耗散。

2.1.2微波效应

微波效应是指微波烧结过程中,除了微波热效应之外的效应，也就是微波非热效应。目前，微波效应是一个颇有争议性的问题。微波效应的表现为：烧结速度加快、烧结温度降低、反应方式与反应产物的差异。

2.2 微波烧结炉的组成、结构

微波烧结炉是由微波源、波导和微波反应腔组成。微波源是产生600W～100KW功率，频率可为2.45，0.915，28 GHz 微波的硬件部分。波导是连接微波源与微波反应腔的金属线性管状物体，其作用是传导微波，使其到达微波反应腔。微波反应腔就是一个微波谐振腔，通常是用金属制成的，通过特殊工艺制作成的隔热性能强的一个箱体。

2.3 系统的总体框架

微机化测控系统是以微机为核心的测控系统，微机化测试系统的设计部仅要求设计者熟悉该系统的工作原理、技术性能和工艺结构，而且要掌握微机硬件和软件设计原理。随着计算机技术的飞速发展，工业自动化技术曰新月异，计算机自动控制系统也呈现多样化。但是，总的来说，每种自动控制系统都是由两个部分组成：底层控制平台和上层控制。要想得到良好的控制效果，首先必须建立坚固的底层控制平台，坚固的底层平台必须具备这几个方面的特性：抗干扰性、高稳定性、高可靠性、开放性、独立性和智能化。

3．系统硬件设计

测控系统的硬件电路是由各种元件和器件按照设计的线路连接而成的，因此，计算机测控系统的硬件设计包括：元器件的选择和电路设计两方面，这两方面是紧密不可分割的。本系统的硬件组成包括：微波发生器、控制单元、温度测量装置，波导管和微波反应腔等五个部分。

3.1 微波发生器

微波能量是由微波发生器产生的，微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的交流电能变成直流电能，为微波管工作创造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。

3.1.1磁控管的结构及其特性

磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。

3.1.2磁控管驱动电源

图3-3 为磁控管的负载等效电路：

图3-4 为磁控管电压-电流特性曲线：

如图可知，磁控管的负载特性与二极管的负载特性非常类似，当阳极电压小于阈值电压时，负载特性就是一个Ro 的电阻，阻值很大，几乎没有电流流过。当阳极电压大于阈值电压时，负载特性就是图中的负载2 所示，电阻R1 很小，产生振荡，从磁控管的天线输出微波。

3.2 控制单元

目前，此类工业设备的控制单元多采用PLC 控制，PLC 适用于大多数工业现场，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，可在恶劣环境中与强电一起工作，PLC 运行的可靠性很高，稳定性好，在工业环境下抗强电的干扰能力很强[。但是其缺点也是很显而易见的，PLC 体系结构是封闭的，各PLC 厂家的硬件体系不兼容，编程、语言及指令系统也各异。当用户选择了一种PLC 产品后，必须选择与其相对应的控制规程。

3.3 温度测量装置

由于微波是频率很高的电磁波，其对设备的干扰不容忽视。因为微波是高频电磁波，会对热电偶产生干扰，使其信号紊乱。因此，传统的热电偶测温法已不适用于微波加热系统，红外测温用于微波烧结系统的温度测量是非常适用的[26]。本文的温度测量是用红外测温技术。

3.4 波导管及微波耦合器

前面已经讲过，材料对微波的作用有反射、吸收和穿透三种。块状金属物体对微波有反射作用，就像光线照到光滑的镜面上产生的反射一样，波导管就是利用这个作用设计的。微波自磁控管天线产生后，根据微波反应腔的形状与入口，需要一段微波波导管将微波导入反应腔内。

3.5 微波反应腔与辅助加热装置

微波反应腔是材料与微波反应的场所，是由金属制成的微薄谐振腔。它使微波在腔体内产生谐振，使微波在腔体内均匀分布，能够被材料所吸收。微波反应腔内需要配置一些保温材料，保温材料必须是能够让微波穿透，没有杂质，使微波能够达到被处理的材料体内。国内也有一些发明专利中，使用了某种特质保温材料，可以使微波的传播成折射状态，使微波能聚焦到所处理的材料所在的区域。

4．系统软件设计

本设计的系统软件是上位机控制软件，它负责人机接触，提供友好的界面，方便用户使用微波烧结系统。软件