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微波技術(shù)是近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)最重要的科學(xué)技術(shù)之一，從雷達(dá)到廣播電視、無(wú)線電通信再到微波爐，微波技術(shù)對(duì)社會(huì)的發(fā)展和人們生活的進(jìn)步產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。

微波

 

 

  

對(duì)微波的理論研究以及進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)起步于20世紀(jì)初，但早期的設(shè)備不能滿足實(shí)驗(yàn)的需要，主要表現(xiàn)為缺乏大功率的信號(hào)發(fā)生器和靈敏的信號(hào)接收器，因此早期的研究并沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。到了20世紀(jì)30年代，高頻率的超外差接受器和半導(dǎo)體混頻器的出現(xiàn)為微波技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了條件，使得微波技術(shù)的發(fā)展取得的一定的進(jìn)步。

01.高速發(fā)展的二戰(zhàn)時(shí)期

第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期普遍被認(rèn)為是微波技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期，

二戰(zhàn)期間，微波技術(shù)在其他方面的應(yīng)用也在繼續(xù)向前發(fā)展。在無(wú)線通信方面，1943年 AT&T 研制出 AN/TRC-6 型多頻段微波無(wú)線電，該設(shè)備利用了脈沖位置調(diào)制和數(shù)字調(diào)制技術(shù)，美軍和英軍裝備了這種型號(hào)的無(wú)線電設(shè)備。微波測(cè)量技術(shù)也在40年代發(fā)展起來(lái)，其中包括能量檢測(cè)，能量測(cè)量，頻率測(cè)量，相位測(cè)量和電壓駐波比等技術(shù)。  

1938年，德國(guó)人Hollman和美國(guó)人Hemingway及Stenstrom共同提出將微波用于治療的技術(shù)。其原理在于，與其他電磁波相比，微波可以更好地集中能量進(jìn)行透熱療法。而且使用微波在對(duì)深層的組織進(jìn)行加熱時(shí)，不會(huì)引起皮膚表面溫度過(guò)高。

02.微波技術(shù)戰(zhàn)后的發(fā)展

微波技術(shù)在二戰(zhàn)后的十幾年間迅速地傳播開來(lái)，并得到各個(gè)國(guó)家的重視。許多國(guó)家由政府進(jìn)行資金支持，在大學(xué)，大型企業(yè)或是研究所里設(shè)置了微波技術(shù)的研究項(xiàng)目。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期為了提供對(duì)系統(tǒng)的支持，進(jìn)行了大量微波技術(shù)的相關(guān)研究，這些研究極大地促進(jìn)了微波技術(shù)的發(fā)展。新的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被提出，以替換那些體積過(guò)于龐大的矩形和圓形波導(dǎo)。許多新類型的微波管也投入了使用。信號(hào)發(fā)生器和接收器的體積也被大幅度減小，以降低生產(chǎn)整個(gè)微波系統(tǒng)的費(fèi)用并使增強(qiáng)了穩(wěn)定性。以上的技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了微波集成電路技術(shù)的發(fā)展。

03.從junyong到民用的轉(zhuǎn)變

二戰(zhàn)后微波技術(shù)的研究與應(yīng)用逐漸從滿足軍事需求為主向民用領(lǐng)域過(guò)渡，具有代表性的便是微波爐的發(fā)明。從20世紀(jì)40年代開始，出現(xiàn)了許多利用微波進(jìn)行加熱的相關(guān)技術(shù)的成果。

如今微波爐已經(jīng)成為世界各地廣泛使用的食品加工和烹飪器具，許多美國(guó)人甚至認(rèn)為微波爐是20世紀(jì)70年代以來(lái)最重要的科學(xué)技術(shù)突破，在我國(guó)，微波爐在大中城市的普及率已經(jīng)達(dá)到80％以上。

微波的定義

微波的頻率在300MHz-3000GHz之間，波長(zhǎng)在0.1mm到1米之間，是分米波、厘米波、毫米波與亞毫米波、米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無(wú)線電波頻率高，通常也稱為“超高頻無(wú)線電波"。

 

微波的特點(diǎn)

1、穿透性   

微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于微波能與介質(zhì)發(fā)生一定的相互作用，以微波頻率2450MHz，使介質(zhì)的分子每秒產(chǎn)生24億五千萬(wàn)次的震動(dòng)，介質(zhì)的分子間互相產(chǎn)生摩擦，引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。

2、選擇性加熱   

物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因素來(lái)決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比水小得多。因此，對(duì)于食品來(lái)說(shuō)，含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大。

3、熱慣性小  

微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，升溫速度快。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無(wú)惰性的隨之改變，不存在“余熱"現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。

 4、似光性  

微波波長(zhǎng)非常小，當(dāng)微波照射到某些物體上時(shí)，將產(chǎn)生顯著的反射和折射，就和光線的反、折射一樣。同時(shí)微波傳播的特性也和幾何光學(xué)相似，能像光線一樣地直線傳播和容易集中，即具有似光性。

5、穿透性  

微波照射于介質(zhì)物體時(shí)，能深入該物體內(nèi)部的特性稱為穿透性。例如微波是射頻波譜中惟一能穿透電離層的電磁波（光波除外）。 

6、信息性  

微波波段的信息容量是非常巨大的，即使是很小的相對(duì)帶寬，其可用的頻帶也是很寬的，可達(dá)數(shù)百甚至上千兆赫。

7、非電離性  

微波的量子能量不夠大，因而不會(huì)改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞其分子的化學(xué)鍵，所以微波和物體之間的作用是非電離的。

微波的應(yīng)用

1、食品、保健品工業(yè)   

 

 

 

 

利用微波可對(duì)食品、保健品進(jìn)行滅菌、脫水、烘干、膨化、調(diào)味、脫腥、解凍、催陳和保鮮處理。目前已用于奶粉、奶酪、壯骨粉、洋參丸、豆粉、月餅、糕點(diǎn)、方便面、牛肉干、肉脯、肉條、肉松、魚干片、魚松、貝類、鹽水鴨、解凍魚肉禽蛋、醬菜、土豆片、腰果、花生、瓜子、大豆、白酒、黃酒、啤酒、牛奶、口服液、中藥材等的生產(chǎn)中。

2、木材加工   

采用大功率微波干燥機(jī)對(duì)2-10公分厚的木板進(jìn)行烘干，干燥速度快、木材不開裂、變形小、同時(shí)可殺死木材內(nèi)部的卵蟲和幼蟲，中高檔家具地板、包裝材料用途木料的處理合適。微波也可對(duì)竹木復(fù)合板和拼板交接的固化處理也很理想。        

3、殺蟲滅菌   

應(yīng)用微波加熱技術(shù)能在較低的濕度下滅菌殺蟲，若用微波處理食品和物料，在50-80度時(shí)就能起到殺蟲滅菌作用。目前廣泛應(yīng)用到大米、谷物、豆類、煙葉處理、竹材、木料、紙張、食品、醫(yī)藥等行業(yè)等。     

4、橡膠工業(yè)

微波技術(shù)應(yīng)用到橡膠工業(yè)中的橡膠硫化工藝中，與常規(guī)加熱保溫相結(jié)合，大大提高橡膠硫化時(shí)間和效率。目前在河北衡水地區(qū)、山東地區(qū)廣泛使用。   

 

 

 

5、陶瓷工業(yè)  

微波高溫可應(yīng)用于陶瓷工業(yè)，將傳統(tǒng)加熱和微波加熱方法相結(jié)合使用，可大大縮短陶瓷的干燥時(shí)間，同時(shí)不影響陶瓷燒制的成品率。    

6、煤炭干燥   

煤炭開采后通常含水率較高(35%左右)，如果采用常規(guī)烘干方法進(jìn)行干燥，速度慢、效率低，干燥不*，采用微波法干燥，可以使煤炭?jī)?nèi)外同時(shí)升溫，是水分蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)脫水干燥，效率得到大大提高。    

7、微波等離子技術(shù)   

半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中已經(jīng)采用微波等離子體技術(shù)，可進(jìn)行蝕刻、濺射、氣相沉積、氧化硅片；可用于金屬、合金、非金屬的表面處理；可用于陶瓷的高溫?zé)Y(jié)；可用于等離子體光譜分析，可檢測(cè)十幾種元素，另外還用于分解有毒化合物。    

  

8、微波醫(yī)療垃圾處理技術(shù)   

利用微波技術(shù)在無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下，使微波承載體迅速升至高溫，使得醫(yī)療垃圾在極短時(shí)間內(nèi)迅速處于高溫狀態(tài)，直接灰化，極大降低了燃燒過(guò)程中有毒氣體的產(chǎn)生。煙氣中氣體再采用微波等離子體火炬進(jìn)行高溫裂解，整個(gè)處理過(guò)程和處理環(huán)境實(shí)現(xiàn)全封閉無(wú)害化處理。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)于常規(guī)處理方法，開拓了微波應(yīng)用的新領(lǐng)域。

9、污水處理  

利用微波非熱效應(yīng)和熱效應(yīng)選擇吸波的“敏化劑"把微波能傳給水中的污染物而誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)物理及化學(xué)作用對(duì)水中的污染物進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化、加速流體中固、液分離，從而實(shí)現(xiàn)污水凈化的目的，是水處理領(lǐng)域中一場(chǎng)嶄新的革命。

10、微波制碳  

利用微波技術(shù)對(duì)竹子進(jìn)行高溫裂解，制作竹炭，大大提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還能提取到竹醋液，竹焦油等產(chǎn)品，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，優(yōu)于傳統(tǒng)窯爐方法制作竹炭，目前正在大力開始推廣使用。

微波解凍的應(yīng)用

微波解凍技術(shù)解凍速度快，微波能穿透到被加熱介質(zhì)內(nèi)部直接進(jìn)行整體加熱；節(jié)約成本，解凍過(guò)程簡(jiǎn)單，微波解凍技術(shù)淘汰自然解凍的解凍間和架子，避免了水解凍的水源浪費(fèi)，同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量便于控制；解凍后顏色、營(yíng)養(yǎng)成分和鮮肉相比基本無(wú)變化，保證食品的營(yíng)養(yǎng)性，能保持解凍物料的口味。解凍均勻性好，不會(huì)出現(xiàn)外熱內(nèi)冷的現(xiàn)象；并且實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，大限度的降低有害菌的繁衍，是目前肉制品解凍方式。

江蘇麥克威微波技術(shù)有限公司推出了專門用于冷凍肉的微波解凍設(shè)備。75kW/100kW微波回溫解凍系統(tǒng)（隧道式）主要用于規(guī)?；称芳庸て髽I(yè)和冷鏈過(guò)程中對(duì)冷凍肉制品的回溫解凍，其解凍速度快、效率高，可以使冷凍產(chǎn)品迅速解凍。通常-18℃升高到-3±1℃不超過(guò)4分鐘便可以完成解凍，肉損率＜1%，并且解凍均勻，不會(huì)對(duì)肉類內(nèi)部組織造成破壞，鎖住其營(yíng)養(yǎng)成分，保留肉類原有色澤、口感和品質(zhì)，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)解凍設(shè)備帶來(lái)的肉損率增加，節(jié)約原料。

麥克威工業(yè)微波解凍技術(shù)工藝環(huán)節(jié)優(yōu)勢(shì)：
（1）解凍速度快
①  微波能夠深入物料內(nèi)部直接進(jìn)行加熱，不需要熱傳導(dǎo)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率，大大節(jié)省解凍時(shí)間；
②  微波解凍即解即用，相較于傳統(tǒng)解凍動(dòng)則幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)的解凍時(shí)間而言，微波解凍可以根據(jù)不同的工藝要求在幾分鐘內(nèi)就可以解凍出可加工的解凍肉，細(xì)菌等微生物不易繁殖增長(zhǎng)；

（2）解凍均勻
微波解凍能使物料表里同時(shí)受到電磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生熱量。所以解凍均勻性好，不會(huì)出現(xiàn)外熱內(nèi)冷的現(xiàn)象；

（3）保證營(yíng)養(yǎng)性
微波能夠快速解凍的特點(diǎn)使得解凍物料能夠快速經(jīng)過(guò)相較于常規(guī)解凍而言細(xì)菌大量繁殖的外部環(huán)境中，避免污染，從而保持解凍物料的口味，蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等營(yíng)養(yǎng)成份不受破壞；

（4）減少肉損率
自然解凍和水解凍都會(huì)有血水流出，肉損率在5-10%，微波解凍無(wú)血水流出，肉損率小于1%；

（5）觸摸屏操作
微波解凍設(shè)備采用觸摸屏操作，可設(shè)定適宜于解凍工藝規(guī)范要求的電腦操作程序，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作；

（6）設(shè)備解凍成本低
微波解凍由于省去了污水處理的成本，僅僅投入設(shè)備的成本和設(shè)備維護(hù)運(yùn)行的費(fèi)用，在規(guī)?；纳a(chǎn)中，可以極大的降低解凍成本；

（7）微波加熱無(wú)熱慣性
在解凍肉溫升速率由微波輸出功率（微波供能速率）大小控制，相互具有同步性；

（8）設(shè)備連續(xù)運(yùn)行
可靠性高解凍設(shè)備可連續(xù)24小時(shí)工作，在磁控管與加熱箱之間安裝了大功率環(huán)形器，延長(zhǎng)了磁控管的壽命；

（9）環(huán)保
無(wú)污水排出，省去污水處理費(fèi)用；

（10）安全無(wú)害工作環(huán)境潔凈微波解凍是在金屬制成的封閉的解凍艙內(nèi)工作，箱體和傳送帶可以安全沖洗。