CN109921745A - 侧面输出型射频谐振发生器及杀虫杀菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧面输出型射频谐振发生器及杀虫杀菌装置。本发明一种侧面输出型射频谐振发生器，包括：高频谐振腔和真空电子管箱；所述真空电子管箱由真空电子管采用绝缘支柱和绝缘板固定并封闭形成，位于所述高频谐振腔内中央；所述高频谐振腔包括箱体金属外壳、谐振腔输出极板、谐振调节电容极板和输出耦合极板。本发明的有益效果：采用全封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路，具有电路结构简单，调整方便，振荡频率稳定度高，成本低、寿命长等优点。具有相当高的频率稳定度，振荡频率可以稳定在中心频率的±0.8％以内。

Description

侧面输出型射频谐振发生器及杀虫杀菌装置

技术领域

本发明涉及杀虫杀菌领域，具体涉及一种侧面输出型射频谐振发生器及杀虫杀菌装置。

背景技术

射频是一种频率区间在3～300MHz之间的高频交流电磁波。在工业中允许使用的射频频率段为13.56,27.12和40.68MHz。频率相比微波相对较低，因此对物料有更深的穿透效果。在射频的高频磁场作用下极性分子往复旋转，带电离子往复移动，因此置于高频电磁场中非金属材料(农产品)内的极性分子和带电离子与周围分子产生摩擦而发热，使含水样品在整个体积内同时加热，从而加快了样品的升温速率。通过利用介质损耗因子不同的原理对农产品进行选择性加热从而起到杀虫杀菌的目的。采用射频的方式进行加热，介质受热均匀、快速，且具有选择性加热的特性，因此射频加热是一种理想、有效的冷加热手段。在农作物(或食品)杀虫杀菌领域，选择性地迅速升温害虫和细菌，破坏其蛋白质结构，达到杀死它们的效果，而农作物(或食品)升温较小，既保存了营养成分又具有良好的口感，因此具有十分光明的应用前景。

传统技术存在以下技术问题：

集总参数LC谐振电路频率易偏移，对附近的无线设备造成干扰，并且需要选用价格更高、电气特性更好的电路元器件，造成设备成本的增加。加上集中参数元件在高频、高压的工作环境下易出现老化、电气特性下降等问题，造成整个装置工作不稳定，工作效率低，出现安全隐患等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种侧面输出型射频谐振发生器及杀虫杀菌装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种侧面输出型射频谐振发生器，包括：高频谐振腔和真空电子管箱；所述真空电子管箱由真空电子管采用绝缘支柱和绝缘板固定并封闭形成，位于所述高频谐振腔内中央；所述高频谐振腔包括箱体金属外壳、谐振腔输出极板、谐振调节电容极板和输出耦合极板；所述谐振腔输出极板为长方体箱无底面结构；所述谐振调节电容极板位于高频谐振腔内侧面谐振输出极板和真空电子管箱之间；所述输出耦合极板由绝缘底座固定于高频谐振腔内右侧，通过输出过度极板和输出软铜箔从箱体侧面引出与负载极板相连接。

本发明的有益效果：

采用全封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路，具有电路结构简单，调整方便，振荡频率稳定度高，成本低、寿命长等优点。具有相当高的频率稳定度，振荡频率可以稳定在中心频率的±0.8％以内。

在其中一个实施例中，所述高频谐振腔内，谐振输出极板倒扣在真空电子管箱上并与真空电子管箱顶部用螺丝固定在一起，谐振输出极板的外表面和箱体金属外壳内表面及高频谐振腔之间存在间隙形成空气电容；同时，真空电子管箱体本身存在的分布电感构成谐振电路的主电感；电感与电容并联构成分布参数形成的分布式谐振电路，作为真空电子管射频振荡的主回路。

在其中一个实施例中，所述谐振腔输出极板存在的电感与输出耦合极板存在的电感相耦合，形成耦合变压器的形式，实现射频能量的馈送。

在其中一个实施例中，所述输出耦合极板由绝缘底座支撑，一端用于向射频杀虫杀菌处理极板馈送射频功率，另一端从箱体底部引出到箱体上部回到真空电子管的栅极，作为反馈控制。

在其中一个实施例中，所述输出耦合极板位置被配置为可以上下移动改变耦合比实现输出负载匹配，调整装置达到最大功率输出。

在其中一个实施例中，所述谐振调节电容极板被配置为左右可以微调进而改变电容量。

在其中一个实施例中，所述箱体金属外壳整体接地。

在其中一个实施例中，所述箱体金属外壳之外还设有强迫风冷装置，所述强迫风冷装置用于冷却真空电子管及射频谐振箱体。

一种包含所述侧面输出高频谐振射频发生器的杀虫杀菌装置，还包括电源输入部分、高压整流部分、控制部分及负载匹配输出部分。

在其中一个实施例中，所述负载匹配输出部分是整合在所述高频谐振腔内的。

附图说明

图1为射频谐振杀虫杀菌装置的主要结构图。1电源输入部分，2高压整流部分，3参数分布式射频谐振发生器部分，4负载输出部分，5控制部分。

图2为本侧面输出型射频谐振发生器的集总参数等效电路图。

图3为本侧面输出型射频谐振发生器的结构等效示意图。6高频谐振腔，7真空电子管箱体，8箱体金属外壳，9穿孔电容，10灯丝扼流线圈，11栅极反馈调节电感，12栅极高频扼流圈，13穿孔电容，14陶瓷电容，15陶瓷电容，16谐振腔输出极板，17谐振调节电容极板，18真空电子管，19阳极扼流圈，20绝缘支柱和绝缘板，21输出耦合极板，22输出极板连接过渡板，23输出极安装底座，24负载电容极板。

图4为本侧面输出型射频谐振发生器的结构原理俯视图。25输出极板，26输出极连接软铜箔，27输出过渡极，28谐振腔输出极板，29谐振腔内箱，30谐振腔高压电容，31真空电子管阳极连接板，32真空电子管阳极连接底板。

图5为本侧面输出型射频谐振发生器的结构原理主视图。33谐振腔内箱封闭板，34真空电子管，35真空电子管阳极及安装底座，36真空电子管阳极底座支撑体，37谐振调节电容极板，38输出极安装底座，39输出耦合极板，40输出极连接过渡板。

图6为射频杀虫杀菌***的输出电路示意图。41、42为处理腔负载电容极板，43为待处理物料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

图2为本侧面输出型射频谐振发生器的集总参数等效电路图，图3为本侧面输出型射频谐振发生器的结构等效示意图，图4为本侧面输出型射频谐振发生器的结构原理图。图2是图3的集总电路等效原理图，图3是由图4所提供的结构得到的分布参数等效示意图。在图2中，C1为阳极旁路电容，C2为阳极隔直电容(30谐振腔高压电容)，C3为阳极槽路电容(由谐振调节电容极板17和箱体金属外壳8构成)，C4为栅极隔直电容(陶瓷电容15)，C5为栅极旁路电容(穿孔电容13)，C6为反馈旁路电容，C7阴极旁路电容(陶瓷电容14)，为C0为负载电容(负载电容极板24)，V为真空电子管，A、G、K分别为真空电子管的阳极(屏极)、栅极、阴极，R为栅漏电阻，L1为阳极扼流圈(阳极扼流圈19)，L2为栅极反馈调节电感(栅极反馈调节电感11)，L3为栅极高频扼流圈(栅极高频扼流圈12)，L4为灯丝扼流线圈(灯丝扼流线圈10)，L5为反馈高频扼流线圈T为变压器，L6为变压器的一次绕组(由真空电子管箱体7自身电感构成)，L7为变压器的二次绕组(由输出耦合极板21电感构成)。在图2中，高频并联谐振电路由电容C3和变压器T一次绕组L6组成，即阳极谐振槽路，为本发明中参数分布式谐振腔结构等效出的集总参数电路。变压器T二次绕组L7一端与负载电容C0非接地端连接，另一端接地，由此L7与C0构成另一个谐振电路，当两路谐振电路谐振频率相同时实现能量的传输。真空电子管V的阳极A通过阳极扼流圈L1与高压整流部分的正极相接；阴极K一端通过灯丝扼流线圈与灯丝电源正极相连，另一端直接接地或通过电容接地；栅极G通过栅极反馈电感L2后一条支路与栅极隔直电容C4串联接地，另一条支路经高频扼流圈L3、栅极旁路电容C5、栅漏电阻R接地，而在电感L3与电阻R之间引出一条同轴电缆线接到输出端作为反馈。振荡电路的反馈电容由真空电子管V的屏-栅极间电容Cag构成。阳极与阳极谐振电路之间存在着隔直电容C2，可以保证LC高频并联谐振电路无直流信号，在LC高频并联谐振电路中，电感为真空电子管箱体自身电感构，它与输出耦合极板的电感构成耦合变压器的形式，不仅使得谐振产生的能量可以传输到负载输出部分，而且对谐振与输出端起到电气隔离的作用。输出耦合极板可以上下微移动，通过调整输出耦合板的位置，可改变耦合度，使得其与匹配负载。射频杀虫杀菌装置在工作过程中，负载电容C0的变化(由处理物料介电常数ξ的变化引起)，对射频发生器谐振频率几乎没有影响，装置工作频率稳定度高。

图3为本侧面输出型射频谐振发生器的结构等效示意图，其电路特征及连接由图4所示的全封闭式箱体结构而确定，本谐振腔式射频发生器的固有工作频率为27.12MHz(由腔体结构决定)，并通过施加栅极负偏压实现振荡电路的工作状态及输出功率。如图3所示，本谐振射频发生器分为上、中、下三个腔体，箱体金属外壳8接地，上腔体用于安放灯丝扼流线圈19、栅极反馈调节电感11、栅极高频扼流圈12等体积较大的电气元器件，其中灯丝扼流线圈10一端由穿孔电容9从外部进线，另一端接到真空电子管18阴极K；栅极反馈调节电感11可上下移动来调节其电感大小，它的一端与真空电子管18栅极G相连，另一端连接栅极高频扼流圈12再通过穿孔电容13引入由下腔体输出回路接出的反馈线形成功率反馈控制电路。中间腔体部分为高频谐振腔6，而真空电子管箱7安装于高频谐振腔内部。下腔体用于布线和灯丝变压器、通风管道的安放。高频谐振腔6内分为真空电子管箱7、谐振和输出部分。在真空电子管箱7内，用绝缘支柱和绝缘板20固定真空电子管18V，18真空电子管阳极A与19阳极扼流圈相连再进入下腔体进行布线，整个真空电子管箱7的冷却依赖于底部安装的强迫风冷装置(安装于本装置之外部)。谐振腔输出极板16的上平面的内表面与真空电子管箱7上表面固定在一起，同时与箱体金属外壳8和谐振调节电容极板15之间留有间隙形成阳极槽路电容C3。而谐振调节电容极板15可以左右移动对电容进行微调整使阳极谐振频率得到调节，这样既省去了昂贵的真空可调电容，又易于调整与维护。真空电子管箱体7凭借本身结构特点形成谐振电感，它与输出部分的输出耦合极板21的自身电感耦合，形成耦合变压器T，从而实现能量传递与阻抗匹配。输出耦合极板21通过输出极安装底座23固定在高频谐振腔6内右端，输出极板22连接过渡板与输出耦合极板21相连接，并通过软铜箔与处理腔内的负载电容C0的极板相连。

如图4、图5所示，真空电子管箱7即为谐振腔内箱29，其位于整个高频谐振腔6中央部分，它们之间用谐振腔内筒封闭板33隔离，并用螺丝固定。在谐振腔内箱29内还安装有两个谐振腔高压电容30呈并联形式，等效于图2中的阳极隔直电容C2，其一端与真空电子管阳极连接板31相连，另一端连至谐振腔输出极板28。而真空电子管阳极连接底板31则与图3中阳极扼流圈19相连，接至下腔体连接高压电源，因为电压等级较高其连接导线应用绝缘支柱支撑进行绝缘。输出耦合极板39用输出极安装底座38固定，其位置可以上下移动进行负载匹配，调整整个装置达到最大功率输出。射频输出由输出过渡极27从箱体侧面引出并通过输出软铜箔与负载电容C0的上极板41相连，负载电容C0下极板42与箱体金属外壳8相连接。箱体金属外壳8作接地处理，整个8箱体金属外壳既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。

在上述实施方法基础上，优选箱体及各导体平板为厚度为3mm的纯铝板，铜箔采用厚度0.2mm铜箔带。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，包括：高频谐振腔和真空电子管箱。所述真空电子管箱由真空电子管采用绝缘支柱和绝缘板固定并封闭形成，位于所述高频谐振腔内中央；所述高频谐振腔包括箱体金属外壳、谐振腔输出极板、谐振调节电容极板和输出耦合极板；所述谐振腔输出极板为长方体箱无底面结构；所述谐振调节电容极板位于高频谐振腔内侧面谐振输出极板和真空电子管箱之间；所述输出耦合极板由绝缘底座固定于高频谐振腔内右侧，通过输出过度极板和输出软铜箔从箱体侧面引出与负载极板相连接。

2.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述高频谐振腔内，谐振输出极板倒扣在真空电子管箱上并与真空电子管箱顶部用螺丝固定在一起，谐振输出极板的外表面和箱体金属外壳内表面及高频谐振腔之间存在间隙形成空气电容；同时，真空电子管箱体本身存在的分布电感构成谐振电路的主电感；电感与电容并联构成分布参数形成的分布式谐振电路，作为真空电子管射频振荡的主回路。

3.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述谐振腔输出极板存在的电感与输出耦合极板存在的电感相耦合，形成耦合变压器的形式，实现射频能量的馈送。

4.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述输出耦合极板由绝缘底座支撑，一端用于向射频杀虫杀菌处理极板馈送射频功率，另一端从箱体底部引出到箱体上部回到真空电子管的栅极，作为反馈控制。

5.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述输出耦合极板位置被配置为可以上下移动改变耦合比实现输出负载匹配，调整装置达到最大功率输出。

6.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述谐振调节电容极板被配置为左右可以微调进而改变电容量。

7.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述箱体金属外壳整体接地。

8.根据权利要求1所述的侧面输出型射频谐振发生器，其特征在于，所述箱体金属外壳之外还设有强迫风冷装置，所述强迫风冷装置用于冷却真空电子管及射频谐振箱体。

9.一种包含权利要求1-8任一所述侧面输出高频谐振射频发生器的杀虫杀菌装置，其特征在于，还包括电源输入部分、高压整流部分、控制部分及负载匹配输出部分。

10.根据权利要求9所述的杀虫杀菌装置，其特征在于，所述负载匹配输出部分是整合在所述高频谐振腔内的。