[发明专利]一种基于介电特性动态变化的微波干燥控制系统

说明书

本发明涉及一种基于介电特性动态变化的微波干燥控制系统，通过数学模型的预先输入来实时监测物料介电特性动态变化值，来提高不同批次、品种的果蔬以及药材等微波干燥后的品质。其整个过程在于：在微波干燥前首先输入一定频率下物料的介电常数、介电损耗因子与水分和温度分布的数学关系模型，建立介电常数和介电损耗因子随温度和水分变化的数学模型库；通过在线实时监测水分和温度，实现在线监测微波干燥过程中介电特性的动态变化值；综合分析介电特性、水分和温度对干燥过程的影响，控制微波干燥过程，实现物料干燥品质的最优化，并同时避免干燥过程中产生焦糊等负面影响。

技术领域

本发明涉及果蔬和中药材干燥技术领域，有其是涉及一种基于介电特性动态变化的微波干燥控制系统。

背景技术

近年来，国际上对农产品的微波干燥已经有一些研究，国内的相关研究也逐年增多。Reiner Ihns等人通过研究不同温度下两种杏果的干燥过程，比较了恒速干燥和降速干燥的干燥曲线、色度变化、营养成分以及能耗的不同，得出前者的能耗略低于后者，而色度又随干燥温度的升高而变差。徐明亮等人通过比较不同干燥方法对海芦笋干品品质的影响，发现微波干燥下产品的色泽、复水率介于热风干燥和冷冻干燥之间。黄建立等人研究了银耳的多种干燥法，通过对比得出银耳在微波干燥下除亮度值稍低外，其余品质均优于其它方法，而且能耗很低。

虽然国内外关于微波干燥的研究不少，但都存在着严重的不足，在微波干燥过程中，不能及时掌握物料的干燥情况，阻滞了微波干燥技术向大工业生产的快速扩散。具体表现为以下几个方面：(1)在微波干燥过程中很少对产品进行在线水分、温度检测和控制，导致在最后阶段产品温度大幅度升高、烤糊产品；(2)无法监控被干燥对象在干燥过程中的品质变化，经常导致微波干燥不足，烤糊等现象，使干燥后的物料出现口感变差，味道损失，色泽暗淡和复水能力下降等问题。

在专利方面，专利(公开号CN103005629A)公开了“微波热风联合红枣烘干机”，专利(公开号CN201974012U)公开了“微波热风联合干燥设备”，专利(公开号CN102735034A)公开了“一种侧面进风微波干燥设备”，这些设备虽可以完成微波和热风的联合干燥，但整个干燥过程缺乏有效的监测及控制，干燥过程的设计多按照恒温或者经验性的阶段变温进行。专利(公开号CN103263064A)公开了“一种微波、热风和真空及其联合干燥设备”，涉及了一定的监测和控制功能。以上干燥方法，不论是否带有监测和控制，在干燥过程中都缺乏对于物料品质的直接考量和控制，虽然干燥速率和能耗可以受到一定的控制，但干燥的质量完全不可控，并且目前尚无针对微波干燥专门设计的优化干燥系统，在考虑介电特性动态变化方面进行的优化更是完全空白。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种基于介电特性动态变化的微波干燥控制系统。本系统可以通过监测物料介电特性动态变化值来实现物料微波干燥品质的最优化，并同时避免干燥过程中产生焦糊等负面影响

本发明的技术方案如下：

一种基于介电特性动态变化的微波干燥控制系统，所述系统包括工业计算机数据库模块、神经网络辨识模块、数据采集模块、微波干燥模块、及微波控制模块；所述控制系统利用待干燥原料的介电损耗因子和介电常数来监控微波的干燥过程。

运用网络分析仪测定待干燥原料的介电特性随干燥物料温度和水分的变化值，在工业计算机数据库模块中进行数据处理，得到介电特性即介电损耗因子与被干燥原料的水分与温度关系的数学模型；所述水分是指待干燥物料中的水的重量与待干燥物料总重量的百分比。

所述控制系统利用已得到的的数学模型，即介电损耗因子和介电常数的变化值来控制微波的功率以及微波干燥的作用时间。

介电损耗因子与被干燥原料的水分与温度关系的数学模型的检测方法为：固定频率分别为工业微波频率即915MHz和家用微波频率即2450MHz，使用网络分析仪同轴电缆设备测定物料的不同水分下条件下，随温度变化的介电损耗因子；