本发明涉及一种微波加热温度均匀性控制方法，尤其是一种微波加热温度均匀性主动控制方法，具体地说是一种基于加热模式互补的微波加热温度均匀性主动控制方法。
背景技术：
微波是频率为300m至300ghz的电磁波。微波加热是材料依靠吸收微波能并将其转换成热能，从而使材料整体同时升温的加热方式。由于具有高频特性，微波电磁场以数十亿次/秒的惊人速度进行周期性变化，材料中的极性分子（典型的如水分子、蛋白质、核酸、脂肪、碳水化合物等）在高频电磁场的作用下亦以同样的速度做极性运动，致使分子间频繁碰撞而产生大量摩擦热，从而导致物料在短时间内温度迅速升高。基于上述加热机理，微波加热具有加热速度快、温度梯度小、选择性加热、易于控制等一系列优点，因此被广泛应用于食品加工、材料处理、化学合成等各大领域。
然而，由于微波在密闭金属腔体中会产生稳定的驻波谐振状态，腔体内各点电磁场强度分布不均匀，因此微波加热从原理上具有被加热对象表面温度分布不均匀的难题。温度不均匀分布严重威胁食品加工的卫生安全和零件处理的成型质量。现有方法采用模式搅拌器和旋转托盘等实现微波电磁场和被加热对象间的随机相对运动来改善温度均匀性。由于微波电磁场和被加热对象间的相对运动是随机的，上述方法可以在一定程度上改善微波加热的温度均匀性，但也可能进一步加剧温度不均匀分布的程度，无法从原理上实现均匀的微波加热过程。
针对上述问题，本发明提供一种基于加热模式互补的微波加热温度均匀性主动控制方法（加热模式是指被加热对象在特定微波系统设置下产生的温度分布状态）。该方法通过对待加热零件预加热以获得不同微波系统设置下的加热模式，在微波加热过程中实时监测零件的温度分布，对不均匀的温度分布自动匹配互补的加热模式，实时调整微波系统设置，对不均匀的温度分布进行主动补偿。本发明从原理上突破了微波不均匀加热的难题，可以显著提高被加热对象在微波加热过程中的温度均匀性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对目前微波加热存在的零件温度分布不均匀的问题，发明一种基于加热模式互补的微波加热温度均匀性主动控制方法，从原理上突破微波不均匀加热的难题，实现零件的均匀微波加热。
本发明的技术方案是：
一种基于加热模式互补的微波加热温度均匀性主动控制方法，其特征在于：通过对待加热零件预加热以获得不同微波系统设置下的加热模式，构建微波加热模式数据库；对零件进行微波加热时，实时监测该零件的温度分布情况，当零件面内温度差超过设定值时，在微波加热模式数据库中快速检索能与当前加热模式互补的加热模式，并根据检索到的加热模式实时调整微波系统设置，主动补偿零件的不均匀温度分布；上述温度监测、模式检索和主动补偿过程实时、反复进行，直至完成零件的微波加热过程。
上述的零件预加热过程可重复多次进行，但最高预加热温度应不影响零件的结构和性能。微波加热模式数据库构建完成后，可对该数据库中的微波加热模式进行分类分析以提高模式检索效率。
本发明的有益效果：
基于在线监测零件温度分布和加热模式互补方法主动补偿零件在微波加热过程中出现的不均匀温度分布，从原理上突破了微波不均匀加热的难题，显著提高了被加热对象在微波加热过程中的温度均匀性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种基于加热模式互补的复合材料微波加热温度均匀性主动控制方法，其具体步骤如下：
本实施例采用短切碳纤维毡/环氧树脂复合材料层合板（尺寸：400×400×3mm）为加热对象。将复合材料板放入微波腔体后，对待加热零件进行预加热。预加热过程的最高加热温度为70℃，当温度达到70℃时对复合材料板进行降温，然后重复对复合材料板进行预加热过程，直至获得足够的微波加热模式。在零件预加热过程中，通过不断改变16路微波源各自的开关状态和功率大小实时调整微波系统设置，并采用红外热像仪获得第k个系统设置运行完成时刻tk的温度分布状态；通过采用tk时刻的温度分布状态减去tk-1时刻的温度分布状态即获得第k个微波系统设置下零件的温度分布状态；通过去除δt=tk-tk-1时刻内热传导和真空袋等边界条件对零件温度分布状态的影响，即获得第k个微波系统设置下复合材料板对应的加热模式。获得足够的加热模式后，建立各个加热模式与微波系统设置间的一一对应关系，构建复合材料板的微波加热模式数据库，并采用图像聚类方法对上述加热模式数据库进行分类以提高各个加热模式的检索效率。在对复合材料板进行微波加热固化过程中，采用红外热像仪实时监测该零件的温度分布情况，当零件面内的最大温度差超过6℃时，在微波加热模式数据库中快速检索能与当前加热模式互补的加热模式，并根据检索到的加热模式实时调整微波系统设置，主动补偿零件的不均匀温度分布；上述温度监测、模式检索和主动补偿过程实时、反复进行，直至完成复合材料板的固化成型。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。