阅读说明：本技术 防爆矿用智能型食物加热装置 (Explosion-proof mining intelligent food heating device ) 是由 刘志刚 宋建成 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了防爆矿用智能型食物加热装置,包括：微波加热模块,用于进行微波加热；瓦斯浓度采集模块,用于获取所述防爆矿用智能型食物加热装置附近的瓦斯浓度；控制模块,用于在所述瓦斯浓度超过预设瓦斯浓度阈值时控制所述防爆矿用智能型食物加热装置断电。本发明通过对环境进行监测,可以有效防止加热装置爆炸,保证工作人员加热用餐的安全性。(The embodiment of the invention discloses an explosion-proof mining intelligent food heating device, which comprises: the microwave heating module is used for carrying out microwave heating; the gas concentration acquisition module is used for acquiring the gas concentration near the intelligent food heating device for the explosion-proof mine; and the control module is used for controlling the explosion-proof mining intelligent food heating device to be powered off when the gas concentration exceeds a preset gas concentration threshold value. According to the invention, through monitoring the environment, the heating device can be effectively prevented from exploding, and the safety of heating and dining by workers is ensured.)

防爆矿用智能型食物加热装置

技术领域

本发明实施例涉及井下加热设备技术领域，具体涉及防爆矿用智能型食物加热装置。

背景技术

当前，井下人员在食用食品前需要用特殊的加热装置对食品进行加热，以保证井下人员的身体健康。

目前，目标煤矿井下的加热装置包括涡流加热装置。涡流加热装置包括加热锅和加热线圈，由加热线圈通过涡电流对加热锅进行加热，在加热锅上产生感应电流，通过锅体自身的电阻发热，产生热量。当目标的涡流加热装置容易发生***，器件损害率高。

发明内容

为此，本发明实施例提供防爆矿用智能型食物加热装置，以解决现有技术中煤矿井下的加热装置容易发生***，器件损害率高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明的实施例公开了一种防爆矿用智能型食物加热装置，包括：微波加热模块，用于进行微波加热；瓦斯浓度采集模块，用于获取所述防爆矿用智能型食物加热装置附近的瓦斯浓度；控制模块，用于在所述瓦斯浓度超过预设瓦斯浓度阈值时控制所述防爆矿用智能型食物加热装置断电。

进一步地，还包括：温湿度信息采集模块，用于获取所述防爆矿用智能型食物加热装置附近的温度和湿度；其中，所述控制模块还用于在所述温度超过预设温度阈值或所述湿度超过预设温度阈值时控制所述防爆矿用智能型食物加热装置断电。

进一步地，还包括：通信模块，用于将所述防爆矿用智能型食物加热装置的设备工作信息实时上传给地面监控终端。

进一步地，所述微波加热模块包括：电源接口，用于连接外部电源；全桥滤波整流模块，用于对外部电源提供的电压进行全桥滤波整流得到直流电压；全桥变换模块和变压模块，用于对直流电压进行处理得到具有第一交流电压电路和第二交流电压电路；磁控管，所述磁控管的阴极分别与所述第一交流电压电路和所述第二交流电压电路相连；电压采样模块，与所述磁控管相连，还用于采集所述磁控管的电压；变频控制电路，与所述电源接口、所述全桥变换模块和所述电压采样模块相连，所述变频控制电路用于根据所述磁控管的电压控制所述全桥变换模块，以实现变频调节。

进一步地，所述第一交流电压电路提供4400V交流电压，所述第二交流电压电路提供3.3V交流电压，所述第一交流电压电路用于连接所述磁控管阴极的第一端，所述第二交流电压电路用于连接所述磁控管阴极的第一端和第二端。

进一步地，所述第一交流电压电路包括：倍压电路，连接在所述变压模块和所述磁控管阴极的第一端之间，用于进行倍压变换。

进一步地，在所述电压采集模块和所述变频控制电路之间还设置有光耦隔离模块。

进一步地，还包括：显示模块，与所述控制模块相连，用于显示所述防爆矿用智能型食物加热装置的工作状态信息。

进一步地，所述显示模块为防爆显示器。

进一步地，还包括：键盘输入模块，与所述变频控制电路相连，用于对所述变频控制电路输入功率和时间信息，以便所述变频控制电路根据输入的功率和时间信息控制所述磁控管的工作状态参数。

本发明具有如下优点：

本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置，可以监测周围的瓦斯浓度，并在瓦斯浓度超限时控制加热装置断电，有效防止加热装置***。此外，还设置了温湿度传感器获取加热装置的温湿度信息，在温度过高或湿度过高时控制加热装置断电，进一步防止加热装置***。加热装置将工作状态信息发送给地面监控中心，方便地面监控中人的工作人员对加热装置的工作状态进行实时监控，当加热装置处于危险状态时，工作人员可以通知井下人员关闭加热装置，可以提升加热装置的安全性，同时保证工作人员加热用餐的安全性。本发明的加热装置采用的微波电源采用采用移相控制全桥变换技术，可以有效降低设计难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置的结构框图；

图2为本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置的电路结构框图；

图3为本发明实施例中变化模块与磁控管之间的电路图；

图4为本发明实施例中单片机控制电路的结构框图；

图5为本发明实施例中微波电源电路的结构框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”和“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置的结构框图。如图1所示，本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置，包括：微波加热模块、瓦斯浓度采集模块和控制模块。其中，微波加热模块用于对井下带加热的食物进行加热。瓦斯浓度采集模块用于获取防爆矿用智能型食物加热装置附近的瓦斯浓度。控制模块用于在瓦斯浓度超过预设瓦斯浓度阈值时控制防爆矿用智能型食物加热装置断电。

具体地，由于井下工作可能会存在瓦斯浓度超标，此时若进过加热装置工作时的产生的热量或电子元件产生的电流则容易导致瓦斯***。本发明通过监测瓦斯浓度，并在瓦斯浓度超过标识瓦斯安全浓度的瓦斯阈值时，控制加热装置断电，从而可以有效避免加热装置***，进而可以保证工作人员加热用餐的安全性。

在本发明一个实施例中，防爆矿用智能型食物加热装置还包括显示模块，显示模块与控制模块相连，用于显示防爆矿用智能型食物加热装置的工作状态信息。进一步地，显示模块为防爆显示器，可以有效避免显示器***造成人身伤害事故且可以避免设备损坏。

在本发明的一个实施例中，微波加热模块包括电源接口、全桥滤波整流模块、全桥变换模块和变压模块、磁控管和变频控制电路。

其中，电源接口用于连接外部电源。

全桥滤波整流模块，用于对外部电源提供的电压进行全桥滤波整流得到直流电压。

全桥变换模块和变压模块，用于对直流电压进行处理得到具有第一交流电压电路和第二交流电压电路。

磁控管，磁控管的阴极分别与第一交流电压电路和第二交流电压电路相连；电压采样模块，与磁控管相连，还用于采集磁控管的电压。

变频控制电路，与电源接口、全桥变换模块和电压采样模块相连，变频控制电路用于根据磁控管的电压控制全桥变换模块，以实现变频调节。

进一步地，第一交流电压电路提供4400V交流电压，第二交流电压电路提供3.3V交流电压，第一交流电压电路用于连接磁控管阴极的第一端，第二交流电压电路用于连接磁控管阴极的第一端和第二端。

进一步地，第一交流电压电路包括：倍压电路，连接在变压模块和磁控管阴极的第一端之间，用于进行倍压变换。

进一步地，在电压采集模块和变频控制电路之间还设置有光耦隔离模块。

图2为本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置的电路结构框图。如图2所示，矿井电源(例如电压127V)一路接微波电源，另一路接单片机控制电路。

图3为本发明实施例中变化模块与磁控管之间的电路图。如图3所示，接微波电源的一路：127V电压经过全桥滤波整流模块进行整流滤波后得到约170V直流电压，170V直流电压再经过全桥逆变电路和高频变压器得到两路高频交流电压(约2200V和3.3V)，其中2200V电压经过二倍压电路后得到大约4400V直流高压加到磁控管阴极，同时3.3V电压也加到磁控管阴极两端。

磁控管其主墨由无氧铜阳极谐振腔、支架、散热片、耦合天线、磁铁、灯丝组成。其中灯丝(即阴极)在加热后表面迅速发射足够量的电子。阴极需具有良好的机械强度，以承受部分回轰电子的撞击，其材料一般为钍钨丝。阳极用导电性能和气密性能都很好的无氧铜制成，阳极外装有散热片以散发磁控管工作时消耗的热能，阳极空腔形式一般为孔槽式，谐振腔数量为偶数，其多腔谐振系统决定了磁控管的振荡频率。

磁控管工作时所需的轴向恒定磁场由永久磁铁产生。当磁控管通电后，径向直流电场中的电子在阴极和阳极间作直线运动。轴向稳恒磁场中电子在阴极圆形表面附近作螺旋线运动，电场力和磁场力共同作用于电子，使其做摆线运动。在正交的电场磁场中，电子实现动能和电位能的相互转换。同时也就将高速电子的动能转化为电磁场的能量，放大的电磁场通过耦合天线传递到磁控管外部。

接单片机控制电路的一路：127V电压经过单片机电路板上的变压器变压后得到12VDC(给继电器供电)和5VDC(给单片机供电)两路直流电压，从而保证控制电路正常工作。

在本发明一个实施例中，防爆矿用智能型食物加热装置还包括温湿度信息采集模块。温湿度信息采集模块用于获取防爆矿用智能型食物加热装置附近的温度和湿度。控制模块还用于在温度超过预设温度阈值或湿度超过预设温度阈值时控制防爆矿用智能型食物加热装置断电。

图4为本发明实施例中单片机控制电路的结构框图。如图4所示，矿用本安电源为各类元器件提供工作电压，矿用本安电源具有更高的安全性，适合为矿用设备供电。

利用温度、湿度传感器对磁控管和变压器的温度和其所处的环境湿度进行监控，当温度过高或湿度过高时自动切断电路，从而提高加热装置的安全性和工作人员的安全性。

在本发明的一个实施例中，防爆矿用智能型食物加热装置还包括通信模块，通信模块用于将防爆矿用智能型食物加热装置的设备工作信息实时上传给地面监控终端。具体地，本发明增加了以太网接口模块，具备联网功能，配合相应的控制系统可以将设备的工作状况实时上传给地面监控中心，实现智能化控制。

时钟模块是给单片机提供震荡时钟。

在本发明的一个实施例中，防爆矿用智能型食物加热装置还包括键盘输入模块。键盘输入模块与变频控制电路相连，用于对变频控制电路输入功率和时间信息，以便变频控制电路根据输入的功率和时间信息控制磁控管的工作状态参数。

磁控管供电电压反馈信号：单片机可以根据反馈信号的大小来控制PWM调制波的输出，从而改变变频芯片输出信号的频率，进而改变全桥逆变电路中开关管的切换频率，实现变频调节。

图5为本发明实施例中微波电源电路的结构框图。如图5所示，矿井127V电压经滤波整流后送至全桥逆变电路模块，全桥逆变电路在变频主控芯片的控制下，通过改变开关管的切换频率来改变加在磁控管两端的电压，从而实现变频调节功率。

将127V输入电压进行整流滤波，并送至变频主控芯片的相应引脚处，变频主控芯片也会根据输入端电压的变化来改变输出信号的频率，从而改变开关管的切换频率，改变变压器次级电压，从而实现稳压功能。

煤矿井下电压偏低(仅127V)，如果按照传统微波电源采用半桥或正激变换拓扑电路结构，会增大高频变压器的设计难度。因此这里采用移相控制全桥变换技术。

微波电源在采用移相全桥技术的基础上，利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏感作为谐振元件，使全桥变换器中的四个开关管依次在零电压下导通，实现软开关技术。由于减少了开关过程中的损耗，提高了变压器初级侧的电压，可以保证变换器效率达80％～90％；同时降低了开关管在切换过程中的发热情况，有利于微波电源安全稳定的运行，因此十分适合用于井下。

本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置，加热为内外整体同步加热，与常规外部加热方法(传导、对流、辐射)相比，具有加热均匀、能量损耗小、选择性加热、加热效率高等优点。

通过均匀穿透的能量作用而大幅提高加工材料的质量。如采用微波高温合成技术可生产出世界上高品质的磁性材料、动力电池材料、氮化铁合金材料。

通过整体同步的能量作用而大幅缩短材料的加热或加工时间，提高加热或加工效率数倍乃至数百倍。如采用微波烧结技术生产氮化硅锰，效率提高30倍，生产成本降低70％。

因材料的加热或加工效率高而显著节能，通常较常规电加热窑炉可省电50％以上，如烧制氮化硅锰的材料可节电80％左右。

本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置，可以监测周围的瓦斯浓度，并在瓦斯浓度超限时控制加热装置断电，有效防止加热装置***。此外，还设置了温湿度传感器获取加热装置的温湿度信息，在温度过高或湿度过高时控制加热装置断电，进一步防止加热装置***。加热装置将工作状态信息发送给地面监控中心，方便地面监控中人的工作人员对加热装置的工作状态进行实时监控，当加热装置处于危险状态时，工作人员可以通知井下人员关闭加热装置，可以提升加热装置的安全性，同时保证工作人员加热用餐的安全性。本发明的加热装置采用的微波电源采用采用移相控制全桥变换技术，可以有效降低设计难度。

另外，本发明实施例的防爆矿用智能型食物加热装置的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。