Казанские ученые получили точную картину температурного поля в СВЧ-реакторе

Коллектив ученых КНИТУ-КАИ запатентовал устройство, с помощью которого можно выявить неравномерность нагревания объектов в адаптивном СВЧ-реакторе. Технология поможет точнее управлять технологическими процессами.

Адаптивный СВЧ-реактор — это установка, которая использует энергию сверхвысокочастотного (микроволнового) излучения для запуска, ускорения и управления химическими, плазменными или теплофизическими процессами. Такие реакторы применяются в нефтехимии при переработке сырья, в атомно-водородной энергетике, в электронике для создания плазмы, в которой осаждаются тонкие пленки и выращиваются монокристаллы. Целевое назначение разработанного устройства — управление процессом полимеризации композитных материалов.

В адаптивных СВЧ-реакторах важно не только понимать, насколько сильно нагрелся объект, но и как именно распределяется температура по его поверхности и объему. Неравномерность электромагнитного поля приводит к неравномерному нагреву отдельных участков объекта, находящегося в реакторе, а степень неравномерности указывает на возможность брака.

Контролировать температуру внутри работающего реактора обычными электронными датчиками сложно. Они могут искажать электромагнитное поле, мешать нагреву и не всегда выдерживают условия внутри установки. Волоконно-оптические датчики не боятся электромагнитного излучения, однако существующие их версии не учитывают отраженную СВЧ-мощность. Разработчики КНИТУ-КАИ предложили учитывать одновременно прошедшее и отраженное излучение.

«Новизна нашего решения в том, что система учитывает и прошедшую через объект мощность, и отраженную от него часть сигнала. Это делает измерение бесконтактным более информативным и позволяет получить более точную картину температурного поля», — рассказали разработчики, профессора кафедры радиофотоники и микроволновых технологий КНИТУ-КАИ Геннадий и Олег Морозовы.

Изобретение казанских ученых превращает невидимый процесс микроволнового нагрева в понятную карту тепла, где видно, какие участки объекта прогреваются сильнее, а какие слабее.

Суть решения в том, что в СВЧ-реакторе под и над объектом размещают две матрицы термочувствительных элементов с волоконно-оптическими датчиками: одна воспринимает СВЧ-излучение, прошедшее через объект, другая — излучение, отраженное от него. Нижняя матрица размещается под объектом и нагревается излучением, прошедшим сквозь него. Верхняя матрица стоит над объектом и нагревается отраженной от него частью СВЧ-поля. В каждый элемент встроен волоконно-оптический датчик температуры, а его сигнал считывается оптически, что позволяет обойтись без электрического контакта в зоне излучения.

В основе датчиков лежат адресные волоконные брэгговские структуры. Это собственная разработка ученых КНИТУ-КАИ. По словам разработчиков, она позволяет упростить и удешевить интеррогатор — устройство, которое считывает информацию с волоконно-оптических датчиков, — и использовать измерения в режиме реального времени.

Новая система предназначена для бесконтактного мониторинга температурного поля непосредственно во время работы СВЧ-реактора. Такой контроль поможет отслеживать распределение нагрева и точнее управлять технологическими процессами, в частности при производстве композитных материалов.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации