本發(fā)明主要涉及木材微波預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：
微波加熱由于具有即時性、整體性、選擇性和高效性等特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于物料干燥與加熱、化學(xué)反應(yīng)與合成、生物滅菌與殺蟲等領(lǐng)域。近年來，高強度微波預(yù)處理作為一種新的木材改性技術(shù)出現(xiàn)在木材工業(yè)中，其基本原理是利用高強度微波對濕木材進行瞬時處理，使木材內(nèi)水分在短時間內(nèi)獲得足夠多的能量，使水分由液態(tài)變成氣態(tài)，從而產(chǎn)生相變和氣體熱壓效應(yīng)，有效破壞木材內(nèi)部構(gòu)造，在木材內(nèi)部形成微觀或宏觀裂紋，從而形成新的流體通道，提高木材內(nèi)部的流體遷移能力，為木材后期的干燥、浸注處理，甚至新材料制備創(chuàng)造極為有利的前提條件。澳大利亞墨爾本大學(xué)的初步研究結(jié)果表明，采用高強度微波對木材進行預(yù)處理可使木材體積增大10%以上，防腐劑滲透量增加10～14倍，干燥速率提高5～10倍，干燥質(zhì)量顯著改善；該大學(xué)的研究人員甚至還通過該技術(shù)對木材進行拆解和重構(gòu)處理，試制出了具有高滲透性、低密度的新型木材與具有高強度、高表面硬度的新型木質(zhì)復(fù)合材料。但國內(nèi)外進一步的研究發(fā)現(xiàn)，木材經(jīng)過高強微波預(yù)處理后，其內(nèi)部的微觀和宏觀孔隙分布很不均勻，給木材的后期浸注改性處理和高性能新材料的制備帶來了很大困難，直接導(dǎo)致了該技術(shù)無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。要解決木材微波改性處理的均勻化問題，除了優(yōu)化預(yù)處理工藝外，最核心的問題是研制出合適的微波預(yù)處理設(shè)備。因此，如何研制出參數(shù)最大程度可調(diào)的微波改性預(yù)處理裝置，對于探明各種微波預(yù)處理條件對木材改性效果的影響規(guī)律，最終研制出科學(xué)、合理的微波預(yù)處理設(shè)備具有重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作方便、可實現(xiàn)對預(yù)處理參數(shù)和木材物性參數(shù)的可控和可調(diào)性的多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置及其使用方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置，包括通用工作臺、溫度檢測模塊和多個微波源及諧振腔模塊，所述微波源及諧振腔模塊包括諧振腔殼體和設(shè)于諧振腔殼體周側(cè)的微波源，所述諧振腔殼體內(nèi)部設(shè)有用于放置被處理木材的諧振腔，所述微波源通過饋入波導(dǎo)與諧振腔連通，所述溫度檢測模塊裝設(shè)在諧振腔殼體上并伸至諧振腔內(nèi)，所述諧振腔殼體裝設(shè)在通用工作臺上。作為上述技術(shù)方案的進一步改進：所述微波源包括相互連接磁控管和冷卻模塊，饋入波導(dǎo)為矩形波導(dǎo)，所述矩形波導(dǎo)的一端與冷卻模塊連接、另一端與諧振腔連通，所述矩形波導(dǎo)與諧振腔殼體的連接位置位于諧振腔殼體的側(cè)面的幾何中心位置。所述冷卻模塊包括水冷散熱器、進水口和排水口，所述進水口和排水口均設(shè)置在水冷散熱器上。所述溫度檢測模塊包括用于對木材表面測溫的紅外線檢測裝置和用于對木材內(nèi)部測溫的光導(dǎo)纖維，所述紅外線檢測裝置裝設(shè)在諧振腔殼體上并伸至諧振腔內(nèi)，所述光導(dǎo)纖維植入木材內(nèi)部。所述諧振腔殼體頂部裝設(shè)有用于遮蓋諧振腔的金屬蓋，所述金屬蓋上開設(shè)有均勻布置的用于水蒸氣排放及光導(dǎo)纖維穿行的通孔。所述通孔的直徑為2mm，各通孔之間的間距為20mm。所述多個微波源及諧振腔模塊包括單微波源方形單口諧振腔、雙微波源方型雙口諧振腔、三微波源圓柱形三口諧振腔和四微波源圓柱形四口諧振腔，所述單微波源方形單口諧振腔的諧振腔殼體周側(cè)設(shè)有一個微波源，所述單微波源方形單口諧振腔的諧振腔為長方體結(jié)構(gòu)；所述雙微波源方型雙口諧振腔的諧振腔殼體周側(cè)設(shè)有兩個微波源，所述雙微波源方型雙口諧振腔的諧振腔為長方體結(jié)構(gòu)；所述三微波源圓柱形三口諧振腔的諧振腔殼體周側(cè)設(shè)有均勻布置的三個微波源，所述三微波源圓柱形三口諧振腔的諧振腔為圓柱體結(jié)構(gòu)；所述四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔殼體周側(cè)設(shè)有均勻布置的四個微波源，所述四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔為圓柱體結(jié)構(gòu)。所述單微波源方形單口諧振腔、雙微波源方型雙口諧振腔中的諧振腔的長度和寬度介于120～300mm之間、深度介于80～150mm之間；所述三微波源圓柱形三口諧振腔和四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔的直徑介于120～300mm之間、深度介于80～500mm之間。所述通用工作臺包括機架，所述諧振腔殼體裝設(shè)在機架頂部，所述機架上設(shè)有電源模塊、溫控顯示模塊、輸出功率控制模塊和微波源電流顯示模塊，所述電源模塊、輸出功率控制模塊和微波源電流顯示模塊均與微波源通過導(dǎo)線聯(lián)接，所述溫控顯示模塊與溫度檢測模塊通過導(dǎo)線聯(lián)接，所述諧振腔殼體裝設(shè)在機架頂部。一種多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的使用方法，包括以下步驟：S1：制作試件：將含水率高于10%的木材加工成方形和圓柱形試件，方形木材的厚度介于10-120mm，長度和寬度介于100-290mm，圓柱形木材的高度介于70-490mm，直徑介于10-290mm；S2：試件鉆孔與稱量：在方形和圓柱形試件上加工4-8個直徑為1mm，深度10-30mm的預(yù)留孔，用天平稱取各木材試件初始質(zhì)量并記錄；S3：微波源及諧振腔模塊安裝：將選用的微波源及諧振腔模塊安裝固定在通用工作臺上，將紅外線檢測裝置安裝在諧振腔殼體上，連接好微波源的電源導(dǎo)線、循環(huán)水管，連接溫度檢測模塊的溫度傳感線；S4：試件安裝：將選用的木材試件置于諧振腔中，然后將光導(dǎo)纖維穿過金屬蓋上的通孔，將光導(dǎo)纖維測溫探頭插入到木材試件中的預(yù)留孔內(nèi)，將光導(dǎo)纖維的測溫端與通用工作臺聯(lián)接；S5：微波預(yù)處理：啟動通用工作臺，使磁控管、冷卻模塊、紅外線檢測裝置和光導(dǎo)纖維運行對木材試件進行微波預(yù)處理，觀察木材試件表面及內(nèi)部的溫度變化情況，木材內(nèi)部的溫度不超過220℃；S6：結(jié)束：關(guān)停通用工作臺，取出微波處理后的木材試件并對其進行稱量和記錄。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，該結(jié)構(gòu)中，通過通用工作臺控制溫度檢測模塊和多個可快速更換微波源，實現(xiàn)了預(yù)處理參數(shù)的可控和可調(diào)性，而多個諧振腔殼體可快速更換安裝在通用工作臺上，保證了諧振腔形狀的可變性，能夠適應(yīng)不同形狀尺寸的木材，實現(xiàn)了木材物性參數(shù)的可變性，因預(yù)處理參數(shù)和木材物性參數(shù)的變化對木材改性效果產(chǎn)生直接影響，故通過對預(yù)處理參數(shù)和木材物性參數(shù)的控制和調(diào)整可獲得優(yōu)化的微波預(yù)處理參數(shù)。本發(fā)明的多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的使用方法，利用通用工作臺和可更換的微波源改變微波預(yù)處理參數(shù)進行多次微波預(yù)處理，同時，還必須利用可更換的諧振腔改變試件的物性參數(shù)進行多次微波預(yù)處理，根據(jù)多次的微波預(yù)處理結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)微波輻射強度、微波輻射時間、微波饋入方式、諧振腔形狀、物性參數(shù)（含水率、尺寸、形狀）等因素對木材溫度分布、含水率、改性處理效果和微波能利用效率的影響規(guī)律，其操作簡單方便。附圖說明圖1是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中單微波源方形單口諧振腔的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中單微波源方形單口諧振腔的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中單微波源方形單口諧振腔的金屬蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中通用工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中雙微波源方型雙口諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中三微波源圓柱形三口諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中三微波源圓柱形三口諧振腔的金屬蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置中四微波源圓柱形四口諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的使用方法的流程圖。圖中各標號表示：1、通用工作臺；11、機架；12、電源模塊；13、溫控顯示模塊；14、輸出功率控制模塊；15、微波源電流顯示模塊；2、溫度檢測模塊；21、紅外線檢測裝置；3、諧振腔殼體；31、諧振腔；4、微波源；41、磁控管；42、冷卻模塊；421、水冷散熱器；422、進水口；423、排水口；5、饋入波導(dǎo)；6、金屬蓋；61、通孔。具體實施方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖1至圖9示出了本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的一種實施例，該微波預(yù)處理裝置包括通用工作臺1、溫度檢測模塊2和多個微波源及諧振腔模塊，微波源及諧振腔模塊包括諧振腔殼體3和設(shè)于諧振腔殼體3周側(cè)的微波源4，諧振腔殼體3內(nèi)部設(shè)有用于放置被處理木材的諧振腔31，微波源4通過饋入波導(dǎo)5與諧振腔31連通，溫度檢測模塊2裝設(shè)在諧振腔殼體3上并伸至諧振腔31內(nèi)，諧振腔殼體3裝設(shè)在通用工作臺1上。其結(jié)構(gòu)簡單可靠，該結(jié)構(gòu)中，通過通用工作臺1控制溫度檢測模塊2和多個可快速更換微波源4，實現(xiàn)了預(yù)處理參數(shù)的可控和可調(diào)性，而多個諧振腔殼體3可快速更換安裝在通用工作臺1上，保證了諧振腔31形狀的可變性，能夠適應(yīng)不同形狀尺寸的木材，實現(xiàn)了木材物性參數(shù)的可變性，因預(yù)處理參數(shù)和木材物性參數(shù)的變化對木材改性效果產(chǎn)生直接影響，故通過對預(yù)處理參數(shù)和木材物性參數(shù)的控制和調(diào)整可獲得優(yōu)化的微波預(yù)處理參數(shù)。本實施例中，微波源4包括相互連接磁控管41和冷卻模塊42，饋入波導(dǎo)5為矩形波導(dǎo)，矩形波導(dǎo)的一端與冷卻模塊42連接、另一端與諧振腔31連通，矩形波導(dǎo)與諧振腔殼體3的連接位置位于諧振腔殼體3的側(cè)面的幾何中心位置。該結(jié)構(gòu)中，磁控管41用于微波輸出，冷卻模塊42用于降低微波源4工作過程中磁控管41的溫度，保證設(shè)備的正常運行。本實施例中，冷卻模塊42包括水冷散熱器421、進水口422和排水口423，進水口422和排水口423均設(shè)置在水冷散熱器421上。該結(jié)構(gòu)中，用水冷散熱器421進行冷卻，水冷散熱器421位于磁控管41的下端，水冷散熱器421的進水口422通過透明水管與自來水管相連，排水口423則直接與水槽相接，通過進排水帶走磁控管41的熱量達到降溫的效果。本實施例中，溫度檢測模塊2包括用于對木材表面測溫的紅外線檢測裝置21和用于對木材內(nèi)部測溫的光導(dǎo)纖維，紅外線檢測裝置21裝設(shè)在諧振腔殼體3上并伸至諧振腔31內(nèi)，光導(dǎo)纖維植入木材內(nèi)部。該結(jié)構(gòu)中，通過紅外線檢測裝置21和光導(dǎo)纖維的配合使用，可同時對木材表面和內(nèi)部進行溫度監(jiān)控，保證了溫度控制的精確性，也即提高了對預(yù)處理參數(shù)控制的精確性。本實施例中，諧振腔殼體3頂部裝設(shè)有用于遮蓋諧振腔31的金屬蓋6，金屬蓋6上開設(shè)有均勻布置的用于水蒸氣排放及光導(dǎo)纖維穿行的通孔61。諧振腔殼體3頂部設(shè)有可以拆卸的不銹鋼金屬蓋6，金屬蓋6通過螺栓與諧振腔殼體3連接，金屬蓋6上分布有直徑2mm，間距20mm的通孔61，用于微波處理過程中排除蒸發(fā)出來的水蒸氣，同時也是測量木材內(nèi)部溫度時光導(dǎo)纖維的穿行通道。本實施例中，多個微波源及諧振腔模塊包括單微波源方形單口諧振腔、雙微波源方型雙口諧振腔、三微波源圓柱形三口諧振腔和四微波源圓柱形四口諧振腔，單微波源方形單口諧振腔的諧振腔殼體3周側(cè)設(shè)有一個微波源4，單微波源方形單口諧振腔的諧振腔31為長方體結(jié)構(gòu)；雙微波源方型雙口諧振腔的諧振腔殼體3周側(cè)設(shè)有兩個微波源4，雙微波源方型雙口諧振腔的諧振腔31為長方體結(jié)構(gòu)；三微波源圓柱形三口諧振腔的諧振腔殼體3周側(cè)設(shè)有均勻布置的三個微波源4，三微波源圓柱形三口諧振腔的諧振腔31為圓柱體結(jié)構(gòu)；四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔殼體3周側(cè)設(shè)有均勻布置的四個微波源4，四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔31為圓柱體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有四個微波源及諧振腔模塊，各微波源及諧振腔模塊可快速更換并安裝在通用工作臺1，以匹配不同形狀尺寸的木材，即實現(xiàn)了預(yù)處理參數(shù)的可控和可調(diào)性以及木材物性參數(shù)的可變性。本實施例中，單微波源方形單口諧振腔中，一個矩形波導(dǎo)開口位于方形諧振腔31一個側(cè)面的幾何中心位置；雙微波源方型雙口諧振腔中，兩個矩形波導(dǎo)開口位于方形諧振腔31兩個相對面的幾何中心位置；三微波源圓柱形三口諧振腔中，三個矩形波導(dǎo)開口位于圓柱形諧振腔31側(cè)面的幾何中心位置，并均勻分布，三個矩形波導(dǎo)口中心線的夾角為120°；四微波源圓柱形四口諧振腔中，四個矩形波導(dǎo)開口位于圓柱形諧振腔31側(cè)面的幾何中心位置，并均勻分布，四個矩形波導(dǎo)口中心線的夾角為90°。對于單微波源方形單口諧振腔和雙微波源方型雙口諧振腔，單個可拆卸式紅外線檢測裝置21布置在矩形波導(dǎo)開口所在面相鄰側(cè)面的幾何中心位置；對于三微波源圓柱形三口諧振腔，三個可拆卸式紅外線檢測裝置21均勻布置在每兩個矩形波導(dǎo)開口之間側(cè)面的幾何中心位置；對于四微波源圓柱形四口諧振腔，四個可拆卸式紅外線檢測裝置21均勻布置在每兩個矩形波導(dǎo)開口之間側(cè)面的幾何中心位置。木材內(nèi)溫度的測量采用4-8通道的光導(dǎo)纖維，可以實現(xiàn)木材內(nèi)部不同位置4-8個點溫度值的連續(xù)動態(tài)測量。對于單微波源方形單口諧振腔，水冷散熱器421的進水口422通過透明水管與自來水管相連，排水口423則直接與水槽相接；對于雙微波源方型雙口諧振腔、三微波源圓柱形三口諧振腔和四微波源圓柱形四口諧振腔，先將水冷散熱器421的進水口422和排水口423采取相互串聯(lián)的形式進行連接，再將進水口422通過透明水管與自來水管相連，排水口423直接與水槽相接。本實施例中，單微波源方形單口諧振腔、雙微波源方型雙口諧振腔中的諧振腔31的長度和寬度介于120～300mm之間、深度介于80～150mm之間；三微波源圓柱形三口諧振腔和四微波源圓柱形四口諧振腔的諧振腔31的直徑介于120～300mm之間、深度介于80～500mm之間。該結(jié)構(gòu)中，配合諧振腔31的尺寸，方形木材的厚度介于10-120mm，長度和寬度介于100-290mm，圓柱形木材的高度介于70-490mm，直徑介于10-290mm，即在該尺寸范圍內(nèi)變化的木材可在本發(fā)明的微波預(yù)處理裝置中處理，保證了其物性參數(shù)的可變性。本實施例中，通用工作臺1包括機架11，諧振腔殼體3裝設(shè)在機架11頂部，機架11上設(shè)有電源模塊12、溫控顯示模塊13、輸出功率控制模塊14和微波源電流顯示模塊15，電源模塊12、輸出功率控制模塊14和微波源電流顯示模塊15均與微波源4聯(lián)接，溫控顯示模塊13與溫度檢測模塊2聯(lián)接，所述諧振腔殼體3裝設(shè)在機架11頂部，機架11頂部設(shè)有安裝孔。該結(jié)構(gòu)中，溫控顯示模塊13可控制溫度，輸出功率控制模塊14可控制輸出功率，微波源電流顯示模塊15可對微波源電流實時監(jiān)控，通過這些模塊的相互配合，即可實現(xiàn)對預(yù)處理裝置的預(yù)處理參數(shù)的可控和可調(diào)。圖1至圖10示出了本發(fā)明多腔多口快換型木材微波預(yù)處理裝置的使用方法的實施例，包括以下步驟：S1：制作試件：將含水率高于10%的木材加工成方形和圓柱形試件，方形木材的厚度介于10-120mm，長度和寬度介于100-290mm，圓柱形木材的高度介于70-490mm，直徑介于10-290mm；S2：試件鉆孔與稱量：在方形和圓柱形試件上加工4-8個直徑為1mm，深度10-30mm的預(yù)留孔，用天平稱取各木材試件初始質(zhì)量并記錄；S3：微波源及諧振腔模塊安裝：將選用的微波源及諧振腔模塊安裝固定在通用工作臺1上，將紅外線檢測裝置21安裝在諧振腔殼體3上，連接好微波源4的電源導(dǎo)線、循環(huán)水管，連接溫度檢測模塊2的溫度傳感線。；S4：試件安裝：將選用的木材試件置于諧振腔31中，然后將光導(dǎo)纖維穿過金屬蓋6上的通孔61，將光導(dǎo)纖維測溫探頭插入到木材試件中的預(yù)留孔內(nèi)，將光導(dǎo)纖維的測溫端與通用工作臺1聯(lián)接；S5：微波預(yù)處理：啟動通用工作臺1，使磁控管41、冷卻模塊42、紅外線檢測裝置21和光導(dǎo)纖維運行對木材試件進行微波預(yù)處理，觀察木材試件表面及內(nèi)部的溫度變化情況，木材內(nèi)部的溫度不超過220℃；S6：結(jié)束：關(guān)停通用工作臺1，取出微波處理后的木材試件并對其進行稱量和記錄。該方法中，可利用通用工作臺1和可更換的微波源4改變微波預(yù)處理參數(shù)進行多次微波預(yù)處理，同時，還必須利用可更換的諧振腔31改變試件的物性參數(shù)進行多次微波預(yù)處理，根據(jù)多次的微波預(yù)處理結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)微波輻射強度、微波輻射時間、微波饋入方式、諧振腔形狀、物性參數(shù)（含水率、尺寸、形狀）等因素對木材溫度分布、含水率、改性處理效果和微波能利用效率的影響規(guī)律，其操作簡單方便。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。