微波传输设备（精选10篇）
微波传输设备 篇1
微波指频率为300 MHz～300 GHz、波长为1 m～1 mm范围内的电磁波,包括脉冲微波和连续微波。随着通信科学技术的发展和微波通讯的广泛应用,微波对人体的危害也引起了关注,但据目前的调查研究结果来看,微波对人体危害的观点不一致。为了探讨和了解本省的铁路微波通讯、电力系统、移动电话微波通讯、微波电信通讯的微波发射设备场所的微波泄漏的实际情况,我们进行了此次调查,结果报告如下。
1 对象与方法
1.1 对象
选择了本省微波通信系统、铁路的通信系统、电力通信系统、广播电视传输系统的部分发射机前、机房、发射天线下等作业场所以及作业人员经常活动的场所进行布点测量的微波泄漏剂量。
1.2 方法
在同一机房不同机型、不同频率的发射机前分别进行强度测量,对不同系统作业环境的微波泄漏强度分别进行统计分析。测试设备使用美国NARDA公司生产的8718型宽频谱射频测量仪和国产RCQ-1A微波漏能测试仪。
2 结 果
本次共调查了51个机房、共85台发射机,测得1 206个点次数。其中主要有美国、挪威、瑞典、瑞士、加拿大、日本、意大力等国的发射机以及我国西安、北京生产和组装的发射机。移动通讯的使用频率主要在0.85～1.80 G,电力、铁路、电信通讯、广播电视的使用频率主要在1～13 G的频率范围。微波机前测得微波泄漏最大值为300 μW/cm2,机房测得最大值为101 μW/cm2,天线下测得最大值为160 μW/cm2,从总的测量结果上看,超过微波作业场所的卫生标准容许值(50 μW/cm2)的有7个机房,占总机房数的13.7%;机前超标台数7台,占总台机数的8.4%。其余机前、机房的微波泄漏均在卫生标准容许值以下。
2.1 移动通讯系统作业场所的微波泄漏测试结果
见表1。对移动通讯系统作业场所的6个单位进行了调查,共测量了17个机站,结果发现,微波发射机前、机房的微波泄漏剂量都比较低,大部分的测点均未检出有微波的泄漏。但在天线下的测点中有2个机站的部分测点超过了有关的卫生标准容许值,提示工作人员在检查、维修的巡检中可能有较大剂量的微波暴露。
2.2 铁路微波通讯发射设备的微波泄漏测量结果
见表2。对铁路通讯的11个机房作了调查测量,共对23台微波发射机的机前、操作位、休息间等作业场所及活动场所进行了微波的泄漏测量,结果发现铁路局广本站、深北、羊站和佛山站共5个测点有微波泄漏,超过了有关作业场所50 μW/cm2的卫生标准容许值。提示作业人员在这样的环境中工作,可能会受到瞬间的较大剂量的微波辐射。其余7个机房的机前、机房工作位和活动场所的各测点的微波泄漏均在标准容许值以下。
(μW/cm2)
2.3 微波电信通讯和电力通讯不同作业场所的微波泄露测量结果
见表3。本次对微波电信通讯和电力通讯不同作业场所的16个单位共45台微波通讯发射机的机前、机房操作位、发射机天线下等作业场所及活动场所进行了测量,测得机前微波泄漏最大值为300 μW/cm2,机房为23 μW/cm2,天线下为100 μW/cm2,其中有5台发射机前的微波泄漏超过了50 μW/cm2的作业卫生标准容许值。所有的微波机房其测量结果均未超过该卫生标准容许值。从微波机前的测量调查结果上看,泄漏较大的微波机主要是西安生产的微波发射机和日本产的旧微波发射机,其余进口新的微波发射机则微波泄漏较少。
2.4 各通讯系统微波发射机、机房和天线下的总测量结果
见表4。本次对3个微波通讯系统的85台发射机、51个机房、49座发射天线下的作业和活动场所的微波泄漏进行了测试,共测得1 206个数据,测得微波泄漏最大值的是电信通讯系统为300 μW/cm2,平均为58.7 μW/cm2;其余系统的最大值虽然都超过了50 μW/cm2的卫生标准容许值,但其平均值均在标准容许值以下。
(μW/cm2)
(μW/cm2)
3 讨 论
连续微波全身辐射卫生限值8 h平均功率密度不超过50 μW/cm2,日剂量(8 h)不超过400 μW/cm2。有学者调查发现作业人员暴露于较高微波剂量(毫瓦级)辐射时,对人体产生有害影响,可引起外周血淋巴细胞染色体畸变率的增高[2,3]。也有学者报道长期暴露于较低剂量(几十微瓦)微波的微波通讯和电视转播的工作人员,也发现微波接触人员外周血淋巴细胞染色体畸变率明显高于对照组[4]。从目前的大部分研究结果来看,微波对机体产生影响主要取决于作用的剂量和接触时间。
唐国汉等[4]调查了9个微波站,发现暴露于5～40 μW/cm2的116名作业人员也出现了心电图异常、眼睛晶状体的混浊异常等改变;对微波通讯收发机系统的微波泄漏及接触人员进行了调查发现,作业人员暴露于75～175 μW/cm2微波辐射时出现了血压、心电图异常、血红蛋白和红细胞、尿香草扁桃酸等的异常改变[2]。也有学者对接触0～25、0～100 μW/cm2 电力调度和气象观测的技术人员进行了调查,发现作业者的眼晶状体混浊,免疫球蛋白IgG低的发生率明显增高[3]。陈壁锋等[5]曾对暴露于100～1 030 μW/cm2微波的实验室技术人员调查发现,接触者除了有心电图、免疫球蛋白异常以外,其外周血淋巴细胞染色体的畸变率也明显增高。周从容等[6]对接触35～50 μW/cm2的微波通讯和电视转播的工作人员进行了调查,发现其外周血淋巴细胞染色体的畸变率也明显的高于对照组。
从本次34个机房以及81台微波发射机的测量结果上看,虽然部分国产机和进口旧机的微波泄漏较大,进口的新机的微波泄漏较少,但是工作人员的部分作业场所仍然存在微波的辐射,其主要的接触场所是机器的维修和天线的调试,虽然大部分的工作人员的微波暴露量不大,但是部分作业人员在作业期间会受到不同程度的微波辐射,少数作业人员有时会受到瞬间较大剂量的微波辐射。说明微波通讯系统的作业人员存在一定的微波暴露。在这样的暴露剂量环境下,是否对作业者产生有害的影响,是否对作业者的后代也产生不良的影响,有待对微波作业者作进一步调查研究。从本次的测量调查结果发现,移动通讯、铁路和电力调度通讯、电信微波通讯等系统的作业者实际暴露情况是间断、短暂和低剂量的接触,因此对这些作业者应作较长期的观察。
参考文献
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[3]王焱,曹兆进.手机辐射与健康[J].卫生研究.2006,35(4):520-523.
[4]唐国汉,黎世林.手持移动电话在信号不同强度环境下微波辐射的调查[J].中国公共卫生,2001,17(5):43-44.
[5]陈壁锋,梁丽燕,郑巧玲,等.微波对职业人群外周血淋巴细胞微核的影响[J].中国辐射卫生1997,6(4):254.
[6]周从容,杨国范,周茂梅,等.电磁波辐射对人体遗传效应的研究[J].贵阳医学院学报.1994,19(2):104-106.
微波传输设备 篇2
1.1便于信号存储
大规模集成电路是目前电子技术以及数字化网络基础发展的基础，而半导体存储基础是使得电视信号可以多帧存储，这种效果若使用模拟技术是无法达到的。例如在制式转换以及帧同步问题上通过帧存储器可以全面的实现，从而丰富了电视图特技效果。
2数字改造在干线微波中的应用
2.1调频模拟微波设备、数字微波收发信设备具有相同的工作原理。在中频信号调制中都使用的70MHz中频调制器，通过对信号进行上调，达到微波频率后进行传输，但是在微波传输中模拟微波设备还具有限幅中放，但是数字微波信号就免去了这一环节，对原理的进行分析后可以发现，二者原理基本一致。在模拟微波期间中，现在使用的都是固态化的，例如原有的行波管被现在的线性放大器以及FET效应器所取代，因而推动了现代化的数字微波传输技术发展。
2.2实际应用问题
频率稳定度方面遇到的问题。中频调频调制是模拟微波进行信号传输的主要方法，微波介质稳频设备是主要的变频本振设备，最大的稳频度数量级可以达到10-4，而在数字信号的传输中，电视信号主要通过数字微波传输，即采用中频数字调制，通过数字压缩技术对电视信号进行压缩，继而通过信号的QPSK调制进行信号的调制，通过将信号变至微博频率，从而进行信号的和传输。
这种信号传输需要发射器具有较高的线性指标，并且在微波本振源的要求上，频率稳定度相对较高，其稳频数量级应当大于10-6，并且稳频技术大多为双重稳频技术，即介质稳频+锁相稳频，从而达到规定的要求。相位噪声方面遇到的问题。在传输中，模拟微波传输主要使用的为调频方式，因而在系统相位噪声上没有太高的要求，但是数字微波传输过程中，主要采用的为相干解调的方式以及QPSK调制的方式，继而进行电视信号的传输，所以在相位噪声的要求上需要小于-70dBc/Hz。线性功放实际应用中遇到的问题。在应用要求信号的调频模拟功放区域在非线性区域，因而在一开始的变频器上还会增加一个限幅放大设备，从而保证发射机的工作质量。通过上述分析可以看出，将模拟微波设备予以改造，转变为数字微波设备的方式是可行的，通过实践分析证实了这一理论结果。在我国的某些城市的广电局等单位已经率先进行了模拟微波改数字微波的尝试，开了一个好头。20世纪90年代以后生产的1.4GHz、2GHz、7GHz、8GHz广播电视微波设备，改造起来是不难的，基本上和进口NEC的设备差不多。
20世纪90年代以前生产的1.4GHz微波设备由于不是线性放大器，改造难度要大一些。某省广播电视模拟微波改数字微波的一个具体方案先对一个模拟微波信道进行改造。原来传输1路电视信号、2路伴音信号，扩容到4路电视信号、8路伴音信号、1路数据信号。信号源前端采用压缩编码设备。目前国际上都采用MPEG-2国际标准来传输PAL-D数字电视信号，电视信号压缩到6Mbids，图像质量就能达到广播级的水平。因此确定信源按MPEG-2标准对PAL-D电视信号进行数字压缩编码，压缩的比特率为8.448Mbit/s，伴音信号按IEC268-15标准进行压缩编码处理。利用数字化传输进行信道传输。在经过中继站的转播后，为了保证信号中不累积噪声，提高节目信号的传输质量，消除传输距离的影响，其中频调制主要采用QPSK调制的方式，解调则采用同步相干的方式。虽然该种方式可能会产生一定得噪声累计，但是这种噪声低累计不会影响信号的传输质量。在扩容升级中，改造方案能够快速辩解的进行升级，压缩编码码率的变化节目传输容量便可以根据其改变而改变，具有较大的灵活性。
3结束语
微波传输设备 篇3
【关键词】天线增益；馈线频率衰减
【中图分类号】TN820
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0114-01
早在上世纪末就已经出现的摄像机微波，在今天的国内各个电视台都已经开始普及。甩掉后面那根电缆后，摄像师们能尽情的发挥自己的创造性，为节目增加了更多的亮点。
我们湖南广播电视台在近几年也采购了多套摄像机微波，虽然品牌、价格、性能各不相同，但是其在天馈部分都存在各种可以改进的部分。接下来将分析我们对所使用的摄像机微波天线部分的改进以及馈线使用方面对传输的影响。
一、湖南台现使用的摄像机微波简介
我们现在使用的摄像机微波有以下三个品牌：
A、VSLINK公司：LINK SD-HD（1.97GHz-2.7GHz）
B、RF Central公司：MicroLite HD（2.2GHz-2.4GHz）
c、北京华林视通公司：HL-WILL 50HD（1.12GHz-1.6GHz）
这三个型号的设备中，由于使用的频率不同，功率不同，其核心的编解码技术也有着较大的差异。
LINK微波发射机体积重量适中（比摄像机电池略大，重1.2Kg左右），使用超低延时系统，传输画面质量优秀，在我台大型晚会中基本已经成为斯坦尼康的标配，其输出最大功率达到250mW。
MicroLite HD属于超紧凑的微波发射机，其体积甚至比一个烟盒更小，官方功耗不大于5瓦却有着最大200mW的射频输出。
HL-WILL 50HD虽然是国产设备，但是传输画面质量也非常优秀，特别是其1W的射频功率输出配合以较低的射频频率，使得其传输距离与绕射能力都超过了上面的两款进口设备。
这三款设备都能够高标清、模拟兼容，LINK与华林微波的接收天线后都串接了一个变频滤波器，而MicroLite HD却是接收机直接与接收天线连接，放置在室外工作。
二、天线方面的改善
2.1 LINK微波由于其画质，低延时得到了大家的一致认可，然而在我们使用过程中，发现将发射端安装在游机上时，接收端安装在演播厅后方观众席上，在1200平米演播厅内仍然会因为接收信号弱而出现马赛克甚至信号中断现象。
其原装的接收天线为3dB全向鞭状天线两个，5dB指向天线两个。这样低的增益，传输距离确实受到很大的限制，在天线方面也就有着很大的拓展空间。然而作为演播厅这样的环境，自然不能使用过于显眼、太大的天线，我们找来SCR225－12型号的定向棒状缝隙天线，其增益达到12dB；由于其有效接收角仅为90°，而游机在演播厅内游动的范围基本是在观众席正前方的任何位置。考虑到只要在有效接收范围内，一个天线接收到的信号强度已经能够满足要求，而LINK的L2174接收机是支持4分集输入的；因此我们另外再接上一个接收天线，并通过调整天线的方向，使两个天线能覆盖整个观众席及其正前方。
经过测试，使用这样的组合，整场节目下来，信号一直稳定流畅，接收信号强度都维持在-15dB左右。
2.2 作为最轻巧的微波发射机，MicroLite HD是很受关注的，然而我们在使用中发现其200mW的射频输出，传输距离却不超过500米。
由于其标配的发射、接收天线都是类似于WIFI使用的SMA接口的小鞭状天线，其增益大概为3dB左右。我们为接收机的二分集都配上SCR225-12棒状缝隙天线，在室外测试时稳定传输距离达到了700米。
在2012年9月15日的“阿迪力师徒矮寨高空走钢丝”活动中，我们将这款发射设备安装于阿迪力身上（当时阿迪力平衡杆上摄像头的信号就是靠它传回来的），接收端安装在阿迪力出发点的附近。但是整个钢丝全长1420米，为了加强接收信号场强，我们将该设备接收端的一号接收天线使用SCR225-12棒状缝隙天线，其有效接收角度主要照顾近距离的起点以及钢索中部，二号接收天线使用增益20dB的栅状天线，其接收夹角仅为13°，由其接收钢索中部及终点的信号。在这样的接收天线搭配下，这款外观迷你的微波顺利完成了全程1420米的走钢索直播任务。
然而在其后我们对该设备标配的发射和接收天线使用安捷伦天馈线测试仪进行了测试，却发现这些天线的最佳频率都在2.5G附近，这使得其发射效率也大打折扣，也就意味着这款设备还有继续完善的潜质。
三、馈线方面的问题
由于每套设备的厂家都为其配备了完整的天馈接收系统，我们都没有在这方面特别注意过，然而我们使用中却出现了这样几个问题：
3.1 LINK微波的接收天线是接在变频放大器上的，而变频放大器的输出是我们常用的BNC头，也是75欧姆。我们多次在实际工作中由于考虑到安装位置原因，需要使用更长的电缆连接接收机与天线部分，由于射频信号本身比较弱，因此我们不考虑加长接收天线与变频器之间的电缆，仅从变频放大后着手。
由于该变频器本振频率为2.808GHz，其变频后输出信号频率为：f出=f本-fA；因此，当输入频率（发射频率）较高时，其输出信号频率反而越低，使用普通电缆看不出任何问题；但是当发射频率很低，例如达到2G时，此时变频后频率就很高了：f出=f本-f入=2.808-2=O.808 GHz，此时若输入信号较弱，且使用较长普通电缆传输变频后信号时，电缆将对信号产生很大衰减，导致无法正常稳定接收。因此在这种情况下，我们必须使用能够传输较高频率的电缆作为延长使用，或者尽量使用较高的发射频率。
3.2 华林微波使用的射频接口为国际通用的N头，我们很多微波设备都使用的这个标准，包括定点微波日立FR-Z100、池上PF－504的中频输出也同样的使用这个标准；但是华林标配的射频电缆却是SYWV-50-9的硬电缆，与进口的5D-2W软电缆比较起来，确实软电缆方便携带，便于安放。但是使用中频电缆传输射频信号时产生的损耗却是非常大的。我们就曾经在实际工作中应急使用100米中频电缆代替射频电缆使用，结果接收机收到的信号电平远远低于门限。这样的问题在实际工作中要找出原因还真是需要花费不少功夫的。
四、结束语
微波传输设备 篇4
众所周知, 提取物是中药制剂、保健品、食品饮料添加剂、化妆品等产品的生产原料, 产品的生产加工应符合国家药品管理法和食品安全法的规定, 其生产过程应该在GMP要求下进行, 产品质量必须符合《中国药典》、食品化妆品的行业质量标准。
由科学技术部等16部委制定的《国家中医药创新发展规划纲要》提出, 中药新产品的开发以高效、优质、安全、稳定为基本要求, 对中成药产品要以达到“三效” (高效、速效、长效) 、“三小” (剂量小、毒性小、副作用小) 、“三方便” (储存、携带、服用方便) 为目标。也就是说, 中药的剂型要改变, 剂量要缩减, 疗效要提高。《国家中医药创新发展规划纲要》同时提出, 要开展中药提取、分离、浓缩、干燥、制剂、辅料生产技术集成创新的研究, 借鉴现代制造技术、信息技术和质量控制技术, 加强符合中成药生产特点的新工艺、新技术、新装备的研究开发, 提高中药制造业的现代化水平。但是, 目前我国采用的传统提取纯化工艺存在诸多弊端, 导致能耗高、物耗大、污染重、产量低、质量差, 成本居高不下, 严重影响了植物提取产业的发展, 妨碍了相关行业的现代化发展进程。因此, 引入现代技术, 加速对传统工艺中不合理的生产方法进行技术改造迫在眉睫。
此外, 我们急需将无数实验室科研成果转化为生产力, 否则国家投入的巨额科研费用将打水漂, 这对装备开发者来说任重道远。但是, 要将原本以克为单位的科研试验仪器转变成能够获得成吨产品的生产设备, 需要有模拟放大的试验过程。设备的技术参数则是通过反复试验 (或正交试验) , 将所得提取物经分析检验确认所得有效成分是目标组分, 其含量或纯度研究可达到事半功倍的目的。因此, 我们需要对试验所获得的数据进行汇总整理、分析对比, 对试验条件进行优化组合, 确认不同质地的药材或单、复方品种的最佳技术参数, 并将其参数输入程控系统。我们通常利用小型连续提取设备 (专利号:CN101020126A) 进行大量实验, 并以此为孵化器逐步改进, 通过试验获得对药材浸泡、流量控制、微波能调节及材料选择的大量数据, 利用PLC进行筛选获得不同组分相应的控制参数, 使其为工业化生产创造条件。
当前植物提取物的提取纯化新工艺、新技术繁多, 萃取方面主要有超临界、超声波、半仿生、纤维酶、微波等;浓缩方面主要有真空浓缩 (膜蒸发、多效蒸发) 、常温膜分离 (反渗透或超滤) 浓缩;分离纯化方面主要有沉降、过滤、离心 (三足式+蝶式) 、透析、膜分离、大孔径树脂、色谱、升华等;干燥方面主要有喷雾、冷冻及微波真空等。为保护有效组分不被分解, 最好采用低温操作。笔者推荐微波提取→压滤+蝶式→膜浓缩+膜分离→刮板式浓缩器 (直接喷雾干燥) →真空微波干燥这条绝对节能、低耗、低成本的生产线。
本文将对微波提取技术及其装备进行研究, 以餐读者。
1 微波提取原理及其特性
微波即波长在1mm~1m、频率在300~300 000MHz的电磁波, 它介于红外线和无线电波之间。
1.1微波植物提取原理
极性分子接受微波辐射能量后, 通过分子偶极以每秒24.5亿次的频率旋转碰撞而产生热效应。在萃取时, 微波透过透明的萃取剂到达植物内部, 因其维管束和腺胞系统含水量高, 故吸收微波快速升温, 使细胞内压增大。当内压超过细胞壁承受能力时, 细胞壁破裂, 其内部的有效成分自动流出, 进入的萃取剂被溶解, 去渣存液, 达到提取目的。
利用微波 (频率2 450 MHz、波长12.2 cm、穿透深度≤4 cm的连续波) 在传输过程中遇到不同的物质, 以其不同性质产生反射、穿透、吸收的三大特性, 采用不同相关材料组合, 加工制造提取、浓缩、污水处理、干燥、灭菌设备。
1.2微波连续提取的特点
1.2.1 节能效果显著
微波连续提取 (简称为MAE, 下同) , 因微波使极性物质产生很强的内热效应, 热扩散与分子扩散运动方向一致, 产生的热量在传递过程中无热阻, 加热时间短、速度快, 其加热速度比常规加热方式快10~100倍, 溶质与溶剂互相渗透, 萃取时间一般只需30 s至2~3 min, 提取温度60~70 ℃。而传统提取 (索氏) 法提取时需100 ℃回流, 分2~3次提取, 共需8~16 h。此外, MAE法提取的固液比只有传统提取的40%~50%, 以可循环使用的热水取代一次性的蒸汽为加热源, 不需要使用冷却水, 所以能耗只有原来的20%~30%。
1.2.2 提取率及目标组分含量高
由于MAE法的提取温度低、时间短, 细胞破壁流出细胞液, 使有效成分提取更彻底。根据对药渣在电子显微镜下的观察, 传统提取法的植物细胞完整无损, 而MAE法提取的植物细胞则是破碎的。此外, MAE法提取温度低、时间短, 更有利于保护有效成分不被分解, 药材提取更彻底, 利用率更高。因此, MAE法的提取率和有效成分含量可提高15%以上, 可进一步提高药物疗效和食品的营养价值。
1.2.3 周期短、效率高
由于MAE法提取的浸泡升温及保温时间短、温差小, 不需要热回流, 微波辐射 (即提取) 是以秒为单位, 且其控制手段实现了自动化和操作连续化, 整个生产周期很短。而传统提取法整个提取周期需要提取3次, 需要12~18 h, 其操作方式属于间歇式。对每批提取等量药材所需的生产周期, MAE法提取只有索氏提取法提取的1/10~1/7, 设备利用率和生产效率大大提高。
1.2.4 降低物耗, 提高药材利用率
MAE法提取所获提取物的增加是因细胞破壁和通过降低提取温度和缩短提取时间而有效降低药用 (营养) 成分的分解, 使药材的利用率大幅度提高, 通过定量分析证明, 有效成分含量比传统提取法增加了15%~20%。也就是说, MAE法提取的生产单位产品较传统提取法降低了15%~20%的药材消耗量。此外, MAE法提取比传统提取法的固液比降低了50%~60%, 即溶媒消耗量降低同等数量级。
1.2.5生产区污染物排放显著降低, 周围环境明显改善
因生产周期和加热时间的缩短及加热方式的改变, 在提取过程中不需要或极少量使用蒸汽。据统计, 产生1 t蒸汽需消耗标准煤108.57 kg, 而1 t标准煤燃烧时产生CO262 t、SO28.5 kg、氮氧化物7.4 kg和煤渣250 kg。若以一套微波功率48 k W的连续提取机组计算, 据粗略计算可获得1 t粉状提取物。若按传统提取浓缩法而言, 仅两道工序就将消耗220 t蒸汽 (也就是消耗23.25 t标准煤) , 产生CO260.9 t、SO2197.6 kg、氮氧化物172 kg、煤灰渣5 813 kg。据悉, 我国大概年产提取物为60 000 t, 由此可见其能耗相当大, 污染相当惊人。
1.2.6 电与微波的易控性便于实现生产过程的智能化
微波是交变高频电磁波, 其作用随电流的存在而产生, 瞬间即生、瞬间即逝, 而其功率密度可调、可控。因此, 温度、时间、功率、流量、压力、液位、转速等参数可通过传感器、变频器、编程器和触摸屏显示器进行调节控制, 利于操作过程实现自动化、连续化。
1.2.7 微波提取安全可靠
微波辐射装置不仅是全封闭, 而且凡是可能产生微波泄漏的接点都采取了安全屏蔽措施, 所以经国家检测单位实测, 微波泄漏量为0.1~0.2 m W/cm2 (国际安全标准5 m W/cm2) 。其次, 2.45 GHz的微波光子产生的微波能量远不足以断开分子中的共价键, 并且低于布朗运动所需的能量, 所以药物结构不会受到破坏。
此外, 若用有机溶剂进行提取, 由于系统是全封闭, 电器系统也完全按防爆要求设计, 生产环境有所需的排风系统, 因此生产环境的安全得到了充分保障。
1.2.8 技术先进、机组性价比高
微波连续提取机组的自动化程度高, 可实现连续化生产, 与传统热回流机组比较, 其能耗可节省70%以上, 物耗可减少20%左右, 直接污染物排放至少减少30%, 间接大量减少了工厂的CO2、SO2、氮氧化物、煤灰渣等污染物的排放。产品成本可降低40%左右, 可以为企业创造可观的经济效益。
1.2.9 减少占地面积, 节约投资
由于微波提取可实现连续化操作, 生产周期缩短, 极大地提高了设备的利用率, 一套微波连续提取装置的日产能相当于9~12套传统热回流提取装置, 不仅减少了设备, 还大大缩小了提取工序占用的空间面积, 这尤其适合于实现规模化生产。
2 国内微波提取设备现状
目前微波提取设备主要有两大类, 一类是间歇式, 另一类是连续式。
间歇式微波提取设备主要有釜罐式, 它是微波辐射与浸泡在同一台设备, 配有聚四氟乙烯搅拌器, 浸泡加热、辐射提取同时进行 (或前段利用内置蒸汽加热管加热) 。
连续式微波提取设备有带有连续带式螺旋推进器的管道式逆流 (以连续槽式渗漉器改进, 原夹层加热改为微波辐射加热, 带式推进器的材质为塑料) , 药材和溶剂在浸出容器中沿相反方向运动, 利用浓度差和水流自然压力相结合的方法来完成提取过程。高效连续动态逆流提取机的提取原理:利用微波穿透力强的加热方式, 使药材和溶媒能保持相对运动, 使料液浓度扩散更新, 持续作用, 进而保证料液浸出速度快。药材颗粒的输送方向与极性溶剂流向相反, 可连续出渣。另一种是管道式动态连续提取, 在此不再赘述。
上述提取设备均可用于水或醇类等极性溶剂的提取。
2.1微波多功能动态提取罐
以天水华圆的HWC1000-3000型微波多功能动态提取装置为例, 其具有以下特点:
(1) 设备的设计总体考虑到安全、稳定、可靠、卫生、便于操作和维修的要求, 微波加热箱及相关组件均采用不锈钢制作, 提供了完善的控制功能和测试功能, 设置了热电偶测温, 严格监控物料的升温情况, 超温会报警提醒, 采用PLC人机界面控制。
(2) 机组动态提取, 带搅拌、强制回流系统, 下部夹层可通蒸汽, 启动微波可同时升温至沸腾, 关闭蒸汽后用微波恒温煎煮, 时间短, 药汁有效成分高。
(3) 微波结构采用多点微波馈入, 利于物料加热均匀性。设备使用先进的微波工程CAD软件包设计, 冷测采用2M210专用模拟天线逐个进行馈入调度, 使得整机效率高。多个微波管同腔工作, 需用微波阵列天线技术确定磁控阵列多元组合方案, 消除微波之间的相互电子对抗。该技术可以提高磁控管的工作稳定性, 延后磁控失效期。
(4) 采用物料传感器, 将物料进入微波加热腔状态传入PLC处理。“傻瓜型”操作方式, 电控智能化, 具有随机故障锁定功能, 降低维修难度。
(5) 组合式结构, 将微波萃取罐分成微波主体腔、进料仓、出料门和微波源4个组件, 有利于生产制作、运输和现场安装。
(6) 防爆、隔爆处理。微波磁控管工作时, 带有几千伏高压, 并有热量排出, 故设备的防爆、隔爆设计有一定难度。所有电器箱可靠密封, 用气液热交换器维持腔内环境温度。设有电缆选用防爆级专用部件连接, 外露电器全部采用防爆级产品。
2.2微波逆流提取设备
以天水华圆的微波逆流提取设备为例, 其具有以下特点:
(1) 微波逆流提取设备有机地将微波和传统逆流提取设备结合起来, 能长时间连续安全运行, 易于维修维护。同时, 微波逆流提取设备又解决了传统逆流提取设备存在的物料无法搅拌、提取不均匀、密封性能差、内部机械部件磨损等问题。
(2) 提取物纯度高、质量好, 可有效地保护食品、药品、天然产品以及其他物料中的功能成分。
(3) 由于微波可以穿透式加热, 使提取时间大大缩短, 可节省50%~80%的时间, 效率高、产量大。
(4) 超强的提取能力, 同样的原料以常规的方法需要两三次才能提净, 在微波场下可一次提净, 大大简化了工艺流程。
(5) 微波提取没有热惯性, 易控制, 所有参数均可数据化, 方便与中药现代化相接轨, 溶剂使用广泛, 可水提、醇提、脂提, 溶剂用量少 (可较常规方法少50%~80%) 。
(6) 微波提取是用电设备, 不需要配备锅炉, 无污染, 安全, 属于绿色工程。
(7) 生产组成简单, 设备占用空间少, 节省投资, 运行成本低。
2.3管道式多功能动态微波连续提取装置
2.3.1 管道式多功能动态微波连续提取装置的工艺流程与主要结构
2.3.1.1 工艺流程
管道式多功能动态微波连续提取的工艺流程如图1所示。
药材经过按其硬实度粉碎成相应粒度, 称取规定数量分别投入浸泡罐, 加入相对固液比的溶剂, 设置加热温度、时间, 并启动已设置转速值的搅拌装置。夹层通进可循环已加热的饱和食盐水加热。随后, 设置转子泵转速、微波辐射腔进出口温度及微波功率。达到浸泡温度及时间即启动转子泵, 并开启出料阀、微波辐射器进出口阀门及过滤器阀门 (多数产品辐射一次, 个别需要辐射两次者则开启中间罐阀门, 关闭过滤器阀门) , 滤液进入中间储液罐。如果用有机溶媒者, 则浸泡加热时需打开冷凝器、冷却器及储液罐阀门。
2.3.1.2 主要结构
管道式多功能动态微波连续提取的设备外形如图2所示。
2.3.1.2.1 浸泡罐
出于提高传热速率及耐饱和热盐水腐蚀的需求考虑, 浸泡罐的材质为316L外加热盘管;搅拌为复合式, 为适应不同药材颗粒重度, 可选择不同搅拌速度;温度控制通过传感器由PLC控制;罐底采用下锥体, 配有不锈钢顶底阀, 通过调节执行装置控制启闭。
2.3.1.2.2 输送泵
输送泵的材质为不锈钢, 可用气动泵或转子泵, 由可调频电机控制浸泡液输送流量。
2.3.1.2.3 微波辐射器
根据微波穿透、吸收、反射三大功能设计, 为防止或减少微波能的损失, 我们对接受微波辐射的盛装浸泡液容器材料进行对比选择, 其中PTFE对微波穿透能力最强, 吸收量最少, 同时它具有耐腐蚀的特点, 对大多数化学药品和溶剂表现出惰性, 能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。PTFE材质特点: (1) 耐温变, 有塑料中最长的老化寿命; (2) 高润滑, 固体材料中摩擦系数最低者; (3) 不粘附, 有固体材料中最小的表面张力, 不粘附任何物质; (4) 无毒害, 具有生理惰性, 对生物无毒, 韧性好。故选择PTFE制作辐射腔内的盘管。由于PTFE波纹管可制作成盘管, 管内浸泡液流动时处于湍流状态, 而且PTFE管管径在7 cm以下, 完全在微波穿透深度范围内, 微波能被充分利用。
磁控管是微波发射元件, 为便于对微波能的控制, 选择小功率进行分组布局, 以适应不同物料对微波能吸收大小不同的调节需求, 它既可保证提取物质量, 又可避免能源的浪费。
辐射腔材料采用不锈钢制作, 它既是微波的防护装置, 也因其反射微波能, 可使尚未吸收的微波能经反复反射被吸收, 得到充分利用。
这些是管道式动态微波提取装置较其他形式微波提取装置具有的更大优势。
2.3.1.2.4 控制系统
将上述技术与温度、流量、压力、液位、电功率等传感技术相结合用于本装备系统, 使工作人员操作更加方便、直观, 避免操作参数失误, 使生产过程更轻松、安全。同时, 微波辐射集中于控制柜内, 防止微波泄漏对生产环境产生威胁, 整个控制柜5 cm周围范围内的微波泄漏量在1 m W/cm2 (国家及国际标准泄漏量为5 m W/cm2) 。此外, 各个控制参数及管道系统还设置了故障报警、超标安全报警等装置。
2.3.2 管道式多功能动态微波连续提取装置的技术要点
依据微波反射、穿透、吸收的特性进行微波谐振腔设计, 由于微波遇到金属进行反射, 所以利用不锈钢板制作可密闭的谐振腔, 使磁控管发射的未被吸收的微波在腔内不断反射、反复吸收、逐渐衰减。同时, 因金属的屏蔽使微波隔离在谐振腔内, 起到安全屏蔽的作用。
腔内物料对微波能的吸收与微波的辐射深度有关, 在透明的极性流体中微波的穿透深度通常为4 cm, 若超过此范围, 微波则辐射不到。
为充分利用微波能, 接受微波辐射, 提取液层的厚度需要不断更新, 以便充分利用微波能, 也便于提取液辐射温度的均匀控制, 为防止局部温度聚升, 被提取物料最好处于流动状态。鉴于此, 选择管径8 cm的PTFE波纹管道最为合适。
考虑到不同植物有效组分对微波能吸收的差异, 采用磁控管分组控制可以满足控制管道进出口温度调节的要求, 这也符合节能原则。为了证实其优点, 该设备经历过小型试验、中型放大、设备材料、结构的改进和动力装置的更新, 通过反复试验而获得可适用于规模化、产业化的微波辐射参数。
2.3.3管道式多功能动态微波连续提取与釜罐式微波提取的比较
管道式多功能动态微波连续提取所接受的微波辐射是在其波长范围之内, 所接受微波能不存在衰减影响。釜罐式微波提取罐是浸泡与微波辐射同一罐体, 釜罐式微波发射管是沿罐的周边布置, 罐体直径一般在1 m以上, 浸泡液接受微波能是通过搅拌将其驱赶至罐边, 仅是瞬间贴近罐壁4 cm的物料接受微波能, 超过此范围的物料则需等待搅拌动力将其驱赶到罐边, 而上次已经辐射过的物料又有可能再次一起被送到罐边再被辐射, 这难免导致辐射不均匀, 对微波能接受不完全。因此, 釜罐式微波提取的能耗比管道式多功能动态微波连续提取高, 提取率也不如管道式多功能动态微波连续提取高。
此外, 釜罐式微波提取的操作方式仍然是间歇式, 浸泡液的加热方式依然离不开蒸汽, 输送微波能的磁控管沿着提取罐的周边分层排列, 罐外需要设置屏蔽板, 如果磁控管需要检修或更换会带来诸多不便。管道式多功能动态微波连续提取则是浸泡与微波辐射分设, 其工作过程是浸泡液在罐内浸泡预热到一定温度, 经转子泵定量打入微波辐射腔, 通常经1 min左右辐射后即进入固液分离。辐射腔在控制柜内, 安全屏蔽可靠, 检修更换方便。管道式多功能动态微波连续提取因始终处于微波辐射深度范围内, 故提取率相对釜罐式微波提取要高, 其辐射功率调节控制方便, 更加节能。管道式多功能动态微波连续提取与釜罐式微波提取的比较如表1所示。
3 微波连续提取与传统提取的综合比较
温州神华轻工机械有限公司与温州某中药厂对神华公司生产的小型微波管道式连续提取装置进行了单方与复方小生产试验。同时, 将所得的干浸膏分别采用定性、定量、仪器 (显微观察、吸光度、薄层色谱、高效液相色谱等) 进行分析, 所得数据及图谱与样品相应数据及图谱进行对比, 而后得出相应的结论。为了验证效果, 他们按照2000版《中国药典》单方与复方的处方药材、处方量, 将益母草、甘草、板蓝根、山楂 (单方) 、苦参、黄芩、大黄、黄连、黄芪、槐米、绿茶、红茶、鸡蛋花、芦柑皮、竹叶、红景天等一定量 (2~3 kg) 的药材分别粉碎至要求的细度, 先加一定量冷水 (或乙醇、甲醇) 浸泡至规定时间, 然后加规定量的热水继续保持一定温度浸泡至规定时间。早期是采用气动泵来控制量程与频率, 现在则是启用调频转子泵以控制流量及浸泡液在微波辐射箱的内置塑料管 (长32 m、壁厚0.3 mm的聚四氟乙烯软盘管) 的微波功率从3 k W (循环辐射) 到48 k W可调, 以调节辐射时间及功率密度, 并控制提取温度 (辐射时间与温度取决于药材的理化性质) 以考察其提取效果。该试验应邀企业共同研究, 利用医药或食品企业的分析仪器、分析技术以及熟练的分析人员共同协作, 对粉碎后的药材、提取物和药渣中所含有效组分进行分析、对比, 根据分析结果打出分析报告, 根据分析报告及投料数据再计算得出提取率, 同时根据水、电、汽的消耗记录及查阅该产品生产中的水、电、汽等动力消耗指标, 得出技术参数对比并汇总成表。
6年多来, 我们用微波连续提取装备先后进行了300余次试验, 应用水、纯水、甲醇、乙醇等作为溶剂, 所涉及的有效成分有黄酮类、有机酸类、苷类、生物碱类、多酚类的28个单方成分和5个复方成分, 绝大多数都取得了满意的结果, 现将部分数据摘录如表2~表5所示。
4 有关微波提取安全问题的讨论
20 世纪60 年代初期, 微波已在西方工业、农业、化学、生物医学得到广泛应用, 如用于食品的干燥、灭菌, 农副产品的杀虫、杀菌、灭酶等。我国有关微波的研究应用始于20世纪70年代初, 首先被应用于生物医学, 其次被应用于电子工业及军事方面, 植物提取的应用在20世纪七八十年代就有人进行了试验研究并获得成果。近十年来, 微波干燥已在食品、药品、中药饮片等生产中得到普遍应用。2003年, 国家食品药品管理局编制的《中药验证指南》将微波提取编入了验证内容。该指南指出, 微波提取的原理是微波对药材的组织细胞迅速、均匀加热, 使药材细胞的液体迅速气化并使细胞壁破裂, 从而让有效成分快速释放。同时, 该指南还肯定了微波提取的优点:与传统提取方法比较, 微波提取省时、节能、收率高、选择性好。当微波提取被选择为生产工艺时, 药监局的有些部门领导、某些主管审批的人员及一些老专家, 对微波、超声波、膜分离等新技术的应用提出了一些安全问题, 甚至有些人对微波持有偏见, 阻碍中药生产的改革与创新。
为此, 笔者为微波研究人员、微波提取设备企业和中药提取物生产企业说几句公道话。
4.1微波技术的应用
我们日常生活中接触微波辐射比比皆是, 如遥感、通讯、探测、手机、微波炉、电视、电脑、微波紫外灯、日光灯管等;在医学治疗方面, 如微波理疗、微波热疗、微波组织凝固、微波手术刀、微波CT诊疗、微波针灸、共振法微波诊疗、毫米波治疗等;微波技术在警戒区的报警、自动门控制、车船速度探测、金属厚度测量等;在分析化学方面, 微波等离子体光谱分析、微波快速尿液分析、亚稳态能量转移光谱分析、微波耦合空心阴极发射光谱分析、微波等离子体色谱检测等;在工业方面, 微波炼钢、微波陶瓷烧结、微波消解、橡胶的微波硫化预热及再生脱硫等;在加热浓缩干燥及污水处理等方面微波也得到普遍应用。
现在许多食品、药品都有可能是通过微波干燥生产出来的, 只不过有的是直接, 有的是间接的, 现代科学技术已经渗透到我们生活的各个领域。任何事情都有个度, 药品是用来治病救人的, 但长期超剂量用药却会害命。中科院生物物理所研究员、辐射生物学专家曹恩华认为:微波炉的发明是20世纪的重大发明之一, 加工的食物是否对人体有害, 目前还缺乏有说服力的证据, 在严格的科学试验之前就妄言“微波食品对人体有害”显然是不负责任的。国家有关部门官员也表示, 目前尚未接到过任何有关微波食品对人体有害的报告。相反, 据食品卫生监督部门检测分析, 卷心菜经微波炉烹饪, 维生素C的损耗率为4.76%, 而传统烹饪方法导致的损耗率为19.04%。另外, 微波炉烹饪后, 食品中的矿物质、氨基酸的存有率也比其他烹饪方法要高得多, 如用微波炉烹饪蹄膀, 8种必需氨基酸为微波加热前的98.6%。腌肉、腊肉等食品在加工过程中会产生亚硝胺, 亚硝酸盐作为防腐剂与食品发生化学反应也会生成亚硝胺, 而亚硝胺能引起细胞癌变。美国药理学家研究发现, 将腌肉放在微波炉内烤45 min, 取出来时既香又脆、味美可口, 而且用化学方法分析, 找不到一点亚硝胺的痕迹。
4.2以维护百姓生命安全为己任开发新产品
我国一再鼓励改革创新、应用新技术、新装备, 但国家食药局的某些规定却不合时宜。据说, 中药产品的提取工艺必须完全符合药典标准, 不得随意改动。凡改变生产工艺的产品, 必须经过临床鉴定, 按照新药程序报批。如果确真如此, 那么任何一个药品投放市场前都按新药要求经过必要的化学、生物质量检测、临床试验、新药鉴定等专业专家和药政部门审查通过, 这是一个费力、费财、费时的漫长过程。如果企业为提高质量降低成本采用新技术、改革旧工艺, 但要按新产品重新进行费时、费财的临床鉴定, 那么多数企业必会望而却步, 导致中药企业推广应用新技术、新工艺困难重重。
笔者认为, 产品符合药典质量标准这是无可非议的, 药品是用来治病救人的特殊商品, 其质量关系到人民的生命安危。但是, 希望药典、食品标准应根据政策、技术等不断修改, 以适应产品质量提高和改革创新的需要。
4.3微波食品药品是否安全
目前, 微波干燥在医药、食品行业的应用越来越普遍, 尚未见受微波辐射的中药、药材、食品成分发生改变的报导。国家没有经微波辐射的药品、食品的产品不许进入市场的相关规定, 说明微波药品食品安全没有出现问题。2 450 MHz频率的微波其微波量子的能量为1.99×l0-25~1.99×10-21J。微波的量子能量还不够大, 不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键 (部分物质除外, 如微波可对废弃橡胶进行再生, 就是通过微波改变废弃橡胶的分子键) , 尚未达到布朗运动的能量级, 故对物质结构是安全的。相对比较, 微波提取温度绝大多数是在低温下进行, 最高温度不会超过70 ℃, 比微波真空干燥温度还要低, 且药材颗粒周围是溶剂, 不会导致局部过热, 有效组分不可能产生分解。
4.4质量标准与工艺路线的关系
对关系到百姓健康的食药安全监管是必要的, 遵守药典规定, 尤其是质量标准不能降低, 但工艺不是一成不变的, 工艺需要随技术进步而经常修订。化学合成药物可以有多条合成路线, 但最终的成品只有一个, 产品质量标准也只有一个, 对此大家没有分歧。但是, 对中药产品, 药典除质量标准外还规定了热回流的提取条件, 如固液比、粒度、温度、时间等。如果死守药典工艺不变, 那必然障碍工艺技术的革新, 许多节能、低碳、降耗的新技术、新工艺就难以应用。因此, 新工艺是否适用的关键是其对质量是否有明显提高之功效。鉴定提取物的质量标准离不开《中国药典》等, 检测方法离不开定性、定量、生物检测等手段, 临床鉴定通常应用于新药。国家食药局除规定不能改变工艺条件外, 还规定凡是企业自己生产的提取物并分装不同剂型的产品, 如果改变了提取物生产条件, 即使提取物质量符合《中国药典》规定, 也必须重新进行临床鉴定。而自己不生产提取物的企业则购进提取物的质量标准和相应的制剂产品的质量标准均以《中国药典》为准。据说, 对药材与食品制品、提取物浸膏的干燥方式没有规定, 前者现在许多企业通常采用微波隧道式干燥箱, 后者则普遍采用真空微波干燥箱。如果确实是如此规定, 真是令人费解。建议国家食药局的有关部门深入中药生产企业和科研单位, 了解他们的呼声, 了解新技术、新工艺的好处, 推动中药企业的改革创新。
4.5微波应用于生产的安全防护
客观上微波确实会对人体产生危害, 因为人是生物体, 微波既然可杀菌, 也就会对人体细胞产生影响。因此, 了解其危害加强防护, 切不可违反操作规程, 尤其是未停机前绝对不能打开谐振腔箱门, 箱门必须严密, 经常用微波泄漏仪检测微波泄漏量, 超过安全值必须立即停机。操作人员应该熟悉微波及其防护知识, 管理人员应该向操作人员普及安全操作规程, 检查安全措施是否到位。尽管微波辐射范围属于安全的低辐射范围, 但微波也有积累效应, 所以建议在营养上多增加含维生素B的食品。
5 结语
从上述技术分析与数据说明可知, 管道式微波连续提取可实现连续操作, 产量大、提取率及有效组分含量高、操作周期短、生产效率高, 符合国家提出的节能、低耗、减排可持续发展经济的建设方针, 具有产业化、规模化的基本特点, 在工业推广应用上有较高的价值。值得指出的是, 我国有关科研单位已经公布的微波植物有效成分提取的科研成果数以百计, 每年陆续还有几十个成果涌现, 但绝大多数成果仍然停留在试验阶段, 尚未实现产业化。这些成果急需转化为生产力, 为国家经济建设、减轻老百姓医疗健康的经济负担作出应有的贡献。
此外, 我国传统的热回流提取和渗漉提取技术急需技术改造, 以改变其能耗高、污染大、收率低、含量少、物耗多、成本居高不下及劳动强度大、生产环境差等落后状态。多功能微波连续提取可以在科研成果转化及技术改造中发挥其潜力, 为植物提取业的现代化发展作出应有的贡献。
摘要：从微波提取的原理及特性入手, 阐述了国内微波提取设备的现状, 着重对管道式多功能动态微波连续提取设备进行了研究性探讨, 并对微波连续提取与传统提取进行了综合性对比, 最后就有关微波提取的安全问题进行了讨论。研究发现, 管道式微波连续提取可实现连续操作, 具有产量大、提取率及有效组分含量高、操作周期短、生产效率高的特点, 符合国家提出的节能、低耗、减排的可持续发展经济建设方针, 在工业推广应用上有较高的价值。
微波传输设备 篇5
在当前我国的广播电视行业的发展建设过程中，微波传输技术得到了较为广泛的应用。但是，在实际使用的过程中，由于微波传输技术的自身缺陷或是其他问题，使得微波传输过程受到多种外界因素的影响，常会造成传输质量的下降。要减少这种微波传输故障的出现，技术人员首先应当进行的就是对微波传输系统的了解，技术人员在这一过程中可以对系统的机构有充分的认识，并且针对存在的问题，可以提出相应的措施保证微波传输系统的稳定运行，防治在微波传输过程中出现信号的不通畅，影响传输的质量。在微波传输系统的建设过程中，规划设计部门需要针对微波传输站点进行地质和传输情况的备案，以便于在出现故障时可以及时进行检修。在传输技术的选择上，国家广播电视中心要针对微波技术提出样的规定，统一的微波站点和传输设备的技术标准可以方便故障检修工作的进行。同时，城市规划过程中也要避免规划设计对微波传输过程的影响。其次，在实际使用过程中管理人员需要不断提升自身对于微波信号的故障判断能力和检测技术，提升故障位置的检测准确性，并缩短故障检修所使用的时间，使得检修过程的效率得以提升。最后，由于微波信号传输过程是不可见的，因此在传输过程中信号很有可能会受到多种类型的干扰因素的影响，使其传输质量不佳，在传输过程中需要对信号额不同参数进行全面的对比和优化，从技术层面实现对传输过程的调整优化。除了上述问题之外，在实际工作中必须重视环境因素对传输质量的影响，传输距离的增加会使得传输质量受到较大的影响。因此，在实际传输过程中需要对传输通道进行有效的保护。
2微波传输通道的故障排除
在实际的微波传输站点的管理过程中，假如在传输中信号的接受质量下降，且两个信号传输站均增加了传输发射效率，但是其实际传输质量没有得到较好的优化。在对故障进行检修的过程中，检修人员首先需要对工作人员进行询问和调查，分析在传输问题出现时是否存在恶劣天气状况。之后，工作人员可以协助检修技术人员对传输站中的设备运行情况进行全面的检查，主要的检修项目包括站点的天线、馈线系统是否安装正确，使用检修仪器对馈线和天线的实际情况进行检测，保证检测结果的准确性。假如馈线出现异常，那么技术人员可以先对馈线进行清理，假如传输质量没有得到改善，就需要更换馈线。完成天馈系统的检测之后对信号接受过程的接受电平参数进行检查，假如数据和信号传输过程的标准数据存在较大的差异就可以认为是天线的位置出现错误，对其进行调整直至接受电平参数正常。假如在完成上述的检查步骤之后仍未能发现故障，那么造成传输故障的`主要原因可能是在微波传输中存在阻碍，使得天线的接受电平的数值下降。在对障碍的检查过程中，技术人员可以使用检测软件对微波电路进行全面的检查，对电平的变化过程进行全面的监控。另外，技术人员可以使用传输信号的路由图来对传输障碍进行分析，在检查过程中网络图像可能存在延迟，因此，在实际检测中可以使用路由图来提升电平检测过程的可靠性和实时性。
3微波故障及解决措施
3.1微波传输故障的影响
由于微波发射设备主要是通过微波来进行广播电视信号的发射和传输，受限于微波本身性质的影响，微波在传输过程中出现信号的衰减就会影响广播电视信号的正常传输。在实际的信号传输过程中，微波信号会因为多种原因而产生信号强度之上的衰减。在实际的生活中，有序环境中存在波长和频率不定的杂波，导致微波传输的效果受到影响。微波在受到干扰的情况之下就会在微波接收端的接收过程中出现微波频率的混乱，破坏接收端对于电视信号的接收质量，影响了信号的可靠性。在广播电视信号的微波传输过程中由于许多客观因素的影响，传输信号会出现较多的衰减，直接影响接受质量，使得微波传输过程的载波干扰比不断下降，影响了信号的可靠性，在实际传输中影响信号传输质量的因素主要包括如下的两种：第一，地面传输环境影响。广播电视的信号是在一定的传输区域内进行传播，在传播过程中很有可能会受到周边环境中的不良因素的影响。比如，在该区域的不同类型传播断面上进行传输时由于区域内的反射系数和电平损耗存在差异，使得信号在不同区域内有着不同的衰减效果。因此，在实际传输过程中需要严格控制传输断面对微波传输质量的负面影响，防治反射现象影响微波传输过程。第二，气相因素的影响。在微波的传输过程中气相因素的存在碎玉微波的传输距离和传输质量都有着较为明显的影响，由于微波传输距离交叉，因此传输载波很容易受到传输过程中极端天气的影响，增加载波传输的能耗。一般微波在山区中进行传输时会发生较大的损耗，因为山区中的气相因素较为复杂，微波信号在衰减的同时，还会发生反射现象，使得微波传输质量受到极大的影响。
3.2抗衰减措施
为了提升微波传输过程的质量，提高广播电视系统自身的性能，在实际的电视信号传输过程中需要采取一定的抗信号衰弱处理方法，由于广播电视信号在微波传输过程中对于系统的运行情况有较高的要求，因此，在优化过程中技术人员应该针对系统进行优化，减少信号衰弱的不良影响。在系统中使用分集接受技术可以有效提升传输质量，在信号的接收端将多路受信设备和输出信号设备进行整合，可以有效控制信号传输过程，降低信号衰减的不利影响。针对微波传输站点，在技术人员可以对其进行数字化的处理和改造，结合频率分集理论和空间分集形式来控制信号衰减过程。除此之外，在日常运行过程中技术人员应该对传输设备进行定时的检测，应利用相关软件查询微波电路。查询过程中认真记录各项参数，尤其应充分观察电平的变化情况。其次，通过传输路由图检查传输过程中存在的障碍物，检查过程中需要注意，一般网络提供的图像有一定的滞后性，并不能直接反映微波传输情况，因此必须依靠微波传输路由图进行测量和查询。
4结论
科技的不断发展，广播电视微波传输中故障排除方法将日趋完善，由衰落导致的微波信号传播过程中的中断现象能够有效的避免，尤其目前使用的数字时钟再生、ATPC、每跳无损伤倒换开关等抗衰技术的应用，大大减少了衰落对广播电视微波信号的影响，显著提高了广播电视服务质量。
参考文献
[1]吴国舜.广播电视微波传输通道故障判断方法研究[J].西部广播电视，（17）：47.
微波传输设备 篇6
1 数字微波技术的特点及工作原理
针对数字微波技术, 想要明确广播电视数字微波传输设备的维护措施, 就要对数字微波技术的特点、工作原理加以了解, 以此为基础, 进而全面掌握数字微波技术。
1.1 特点
1.1.1 工作频率宽
其属于一种射领控制形式, 本身的工作领域非常宽, 但因不同领域的要求不同, 形式上存在一定的差异, 所以, 就需要将现有的设计形式作为基准。只有这样, 才可以满足合理化的控制要求。由于现阶段的微波设计存在频率高、波长段等诸多特点, 所以, 在今后的通信中, 需要设计好天线的具体形式, 并基于现有的设计基准完善设计。如果波长要小于周边物体的尺寸, 则微波产生的电磁波就会与光波特性相同, 从而使天线具有明却的方向性。
1.1.2 多路操作
利用数字设计本身所具有的特殊性, 在干预阶段, 需要符合接力的形式要求, 根据基本通信方式对操作形式进行具体的细分处理。对于不同电站形式和广播电视可能造成的干扰, 应做好线路长度的详细分析, 再配合接力方式的设计发送信息, 能满足信号接收的准确性要求。
1.1.3 接力设计形式
本形式属于中继通信的一种形式, 主要基于现有的设计要求, 可满足传输本身的可靠性要求, 将基准定格在微波线路的设计形式上, 从而进行阶段性的分析和处理。
1.2 传输设备的工作原理
“艾默生”开关电源的工作原理主要为通过交流配电分路使市电进入整流模块中, 并通过整流模块的处理可以得到电压, 提供给多路的微波设备。一旦切断电源, 就会停止整个整流模块的运行。通过蓄电池可为微波设备提供电源, 这样就可以在正常的工作中恢复微波设备的电力, 其整流模块也可以为微波设备提供电源, 实现对蓄电池的充电处理, 这样也可以弥补之前消耗的电量。
2 传输设备的应用与维护
2.1 数字微波传输的具体应用
随着时代的发展, 广播电视的制作必定会向着更高清的方向发展, 绝大部分电视台都会选择高清制作, 将高清无线微波摄像机添加到节目之中, 这样有利于整体制作水平的提升。比如湖南电视台的重大活动中都会将无线摄像机与斯坦尼康减震器一起使用, 这样能确保在复杂的地形条件下进行无线微波摄像机的有效传输。在之后的应用中, 还需要对数字微波的传输方式进行更为有效的分析, 并对数字微波传输的应用形式进行具体分析。
2.2 数字微波传输设备的维护
对于数字微波传输设备的维护, 最值得考虑的是电源维护和设备维护两方面, 应做好这两方面的工作, 从而满足整体性的微波传输设备要求。
2.2.1 电源维护
电源是广播电视数字微波传输的基本设备, 对其设备的维护也是最关键的工作。在设备维护方面又包含了日常和故障两种类型。日常维护主要是指电源的使用, 需要围绕维护的时间、设备寿命进行, 特别是电源的表面出现异变时, 不可继续使用, 防止安全事故的出现。在维护中, 需要做好对充电时间的关注, 一般而言, 每3个月需要进行一次充电处理, 但不得连续充电。对于电池放电而言, 如果是2 V的电池, 在放电完成之后, 电压也不得低于1.8 V。同时, 应确保电池的同一型号和同一品牌, 不得出现随意搭配的情况, 避免短路事故的发生。维护电源故障主要是在发生故障之后在开展维护处理工作, 一方面需要检查运行状态, 比如检查连接螺丝是否紧固等;另一方面, 根据FLA红灯亮的问题, 可以判断DS3是否失灵、电缆中是否存在误码等。维护上述故障时, 首先要检查本端DS3单元, 之后联系广播电视传输的上站和中站, 直至完全解决问题为止。
2.2.2 设备维护
维护数字微波传输设备时不得偏离国家的规定, 应根据维护管理手册中的要求, 逐一落实各项维护工作。具体而言, 应对所使用的指示灯的具体情况进行检查, 确保线缆设备可以准确判断数据导出行为, 根据实际状态分析判断故障和缺陷;明确传输设备信号具体表示的意义, 可以根据信号来判断设备状态, 并了解接口的具体含义, 从而确保传输设备中的故障可以及时被发现, 也可以使维护人员进一步了解设备的连接方式, 做好小型设备故障处理工作;与微波传输设备的实际应用相结合, 可确定维护方案。其中, 应急预案是关键, 这样可以避免出现数据中断的问题发生, 也不会对广播电视造成影响。
3 设备维护措施
3.1 开关警示数据研究
在广播电视数字微波的传输中, 开关设备的重要性不可忽视。因此, 需要进行专业性的设备维护。如今, 在广播电视中, “艾默生”开关设备使用最广泛, 专业维修人员需要反复了解开关设备, 并掌握设备警示标志。一般而言, 较为常见的数字微波传输设备警示为紧急警示。一旦出现这一种情况, 就表示设备出现的问题较为严重, 且在第一时间内设备会停止运行。因此, 需要专业维修人员做好设备的维修工作。最常见的紧急警示表现为指示灯亮, 也会有声音发出, 需要维修人员做好修复处理工作。
如果属于一般警示, 则不需要立刻进行数字微波传输设备的维护处理工作, 维护人员可以根据时间来安排维修工作。这样不会影响其余设备的维修工作。一般警示出现时, 指示灯会不停闪烁, 但不会有声音出现。如果指示灯没有亮, 同时也没有任何声音, 就表示设备处于正常运行状态, 只需要做好设备抢修计划的制订, 可以减轻维护负担。
3.2 设备整流模块的维修保养
在维护广播电视数字微波传输设备时, 需要将整流模块作为维护重点。在开关电源中, 整流模块是核心部分, 其指示灯是设备是否正常运行的判断标志。对于整流模块的维护, 专业维护人员主要是对其内部散热器进行定时温度测量, 一旦温度超出40℃, 就需要做好防尘网灰尘检查工作, 维护人员应及时清理灰尘。在夏季, 由于温度较高, 所以, 整流模块的温度也会随之上升, 因此, 专业维护人员应将温度控制在20℃左右。
维护广播电视数字微波传输设备时, 应保证检测与维护工作同时进行, 确保两者的准确性和实时性。在检测过程中, 需要第一时间对设备存在的问题加以了解, 做好处理工作。广播电视应按照实际的运行情况规划检测工作, 并将其付诸于实际行动。只有这样, 才能确保设备充分发挥功效。
3.3 强化特殊环境下的传输设备
如果广播电视需要参与大型活动或公益节目, 就需要对数字微波传输设备提出更高的要求, 专业人员需要做好设备的维护处理工作, 确保操作的安全性。在活动开展期间, 需要做好相对应的养护处理工作。只有这样, 才可以确保设备的运行状态不受影响, 也可以进一步强化广播电视水平。
4 结束语
近年来, 广播电视数字化发展已经成为必然趋势。想要满足广播电视的良性发展, 就需要有效地利用数字微波传输设备, 确保设备的稳定性和安全性, 使广播电视数字微波传输设备的运行万无一失, 也可以提升广播电视的科学技术水平, 确保其拥有更为广阔的发展空间。
摘要：随着广播电视行业的快速发展, 人们对数字微波传输和运用的要求都有所提高。广播电视行业为人们的生活提供了便利, 但应注意广播电视数字微波技术之中的设备传输、后期维护是重中之重, 需要专业人员的共同努力。广播电视能够利用数字微波来实现传输, 广播数字主要是为了传输功能的实现, 从而对设备进行优化, 满足广播电视的实际需求, 这也是广播电视根本的优势所在。从广数字微波技术的特点出发, 对广播电视数字微波传输设备的维修进行了具体分析和探讨。
关键词：广播电视,数字微波,传输设备,维护措施
参考文献
[1]陈文洲.广播电视SDH微波传输系统维护心得[J].中国传媒科技, 2013 (02) .
[2]罗廷堂.数字微波传输在广播电视中的应用[J].科技创新与应用, 2015 (05) .
[3]王雪梅.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用[J].通讯世界, 2015 (07) .
微波传输设备 篇7
关键词：广播电视,数字微波传输设备,维护
广播电视的数字微波传输设备,具有精细化的特性,传输的方法也比较特殊。目前,数字微波传输设备在广播电视中的应用逐渐成熟,但是设备的维护,却成为一项比较重要的问题。广播电视运行中,应该对数字微波传输设备积极采取维护措施,强化设备的维护,以便提高设备的性能,确保其在广播电视中的运行效益。
1 分析广播电视数字微波传输设备的应用
广播电视的多样化发展,对数字微波传输设备提出了较高的要求,充分发挥该设备的规范接口和灵活复用的优势,兼容广播电视中的设备。数字微波传输设备,是广播电视传输中不可缺少的部分,担负着节目源、信号源等多项传输工作,确保广播电视的安全运行[1]。随着广播电视的发展,数字微波传输设备也得到了明显的应用,传输设备要符合广播电视的要求,由此必须深化维护工作的应用,保障广播电视数字微波传输设备的有效性。
2 广播电视数字微波传输设备的维护
2.1 电源维护
电源是广播电视数字微波传输中的基础设备,在设备维护中属于主要的维护对象。电源维护分为日常维护和故障维护两部分。日常维护是指根据数字微波传输设备对电源的使用,围绕时间、寿命进行相关的维护,特别是当电源表面发生异变时,必须立即停用,以免发生安全事故,维护的过程中要注意充电的时间,大约三个月充电一次,不能连续充电,电池放电处理的过程中,如果是2 V电池,放电后的不能低于1.8 V,尽量选择同型号、同品牌的电池,不要随意搭配电源,预防短路事故。
电源故障维护是指当电源发生故障时进行的维护工作。故障维护的过程中,一方面要定期检查数字微波传输电源的运行状态,包括紧固连接螺丝、检查异物等;另一方面要根据故障制定解决措施。例如,广播电视运行中,数字微波传输电源出现FLA红灯亮的情况,该故障原因是DS3接收失步,导致电缆出现误码。维护此类故障时,应该检查本端DS3单元,联系广播电视的传输上站和中站,直到故障解决。
2.2 设备维护
广播电视数字微波传输设备的维护,需要遵循国家规定,依照《微波技术维护管理工作手册》中的要求,落实各项维护策略。首先,重点检查广播电视数字微波传输设备使用时的指示灯,准确判断线缆设备,能否正常导出数据,根据线缆的导出状态,判定设备的故障与缺陷;其次,明确广播电视数字微波传输设备中的信号表示,根据信号判断设备的状态,而且还要掌握设备接口的意义,以便及时发现传输设备中的故障,维护人员还要熟悉各个设备的连接方式,简单处理小型的设备故障;最后,结合数字微波传输设备在广播电视中的应用,制定设备维护的方案,其中要包含应急预案,防止出现数据中断的问题,避免对广播电视造成任何影响[2]。
3 广播电视数字微波传输设备维护的强化措施
首先,维护人员依照数字微波传输设备在广播电视中的信息流程,同时明确系统建设,及时找出影响设备运行的因素,作为设备维护的基础,必要时可以提前制定抢修计划,以确保数字微波传输设备维护的规范性,排除不良因素的干扰。
其次,在数字微波传输设备维护中,促使维护与检修保持同步性,通过全面的检修,得出设备在维护方面的需求。结合广播电视数字微波传输设备的运行状态,定期规划出需要进行检修的设备,安排可用的维护措施,随时调整设备的运行方式,保障设备处于优质的状态。
再次,针对广播电视数字微波传输设备,制定维护制度,着重规划出维护的时间周期,以周检、月检的方式执行维护工作,期间要保障维护人员的安全,禁止出现安全事故,体现维护制度的规范性和约束性,强调其在设备维修中的实践性,为广播电视数字微波传输设备提供优质的运行环境。
最后,特殊环境下设备维护的强化措施。当广播电视参与大型活动时,对微波传输设备的要求明显提高,此时维护人员应该细化设备维护的内容,确保设备处于安全、可靠的运行状态[3]。在大型活动前期,完成微波传输设备的保养工作,确保广播电视在活动期间,始终保持优质的状态,提高广播电视的传输水平。
4 结语
广播电视的数字化发展,增加了数字微波传输设备的运行压力,面临着一系列维护难度。为了保障数字微波传输设备在广播电视中的有效应用,必须做好设备维护的工作,同时全面落实强化措施,确保设备维护的有序进行,控制设备维护中的不良行为,由此为广播电视数字微波传输设备的运行,提供优质的环境。
参考文献
[1]边华忠.关于数字微波传输系统维护方法的浅析[J].科技风,2014(1).
[2]陈文洲.广播电视SDH微波传输系统维护心得[J].中国传媒科技,2013(2).
微波传输:应急报道显峥嵘 篇8
在大灾大难发生时,通信、电力中断,传统的通讯网络处于瘫痪状态,而利用无线电波发射和接收的广播成为了灾区不可或缺的通讯工具。此时广播是兼具大众传播功能与通讯功能的“二合一”媒介,它是实现社会动员与社会整合最有效的媒介。
近年来,各大媒体也利用微波产品的特性灵活部署应急报道技术支撑平台。随着大规模集成电路技术及IP网络技术的快速发展,带动了微波技术产品呈现小型化、高速可移动、高带宽的发展趋势。这就使得在灾害发生之后的应急和重建过程中,微波产品在速度和成本上更具优势。一是架设时间短;二是部署的灵活性,由于体积小、重量轻、布线方便,可以在各种艰苦的环境中安装。如果没有合适的建筑物,把临时改为微波端站挂在路灯杆上也可以。另外,从投资的规模和灵活度上也存在很大优势。针对灾民临时安置点,利用微波传输解决方案,不但在成本上远远低于部署光缆,而且在安置点完成使命之后,临时架设的微波设备还可以轻松拆下,重复利用,有助于节省资源、避免浪费。
小型微波传输铁塔的应用 篇9
舟山市普陀区广电台在乡镇微波电视联岛工程中, 经过摸索设计出结构简单、安装方便实用的小型微波传输铁塔, 在多个海岛乡镇中得到应用, 并推广到浙江、福建等地。经过了6~8年时间不等的使用, 质量性能可靠, 期间多次经过了台风侵扰, 没有一座铁塔受到破坏, 始终保持微波信号畅通。
1小型微波传输铁塔的设计
小型微波传输铁塔设计要考虑铁塔牢固性、稳定性。其质量好坏直接影响到微波信号的各项性能指标和微波网络运行的安全可靠性, 必须引起高度的重视。
小型微波传输铁塔设计专为3m~4m座式抛物面微波固定使用。微波铁塔一般选用正方形铁塔, 其侧向刚度大、抗扭性能比三角形铁塔好, 微波传输天线调试方便等特点。微波铁塔主要荷载为形状天线及塔架本身引起的风荷载, 其中又以微波天线引起的风荷载为主, 特殊情况下还应考虑地震荷载。铁塔单位面积上的风荷载应按下式计算:
式 (1) 中:ω——作用在高耸结构单位面积上的风荷载 (k N/m2)
ω0——基本风压 (k N/m2)
μr——重现期调整系数
μs——风荷载体型系数
μz——z高度处风压高度变化系数
βz——z高度处的风振系数
式 (1) 表明, 风荷载除了取决于自然界气象条件及所挂天线受风面积大小外, 还与结构高度、横截面大小、结构布置 (包括腹杆及横隔面的布置) 形式等密切相关。减少风荷载对节约材料有着重要意义, 应尽量采用具有最小风压值的截面, 尽量简化结构布置, 减少迎风面积, 使结构上的风荷载降到最低限度。本铁塔选材用底脚板为400×400mm厚20mm钢板, 塔顶连接板为10mm钢板, 铁塔四方主杆角铁及顶四方为100mm×100mm, 撑挡为60mm×60mm角铁, 微波天线座架固定用12#槽钢。角铁选用国标船用钢, 船用钢有一定的强度、韧性和一定的耐低温及耐腐蚀性能好, 并有较好的焊接性能。所有铁件经热镀锌处理。图1为铁塔设计示意图, 表1为材料规格。
微波传输天线安装在铁塔顶部2000mm×2000mm四方形平台上, 图2、图3为3m微波天线天线固定底座架尺寸及螺孔定位位置图。微波天线底座固定采用螺钉压板固定, 固定4m微波通讯天线时移动L6、L7槽钢位置。表2为铁塔顶面材料规格表。
2小型微波传输铁塔的基础设计
铁塔基础的设计及材料选取:因地质为岩石, 采用矿石机在四只铁塔底脚塔基下方钻十六只、深80公分、孔为60mm洞孔, 用Φ22mm螺纹钢插入洞中, 上端与铁塔底脚固定螺栓相连, 四方塔基为40×40mm, 横梁之间为30×30mm, 主钢筋为四根Φ16mm螺纹钢, 套环用Φ8mm圆钢, 间距为25mm。铁塔基础设计示意图见图4。
浇灌混凝土采用标号C30, 砼配合比如表3。
钢筋为I级钢, 钢材为Q235、铁塔焊接采用E4300一E4313焊条, 均为满焊。沙选坚硬不含杂质有棱的硅质砂粒。混凝土工程优先选用粗中砂, 含泥量不大于3%。石子:石子选用坚硬岩石子如花岗岩、其次石灰岩等。混凝土实心板骨料的最大粒径不宜超过板厚1/2, 且不得超过50mm。石子中针、片状颗粒含量不大于15%。
精密要求:
1.基础各脚平面水平度允许偏量1/10000, 各脚定位板标高偏差小于5mm。
2.塔基各脚轴线边长允许偏差小于5mm, 对角线偏差小于5mm。
3.预埋螺栓位置扭转不大于±1mm。
4.预埋螺栓纹底部中心位置与轴线偏差±2mm施工中钢筋位置若与预埋螺栓矛盾, 钢筋避让, 以预埋螺栓为准。
3结束语
微波传输系统在通讯、广播电视方面得到广泛应用, 我台在AML调幅微波电视传输系统建设时, 对微波天线的固定铁塔进行了多次设计论证, 在保证性能指标前提下, 也考虑了简便实用、投入少方案。本文对本台整个工程建设过程中微波天线固定铁塔进行了阐述, 供同行们参考。
参考文献
[1]王肇民.高耸结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995, 11.
微波传输设备 篇10
1 超声微波连续逆流提取技术及设备的特点
1.1 超声微波连续逆流提取所涉及的几个概念
1.1.1 连续逆流提取
连续逆流一般为多级提取, 操作时底流液 (药材) 与溢流液 (溶剂) 在提取单位中沿相反方向运动, 实现固—液二相连续接触性提取。此方式的特点: (1) 溶剂使用量少; (2) 提取效率高; (3) 提取液的浓度也相对较高; (4) 提取周期短; (5) 单位质量的提取液浓缩所消耗的能量少。
1.1.2 超声 (波) 提取
超声波是指频率在20~50 000 k Hz之间的机械波。其原理:超声波能产生机械效应、空化效应及热效应, 超声波发生器产生高于20 k Hz的超音频电信号, 通过浸入式换能器转成同频率的机械振荡而传播到提取液介质中, 并以超音频纵波的形式在提取液中疏密相间地向前辐射, 使提取液振荡而产生许多的微小气泡。由于超音频纵波传播的负压和正压区交替作用产生超过10 000个标准大气压的微小气泡并随即爆破, 形成了对物料表面的细微局部撞击, 使物料迅速击碎、分解。在这种被称作“空化”效应的过程中, 连续不断作用于溶质, 使中药材及其他天然物在溶液中产生“湍动”效应, 使边界层减薄, 产生的界面效应增大了固液两相的传质面积, 产生的聚能效应活化了分离物质。经超声处理的植物细胞壁被击破, 而形成空洞, 细胞周围轮廓不完整。
在超声波的空化、粉碎等特殊作用下, 细胞在溶媒中瞬时产生的空化泡崩溃而破裂, 以使溶媒渗透到细胞内部, 从而使细胞中的成分溶于溶剂之中, 以加速相互的渗透、溶解。细胞的破裂为成分向溶媒的扩散提供了条件, 提高了有效成分的提出率, 从而达到了加速提取有效成分的目的。
1.1.3 微波提取
微波 (辅助) 提取原理:微波是波长介于1~1 000 mm (频率介于3×106~3×109 Hz) 的电磁波, 具有反射、穿透、吸收等特性, 不同物质的介电常数、比热容、形状及含水量不同将导致各种物质吸收微波能的能力不同。微波能是一种能量形式, 它在传输过程中能对许多由极性分子组成的物质产生作用 (大部分有机物都是极性分子) , 微波电磁场使物质的分子产生瞬时极化。在微波场下, 极性分子以及极化分子以每秒数十亿次高频旋转而产生热效应 (例如, 当用频率为2 450 MHz的微波能作萃取时, 溶质或溶剂的分子以24.5亿次/s的速度做变换运动) 。与此同时, 高速运动的分子其溶解、扩散、迁移运动也相应加速, 上述在传统提取中依靠加热来推动的过程, 在微波推动下得以迅速完成, 从而达到加速提取的目的。
1.1.4 超声 (波) 与微波提取特点比较
1.1.4. 1 超声 (波) 提取的优缺点
优点: (1) 提取温度低, 一般在40~50℃水温下进行超声波强化萃取, 不会破坏中药材中某些具有热不稳定、易水解或氧化特性的药效成分。 (2) 常压提取, 安全性好, 操作简单易行, 维护保养方便。 (3) 提取效率高, 超声波强化萃取30~50 min即可获最佳提取率, 萃取时间仅为水煮、醇沉法的1/4或更少。 (4) 提取充分, 提取量是传统方法的2倍左右。 (5) 适用范围广, 绝大多数的中药材各类成分均可采用超声提取, 其与溶剂和目标萃取物的性质 (如极性) 关系不大。因此, 可供选择的萃取溶剂种类多、目标萃取物范围广。 (6) 减少能耗, 由于超声提取无需加热或加热温度低, 提取时间短, 因此低能耗, 工艺成本低。 (7) 原料处理量大, 成倍或数倍提高, 且杂质少, 有效成分易于分离、净化。
缺点: (1) 受超声波衰减因素的制约, 超声有效作用区域为一环形, 如果提取罐的直径太大, 在罐的周壁就会形成超声空白区。若将换能器振子粘接在罐的周壁上 (就做成多边形) , 则罐壁太厚, 超声波声能损失太大。 (2) 功率难以和罐的容积相匹配, 6 000 L的罐需要120~180 k W超声输出功率, 如此大的功率, 使超声波设备制造难度增大, 同时成本也无法使用户接受。
1.1.4. 2 微波 (辅助) 提取的优缺点
优点: (1) 传统热提取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行, 而微波介电加热是里外同时加热, 没有高温热源, 消除了热梯度, 提取效率大大提高, 有效地保护中药材中的有效成分。 (2) 微波加热量是以穿透方式, 热量又产自于分子的高频旋转、磨擦, 无热阻。因此, 提取的时间短、速度快, 时间仅常规提取的1/4~1/10, 而且没有热惯性, 可用编程控制。 (3) 微波能有超常的提取能力, 同样的原料用常规方法需两三次提净, 在微波场下可一次性提净, 简化工艺流程。 (4) 溶媒耗量少, 仅常规量的50%~10%, 所加溶媒可一次提净, 既节省溶媒又大大减少下道浓缩工序的蒸发量, 节能省时。 (5) 微波提取的能源为电能所产生的电磁波, 可联动生产线, 既卫生又符合GMP。 (6) 微波的良好选择性, 提取又在高于或略高于室温的条件下进行, 从而提高产品纯度, 质量大大改善, 又能适于提取热不稳定物质。 (7) 可水提、醇提、脂提, 适用广泛。
缺点: (1) 微波有效穿透深度有限, 其有效作用范围也集中在微波馈口附近。对大容积罐体, 形成弱功率区效果不显著。 (2) 罐式微波提取设备:微波装机功率较大、制造难度高, 提取生产只能分批次作业, 加料、进液、出液、出渣等辅助时间较长, 降低了整机利用率。 (3) 微波效果与起始温度有关, 一般来说, 起始温度高, 对比较提取有利。
1.2 超声微波连续逆流提取技术及设备的特点
超声微波连续逆流提取技术是综合超声波及微波提取的优点于一体, 在“有所为, 有所不为”的思路下, 在连续逆流提取机组上有机地整合超声波及微波技术, 并克服其相应不足之处, 目前上海远跃轻工机械有限公司开发了超声微波连续逆流提取设备。
1.2.1 超声微波连续逆流提取设备原理
待提取的固体物料从送料器上部料斗加入, 通过螺旋定量控制加料速度, 并将物料不断地送至浸出舱顶端;在浸出舱中, 一套特制的螺旋推进器将物料平稳均匀地由一端推向另一端, 在此过程中有效成分被逆向流动的溶媒连续地浸出, 残渣由出渣口排渣器排出。同时, 在浸出舱内底部置有超声波换能器, 并在另一部分置有微波发生器, 其功率相对单一机型而言功率低。
溶媒从浸出舱进液口定量加入, 在重力的作用下, 并通过机械波与电磁波的双重作用, 溶媒渗透固体物料并在流向出液口的过程中浓度不断加大。固液两相始终保持逆流相对运动和理想的料液浓度差 (梯度) , 并不断更新接触界面, 提取液经浸出舱一端的固液分离机构导出。
同时, 浸出舱具有加热夹套, 可通过蒸汽、热水等热媒对系统进行加热、保温。
超声微波连续逆流提取设备外形如图1所示。
1.2.2 超声微波连续逆流提取技术及设备的特点
(1) 适合于形体较大的原料, 不需将原料粉碎。
(2) 没有高温热源, 消除热梯度, 提取纯度高。同时, 温度低, 有利于热敏性药物成分的提取, 减少杂质含量。与常规提取相比, 超声微波连续逆流提取可降低提取温度10~30℃, 提取时间相应缩短。
(3) 与常规提取相比, 超声微波连续逆流提取可提高得率5%~10%。
(4) 空化效应及穿透式加热, 若常规提取完成时间需8 h的话, 超声微波连续逆流提取只需时间30~50min。另外, 常规2~3次提取, 超声微波连续逆流提取只需1次。
(5) 与常规提取相比, 超声微波连续逆流提取可减少溶剂量、减少提取液总量达40%, 相应其浓缩能耗降低40%。
(6) 超声微波连续逆流提取设备单机处理能力200~600 kg/h, 并可连续化生产。其机理和特点非常适合需要大批量处理的原料。
(7) 超声微波连续逆流提取设备占地面积小, 约为相同产量常规提取设备的20%。
(8) 操作过程仅需2人, 劳动强度低, 操作环境好。
(9) 一般来说, 常规提取平均消耗蒸汽量为10~80kg/t原料 (根据提取温度) 。而超声微波连续逆流提取设备消耗超声波和微波电能折合约为30~50 k W·h/t原料 (同时消耗少量蒸汽) 。
超声微波连续逆流提取与常规提取两种方式对比参见图2、图3。
2 微波管式灭菌技术及设备的特点
2.1 微波灭菌机理探讨
2.1.1 微波灭菌机理
通常介质材料由极性分子和非极性分子组成, 在微波电磁场的作用下, 介质中的极性分子从原来的热运动状态转为跟随微波电磁场的交变而排列取向。例如, 采用的微波频率为2 450 MHz, 就会出现24.5亿次/s交变, 电场正负频繁交换变化, 极性介质也随电场磁性变化而变更, 相互激烈的摩擦产生高热, 其蛋白质、核糖核酸和酶失活而达到灭菌的效果。
微波灭菌的原理是两方面的, 它既有热效应灭菌, 又有非热效应灭菌, 因此它具有双重杀菌功能。微波加热时, 细菌体内的蛋白质、核酸成分等分子极性, 在微波场下高速旋转、振动, 一方面加热使细菌蛋白质凝固而死亡;另一方面也可以使蛋白质、核酸变性而死亡。
水是微波的强吸收介质, 微波可让微生物中的水分子形成电偶极性并随电场改变而高速转动, 导致细胞膜结构破裂、细胞分子间氢键松弛性破坏。温度的升高, 使细胞中的蛋白质凝固而造成微生物的死亡, 从而达到灭菌的目的。
2.1.2 影响微波灭菌的因素
(1) 穿透深度。微波在液体中的穿透深度有限。2 450 MHz的微波在水中穿透深度仅为20 mm, 超过这一深度, 微波作用极为微弱 (主要表现为热效应) 。
(2) 功率密度。微波的功率密度直接影响灭菌效率, 功率密度高, 非热效应显著, 灭菌效果随之提升;功率密度低, 灭菌效果不显著, 以热效应为主。
2.1.3 微波灭菌机理探讨
(1) 微波是否会破坏有效成分?基于有效物质的破坏是分子内化学键的断裂或重组, 有效物质的破坏取决于加热达到的温度。然而, 微波是一种加热方式, 是否破坏有效物质取决于加热达到何种温度。笔者认为:低于物质能承受的上限温度, 微波能不足以破坏分子内化学键, 因此不会影响其有效成分。
(2) 能否在更低温度灭菌?目前的微波灭菌是建立在连续波基础上, 热效应与非热效应共同作用, 还不能脱离热效应单独作用。而低于65℃, 微波灭菌效果不显著。此外, 更新的微波形式和灭菌机理正在建立中。
2.2 微波管式灭菌技术的特点
微波管式灭菌设备扬长避短, 充分提升了微波的杀菌效应, 又避免了其局限性。该机组具有以下特点:
(1) 时间短、速度快。微波则利用其透射作用, 以热效应和非热效应的共同作用, 使物品内外均匀地、迅速升温杀灭细菌。其处理时间大大缩短, 在强功率密度强度下, 甚至只要几秒至数十秒即达到满意效果。
(2) 低温灭菌、保持药品成分。相比常规热力灭菌, 在比较低的温度、较短的时间内就能获得灭虫杀菌效果, 一般灭菌温度在70~80℃, 处理时间3~5 min。同时, 微波特有加工方式能保留更多的有效成分, 保持原有的色、香、味、形等风味。
(3) 节约能源。微波电磁转换率高, 一般在70%以上, 优于电加热的热效率。加之, 微波是直接对药品进行磁热能量转换, 微波加热器本身不会被加热, 因而不存在额外的热功耗, 所以节能省电, 相比节电30%~50%。
(4) 灭菌均匀彻底。常规热力灭菌是从物料表面开始的, 由表及里地渐次加热, 内外存在温差梯度, 造成内外灭菌效果不一致。而微波的穿透性, 使表面与内部同时受热, 保证内外均匀杀菌。这一特点尤其适用于粘稠物料。
(5) 易自动化生产。微波设备操作简便, 没有热惯性, 能根据生产工艺要求实时调控。整条生产线只需1~2名操作工。在改善劳动条件同时, 工作环境和卫生条件符合GMP。
(6) 工艺先进。微波杀菌设备不需要锅炉、复杂的管道系统等, 只需水、电基本条件即可, 对厂房无特殊要求。投资少、见效快。
(7) 节省占地面积。微波设备无高温余热, 不产生热辐射, 能改善工作环境。而且设备结构紧凑、节省厂房面积。
(8) 灭菌功能广泛。既可杀灭细菌、酵母、霉菌, 还能灭酶。
2.3 微波灭菌设备
上海远跃轻工机械有限公司开发的最新微波管式灭菌设备 (如图4所示) , 是在以往管式微波灭菌基础上创新发展的。它采用了具有专利的盒形微波处理器, 在微波热效应的基础上, 最大限度强化了微波的非热效应, 达到低温短时灭菌的效果。
上海远跃轻工机械有限公司的微波灭菌设备的灭菌流程如图5所示, 其内部结构呈管式结构 (如图6所示) , 并在图6结构内采用串联方式配置若干个具有专利的盒形微波处理器, 如图7所示。
其特点: (1) 在管道中经过的物料, 全部落在微波穿透深度以内, 不存在微波照射不到的死角, 呈均匀有效的场分布; (2) 在加热器内, 具有极高的功率密度, 强大的非热效应造成细胞膜在短时间内穿孔; (3) 物料连续流过处理器停留时间只需10~30 s, 停留时间短, 最大程度减少热损害, 保证产品品质, 即便对于粘稠物料, 也不会产生结垢、结焦等问题; (4) 可连续生产, 提高整体效率, 终温仅70~80℃, 达到杀菌性灭菌效果; (5) 热能回用, 消耗少, 运行经济; (6) 可CIP, 系统耐6×105Pa压力, 生产后可SIP; (7) 占地小, 操作简便, 自动化程度高; (8) 极高的通用性和可靠性。
其灭菌应用范围:各种粘度的液态物料, 热敏性物料, 易结垢、易结焦的液态物料, 含悬浮颗粒的物料。不适应灭菌范围:已灌装的物料、难以流动物料、受热凝结或沉淀的物料。
3 真空带式干燥技术及设备的特点
3.1 真空干燥的原理
真空干燥的过程就是被干燥物料置放在密封的腔体内, 用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热, 使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面, 水分子在物料表面获得足够的动能, 在克服分子间的相互吸引力后, 逃逸到真空室的低压空间, 从而被真空泵抽走的过程。
3.2 真空带式干燥设备的组成与特点
3.2.1 真空带式干燥设备的组成
上海远跃轻工机械有限公司开发的YTLD系列真空带式干燥机的外形与内部结构如图8所示。主要有:干燥机筒体、布料机构、喷嘴、履带输送装置、螺旋输送器、PTFE输送带、张紧装置、纠偏装置、破碎机构、滚轮机架、刮料机构、出料机构、气动刀闸阀、旋转清洗球、测试仪表、电控柜等。
真空带式干燥机干燥流程如图9所示。干燥是借助于热能加热物料, 气化物料中水分。其热源来自履带下面传导热量, 由于真空条件水分气化温度低, 一般在30~90℃之间时浸膏或其他物料就沸腾发泡 (图10是当归浸膏沸腾发泡) , 物料中的水分很快就被真空抽走而闪蒸。同时, 其进料、干燥、粉碎、收粉在密闭系统进行。
3.2.2 真空带式干燥设备的特点
(1) 全程真空状态完成连续干燥工艺, 符合GMP。
(2) 在40~130℃之间干燥都能实现。在40~90℃干燥时, 热敏性药物不变性。
(3) 干燥机加热源多样化:可采用蒸汽直接加热、过热水加热, 电加热转换导热油加热等, 自动温控容易实现。
(4) 干燥过程物料温度60~80℃之间, 45~60 min后开始连续出颗粒直至批量完成, 并直接在真空状况下在干燥机内完成粉碎制颗粒。
(5) 节约用电, 节约蒸汽, 能耗小、无“三废”、低噪音。
(6) 有CIP功能, 可自动清洗、快速方便, 完成干燥机内腔清理工作。
3.3 真空带式干燥技术特点
表1为不同干燥方法性能比较, 从表1中可看到: (1) 离心喷雾干燥连续生产, 产量大。但温度高, 热敏性物易被破坏, 容易粘壁, 物损大, 能耗较高; (2) 真空烘箱干燥周期长, 效率低, 能耗高, 间断操作, 容易染菌和吸潮, 产品损失大; (3) 冷冻干燥能够得到出色的产品溶解性和高质量的产品, 但产量低, 成本太高。
真空带式干燥是综合各种干燥优点于一体的干燥设备。这是由于: (1) 与其他真空干燥相比, 带式干燥过程中被干燥物料随同传送带移动时, 物料颗粒间的相对位置固定, 具有相同的干燥时间。 (2) 当湿物料进料后, 在传送带上完成预热、恒速干燥、降温干燥、降温冷却及干品下线等过程。因此, 对进料量及含湿量、传送带走速、干燥温度及工作真空度等操作参数可独立控制, 从而保证设备工作的可靠性和操作条件的优化。
4 结语
本文以上海远跃轻工机械有限公司产品为例, 由概念或机理入手, 从超声微波连续逆流提取、微波灭菌、真空带式干燥3方面阐述了其技术及设备的特点。从实践情况来看, 超声微波连续逆流提取、微波灭菌、真空带式干燥3个设备既可单机使用, 也可联线使用。也可以说:超声微波连续逆流提取、微波灭菌、真空带式干燥设备是目前高效节能、连续高产与符合GMP的设备之一。
摘要：由概念或机理入手, 从超声微波连续逆流提取、微波灭菌、真空带式干燥3方面阐述其技术及设备的特点。
关键词：超声微波连续逆流提取,微波灭菌,真空带式干燥,技术及设备,特点
参考文献
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