CN105283076A - 温度检测设备和热处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量食品产品的核心温度的温度检测设备，其中设备包括微波检测阵列天线，特别是相控阵列天线以及用于食品产品的热处理设备，特别是烤箱，其中热处理设备包括对食品产品施加热的加热装置和温度检测设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量食品产品的核心温度的温度检测设备，以及一种用于食品产品的具有对食品产品和温度检测设备施加热的加热装置的热处理设备。
背景技术
从本领域现状已知这种热处理设备。在食品生产中，这种热处理设备被用于以连续的方式制备食品，例如利用运行通过烤箱的带系统，食品产品放置在烤箱上。卫生条例需要这些食品产品被加热到预定的温度以上以便杀死潜在地包含在食品产品中的病原微生物。因此，有必要保证整个产品被加热到预定的温度以上，且不仅只有食品产品的诸如例如表面的部分或区域。在例如食品产品包括骨头的情况下，不能保证均匀的热分布。此外，热处理设备可通过设计包括非均匀的温度分布。同时，食品产品的过加热或过度烹饪是不希望的，因为它对食品产品的外表和/或味道产生不利影响。
因此，期望尽可能精确地测量食品产品的温度。从技术现状已知采用热敏摄像机。这些摄像机具有高的横向分辨率，例如在x方向和y方向，但是它们只能测量表面温度，当例如一层油膜在食品产品上，表面温度与食品产品的中心的温度，即核心温度相比可能具有更高温度时不是可靠的参数。为了测量核心温度，从技术现状来看，采用刺穿食品产品的探针是已知的。这种刺穿是不期望的，因为它对食品产品的结构完整性和/或外表和/或味道产生不利影响。另外地，这种探针只能局部地测量温度并且会被诸如骨头等较硬的成分阻碍。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种非侵入性地精确地测量食品产品的核心温度的温度检测设备，以及包括这种温度检测设备的热处理设备。
该目的利用用于测量食品产品的核心温度的温度测量设备来解决，其中设备包括微波检测阵列天线，特别是相控阵列天线。
这种阵列天线从移动通信网络或雷达已知并且通过控制阵列构成天线的相位差来允许精确控制天线的方向性。阵列天线还未被用于测量温度，特别是食品产品的温度。
根据本发明的温度检测设备有利地提供了食品产品的核心温度的非接触和非侵入测量。此外，有利的是，以此有可能提供高垂直分辨率，例如在z方向，特别是同时维持高横向分辨率，从而允许食品产品的核心温度的精确测量。
有利的是，以此有可能提供一种天线，其方向性可被精确地控制，同时优选自环境被屏蔽、具有高天线效率和高灵敏度。此外，这种温度检测设备是卫生的，温度稳定的，仅表现出低噪音并且可被集中在小区域。此外，有利的是，以此有可能利用一根天线在产品的不同位置测量食品产品的核心温度和/或测量在高度集中区域的核心温度。
优选地，食品产品是含蛋白质的物质，特别是肉和/或鱼和/或类似物。更优选地，食品产品是乳制品和/或蔬菜和/或水果和/或类似物。食品产品可包括骨或鱼骨。甚至更优选地，食品产品被加工，例如剁碎、腌制，调香和/或包裹，优选磨碎。
优选地，待测量的食品产品基本上包括相同的形状和/或大小。更优选地，食品产品的形状和/或尺寸变化。
优选地，阵列天线被配置使得被操作为狄克辐射计(Dickeradiometer)。有利的是，以此有可能甚至测量微弱信号，特别是比噪声信号更弱的信号。本领域技术人员理解的是狄克辐射计是基于天线信号和参考噪声源之间快速切换的。
因此，阵列天线电路的电子器件优选包括参考噪声源和用于在参考噪声源和天线信号之间快速切换的开关。
在本申请文中，电子器件可指用于操作温度检测设备，特别是阵列天线的电子器件，和/或将阵列天线的信号转换成温度的分析电子器件。
优选地，阵列天线包括开放波导，尤其是漏波型开放波导。可选地或另外地，温度检测设备包括开放波导天线，特别是漏波天线。更优选地，温度检测设备包括反射板，其中核心温度待测量的食品产品位于天线和反射板之间。本领域技术人员理解的是以下描述的关于阵列天线的实施例也可被应用于开放波导天线。
漏波天线是行波型天线，在其中电磁波在波导中被引导。当采用开放波导时，电磁波特别是以消逝波的形式从开口泄漏，即辐射，其随着与开口的距离呈指数衰减。
优选地，阵列天线的测量时间在0.5秒和10秒之间或基本在0秒和10秒之间可调。本领域技术人员公认的是，当食品产品优选地被连续移动时，测量时间需要随着食品产品或运输食品产品的运输装置的速度的增加而减少，以便维持预定的测量准确度和/或精度。测量时间可对应于在特定位置核心温度测量所需的时间，或可对应于沿着例如带的运输装置的宽度，优选整个宽度的至少部分，至少在一些分散定位或位置进行测量所需的时间。本领域技术人员进一步公认的是，测量时间在理想状况下应该无限小，但是由于物理和技术限制，总是存在最小测量时间。可选地，阵列天线的测量时间是固定值，优选在0.5s和10s之间的范围内。例如，测量时间可以是0.5s、1s、2.5s、5s和/或10s。
优选地，阵列天线包括无源辐射器和/或阵列天线是无源天线。可选地，阵列天线是有源天线。本领域技术人员公认的是，有源天线主动地发送信号并接收与发送的信号相关的反馈信号，而无源天线不被配置为发射辐射，即信号，而是仅接收辐射。无源辐射器优选不包含有源驱动器单元。
天线优选地通过同轴电缆和/或任何其它类型波导或数据传输方案联接至电子器件。
优选地，阵列天线在1.5GHz和4GHz之间，优选在2.8GHz和3.6GHz之间特别是大约3.2GHz，和/或优选在1.2GHz和2.0GHz之间特别是大约1.575GHz最敏感。更优选地，天线对应于中心波长的中心频率在预定的频率范围内可调谐。在本申请文中，中心频率将被理解为对其阵列天线最敏感的频率。本领域技术人员公认的是，这通常对应于灵敏度的峰值。在理想的情况下，这个中心频率可对应于从其核心温度是待测的食品产品的中心或核心，优选在z方向发射的微波的频率。
本领域技术人员理解的是，微波区中不同频率对应于食品产品中的不同穿透深度，使得给定温度的食品产品将发射具有一定频率分布的电磁辐射，特别是微波辐射。
穿透深度将被理解为从物体的表面至其内部体积的一定长度，优选在垂直于其表面的方向。特别地，穿透深度是指与发射辐射的点的表面的距离。穿透深度取决于例如，物体的温度、物体的材料和波长。例如，低频率，特别是在微波区中可对应于食品产品的中部的温度，即核心温度，而高频率，特别是在微波区中可对应于食品产品表面上的温度。
因此，为了测量食品产品的核心温度，温度检测设备的中心频率优选地被调谐，使得在这个频率下的穿透深度至少大致地对应食品产品的中心，特别是在食品产品的垂直方向。考虑到中心频率通常具有不确定性，即一定带宽，测量的核心温度优选地对应于越过食品产品纵向延伸的平均温度，即核心温度和/或不同厚度的平均值。可选择地，核心温度可通过对特定厚度积分来确定。
优选地，阵列天线最敏感的频率在测量期间被改变。更优选地，阵列天线最敏感的频率被连续地改变。
优选地，阵列天线的测量带宽包括大约500MHz，或约250MHz，或约100MHz，特别是80MHz。更优选地，带宽是可调的，特别是通过调节天线和/或温度检测设备的参数。甚至更优选地，阵列天线的带宽可在60MHz和100MHz之间或40MHz和120MHz之间或10MHz和200MHz之间调节。
优选地，在从阵列天线的接收孔径的预定距离处的阵列天线的第一检测区小于10mm2，优选小于1mm2，特别是约0.1mm2。本领域技术人员公认的是存在调整第一检测区的一些方法。
表示食品产品的温度的微波辐射以立体角被反射。通过改变例如天线的接收孔径和食品产品之间的距离，增加或减少第一检测区的大小。例如，因为阵列天线之间或其接收孔径和食品产品之间的距离小，所以检测区小，而因为天线和食品产品之间的距离较大，所以检测区较大。此外，第一检测区的位置，特别是横向位置，可通过调节天线参数而改变。例如，通过相应地调节构成阵列天线单个天线之间的相位差，可调节阵列天线的方向性使得检测区被改变。特别地，天线的焦点的方向可被改变。
本领域技术人员理解的是，天线的焦点隐含着特定的方向性。例如，铅笔状方向性可包括焦点，而锥形方向性可不包括焦点。优选地，调节第一检测区使得平行于运输装置的主延伸面的区域，特别是在其位置，具有在垂直于运输方向且平行于运输装置的延伸的主平面方向上的主延伸，并优选具有在运输方向上相对于其主延伸较小的延伸的区域，被覆盖。
优选地，阵列天线与食品产品之间的距离尽可能小，特别是约为阵列天线的中心波长的四分之一。更优选地，阵列天线与食品产品之间的距离等于或小于10cm，或50cm，或1m，或3m。
优选地，温度检测设备的输出信号基本上不依赖于环境温度，特别是在在-20℃和90℃的温度范围或上限小于或等于90℃且下限大于或等于-20℃的任何温度范围。更优选地，温度检测设备和/或阵列天线是可校准的和/或可配置的，特别是关于其温度依赖性。甚至更优选地，温度检测设备和/或阵列天线是自校准的。
优选地，温度检测设备包括红外线摄像机，用于测量食品产品的表面温度和/或用于确定食品产品的位置和/或形状和/或体积。有利的是，以此有可能通过结合阵列天线的信号和红外线摄像机来提高温度检测设备的横向分辨率。另外地，有利的是，以此有可能通过结合两个信号提供技术冗余。可选地或另外地，有利的是，以此有可能采用带有较低横向分辨率的阵列天线而不是红外线摄像机且通过结合信号在所有三个方向获得具有高分辨率的温度分布。
优选地，温度检测设备包括多个红外线摄像机。有利的是，以此有可能创建三维温度分布和/或创建食品产品的三维图像。
优选地，阵列天线的第一检测区小于或等于在预定距离处的红外线摄像机的第二检测区。
优选地，第一检测区包括矩形或圆形的形状，特别是薄带形的形状。本领域技术人员理解的是，第一检测区的形状可通过调节天线参数和/或通过在食品产品和天线，例如孔径之间设置屏蔽装置来调节。
当单个阵列天线或阵列天线的单个天线的第一检测区足够小时，温度检测设备能够清楚地检测食品产品的边界，因为例如在其上放置食品产品的运输装置或基板包括除食品产品本身之外的不同温度。因此，图像，特别是食品产品的形貌图像可被创建。
此外，通过使用多个阵列天线和阵列天线的多个天线，可实现高的横向分辨率，且因此可精确地确定食品产品的尺寸，特别是表面和/或横向尺寸。在这种情况下，红外线摄像机可优选地被省略。
可选地，阵列天线的方向性可被调节使得阵列天线可在表面上扫描，例如第一检测区的位置可连续地或以离散步长改变。
本领域技术人员理解的是，第一检测区和/或第二检测区分别与阵列天线和/或红外线摄像机的接收孔径的面积相关。诸如孔径等束形成装置或用于调节天线参数的装置可导致两种对应区域的大小和/或形状的差异。
本发明的进一步主题是用于食品产品的热处理设备，特别是烤箱，其中热处理设备包括用于对食品产品施加热的加热装置和根据本发明的温度检测设备。
有利的是，以此有可能提供用于处理食品的热处理设备，其精确地测量核心温度，且因此能够满足卫生和/或食品产品安全标准和/或卫生条例。也有可能利用通过设备，特别是通过温度检测设备收集的信息控制热处理设备；例如控制加热介质的温度和/或湿度、热传导参数和/或食品产品在烤箱中的停留时间。
优选地，热处理设备包括用于沿着运输方向运输食品产品通过设备的运输装置，其中甚至更优选地，运输装置是带，特别是环形带。
运输方向可指任何特殊的方向，其中，优选的是运输方向可被连续地改变。优选地，运输装置沿螺旋或螺线形的路径，或沿曲折路径运输食品产品。可选地，运输方向是恒定的，特别是基本上平行于水平方向。
运输装置可被线性地、螺旋地，或甚至曲折地设置。运输装置优选地具有均匀宽度。宽度可基本上对应于单个食品产品的宽度。优选地，宽度更大，特别使得一个以上的食品产品可被并排放置在运输装置上。例如，运输装置的宽度可足够用于2排或3排或多达6排的食品产品或甚至更多。每一个食品产品的核心温度优选地在至少一个位置，优选在x方向和y方向上的多个位置单独地测量。
优选地，运输装置包括反射和/或吸收电磁辐射，特别是微波辐射的材料。通过选择微波反射材料，有利的是有可能检测由核心温度待测量的食品产品在另一个方向而不是朝向温度检测设备的方向发射的辐射。通过选择吸收材料，有利的是有可能防止除了由待测量的食品产品发射的辐射之外的辐射通过温度检测设备检测。
优选地，运输装置由耐热材料和/或不粘材料，特别是聚四氟乙烯(所谓的特氟隆)制成或至少部分地覆盖。有利的是，有可能提高热处理设备的卫生条件。
食品产品可任意地或以给定模式例如成排地被放置在运输装置上。本领域技术人员公认的是，当一些食品产品被分布在运输装置的宽度上时，得到的温度分布不一定必须均匀。因此，需要高的横向分辨率以正确地将测量的核心温度分配至特定食品产品和/或甚至食品产品的特定位置。
优选地，温度检测设备或阵列天线被设置在运输装置的下方。可选地或另外地，温度检测设备或阵列天线可被设置在运输装置的上方。通过将温度检测设备设置在运输装置的下方，有利的是，有可能将其设置在固定高度而不考虑食品产品的尺寸。即使这些是最常见或实际的布置，阵列天线也可被设置在运输装置的一侧或两侧上，或上述位置的任意组合。
在本申请文中，假定阵列天线被设置在食品产品的上方和/或下方，是指运输装置的主延伸面。所有的方向指示适用于这种布置。这意味着垂直方向对应于横向于主延伸面的方向，即特别是对应于z方向。本领域技术人员理解的是，根据不同的布置的情况下指示如何必须相应被改变。
热处理设备可以例如是烤箱、油炸锅、解冻机构或结霜机构。优选地，热处理设备是烤箱，其中加热装置通过辐射、传导、自然对流和/或强制对流对食品产品进行加热。蒸汽可根据需要加入至热处理设备以调节热处理设备中的相对湿度和/或影响热传导。热处理设备可被连续地或分批操作，其中连续操作是优选的。
优选地，热处理设备包括多个腔室，在其中不同加热区域和/或不同加热装置和/或不同环境被维持。热处理设备优选地包括用于控制热处理设备中的诸如温度、相对湿度和/或传热条件等不同参数的装置。在优选实施例中，真空被施加至热处理设备，特别是在热处理设备是解冻机构的情况下。
优选地，加热装置被配置使得食品产品的巴氏灭菌在产品通过热处理设备运输后被实现。
优选地，热处理设备包括屏蔽装置，其被配置使得温度检测设备基本上只接收由食品产品和/或运输装置发射的辐射。更优选地，温度检测设备基本上只接收从第一检测区和/或第二检测区由食品产品发射的辐射。
优选地，屏蔽装置被设置为至少部分地围绕运输装置的横截面，至少设置在温度检测设备的区域中和/或在加热装置区域中。
可选地或另外地，屏蔽装置被设置为至少部分地围绕温度检测设备，使得由食品产品发射的辐射仅通过屏蔽装置中的开口到达温度检测设备。甚至更优选地，屏蔽装置被设置为至少部分地围绕运输装置和/或加热装置的横截面和至少部分地围绕温度检测设备，特别是在食品产品的第一检测区和温度检测设备或阵列天线的接收孔径之间的直的、垂直线中具有开口。
优选地，热处理设备包括用于检测食品产品的存在性的检测装置，其中检测装置优选地设置在运输方向上的加热装置和/或温度检测设备之前。
优选地，热处理设备包括用于跟踪食品产品的位置的跟踪装置。
优选地，热处理设备包括用于操纵，特别是移除食品产品的操纵装置。
优选地，热处理设备包括用于控制至少一个装置的控制装置，优选地包括线性控制和/或反馈控制。更优选地，控制装置被配置使得它根据由跟踪装置和/或检测装置提供的信息控制温度检测设备和/或加热装置。甚至更优选地，控制装置被配置用于增加和/或减小停留时间和/或温度和/或湿度。有利的是，以此有可能例如加热装置和/或温度检测设备被关闭或者打开至较低功耗模式只要检测装置和/或跟踪装置根本不检测食品产品或不检测在加热装置和/温度检测设备附近的食品产品。
可选地或另外地，控制装置被配置使得它根据温度检测装置和/或跟踪装置提供的信息控制操纵装置和/或加热装置。有利的是，以此有可能例如特别是其核心温度被测量为低于预定值的食品产品被移除或在更高温度下被加热。
控制装置可例如控制运输速度、加热温度和/或湿度。
优选地，温度检测设备被设置在运输方向上的加热装置之前和/或之后。
优选地，温度检测设备被设置在运输方向上的加热装置之前和/或之后，且控制装置包括闭合环路使得加热装置根据通过加热装置之前和/或之后的食品产品的被测量的核心温度而调节。
优选地，温度检测设备被设置使得第一检测区和/或第二检测区覆盖运输这种的整个宽度。可选地，多个第一检测区覆盖运输装置的整个宽度或至少沿着食品产品放置在其上的运输装置的宽度的区域。本领域技术人员理解的是，第一检测区可表示在其中检测食品产品的核心温度的区域，特别是最小区域，且多个天线，特别是阵列天线，可包括多个第一个检测区。
优选地，第一检测区并排地沿着运输装置的宽度设置。可选地，第一检测区被隔开使得温度检测设备在运输装置的宽度的上方取核心温度的样本。
本发明的另一个主题是利用本发明的温度检测设备测量食品产品的核心温度的方法，其中阵列天线被操作使得阵列天线的第一检测区在食品产品上方在至少一个方向被扫描和/或阵列天线包括多个第一检测区和/或第一检测区在至少一个方向横跨整个食品产品，其中在第一检测区的食品产品的核心温度被测量。
关于本发明的这一主题所作的公开内容也适用于本申请的其他主题，反之亦然。
有利的是，以此有可能以简单、快速和精确的方式测量食品产品的核心温度。本方法允许以特别有利的方式以适于不同的要求。因此，可采用例如单个阵列天线来降低温度检测设备的制造成本。然而，仅采用一个阵列天线在食品产品或多个食品产品上方扫描可需要相对于温度检测设备的食品产品的低速度和/或小的扫描长度。
可选地或另外地，当例如具有窄带形状的第一检测区横跨整个食品产品时，横向分辨率会较低。
可选地，当温度检测设备包括多个第一检测区，例如通过包括每一个阵列天线具有第一检测区的多个阵列天线，测量速度和温度分布分辨率虽然高，但是其会包括具有较高生产成本的温度检测设备。
本发明的另一个主题是一种通过利用根据本发明的温度检测设备控制根据本发明的热处理设备的方法，其中在第一步骤中，食品产品通过加热装置被热处理，其中在第二步骤中，食品产品的核心温度通过温度检测设备被测量，其中在第三步骤中，控制装置根据温度检测设备提供的信息控制加热装置。
关于本发明的这一主题所公开的内容也适用于本申请的其他主题，反之亦然。
有利的是，可能更有效地操作本发明的热处理设备。此外，有利的是，以此有可能提高食品产品的味道和/或符合健康、安全、食品和卫生条例。如果在对食品产品进行加热装置的热处理之后，所测量的核心温度在预定的温度范围之外，加热装置会自动地被调节，其提高热处理工艺并允许热处理设备的基本上完全自动操作。
附图说明
现在根据图1-图8解释本发明。这些解释仅作为示例且并不限定保护范围。附图旨在说明本发明的特征，且因此可描绘附图中未按比例绘制和/或以不同比例绘制的元件。
图1示出了阵列天线的示意性说明。
图2示出了根据本发明示例性实施例的热处理设备的示意性俯视图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的热处理设备的示意性俯视图。
图4示出了根据本发明示例性实施例的温度检测设备的示意性侧视图。
图5示出了根据本发明示例性实施例的阵列天线的原理的示意性侧视图。
图6示出了根据本发明示例性实施例的温度检测设备的示意性侧视图。
图7示出了根据本发明示例性实施例的温度检测设备的横截面细节。
图8-图10示出了本发明构思的不同实施例的示意性俯视图。
具体实施方式
图1示出了阵列天线的示意性说明。阵列天线由多个，此处是六个，天线组成，其被电子地优选单独地连接并且被控制，使得它们的相位差可被控制。在描绘的情况下，所有的天线包括相同的相位，即相位差为零。在这种情况下，来自每一个天线的信号会相长干涉(interfereconstructively)使得在一定距离从天线辐射的波看起来像平面波。
可选地，当采用相控阵列天线时，天线的相位可被调节使得他们的信号以创建高方向性天线图案这样的方式干涉。因此，相控阵列天线的方向性200可被控制，从而允许聚焦在非常小的区域，例如在几平方米的规模上。
图2示出了根据本发明示例性实施例的热处理设备4的示意性俯视图。热处理设备4可以是烤箱并且通常包括壳体，其为了清楚起见未示出。热处理设备4进一步包括加热装置5，其将热施加至通过加热装置5的食品产品2、2'。这种食品产品2、2'例如是肉类产品或其他需要进行巴氏灭菌以提高他们的味道和/或符合食品和/或安全性和/或卫生条例的任何含蛋白质产品。
食品产品2、2'被放置在运输装置6上，通过运输装置食品产品2、2'在运输方向A被运输通过热处理设备4。一些食品产品2可任意被排列在运输装置6上，同时其他食品产品(在相同或不同实施例中)2'可被设置为预定的图案，此处为成排地或并排地沿运输装置的宽度6排列。
热处理设备4包括至少一个温度检测设备1，其未在图2中描绘。温度检测设备1被配置使得它测量食品产品2、2'的核心温度，即食品产品2、2'的针对z方向的中心的温度，其垂直于根据图2的说明中的投影平面。这通过测量由食品产品2、2'发射的例如具有3.2GHz的中心频率和80MHz的带宽的微波辐射来实现。
温度检测设备1被优选地配置使得它测量优选地覆盖运输装置6的整个宽度的第一检测区100中的核心温度。为了提供高的横向分辨率，即在x-y方向，温度检测设备1包括阵列天线，其中，每一个阵列天线和/或阵列天线的每一个天线覆盖小的检测区，使得第一检测区100包括多个检测区。
下面参照图8a-图8c讨论关于第一检测区100的替代实施例。
图3示出了根据本发明示例性实施例的热处理设备4的示意性俯视图。示例性实施例基本上对应于参照图2讨论的实施例。根据此处示出的实施例，热处理设备4进一步包括屏蔽装置7，其可被集成在热处理设备4的壳体中并且将温度检测设备1与外部辐射源或甚至与目前未在第一检测区100中的其他食品产品2或食品产品2的区域发射的辐射隔离。屏蔽装置7完全围绕运输装置的横截面。
热处理设备4包括两个温度检测设备1，其中一个被设置在运输方向A上的加热装置5之前，另一个设置在运输方向A上的加热装置5之后。因此，加热装置可依赖于食品产品2的初始核心温度被操作，例如出于安全原因，核心温度在加热过程之后被检查。如果食品产品2在加热后具有预定的值以下的核心温度，则未描述的操纵装置10可将食品产品2从运输装置6移除并处理它，其由虚线圆表示。
此外，热处理设备4可包括检测装置8和/或跟踪装置9。
检测装置8例如是光传感器，而跟踪装置9可以是CCD摄像机。检测装置8检测食品产品2的存在性，且例如如果未检测到食品产品2，则它将加热装置5关小甚至关闭。可选地或另外地，温度检测设备1，特别是阵列天线也可以是检测装置8。例如，一定最低温度值可被设置为用于检测食品产品的存在性的阈值，从而例如区分运输装置6和食品产品2、2'。
优选地，多个红外线摄像机被用作检测装置，例如通过测量食品产品的形状和/或位置和/或体积。因此，可获得食品产品的三维图像。
跟踪装置9特别沿着运输装置6的宽度跟踪食品产品2的位置或尺寸，或在投影面的位置或尺寸并且将信息和通过温度检测设备1测量的核心温度关联。因此，包括温度分布信息的组合的图像可被创建，其允许更好地控制加热过程。
检测装置8可包括与跟踪装置9至少部分地相同的元件和/或检测装置8可被配置使得它也执行跟踪装置9的功能，例如沿至少一个方向(即x、y和/或z方向)确定食品产品的尺寸。
图4示出了根据本发明示例性实施例的温度检测设备1的示意性侧视图。温度检测设备1包括阵列天线和红外线摄像机3，红外线摄像机3分别包括第一检测区100和第二检测区101。如所示，第二检测区101可大于第一检测区100。可选地，第二检测区101等于第一检测区。
红外线摄像机3产生高分辨的表面温度分布。通过结合红外线摄像机3的表面温度分辨率和阵列天线的核心温度分布，可获得精确的三维温度分布。这在阵列天线的横向分辨率与红外线摄像机相比低的情况下特别有帮助。然而，当阵列天线的横向分辨率或至少两个阵列天线的组合的横向分辨率足够高时，为了获得良好分辨的温度分布，可能不需要这种红外线摄像机3。
虽然根据示例性实施例，温度检测设备1被设置在食品产品2和运输装置6的上方，优选的是，温度检测设备1被设置在运输装置的下方。它也可设置在任何其他位置。
图5示出了根据本发明的另一个示例性实施例的阵列天线的原理的示意性侧视图。如所示，温度检测设备1包括多个天线或甚至多个阵列天线。温度检测设备1包括方向性200。
示例性布置仅用于说明的目的。优选地，阵列天线或温度检测设备被设置在食品产品和运输装置的下方。
因此，表示食品产品2的核心温度的各向同性微波辐射仅被部分地检测。如所示，辐射的仅一部分对应于接收的能量201，而其余部分为损失的能量202。
为了增加接收的能量201的部分，反射板可设置在运输装置6的下方，反射微波辐射。
本领域技术人员公认的是，方向性200确定由食品产品2发射的总辐射中哪部分对应于接收的能量201，哪部分对应于损失的能量202。因此，通过改变方向性200，例如通过调节阵列天线的天线的相移，特别是收集它的立体角和/或接收的能量201的量，接收的能量201的部分可被改变。
图6示出了根据本发明示例性实施例的温度检测设备的示意性侧视图。在此，阵列天线包括漏波耦合型开放波导13，其设置在运输装置6的下面，且因此食品产品2下方被测量。
开放波导13在此被螺旋地设置并且包括例如为波长的约20倍的长度。开放波导13可用作阵列天线的天线或可构成例如具有对应于该阵列天线的天线的波导回路14的其自身的阵列天线。
参照图5讨论的反射板可被设置在食品产品2的上方。开放波导13可通过同轴电缆16连接至分析电子器件。
图7示出了根据本发明示例性实施例，特别是根据参照图6讨论的实施例的温度检测设备的横截面细节。开放波导13包括定稿波导回路14并且被设置在例如对应于四分之一波长，即操作阵列天线的中心波长的距离d处。
开放波导13引导行进的电磁波15。在开口处，消逝波和/或漏波17辐射离开波导环路14。那些漏波17随着与开口的距离呈指数衰减。
因此，当开放波导13和阵列天线被设置为足够接近食品产品2时，其微波辐射可以被感测到，即辐射干扰漏波17。
通过调节方向性200与开放波导13的尺寸，阵列天线的分辨率可被控制。方向性200可例如通过改变频率/波长被控制。
图8-图10示出了根据本发明的温度检测设备的不同实施例的示意性俯视图。根据在图8中示例性实施例，温度检测设备1(未示出)包括多个第一检测区100使得温度检测设备1可测量优选基本上横跨运输装置6的整个宽度的食品产品2、2'(未示出)的核心温度，其中只有运输装置6的一小区域被示出。
这例如通过包括多个阵列天线的温度检测设备1来实现，每一个阵列天线包括小焦点，即第一检测区100。
每一个第一检测区100包括例如在x和y方向上的高横向分辨率以及例如在z方向上的垂直分辨率。
因此，根据本实施例，食品产品2、2'的核心温度可在所有空间维度中的沿运输装置6的宽度的任何点以基本上高分辨率地被测量。
图9中说明了替代实施例。在此，温度检测设备1的阵列天线包括相对小的焦点，即第一检测区100。这个检测区横跨更宽的区域被扫描，例如如在此说明的，它沿着运输装置6的宽度被扫描。
因此，核心温度也基本上沿运输装置6的整个宽度被测量，但是例如仅需要一个阵列天线。通过控制阵列天线的工作参数，例如通过调节构成阵列天线的天线的相位差，扫描可被实现。虽然在此显示了沿平行于y-轴的方向的一维扫描，但是其他扫描路径也是可想象的。例如，在运输装置6的速度低的情况下有可能是曲折路径。
当运输装置6的宽度相对大时，例如使得一些食品产品2、2'基本上并排地放置以保证所有食品产品2、2'的核心温度被测量时，运输装置的速度和/或测量时间必须被相应地选择。
可选地，根据在图10中示例的实施例，阵列天线的方向性200可被调节使得检测区等于如图所示的第一检测区100'，即包括沿运输装置6的宽度的薄带形状。
因此，分布在运输装置6的宽度上方的食品产品2、2'的核心温度可被一次性测量。然而，横向分辨率通常不会像上述实施例的横向分辨率一样高。
代替只使用如示例的具有第一检测区100'的一个阵列天线，可使用至少部分重叠第一检测区100的多个阵列天线，从而创建如示例的第一检测区100'，但提供一定的冗余且因此分辨率更高。
参考标记列表：
1-温度检测设备
2、2'-食品产品
3-红外线摄像机
4-热处理设备
5-加热装置
6-运输装置
7-屏蔽装置
8-检测装置
9-跟踪装置
10-操纵装置
11-控制装置
12-反射板
13-开放波导
14-波导环路
15-行波
16-同轴电缆
17-漏波/消逝波
100、100'-第一检测区
101-第二检测区
200-方向性
201-接收的能量
202-损失的能量
A-运输方向
d-距离
x、y、z-方向
Claims (17)
1.一种用于测量食品产品(2)的核心温度的温度检测设备(1)，其特征在于所述设备(1)包括微波检测阵列天线，特别是相控阵列天线。
2.根据权利要求1所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线被配置使得它被作为狄克辐射计操作。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线包括开放波导(13)，特别是漏波型开放波导(13)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线的所述测量时间在0秒和10秒之间或0.5秒和10秒之间基本可调，或所述测量时间基本上为0秒。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线包括无源辐射器和/或所述阵列天线是无源天线。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线在1.5GHz和4GHz之间，优选在2.8GHz和3.6GHz之间特别是大约3.2GHz，和/或优选在1.2GHz和2.0GHz之间特别是大约1.575GHz最敏感。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述阵列天线的测量带宽包括大约80MHz或在40MHz和120MHz之间或在60MHz和100MHz之间可调。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于在从所述阵列天线的接收孔径的预定距离处的所述阵列天线的第一检测区(100)小于10mm2，优选小于1mm2，特别是约0.1mm2。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的温度检测设备(1)，其特征在于所述设备(1)的输出信号基本上不依赖于环境温度，特别是在-20℃和90℃的温度范围内。
10.根据权利要求1所述的温度检测设备(1)，其特征在于包括红外线摄像机(3)，其用于测量所述食品产品的表面温度和/或用于确定所述食品产品的位置和/或形状和/或体积。
11.根据权利要求2所述的温度检测设备(1)，其特征在于在从所述阵列天线的接收孔径的预定距离处的所述阵列天线的第一检测区(100)小于或等于在预定距离处的所述红外线摄像机(3)的第二检测区(101)。
12.用于食品产品(2)的热处理设备(4)，特别是烤箱，其特征在于所述热处理设备(4)包括用于对所述食品产品(2)施加热的加热装置(5)和根据前述权利要求中任一项所述的温度检测设备(1)。
13.根据权利要求12所述的热处理设备(4)，其特征在于包括用于沿着运输方向(A)运输所述食品产品通过所述设备(4)的运输装置(6)，其中所述运输装置(6)优选是带，特别是环形带。
14.根据权利要求12或13中的任一项所述的热处理设备(4)，其特征在于包括屏蔽装置(7)，其被配置使得所述温度检测设备(1)基本上只接收通过所述食品产品(2)和/或所述运输装置(6)发射的辐射。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的热处理设备(4)，其特征在于包括用于检测食品产品(2)的存在性的检测装置(8)，其中所述检测装置(8)优选地被设置在所述运输方向(A)的所述加热装置(5)之前和/或用于跟踪所述食品产品(2)的位置的跟踪装置(9)和/或用于操纵，特别是移除所述食品产品(2)的操纵装置(10)。
16.一种利用根据权利要求1-11中任一项所述的温度检测设备(1)测量食品产品(2、2')的核心温度的方法，其中阵列天线被操作使得
--所述阵列天线的第一检测区(100)在所述食品产品(2、2')上方在至少一个方向(x、y、z)被扫描和/或
--所述阵列天线包括多个第一检测区(100)和/或
--所述第一检测区(100)在至少一个方向(x、y、z)横跨整个食品产品(2、2')，
其中在所述第一检测区(100、100')的所述食品产品(2、2')的核心温度被测量。
17.一种利用根据权利要求1-11中任一项所述的温度检测设备(1)控制根据权利要求12-15中任一项的热处理设备(4)的方法，其中在第一步骤中，食品产品(2、2')通过加热装置(5)被热处理，其中在第二步骤中，所述食品产品(2、2')的核心温度通过温度检测设备(1)被测量，其中在第三步骤中，控制装置(11)根据所述温度检测设备(1)提供的信息控制所述加热装置(5)。
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