CN105940266A - 用于食物原料的加热的控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于食物原料的加热的控制方法(100)和设备。方法包括测量(110)在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱的步骤。方法还包括标识(120)在所述给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频的步骤。方法还包括将电场施加(130)至食物原料的步骤，所述电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的所述射频的射频。针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，测量(110)的步骤包括如下步骤：将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定选择出的射频的射频的电场施加在食物原料上；和测量从食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。多个选择出的射频通过如下步骤从所述给定范围的射频中选择：针对所述给定范围的射频中的每一个，获得具有对应于给定射频的射频的电场穿透进入食物原料内的穿透深度，并且如果具有对应于给定射频的射频的电场的穿透深度等于或大于食物原料在施加至食物原料的电场的方向上的厚度，则将给定射频包含到多个选择出的射频内。该发明允许降低食物原料的加热时间。

Description

用于食物原料的加热的控制方法和设备

技术领域

本技术涉及加热控制的领域，特别涉及用于控制食物原料的加热的控制方法。

本技术还涉及用于执行方法的设备、烹调装置和计算机可读存储介质。

背景技术

微波加热是发展成熟的技术，并且微波炉是一种流行的加热电器。微波炉通过在炉的烹调室中照射微波频谱中的电磁辐射来加热食物，并且引起食物中的极性分子(即，水)转动并在称作介电加热的过程中积聚热能。传统的微波炉使用2.45GHz作为固定工作频率。还已知微波炉凭借高功率行波管的使用而采用多个固定频率，多个频率由用户手动确定。

然而，似乎已知微波炉中使用的固定加热频率在加热方面不是最佳选择。

US2013142923A1公开了一种通过射频(RF)能量处理物体的方法。方法包括通过施加射频能量加热物体、监测有关加热期间由物体吸收RF能量的吸收的速率的值并且依照在监测到的值的时间导数上的改变来调节RF能量。然而，该已知方法也并不总是获得食物原料的最佳加热。

EP2434837A1公开了一种被配置成防止微波发生部件被反射的功率破坏的微波加热装置。微波加热装置包括执行规定频带的频率扫动操作的控制部件以设定最小反射功率变成最小时所处的振荡频率并且以控制振荡器部件的振荡频率和功率放大器部件的输出。

US2009057302A1公开了通过RF辐射在谐振腔中加热诸如食物等的负载。RF馈送扫过多个频率，确定了在各频率时辐射能量的吸收。接着以使加热目标优化的频率、例如对应于用以获得较快加热的最高效的吸收频率来辐射食物。

发明内容

本公开的目的是解决或减轻上面提到的问题中的至少一个。

本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中进一步的实施例被纳入从属权利要求中。

本公开的第一方面涉及一种控制食物原料的加热的控制方法。方法包括：测量在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱；标识在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频；和将电场施加至食物原料。电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的射频的射频。针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，测量的步骤包括如下步骤：将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定选择出的射频的射频的电场施加在食物原料上；和，测量从食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。多个选择出的射频通过如下步骤从所述给定范围的射频中选择：针对所述给定范围的射频中的每一个，获得具有对应于给定射频的射频的电场穿透进入食物原料内的穿透深度；和，如果具有对应于给定射频的射频的电场的穿透深度等于或大于食物原料在施加至食物原料的电场的方向上的厚度，则将给定射频包含到多个选择出的射频内。

通过在加热食物原料的过程中考虑到针对射频的食物原料的能量吸收，食物原料具有最大能量吸收的射频被用于加热食物。以该方式，提高了加热效率，由此降低了加热时间。

优选地，方法顺次地重复上面的步骤，直到给定加热持续时间逝去。在加热期间，食物原料的温度增加。对于食物原料的不同温度，食物原料的最大能量吸收发生在不同的射频处。通过在加热食物原料期间动态地调节加热射频，整个加热过程是以最高加热效率加热食物原料。

本公开的第二方面涉及一种被配置成控制食物原料的加热的设备。设备包括第一单元、第二单元和第三单元。第一单元适于测量在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱。第二单元适于标识在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频。第三单元适于将电场施加至食物原料，并且电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的所述射频的射频。针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，第一单元进一步适于：将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定选择出的射频的射频的电场施加在食物原料上；和，测量从食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。第一单元进一步适于通过如下步骤从所述给定范围的射频中选择出多个射频：针对所述给定范围的射频中的每一个，获得具有对应于给定射频的射频的电场穿透进入食物原料内的穿透深度，和如果具有对应于给定射频的射频的电场的穿透深度等于或大于食物原料在施加至食物原料的电场的方向上的厚度，则将给定射频包含到多个选择出的射频内。

本公开的第三方面涉及一种控制食物原料的加热的方法。方法包括：测量在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱；标识在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频；和将电场施加至食物原料。电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的射频的射频。针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，测量的步骤包括如下步骤：将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定选择出的射频的射频的电场施加在食物原料上；和，测量从食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。多个选择出的射频基于食物原料的类型从所述给定范围的射频中选择。在一个这样的实施例中，多个选择出的射频通过如下步骤基于食物原料的类型从所述给定范围的射频中选择出：将处于所述给定范围的射频中的射频的电场施加至食物原料；测量处于所述射频从食物原料反射的电场的能量与施加至食物原料的电场的能量之间的比率；和，基于处于所述射频从食物原料反射的电场的能量与施加至食物原料的电场的能量之间的所述比率，从所述给定范围的射频中选择出多个射频。

本公开的第四方面涉及一种被配置成控制食物原料的加热的设备。设备包括第一单元、第二单元和第三单元。第一单元适于测量在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱。第二单元适于标识在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频。第三单元适于将电场施加至食物原料，并且电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的所述射频的射频。针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，第一单元进一步适于：将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定选择出的射频的射频的电场施加在食物原料上；和，测量从食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。第一单元进一步适于基于食物原料的类型从所述给定范围的射频中选择多个选择出的射频。在一个实施例中，第一单元适于通过如下步骤基于食物原料的类型从所述给定范围的射频中选择出多个选择出的射频：将处于所述给定范围的射频中的射频的电场施加至食物原料；测量处于所述射频从食物原料反射的电场的能量与施加至食物原料的电场的能量之间的比率；和，基于处于所述射频从食物原料反射的电场的能量与施加至食物原料的电场的能量之间的所述比率，从所述给定范围的射频中选择出多个射频。

本公开的第五方面是一种烹调装置。烹调设备包括如上所述的被配置成控制食物原料的加热的设备。

本公开的第六方面涉及一种存储了指令的计算机可读存储介质。当在设备上执行时，指令引起设备执行如上所述的方法的步骤。

附图说明

现在将通过示例的方式基于参照附图的实施例来描述本技术，其中：

图1图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法的流程图；

图2图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法的流程图；

图3图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法的流程图；

图4图示出取决于所施加的射频的食物原料的能量吸收的变化的示例；

图5图示出取决于温度的能量吸收的中心频率的变化的示例；

图6图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法的流程图；

图7图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法的流程图；和

图8是依照实施例的被配置成控制食物原料的加热的设备的框图。

具体实施方式

下文中将参照附图更充分地描述这里的实施例。然而这里的实施例可以以很多不同形式来体现并且不应该被解释为限制随附权利要求的范围。附图的元件并不一定相对于彼此按比例。相似的附图标记始终是指形似的元件。

这里所使用的术语是仅用于描述特定实施例的目的并不旨在限制性的。如这里使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包含复数形式，除非上下文另有明确指出。需要进一步理解的是，术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”当在这里使用时指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组成部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组成部件和/或它们的组的存在或添加。

除非另有限定，这里使用的所有术语(包含了技术和科学术语)具有与通常理解的相同的含义。需要进一步理解的是，这里所使用的术语应该被解释为具有与它们在该说明书的上下文和相关领域的含义一致的含义并且不以理想化或过于正式的含义进行理解除非在这里明确如此地限定。

下面参照根据本实施例的方法、设备(系统)和/或计算机程序的框图和/或流程图图示来描述本技术。需要理解的是，框图和/或流程图图示的框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以通过计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供至处理器、控制器和/或其他可编程数据处理设备以制造机器，使得凭借计算机的处理器和/或其他可编程数据处理设备执行的指令创建了用于实施框图和/或流程框或框中指定的功能/动作的部件。

于是，本技术可以在硬件和/或软件(包含了固件、驻留软件、微代码等)中体现。此外，本技术可以采取在具有计算机可用或计算机可读程序代码的计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序的形式，计算机可用或计算机可读程序代码被体现在介质中用于通过或连同执行执行系统使用。在该文档的上下文中，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可含有、存储程序或适于与程序通信的任何介质，用于通过或连同指令执行系统、设备或装置使用。

下面将参照附图来描述这里的实施例。

图1图示出依照实施例的控制食物原料的加热的方法100的流程图。

方法包括测量110在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱的步骤。在这里，射频的范围从3kHz扩展到100GHz。食物原料可以是能够吸收射频能量的任何种类的食物。例如，食物原料对应于诸如肉或蔬菜等的任何种类的可食用食物。

方法还包括标识120在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频的步骤。

方法还包括将电场施加130至食物原料的步骤。电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的所述射频的射频。该射频是所谓的“加热射频”。加热射频是食物原料具有最大能量吸收的射频。

通过在加热食物原料的过程中考虑到针对射频的食物原料的能量吸收，食物原料具有最大能量吸收的射频被用于加热食物。以该方式，提高了加热效率，由此降低了加热时间。

优选地，如图2的流程图中图示出的，测量100的步骤包括针对给定范围的射频中的多个选择出的射频将电场施加1101在食物原料上的步骤。电场具有对应于多个选择出的射频中的一个的射频。多个选择出的射频是或者连续的或者离散的。测量110的步骤还包括测量1102从食物原料反射的射频电场的信号与施加至食物原料的射频电场的信号之间的比率的步骤。如果比率的幅值较大，则意味着射频电场的更多能量被从食物原料反射，因此较少能量由食物原料吸收。

比率例如通过诸如但不限于S₁₁的散射参数被量化。在该情况中，从食物原料反射的射频电场的信号例如用从食物原料反射的电场的相位和幅值代表。类似地，施加至食物原料的射频电场的信号例如用施加至食物原料的电场的相位和幅值代表。可替代地，电场的能量用电场的幅值代表而没有用电场的相位。

优选地，如图3的流程图中图示出的，测量110的步骤包括针对给定范围的射频中的多个选择出的射频将电场施加1101在食物原料上的步骤和测量1103由食物原料吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率的步骤。比率例如通过诸如但不限于S₁₁的散射参数被量化。在该情况中，由食物原料吸收的射频电场的能量例如等于施加至食物原料的射频电场的能量减去从食物原料反射的射频电场的能量。因此，较大比率指示出更多能量由食物原料吸收。

应该领会的是，上面测量食物原料的能量吸收的频谱是通过示例的方式描述的，并且用以测量食物原料的能量吸收的频谱的其他合适的方式适用于本公开。

优选地，标识120的步骤包括在一组预定射频之中选择出如下射频的步骤，所述射频最接近食物原料具有最大能量吸收的射频。例如，预定射频可以对应于由给定的行政机关、权力机构或标准授权的频率。还有，施加130的步骤包括施加电场，所述电场具有对应于选择出的用于加热食物原料的预定射频的射频。

图4图示出取决于所施加的射频f的食物原料的能量吸收的变化的示例。称为中心频率的射频f_meas具有相对于食物原料的最小S₁₁值。中心频率是食物原料具有最大能量吸收的射频。同时，有一组预定射频f₁...f_i,f_i+1...f_n。在该组预定射频之中，f_i如图示出的最接近射频f_meas。在该情况中，射频f_i将是加热频率；因此方法将具有射频f_i的电场施加至食物原料。

优选地，随着加热过程中的食物原料的温度的增加，食物原料具有最大能量吸收的射频将归因于食物原料中的成分状态的改变而偏移。

图5图示出取决于温度T的能量吸收的中心频率的变化的示例。如图示出的，以牛排烹调作为示例，当牛排被加热时，牛排中的蛋白质开始变性(阶段I)，导致它们的疏水性核的暴露。在该情况中，归因于变性的蛋白质之中的疏水性组合而形成较大分子。作为结果，最大能量吸收的中心频率偏移至较低端，因为较大分子引起处于较低频率的峰值能量吸收。在变性之后(阶段II)，最大能量吸收的中心频率偏移至较高端，因为对抗偶极子转动的粘度效应随着食物原料中的增加的温度而降低。在该情况中，为了在整个加热过程中用最高加热效率加热食物原料，期望动态地调节食物原料的加热射频。

为此，动态调节通过顺次地重复下面的测量(110)、标识(120)和施加(130)的步骤来实施。

来自给定范围的射频的多个选择出的射频例如基于食物原料的类型来选择。食物加热由若干介电机制占主导地位的食物介电行为形成。在从3kHz至300MHz的低频率中，离子导电是主要机制，在从300MHz至100GHz的高频率中，偶极子定向(主要由食物中的水诱导的)贡献更多。因此，如果食物原料在诸如酸和盐等的电解质方面丰富，则选择来自从3kHz至300MHz的低频率的射频是有利的，否则来自从300MHz至100GHz的高频率的射频是有利的。一般地，食物原料中的电解质的量与处于低频率的食物原料的S₁₁的幅值成反比。例如，如果处于低频率的食物原料的|S₁₁|小于0.5，则可以确定食物原料在电解质方面丰富，并且因此射频应该从低范围的频率中选择。

如由图6的流程图图示出的，多个选择出的射频通过如下步骤从给定范围的射频中选择：

-针对给定范围的射频中的每一个，获得103具有对应于给定射

频的射频的电场穿透到食物原料内的穿透深度。例如，如图7中

图示出的，步骤1031将具有对应于给定射频的射频的电场施加

在食物原料上，并且步骤1032测量从食物原料反射的电场的能

量与施加至食物原料的电场的能量之间的比率。比率以上面描述

的方式来测量并且为了简洁起见这里将不再重复。随后，步骤

1033从比率导出给定射频穿透进入食物原料内的穿透深度。例

如，步骤1033可以首先通过下面的等式(1)从比率S₁₁计算出

食物原料的介电值(dielectric value)。介电值是用ε-j·ε代表的

复值，ε'是介电系数并且ε″是损耗因数。

${\mathrm{\ϵ}}^{,}-j\·{\mathrm{\ϵ}}^{,,}=\frac{\frac{(1-S_{11})}{(1+S_{11})\·Z_0\·j\·2\mathrm{\π}\·f}-C_p}{C_g}$

(1)

这里，C_p和C_g两者是生成施加至食物原料的电场的源的电容器常数。Z0是针对源的电缆线的常数。f是给定射频。接着，步骤1033可以通过下面的等式(2)从介电系数ε'、损耗因数ε″和比率S₁₁计算出给定射频的穿透深度d：

$d=\frac{\sqrt{2}\·c}{2\mathrm{\π}\·f}\·\frac{1}{\sqrt{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}^{\′2}+{\mathrm{\ϵ}}^{\′\′2}}-{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}}---\left(2\right)$

这里，c是真空中的光束速度、即3×10⁸m/s。f是给定射频。

-如果具有对应于给定射频的射频的电场的穿透深度等于或大于食物原料在施加至食物原料的电场的方向上的厚度，则将给定射频包含105到多个选择出的射频内。

以该方式，被施加以测量食物原料的能量吸收的频谱的所有电场都可以穿过食物原料。这样，由食物原料吸收的能量可以遍及食物原料均匀地分布。

图8是依照实施例的被配置成控制食物原料的加热的设备600的框图。设备600包括用以执行根据上述本发明的方法的各种步骤的各种单元。如示出的，设备600包括第一单元610、第二单元620和第三单元630。现在将参照图8详细地描述单个单元的功能。

第一单元610适于测量在给定范围的射频中食物原料的能量吸收的频谱。第二单元620适于标识在给定范围的射频中食物原料具有最大能量吸收的射频。第三单元630适于将电场施加至食物原料。电场具有对应于食物原料具有最大能量吸收的射频的射频。

通过在加热食物原料的过程中考虑到针对射频的食物原料的能量吸收，食物原料具有最大能量吸收的射频被用于加热食物。以该方式，提高了加热效率，由此降低了加热时间。

优选地，第一单元610进一步适于针对给定范围的射频中的多个选择出的射频将具有对应于多个选择出的射频中的一个的射频的电场施加在食物原料上，并且测量从食物原料反射的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。如果比率较大，则意味着射频电场的更多能量从食物原料反射，因此较少能量由食物原料吸收。

优选地，第一单元610进一步适于针对给定范围的射频中的多个选择出的射频将具有对应于多个选择出的射频中的一个的射频的电场施加在食物原料上，并且测量由食物原料吸收的射频电场的能量与施加至食物原料的射频电场的能量之间的比率。在该情况中，由食物原料吸收的射频电场的能量例如等于施加至食物原料的射频电场的能量减去从食物原料反射的射频电场的能量。因此，较大比率指示出更多能量由食物原料吸收。

优选地，第二单元620适于在一组预定射频之中选择出最接近食物原料具有最大能量吸收的射频的射频。例如，预定射频可以对应于由给定的行政机关、权力机构或标准授权的频率。还有，第三单元630适于施加具有对应于用于加热食物原料的选择出的预定射频的射频的电场。

本公开还涉及存储指令的计算机可读存储介质。当在诸如设备800等的设备上执行时，指令引起设备执行如上所述的方法的各种步骤。

虽然在这里图示并描述了实施例，但本领域技术人员应该理解的是，可以做出各种改变和修改，任何等同物可以代替其元件而不脱离本技术的真实范围。另外，可以做出很多修改以适于特定情形和这里的教导而不脱离其中心范围。因此旨在本实施例不限于作为用于执行本技术而实施的最佳模式所公开的特定实施例，而是本实施例包含落入随附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (9)

1.一种食物原料的加热的控制方法(100)，所述方法包括如下步骤：

-测量(110)在给定范围的射频中所述食物原料的能量吸收的频谱；

-标识(120)在所述给定范围的射频中所述食物原料具有最大能量吸收的射频；和

-将电场施加(130)至所述食物原料，所述电场具有对应于所述食物原料具有最大能量吸收的射频的射频，

其中针对在所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，所述测量(110)的步骤包括如下步骤：

-将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定的选择出的射频的射频的电场施加(1101)在所述食物原料上；和，

-测量(1102，1103)从所述食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至所述食物原料的射频电场的能量之间的比率，

并且其中所述多个选择出的射频通过如下步骤从所述给定范围的射频中选择：

-针对所述给定范围的射频中的每一个，获得(103)具有对应于所述给定射频的射频的电场进入所述食物原料内的穿透深度，和

-如果具有对应于所述给定射频的射频的电场的穿透深度等于或大于所述食物原料在施加至所述食物原料的电场的方向上的厚度，则将所述给定射频包含(105)到所述多个选择出的射频内。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中所述比率通过散射参数被量化。

3.如权利要求1或2所述的控制方法，其中：

-标识(120)的步骤进一步包括在一组预定射频之中选择出最接近所述食物原料具有最大能量吸收的射频的预定射频的步骤，

-施加(130)的步骤包括施加具有对应于所选择出的预定射频的射频的电场。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的控制方法，获得(103)候选射频的穿透深度的步骤进一步包括如下步骤：

-将具有对应于所述给定射频的射频的电场施加(1031)在所述食物原料上，

-测量(1032)从所述食物原料反射的电场的能量与施加至所述食物原料的电场的能量之间的比率，

-从所述比率导出(1033)所述候选射频进入食物内的穿透深度。

5.如权利要求1所述的控制方法，进一步包括顺次地重复权利要求1中的步骤的步骤。

6.一种被配置成控制食物原料(601)的加热的设备(600)，所述设备包括：

-第一单元(610)，用于测量在给定范围的射频中所述食物原料的能量吸收的频谱；

-第二单元(620)，用于标识在所述给定范围的射频中所述食物原料具有最大能量吸收的射频；和

-第三单元(630)，用于将电场施加至所述食物原料，所述电场具有对应于所述食物原料具有最大能量吸收的所述射频的射频，

其中针对所述给定范围的射频中的多个选择出的射频，所述第一单元(610)进一步适于：

-将具有对应于所述多个选择出的射频中的给定的选择出的射频的射频的电场施加(1101)在所述食物原料上；和，

-测量(1102，1103)从所述食物原料反射或吸收的射频电场的能量与施加至所述食物原料的射频电场的能量之间的比率，

并且其中所述第一单元(610)适于通过如下步骤从所述给定范围的射频中选择出所述多个射频：

-针对所述给定范围的射频中的每一个，获得(103)具有对应于所述给定射频的射频的电场进入所述食物原料内的穿透深度，和

-如果具有对应于所述给定射频的射频的所述电场的穿透深度等于或大于所述食物原料在施加至所述食物原料的电场的方向上的厚度，则将所述给定射频包含(105)到所述多个选择出的射频内。

7.如权利要求6所述的设备，其中：

-所述第二单元(620)进一步适于在一组预定射频之中选择出最接近所述食物原料具有最大能量吸收的射频的预定射频，

-所述第三单元(630)进一步适于施加具有对应于所述选择出的预定射频的射频的电场。

8.一种烹调装置，包括根据权利要求6或7所述的被配置成控制食物的加热过程的设备。

9.一种计算机可读存储介质，其存储指令，所述指令当在设备上执行时引起所述设备执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法中的步骤。