CN109952811B - 管理微波加热装置的方法以及微波加热装置 - Google Patents

Abstract

一种管理微波加热装置的方法：该微波加热装置能够基于具有微波频率范围内的第一基波频率的第一信号操作，其中当检测到微波加热装置(1)中存在第二信号时微波加热装置(1)的操作被中断或修改，所述第二信号具有谐波分量，所述谐波分量具有不同于基波频率的频率和高于临界参考值的强度。

Description

管理微波加热装置的方法以及微波加热装置

相关申请的交叉引用

本申请要求如下申请的优先权：2016年9月26日提交的美国专利申请62/399,601及2017年9月25日提交的美国专利申请15/713,861，在此通过引用将其整体合并于本文中。

技术领域

本公开总体上涉及微波加热设备的领域。具体来说，本公开涉及使用固态发生器以确保微波产生的微波加热装置。更准确的，本公开涉及加热和烹饪食物的微波装置。

更详细地说，本公开涉及一种以防止和限制装置内部放电为目的的管理微波加热装置的方法，以及能够实施此方法的设备。

背景技术

构成本公开的主题事项的技术方案通常可应用于具有固态微波发生器的任何微波加热装置。然而本公开更好地涉及食物的加热。

众所周知，微波加热装置包括在其中能够放置被加热物品的加热室，在加热室中使用了一个或多个能够放射微波的辐射部分(或天线)。

后者通过固态信号发生器来产生，该信号发生器能够产生基波频率在微波范围内的正弦信号。正弦发生器通过供电电路与现有的辐射部分相连接，供电电路通常也包含了一个或多个功率放大器(也是固态类型)。特别的是，现有解决方案使用单个功率放大器向所有辐射部分供电，而其他方案使用多个功率放大器分别为一个或多个辐射部分供电。

辐射部分可使用任意方式制造：比如，它们可使用波导天线、偶极天线或贴片天线构成。

信号发生器和供电电路通常可根据多种操作配置来设置，每种操作配置都具有其本身的操作基频，以及在传输到每个辐射部分的信号之间具有相位与强度的任何差异。事实上，通过改变加热室中发射的不同信号的相位与强度，可以来控制与分配被加热物中的能量。在本公开全文背景下，术语“操作配置”主要指与加热室中各个辐射部分放射的微波相关联的所有参数组，比如基频，信号振幅与相位(绝对相位或者相对于参考相位的相对相位)。大致上，尽管传递到各个辐射部分的信号关于各自的基频甚至可能也不同，但在优选实施中，所有辐射部分每时每刻的操作频率都相同，尽管此频率会在加热循环中随着时间发生变化。

微波加热装置例如微波烤箱的有效烹饪阶段，加热室中需要大概几百瓦级别的功率来产生非常高峰值水平的电场。

因此，如果使用了金属支撑物，比如烤箱中通常会有的放在由不锈钢制成的滑动支撑搁架上的不锈钢或铝制托盘，则很有可能会发生电弧。尽管在微波烤箱中使用金属支撑物对物理学家来说似乎很奇怪，但这对于用传统的电烤箱和微波炉以相同方式进行烹饪的厨师来说是很正常的。

这些金属部分(托盘与支撑搁架)不是完全平坦的，这意味着托盘的下侧与格子的上侧之间会有很多随机分布的接触点。然而，在微波频率下，两个金属部分间的每一对接触点，连同所述金属部分间的空气间隙，可被描述成共振电路，其共振频率取决于每对接触点间的距离。

接下来很可能会出现如下情况：一对或多对接触点间的距离等于在烤箱中使用的微波频率下的基波波长的一半或四分之一的倍数。很不幸的，这种情况可被描述为一个等效共振电路，此电路具有与实际微波频率对应的共振频率。

众所周知，共振器包含空气间隙与金属部分，这导致其等效LC电路有相对高的Q因数。而Q因数也是共振电路电压峰值的乘法因数。这就意味着在给定的激发能量下，Q因数越高，共振器中的电压峰值越高。

在金属托盘放置在金属支撑搁架之上的情况下，两个接触点间的空气间隙可能非常薄，这导致了对电压峰值的不良绝缘。

在其中使用了金属部件并且金属部件保持接触的微波加热装置的加热室中施加高能量，其结果是在具有减小的空气间隙的相邻金属部件间产生强电场(或差动电压)，这必然会引起电弧现象。

一旦电弧被空气通道中之前存在的一个或多个已电离的点火火星所激发，电弧会吸收非常大量的能量，这会造成在此现象中被涉及的金属部件的严重损坏。

这些危害后果不仅可能发生在在加热室中，还可能发生在设备的各个位置，它可能会对金属工具、腔室结构以及微波发生器造成严重损坏。

和金属托盘与支撑搁架的接触相似的情况也可能每时每刻在微波加热设备中在功率放大器与相连的辐射部分间的任何位置发生，两个金属部件间会产生小的空气间隙，比如在连接件未完全固定的情况下。实际上，与这些微小空气间隙相邻的每个金属接触区域的作用都像一个共振电路，使空气间隙暴露于放电的风险中。

鉴于这些问题，需要一些技术方案，这些方案最好能够防止电弧的产生，或者至少能在电弧出现的时候尽快的在它们上升时使之停止。

根据已知技术，微波传输设备中的电弧检测系统是基于对反射功率波幅度变化的观测。系统的标准操作条件需要对微波发生器输出的良好回波损耗(典型的反射波幅度低于前向波幅度的10％，就是说VSVR(电压驻波比)<1.2:1)。应用合适的反射幅度阈值则总是会足以来防范不良的负载表现，这些不良的负载表现通常包括由于输出路径无源元件间的不良接触(比如沿着同轴输出线的或者波导部件间的弱连接)引发的电弧现象。

相比之下，烹饪器具不能保证微波发生器的良好回波损耗，即使有先进的控制系统能够通过最大化向食物的能量传递来最大化设备效率。

在烹饪器具中，反射波幅度始终高于前向波幅度的50％：效率90％大致意味着10dB的回波损耗，等于2：1的VSWR，对应于前向波幅度1/2的反射波幅度。

这意味着几乎不可能通过分析反射波行为来执行有效的检测和防止加热室中的电弧现象：标准加热室反射总是很广并且电弧启动是不可检测的。

值得注意的是，一旦电弧路径被完全电离并且电弧被激发，电弧就成为吸收负载，由此减少了反射波的数量，并且变得更难以根据已知的检测方案检测和控制电弧。

在这种情况下，确实需要提供一种管理微波加热装置的新方法，该方法能够防止电弧的发生或至少能够最小化它们的持续时间。

特别地，需要提供一种用于管理微波加热装置的方法，该方法能够在电弧一出现就立刻检测到电弧的开始，或者更好地能够检测到空气的局部电离(其对应于随机序列的短暂火花的出现)，空气的局部电离本身就是电弧开始的先兆。

还需要提供一种微波加热装置，此装置根据该管理方法进行管理，因此与现有技术的微波加热装置相比与电弧相关的风险更小。

本公开的主题的一些示例性实施例的简要概述

本公开的基础是本发明人对以下事实获得的认知：导致空气电离的初始火花的出现和实际电弧，都是由于它们的非线性性质导致产生频率高于基波频率的谐波分量而导致的现象。

根据本公开的第一实施例，由于一种管理微波加热装置的方法，上述要求得到了满足，其中微波加热装置能够基于具有在微波范围内的第一基波频率的第一信号进行操作，其中当在微波加热装置内检测到第二信号的存在时，微波加热装置的操作被中断或修改，该第二信号具有频率高于基波频率的倍数的谐波分量，其强度高于临界参考值。

在下文中，在没有进一步说明的情况下提到“单个谐波分量”或“多个谐波分量”时，它总是指信号的正弦分量，其频率是参考信号或基波信号的基波频率的倍数并高于基波频率。相反，当提到信号的基波分量时，也就是说具有基波频率的分量，将始终明确指出。

特别地，在优选实施例中，为了决定是否中断或修改微波加热装置的操作，需要监测第二信号，所述第二信号根据朝向微波加热装置的信号发生器行进的反射的传播方向在供电电路传播，和/或存在于加热室中。应该注意的是，“反射的传播方向”的定义是基于事实：在使用中，“反射的传播方向”与被加热室反射的能量具有相同的传输方向。

根据实施例，当谐波分量中的仅一个谐波分量具有高于临界参考值的强度时，或者当一组谐波分量总体上具有高于临界参考值的强度时，或者当所有谐波分量总体上具有高于临界参考值的强度时，将中断或修改微波加热设备的操作。

在一个特别优选的实施例中，用于管理微波加热装置的方法旨在用于如下微波加热装置，该微波加热装置本身包括：加热室、能够产生微波范围内基波频率的正弦信号的固态信号发生器以及位于加热室中并由信号发生器通过供电电路供电的一个或多个辐射部分，该辐射部分用于在加热室中辐射微波。可以根据多种操作配置来设置信号发生器和供电电路。每个操作配置具有各自的基波频率以及其他操作参数，例如通过辐射部分辐射的信号的强度以及由各种辐射部分辐射的信号之间的任何相位差。

如现有技术中，辐射部分可以以任何方式制成，例如它们可以由波导天线、偶极天线或贴片天线构成。

在本实施例中，该方法包括以下操作步骤：

设置步骤，其中根据具有第一基波频率的第一操作配置来设置信号发生器和供电电路；以及

供电步骤，其中信号发生器产生具有作为基频的第一基波频率的第一信号，并且通过供电电路根据前向传播方向将所述第一信号传输到一个或多个辐射部分，也就是说，从信号发生器传向一个或多个辐射部分；在该步骤中，信号发生器和供电电路根据第一配置进行配置。

另外，根据该实施例，在供电步骤期间，该方法包括以下进一步的操作步骤：

监测第二信号的步骤，该第二信号在供电电路中根据反射的传播方向传播和/或在加热室中产生，所述反射的传播方向从从一个或多个辐射部分去往信号发生器；

检测代表所监测的第二信号的信号的一个或多个谐波分量的强度的步骤，其中这些谐波分量的频率高于基波频率；以及

将检测到的强度与临界参考值比较的步骤。

在检测步骤中使用的代表第二信号的信号可以是整个第二信号，或者是第二信号的预定部分，该预定部分则可以由与第二信号成比例的信号构成，或者由包含第二信号的仅一些谐波分量(可以包含基波分量也可不包含)的信号或与第二信号的仅一些谐波分量成比例的信号构成。因此，在下文中任何地方提到第二信号及其谐波分量的检测都必须被理解为包括所有这些可能性。

最后，如果比较步骤指出检测到的强度高于临界参考值，则该方法包括安全干预步骤，在该步骤中供电步骤被中断或者供电步骤中使用的操作配置被改变。

如果供电电路包括多个独立支路，每个独立支路包括连接到一个或多个辐射部分的功率放大器，则在该方法的一些实施例中，在每个支路处通过仅参考影响该支路的第二信号的强度(根据以上描述，与基波不同的一个或多个谐波分量的强度)来执行检测步骤。

在一些优选实施中，临界参考值等于第三信号的相应谐波分量的强度的5-10倍(即强度差异为7-10dB)，该第三信号在参考操作条件下根据反射的传播方向在供电电路中传播，和/或在加热室中产生。特别地，第三信号的优点在于它可以在一操作条件下被监测，在此操作条件下可以确定在整个微波加热装置中没有电弧或没有电弧产生的初始条件(如两个金属部件之间的空气间隙的局部电离)。实际上，在这种情况下，由于功率放大器的天然非线性，第三信号对应于系统的背景噪声。

取决于实施例，或者也可以是以下情况：

检测步骤包括检测仅一个谐波分量的强度，特别是第二谐波分量的强度；

检测步骤包括检测频率高于基波频率的一组谐波分量(最好包括第二谐波分量)的总强度；或者

检测步骤包括检测频率高于基波频率的所有谐波分量的总强度。

如已指出的，所公开的微波加热装置包括：加热室、能够产生具有微波范围内的基波频率的正弦信号的固态信号发生器以及位于加热室中的一个或多个辐射部分，这些辐射部分由信号发生器通过供电电路供电，并在使用中在加热室中辐射微波。供电电路还包括连接在信号发生器下游的至少一个功率放大器。此外，微波加热装置包括连接到信号发生器和供电电路的电子控制单元，用于控制信号发生器和供电电路的激活和根据多种操作配置来设置信号发生器和供电电路。每种操作配置都有各自的基波频率，并且在使用中会根据不同的模式在加热室中产生微波(参见上面的相关信息)。

至少一个监测电路分别与供电电路和/或加热室相关联，用于监测第二信号，所述第二信号分别在供电电路中根据从一个或多个辐射部分朝向信号发生器的反射的传播方向传播，和/或在加热室中产生。特别地，感兴趣的第二信号是包括频率为基波频率的倍数(大于等于两倍)的谐波分量的信号。至少一个检测电路与监测电路相关联，用于检测频率高于基波频率的一个或多个谐波分量的强度(如已指出的，检测可以应用于整个谐波分量或它们的预定部分)。最后，至少一个触发电路与检测电路相关联，用于将逐渐检测到的强度与临界参考值进行比较。触发电路连接到电子控制单元，用于在检测到高于临界参考值的强度时向电子控制单元发信号。

反过来，每当触发电路向电子控制单元发出信号以指示检测到高于临界参考值的强度(即一个或多个频率高于基频的谐波分量的强度)时，电子控制单元被编程以作用于信号发生器和/或供电电路以中断它们的操作或改变它们的操作配置。

根据实施例，监测电路和/或检测电路可以以这样的方式设计，用来监测频率高于基频的仅一个谐波分量的强度，特别是第二谐波分量的强度，或者频率高于基频的一组谐波分量的强度(在这种情况下，该组谐波分量同样最好包括第二谐波分量)，或者频率高于基波频率的所有谐波分量的强度。

为此目的，监测电路最好以这种方式进行选择或设计，使得对于频率高于基频的谐波分量尽可能优化。然而，这样并不能确保基波分量的充分衰减。因此，监测电路和检测电路中的至少一个还可以包括至少一个高通滤波器或一个或多个带通滤波器。所有这些滤波器必须至少可以消除基波分量。在带通滤波器的情况下，它们将以这样的方式有利地选择，即各个频带以感兴趣的一个或多个谐波分量的频率为中心。

在监测电路与供电电路相关联的实施例中，监测电路可以包括安装在供电电路上的定向耦合器。如果目标是主要监测在加热室中产生的并由辐射部分(其在使用中无差别地用作发射天线或接收天线)拾取的第二信号，则定向耦合器可以被设置在辐射部分附近(最好直接连接到辐射部分)；或者如果目标是主要监测在供电电路的各种连接处产生的第二信号，则定向耦合器可以被设置在功率放大器附近(最好直接连接到功率放大器)。

在监测电路与加热室相关联的实施中，监测电路包括具有天线的耦合器，所述天线位于加热室中或位于加热室的壁上。

也可能有定向耦合器是电容耦合器的情况。

此外，耦合器(无论是定向的还是带天线的，以及是否为电容性的)可以被有利地调谐到与基波频率不同的所有谐波频率，或者根据需要，也就是根据在评估强度的步骤中必须考虑哪些谐波分量而调谐到这些谐波频率中的一个或多个。

附图说明

在下面的详细描述中，参考附图中所示的微波加热装置的优选的非限制性实施例，本公开的其他特征和优点将更加明显，其中：

图1是微波加热装置整体布局的示意图，显示了几个最重要的元件；

图2是微波加热装置的功率电子器件和控制电子器件的框图；

图3是微波加热装置的信号发生器、控制板和几个功率放大器的示意图；以及

图4是图3的电子控制板的若干组件的更详细的示意图。

具体实施方式

下面首先描述构成本公开主题的微波加热装置，然后描述其管理方法，虽然此管理方法不仅仅适用于该装置，但其在此装置的操作中实施是有利的。

参考上述附图，根据本公开的微波加热装置整体用附图标记1表示。

如图1所示，微波加热装置1首先包括加热室2，产品3可以放置在加热室2中(例如待烹饪，加热或解冻的食品3)，如果需要，可以放置在合适的托盘上，甚至是金属托盘。在加热室2中，可以有用于食品3的一个或多个支撑搁架4。支撑搁架4可以由金属材料制成。

微波加热装置1还包括信号发生器5，该信号发生器5通过供电电路6连接到位于加热室2中的一个或多个辐射部分7，或者通过波导依次连接到加热室(实施未示出)。供电电路6包括连接在信号发生器5下游的至少一个功率放大器8。在使用中，一个或多个辐射部分7由信号发生器5通过供电电路6供电，用于在加热室2中辐射微波。在图1中，信号发生器5和供电电路6用单个三角形9表示。

图2展示了根据本公开的微波加热装置1的所有主要电气和电子部件的更详细的框图。在该图中，为简单起见，所有辐射部分7和加热室2用单个方框10表示，在方框10中来自功率放大器8的功率信号汇合到一起。

因此，一般而言，如所看到的那样，微波加热装置1首先包括供电接口11，供电接口11在使用中连接到输电干线网络12，供电接口11从输电干线网络12中接收所需的能量以进行操作。供电接口11可以包括以不同的电输出参数(电压和电流)为特征的各种部分，其旨在对加热装置1的需要电力供应的所有不同元件进行供电。

使用中的控制接口13允许用户控制加热装置1的操作。控制接口13既连接到微波加热装置1的控制板14，又连接到与加热室2相关的任何传感器或检测器15。虽然在所示的实施例中，控制板14与信号发生器5分离(控制板14仅仅是连接到信号发生器5)，但在其他实施例中，控制板14和信号发生器5都可以集成在能够执行两者功能的单个板中。

图4中所示的控制板14有利地包括了处理集成电路16，其可以是微处理器，或FPGA(当前在处理速度上的优选选择)等，处理集成电路16连接至第一DIN连接器17、RJ45接口19和两个存储卡20、21以及一个闪存和其他DDRAM。除了多个供电电压之外，第一DIN连接器17还承载至少四种不同类型的信号(SPI，UART,GPIO，I2C)。

如图3所示，第一DIN连接器17将控制板14固定地连接到信号发生器5(配备有镜像于第一DIN连接器17的第二DIN连接器27)，信号发生器5是固态类型并且可以产生具有在微波范围内的，也就是说，在300MHz至300GHz的范围内的基波频率的正弦(电压)信号。然而，更好的是，正弦信号的基波频率位于微波加热的几个国际标准范围中的一个范围以内，即ISM范围：433.050–434.790MHz,902.000–928.000MHz,2.400–2.500GHz,5.725–5.875GHz,24.000–24.250GHz,61.000–61.500GHz,122.000–123.000GHz,244.000–246.000GHz。

根据要求，信号发生器5可被配置为仅产生一个或产生多个正弦信号，然后通过供电电路6将每一个正弦信号发送到一个或多个功率放大器8。在图2所示的情况下，特别地，信号发生器5能够产生四个第一信号，这些第一信号(最好彼此间有预定的相位差地)被发送到四个功率放大器8(应当理解，这里和下面参照图示的四个信号的例子描述的内容可扩展到任何数量的这种信号)。

为此目的，如示出信号发生器5的发生部分的图3中示意出的，信号发生器5包括四个发生电路28，发生电路28最好彼此相同，由控制板14控制并且在使用中产生四个频率和强度(低)相同、根据需要彼此具有适当相位差或彼此同相的信号。这些信号在特定的信号连接器29上可用。为了保证对四个信号的相对相位的最佳控制，四个发生电路28中的一个被用作主电路并向与其串联连接并因此作为从属电路的其它三个发生电路提供主振荡。实际上，主振荡定义了其他振荡的绝对相位参考和系统频率。

因此，通常电子控制单元43被连接到信号发生器5和供电电路6，用于控制信号发生器5和供电电路6的激活和根据多种操作配置设置信号发生器5和供电电路6。如已经指出的，每个操作配置具有其自己的基波频率并且在使用中会导致在加热室2中产生微波。特别地，电子控制单元43以这样的方式作用于信号发生器5，即令信号发生器5产生一个或者多个第一信号，所述第一信号彼此之间具有适当的相位差地朝向供电电路6的一个或多个功率放大器8传播。在附图所示的实施例中，电子控制单元43的功能由控制板14的处理集成电路16执行。

装置1还包括至少一个监测电路32，所述监测电路32分别与供电电路6(如图1所示)和/或与加热室2(方案未示出)相关联。在前一种情况下，监测电路32被设计用于监测第二信号，所述第二信号在供电电路6中根据反射的传播方向(也就是从一个或多个辐射部分7朝向信号发生器5的传播方向)传播，。在后一种情况下，监测电路32设计用于监测在加热室2中产生的第二信号。

如已经指出的，在优选实施例中，监测电路32包括耦合器33，如果应用于供电电路6，则耦合器33对于定向类型是有利的，由此它能够专门监测根据反射的传播方向来传播的信号。

此外，通常至少一个检测电路41与监测电路32相关联，以在使用中检测所述第二信号的一个或多个谐波分量的强度，所述谐波分量的频率高于基波频率。在若干实施例中，控制板14，更确切地说是其处理集成电路16，甚至可以直接用作检测电路41。

此外，至少一个触发电路42与检测电路41相关联，用于将检测到的强度(频率高于基波频率的一个或多个谐波分量的强度)与临界参考值进行比较。通常，触发电路42连接到电子控制单元43，用于在检测到的强度高于临界参考值时向电子控制单元43发信号。在一些实施例中，控制板14，更确切地说是其处理集成电路16，也可以执行触发电路42的功能。相反，在图1中示意的情况下，检测电路41和触发电路42都独立于处理集成电路16。然而，触发电路42被连接到处理集成电路16(也就是说，连接到电子控制单元43)，用于在每次确定检测到高于临界参考值的强度时向后者发送信号。

监测电路32，检测电路41和触发电路42在此不再详细描述，因为它们本身在概念上是已知的并且在本领域专家所能达到的范围内。

反过来，电子控制单元43被编程为作用在信号发生器5和/或供电电路6上，当触发电路42向电子控制单元43发送信号通知检测到的强度高于临界参考值时，中断信号发生器5和供电电路6的操作或改变其操作配置。

如已指出的，监测电路32或检测电路41中的至少一个还包括至少一个高通滤波器或一个或多个带通滤波器(通常用图1中的方框44标识)，这些滤波器能够消除基波分量，即频率对应于基波频率的谐波分量(但应注意，该基波分量的第一衰减也可能由监测电路32的耦合器33引起，所述耦合器33可以被适当地仅被调谐到有利的谐波分量的频率)。

在没有类型任何放电的操作期间，所公开的加热装置1的操作类似于现有技术的装置的操作。信号发生器5产生具有低强度的各种信号，将它们发送到一个或多个功率放大器8，功率放大器8将它们的功率转换为所需的水平，然后将功率信号发送到辐射部分7。

相反，当在加热室2中或在供电电路6的任何其他部分中发生放电45时，与根据反射方向传播的基波分量不同的谐波分量强度突然增加(特别是第二谐波分量)，使得它可以由触发电路42识别，触发电路42因此可以警告电子控制单元43。然后电子控制单元43可以作用于操作配置并防止继续放电45。还应该注意的是，在许多操作条件下，与基波分量不同的谐波分量的强度增加到可以被触发电路42所识别的程度可能是由于实际电弧或者由于发生在放电通道45的电离过程中发生的短暂火花引起的。在后一种情况下，电子控制单元43甚至能够在实际电弧开始之前起作用。

如已经指出的，根据本公开的微波加热装置1的操作构成了所公开的管理方法的特定的实施例，这将在下面更详细地描述。

在其更一般的形式中，所公开的方法可用于管理可基于第一信号操作的任何微波加热装置1，此第一信号在微波范围内具有第一基波频率。第一信号是在加热室2中辐射的，其被适当地放大并且如果必要的话被分成具有适当相位差的两个或更多个信号。

实际上，该方法包括监测加热装置1中一个或多个第二信号的存在，这些第二信号具有频率为第一基波频率的整数倍(并且高于第一基波频率)的谐波分量，该方法还包括检查这些谐波分量是否相结合地或者单独地具有高于临界参考值的强度。如果可能的话，当发生这种情况时，该方法包括中断微波加热装置1的操作或者修改操作参数，以防止电弧产生，或者在电弧已经产生的情况下至少中断电弧。

特别地，该方法包括监测第二信号，所述第二信号根据反射的传播方向——也就是去往微波加热装置1的信号发生器5的传播方向(例如，在沿着供电电路6传播的情况下)——在供电电路6中传播，或者所述第二信号在任何情况下存在于加热室2中。

根据实施例，被监测并与临界参考值比较的强度可能只是基波分量之后的谐波分量之一(最好是第二谐波)，或者是基波分量之后的一组谐波分量(例如，在第二谐波到第五谐波之间并包括第二谐波和第五谐波)，或者是在基波分量之后的所有谐波分量。

在也反映在上述微波加热装置1的操作中的所公开的方法更具体的实施例中，所公开的方法适用的微波加热装置1包括：加热室2，能够产生具有微波范围内的基波频率的正弦信号的固态信号发生器5，以及一个或多个辐射部分7，其位于加热室2中并由信号发生器5通过供电电路6供电以在使用中在加热室2中辐射微波。此外，信号发生器5和供电电路6可以根据多种操作配置来设置，每种操作配置具有各自的在微波范围内的基波频率。

在该实施例中，该方法首先包括设置步骤，在此设置步骤中，根据第一操作配置来设置信号发生器5和供电电路6，所述第一操作配置具有其自己的第一基波频率。

然后是供电步骤，在此供电步骤中，信号发生器5产生具有第一基波频率的第一信号。第一信号通过供电电路6并且根据第一操作配置(即具有预定的强度和相位值-如果存在两个或多个辐射部分7则需要后者)，根据从信号发生器5到一个或多个辐射部分7的正向传播方向，传输到一个或多个辐射部分7。以这种方式供电的辐射部分7使微波在加热室2中辐射。在图1中，直线延伸的箭头示意性地示出了几个在加热室2中微波的无限传播/反射方向。

在供电步骤期间，该方法还包括以防止或中断任何电弧为目的执行的进一步的步骤。特别地，它首先包括监测第二信号的步骤，所述第二信号在供电电路6中根据反射的传播方向(即从一个或多个辐射部分7去往信号发生器5的方向)传播和/或在加热室2中产生。感兴趣的第二信号是在基波分量之后具有谐波分量的信号(即其频率等于第一信号的频率)。为了有效地监测第二信号，可以监测沿反射方向传播或存在于加热室2中的整个信号，或者仅选择性地监测二次谐波的感兴趣的谐波分量(例如，参见上面关于耦合器33的使用描述的内容，该耦合器33被调谐到特定频率，如需要可结合高通滤波器或带通滤波器)，或者只监视整个信号的一部分或感兴趣的谐波分量的一部分。在图1中，波浪形箭头示意性地示出了由放电45(无论是实际永久电弧还是单独的火花)产生的第二信号，其在加热室2中辐射(以电磁场的形式)，并朝向辐射部分辐射，通过辐射部分可在供电电路6中进一步辐射(以电压的形式)。

接下来的是检测所述的一个或多个感兴趣的谐波分量(其频率高于基波频率)的强度的步骤，以及将以这种方法检测到的强度与临界参考值进行比较的步骤。

最后，每当比较步骤指示检测到的强度高于临界参考值时，会有安全干预步骤，此安全干预步骤会中断供电步骤或者改变操作配置。

当供电电路6包括多个独立分支时，每个分支配备有连接到一个或多个辐射部分7的功率放大器8，在该方法中，检测步骤可以只依据影响分支的第二信号强度在每个分支执行。

检测步骤中使用的临界参考值必须通过以下方法设定：此值足够高于但不过分高于依据系统背景噪声所探测到的强度(在感兴趣的谐波频率下)，以便同时避免错误检测放电45的风险并保持尽可能高的系统灵敏度。通常，在正常操作条件下监测的系统背景噪声的强度取决于功率放大器8的天然非线性，以及取决于仅对感兴趣的谐波分量的不完美滤波。因此，对于实际应用，在感兴趣的谐波频率下背景噪声的强度通常可以选择为等于第三信号的可检测强度，所述第三信号根据反射的传播方向在供电电路6中传播和/或在微波加热装置1的参考操作条件下在加热室2中产生。更优地，该参考操作条件需要设备1以最大功率操作。

因此，临界参考值更优地被选择为等于背景噪声值的5-10倍(也就是说，相对于背景噪声具有7-10dB的余量)。

从以上描述中显而易见，本公开具有重要的优点。

实际上，归功于所提供的内容，有可能阻止电弧在微波加热装置1中的形成，或者至少在最坏的情况下最小化电弧的持续时间。

最后，应该注意到，本公开相对容易生产，甚至与其实施相关的成本也不是很高。

在不脱离本发明构思的范围的情况下，可以以多种方式修改和调整上述公开内容。

所有细节可以用其他技术上等效的元件代替，并且所使用的材料以及各种部件的形状和尺寸可以根据要求而变化。

Claims (11)

1.一种管理微波加热装置的方法，其中所述微波加热装置(1)包括：

加热室(2)；

信号发生器(5)，所述信号发生器(5)为固态类型并且能够产生具有微波范围内的基波频率的正弦信号；

一个或多个辐射部分(7)，所述一个或多个辐射部分(7)位于所述加热室(2)中并由所述信号发生器(5)通过供电电路(6)供电，用以在所述加热室(2)中辐射微波；

所述信号发生器(5)与所述供电电路(6)可根据多种操作配置来设置，每种操作配置有其本身的基波频率；

所述方法包括：

设置步骤，在所述设置步骤中，所述信号发生器(5)与所述供电电路(6)根据第一操作配置设置，所述第一操作配置具有第一基波频率；以及

供电步骤，在所述供电步骤中，所述信号发生器(5)产生具有所述第一基波频率的第一信号，所述第一信号通过所述供电电路(6)并且根据所述第一操作配置向所述一个或多个辐射部分(7)传播，所述传播根据从所述信号发生器(5)去往所述一个或多个辐射部分(7)的前向传播方向；并且

其中，在所述供电步骤中，所述方法还包括：

监测第二信号的监测步骤，所述第二信号在所述供电电路(6)中根据反射的传播方向传播，所述反射的传播方向从所述一个或多个辐射部分(7)去往所述信号发生器(5)，和/或所述第二信号在所述加热室(2)中产生；

检测所述第二信号的一个或多个谐波分量的强度的检测步骤，所述一个或多个谐波分量具有比所述基波频率高的频率；

比较所检测的所述强度与临界参考值的比较步骤；

以及，当所述比较步骤指示所检测的所述强度高于所述临界参考值时，则会有安全干预步骤，在所述安全干预步骤中，所述供电步骤被中断或者所述操作配置被改变。

2.如权利要求1所述方法，其中所述供电电路(6)包括多个独立分支，每个独立分支包括连接到一个或多个辐射部分(7)的功率放大器(8)，其中根据所述方法，在每个分支仅参考影响所述分支的所述第二信号的所述强度，执行所述监测步骤和所述检测步骤。

3.如权利要求1或2所述方法，其中所述临界参考值等于第三信号强度的5-10倍，所述第三信号在所述供电电路(6)中根据所述反射的传播方向传播和/或在所述加热室(2)中在参考操作条件下产生。

4.如权利要求1所述方法，其中参考与所述第二信号成比例的信号或与所述第二信号的一个或多个谐波分量成比例的信号，执行所述监测步骤和/或所述检测步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中，可选地：

所述检测步骤包括检测仅二次谐波分量的强度；

所述检测步骤包括检测频率高于所述基波频率的一组谐波分量的总强度；或

所述检测步骤包括检测频率高于所述基波频率的所有谐波分量的总强度。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于：

所述信号发生器(5)包括多个发生电路(28)，所述多个发生电路(28)产生多个信号，其中所述多个信号被控制为频率和强度相同，彼此具有适当相位差，并且

其中所述临界参考值等于背景噪声值的5-10倍。

7.一种微波加热装置，包括：

加热室(2)；

信号发生器(5)，所述信号发生器(5)为固态类型并且能够产生具有微波范围内基波频率的正弦信号；

一个或多个辐射部分(7)，所述一个或多个辐射部分(7)位于所述加热室(2)中并由所述信号发生器(5)通过供电电路(6)供电，用以在所述加热室(2)中辐射微波；所述供电电路(6)包括连接到所述信号发生器(5)下游的至少一个功率放大器(8)；

电子控制单元(43)，所述电子控制单元(43)连接到所述信号发生器(5)和所述供电电路(6)，用于控制所述信号发生器(5)和所述供电电路(6)的激活并根据多种操作配置设置所述信号发生器(5)和所述供电电路(6)，每种操作配置具有其本身的基波频率并且在使用中导致在所述加热室(2)中产生微波；

至少一个监测电路(32)，所述至少一个监测电路(32)分别与所述供电电路(6)和/或所述加热室(2)相连，在使用中用于监测第二信号，所述第二信号分别根据反射的传播方向在所述供电电路(6)中传播，所述反射的传播方向从所述一个或多个辐射部分(7)去往所述信号发生器(5)，和/或所述第二信号在所述加热室(2)中产生；

与所述至少一个监测电路(32)相关联的至少一个检测电路(41)，在使用中用于检测所述第二信号的一个或多个谐波分量的强度，所述一个或多个谐波分量的频率高于所述基波频率或其中一部分谐波分量的频率高于所述基波频率；和

与所述至少一个检测电路(41)相关联的至少一个触发电路(42)，用于将检测到的所述强度与临界参考值进行比较；所述触发电路(42)连接到所述电子控制单元(43)，用于在检测到的所述强度高于所述临界参考值时向所述电子控制单元(43)发信号；

其中所述电子控制单元(43)被编程为作用于所述信号发生器(5)和/或所述供电电路(6)，以当所述触发电路(42)向所述电子控制单元(43)发送信号以指示检测到的所述强度高于所述临界参考值时，中断所述信号发生器(5)和/或所述供电电路(6)的操作或改变所述操作配置。

8.如权利要求7所述的微波加热装置，其中所述监测电路(32)和所述检测电路(41)中的至少一个还包括至少一个高通滤波器或一个或多个带通滤波器，所述至少一个高通滤波器或一个或多个带通滤波器能够消除频率与所述基波频率相对应的谐波分量。

9.如权利要求7或8所述的微波加热装置，其中：

当所述监测电路(32)与所述供电电路(6)相关联时，所述监测电路(32)包括安装在所述供电电路(6)上的定向耦合器；

而当所述监测电路(32)与所述加热室(2)相关联时，所述监测电路(32)包括带有天线的耦合器。

10.如权利要求9所述的微波加热装置，其中所述定向耦合器或所述带有天线的耦合器或者分别调谐到与所述基波频率不同的所有谐波频率，或者分别调谐到所述所有谐波频率中的一个或多个。

11.如权利要求7所述的微波加热装置，其特征在于：

所述信号发生器(5)包括多个发生电路(28)，所述多个发生电路(28)产生多个信号，其中所述多个信号被控制为频率和强度相同，彼此具有适当相位差，或者彼此同相，并且

其中所述临界参考值等于背景噪声值的5-10倍。

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