CN111141786A - 一种实时检测烤肉成熟度的方法 - Google Patents

Abstract

一种实时检测烤肉成熟度的方法；所述方法利用探针和控制器，探针上设置有检测模块；检测模块包括信号发射电极以及信号检测电极；控制器包括：信号发射模块、信号检测模块、处理模块以及输出模块；方法包括将探针插入待烤的肉块中；信号发射模块通过信号发射电极分时地发出一个低频交流信号和一个高频交流信号；信号检测电极检测低频交流信号和高频交流信号；处理模块根据以下几个参数中的至少一个参数的变化量进行演算，并输出所述烤肉的成熟度结果；所述参数包括：低频阻抗，高频阻抗，低频相位差。本方法能够实时显示肉类的成熟度，并适用性广。

Description

一种实时检测烤肉成熟度的方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其是一种实时检测烤肉成熟度的方法。

背景技术

将肉进行烤制是一种传统的烹饪方法。在烤制肉类的过程中，肉质内部的蛋白质会产生变化。如果烤制的温度太高或者烤制时间太久，则会使得蛋白质展开，使得肉失去嫩度，影响口感。

由于影响肉成熟度的因素有很多，包括肉的种类、重量、烤制的方法、烤制时的温度、烤制时长、肉的内部温度等等。大多数时间均需要依靠烤制者自身的经验来调整烤制的温度和时间。虽然烤制者可以利用探针型温度计来测量肉中心的温度，进而根据自身经验判断肉的成熟度，但该方法有以下几个缺点：首先，若烤制者操作不当，没有把温度计插到烤肉的中心位置时，则不能准确地测量出肉的成熟度。另外，当烤制不同的肉类时，或者肉类的重量、体积不同时，依旧需要依靠烤制者的经验来根据中心温度来判断肉类的成熟度。

公开号为CN109060179的发明专利申请中公开了一种实时检测肉类生熟度的方法，该方法只通过温度计检测肉类温度以及烤制的时间。而本发明的发明人通过实验发现，仅仅通过检测温度和时间并不能够准确地检测出烤肉的成熟度。与此同时，在烤制不同肉类时，温度和烤制时间与烤肉的成熟度之间的关系也不同。为此，CN109060179的技术方案只能给烤制者一定的参考作用。依旧需要烤制者大量的经验才能够准确地确定成熟度。其次，在CN109619121的发明申请中，公开了一种通过电磁发热来判断烤肉生熟度的方法。然而，该方法仅限于在电磁发热的烤肉炉中使用，不适用于明火或者电加热的烤箱中。此外，该检测方法是通过肉块吸收的能量来推算其生熟度，这种推算又会因为肉类、肉的体积、重量等因素而变化。使得推算出的生熟度不准确。而在CN107668107的发明申请中，该技术方案通过光谱的反射值来判断肉的成熟度。同样地，光谱的反射与肉的种类息息相关。而且当肉被腌制以后，肉的表面颜色会有变化，其对光谱的反射值也有所变化。再次，在烤肉的过程中，烤箱中的加热元件也会对光谱的检测有一定影响。所以该方案也无法准确地检测到肉的成熟度。最后，CN109977095中公开了一种烤肉熟度的预测模型，该模型通过采集肉的色度值和含氢基团振动或转动所产生的特征峰，联合各种蛋白含量和水分含量来进行计算。该计算方式太过于复杂，对各个参数的采集精度要求也很高，以至于其制造成本太高，检测速度太慢。用户甚至更偏向于利用其自身的经验来判断烤肉的成熟度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，创造一种能够实时显示肉类的成熟度，并广泛适用于烤制各种肉类的成熟度的检测方法。

在肉被烤制的过程中，肉的细胞会破裂，导致细胞内的水分溢出。与此同时，肉内的水分会因为高温烤制而蒸发。本发明人通过大量的实验和研究发现，烤制过程中的肉内水分的变化会导致肉块本身的导电性的变化。换句话说，可以将肉块视为一个阻容电路。而该电路中的阻抗和容抗会根据肉被烤制的状态而产生变化。本专利就是通过上述研究后，设计出相对应的检测结构和电路。

本发明公开了一种实时检测烤肉成熟度的方法，至少一根用于测量肉块成熟度的探针，和控制器，所述探针与所述控制器之间绝热电连接，所述探针上设置有至少一组检测模块；所述检测模块包括：至少一对电极；所述一对电极包括：信号发射电极以及信号检测电极；所述控制器包括：电源、信号发射模块、信号检测模块、处理模块以及输出模块；

将探针插入待烤的肉块中；

所述信号发射模块通过所述信号发射电极分时地发出一个低频交流信号和一个高频交流信号；

信号检测模块通过信号检测电极检测低频交流信号和高频交流信号；

处理模块根据检测到的低频交流信号和高频交流信号计算出烤肉的低频、高频阻抗和相位差；

处理模块根据以下几个参数中的至少一个参数的变化量进行演算，并输出所述烤肉的成熟度结果；所述参数包括：低频阻抗，高频阻抗，低频相位差。

本发明还具有以下附加特征：

上述的变化量的检测范围包括全部烤制时间或部分烤制时间。

上述探针上还布有温度传感器，所述处理模块还根据温度传感器的温度变化量进行演算。

所述参数的变化量包括高频阻抗的极值点，低频阻抗的极值点，低频相位差的极值点。

所述极值点为所述参数的变化率的转折点。

所述低频交流信号为1-10Hz的交流信号；所述高频交流信号为大于或等于1MHz的交流信号。

控制器上还有成熟度设定模块，在开始烤制时并设定预定的成熟度。

控制器中的处理模块根据以下几个参数中的至少一个参数的变化量进行演算并且与预定的成熟度进行比较，并输出所述烤肉的成熟度结果；所述参数包括：低频阻抗，高频阻抗，低频相位差。

上述探针上还布有温度传感器，所述处理模块还根据温度传感器的温度变化量与烤肉的预定成熟度进行演算。

输出的结果有成熟度，和/或者达成预定成熟度的时间，输出方式为显示和/或报警和/或数据通讯。

本发明在探针上设置信号发射电极和信号接收电极，并在不同时间对肉发射出一个低频的交流信号和高频的交流信号。当信号加载到肉上时，肉内部会形成反向感应电流，阻碍信号的电流通过。也就将肉类可以视为一个电阻容网络。当信号接收电极采集到信号时，该信号会有幅度和相位的变化。而根据电学原理，电阻会造成信号幅度的变化，而电容会造成信号相位的变化。为此，通过检测信号的幅度和相位变化，可以换算为烤肉的阻抗和容抗值。在肉烤制的过程中，细胞中的水分会逐渐减少。随着肉类内部水分的变化，导致了电阻容的数值变化，进而所采集到的信号也会有新的幅度和相位的变化，进而可以计算出烤制后肉的阻抗和容抗值。而在不同成熟度的肉类中采集到的信号也有所不同。信号处理模块再根据采集到的信号计算出肉在不同烤制时间后的阻抗和容抗值；再进一步结合温度的变化来计算出烤肉的成熟度。为此，烤制者无需再通过自己的经验来确认肉类的烤制成熟度。此外，由于趋肤效应，高频率的交流电流会集中在导体的表面，也就是被烤制的肉表面。为此，通过测量肉对于高频信号的阻抗值可以计算出烤肉表面的成熟度，而测量肉对低频信号的阻抗值则可以计算出肉内部的成熟度。使得测量更加精确，烤制者也可以根据烤肉表面和内部的成熟度来更好的调解烤肉的温度。

附图说明

图1为判断烤肉成熟度的现有技术方法框图。

图2为反映本发明方法的测量装置的示意图。

图3为测量装置的探针一种的结构图。

图4-1为测量装置的探针另一种的结构图。

图4-2为测量装置的探针的又一种结构图。

图4-3为测量装置的探针的再一种结构图。

图5为测量装置的探针的分布示意图。

图6为测量装置的探针的又一种分布示意图。

图7为烤肉在低频信号下的阻容网络的等效电路图。

图8烤肉在高频信号下的阻容感网络的等效电路图。

图9为烤肉过程中，肉在低频信号下的阻抗变化曲线。

图10为烤肉过程中，肉在低频信号下的容抗变化曲线。

图11为烤肉过程中，肉在高频信号下的阻抗变化曲线。

探针	1	控制模块	2
				温控模块	21	信号发射模块	22
信号检测模块	23	处理模块	24
				检测模块	3	温度传感器	31
信号发射电极	32	信号检测电极	33
				输出模块	4	成熟度设定装置	5
烹饪腔	6	加热装置	7

具体实施方式

图2示出了本方法判断烤肉成熟度所使用的测量装置，该测量装置包括：探针1，以及与探针相连接的控制器2。探针1和控制器2之间是分体式连接，并在电线上设置有绝热的保护层。用户则可以将探针1插入肉块中，并将探针1肉块一起放入烤箱中进行烤制。探针上设置有至少一组检测模块3，其中，检测模块3包括温度传感器31以及至少一对电极；一对电极中包括：信号发射电极32以及信号检测电极33。控制器2中包括：电源21、信号发射模块22、信号检测模块23、处理模块24、成熟度设定模块25、以及输出模块4。其中，信号发射模块22与信号发射电极32相电连接，信号检测电极33与信号检测模块23相电连接。

参照图2及图4，所述探针1为圆柱形，其末端为锥形，方便用户将探针1插入待烤的肉中。优选地，所述信号发射电极32和信号检测电极33设置在探针1的表面。此外，优选地，所述信号发射电极32设置在探针1的末端。当用户将探针1插入肉中后，温度传感器31会检测肉内的温度。同时，信号发射模块22会通过信号发射电极32分时地向肉中发出一个高频交流信号和一个低频交流信号。高频交流信号和低频交流信号会经过肉的内部后被信号检测模块23通过信号检测电极33接收。其中，根据趋肤效应，高频交流电流会集中经过肉的表面。而低频交流电流会经过肉的内部。肉中具有水分会导致信号振幅以及相位的变化。处理模块24会根据信号检测模块23所检测到的振幅和相位的变化计算出肉对高频信号的阻抗、对低频信号的阻抗和容抗。

图7和图8分别示出了烤肉对于低频信号和高频信号的阻容网络的等效电路。参照图7，在低频信号下，由于肉的内部形成的反向感应电流微小，可以忽略不计，因此不考虑肉的电感性成分，可以把肉等效为只包含电阻和电容的等效电路网络。其中，电阻Re代表肉类生物体细胞外液的等效电阻，电阻Ri代表肉类生物体细胞内液的等效电阻。电容Ca则代表肉类生物体细胞膜的等效电容。参照图8，在加载高频信号时，肉内还会对高频信号形成反向感应电流，为此在等效电路中还需要增加一个等效电感元件Lc。随着肉被烘烤，其细胞会破裂，溢出水分。进而使得各个等效电阻Re和Ri，等效电容Ca以及等效电感Lc的数值不断变化。处理模块24根据这些变化来判断烤肉的成熟度。

参照图3，探针1上可以设置多组检测模块3，每一组检测模块3都包含独立的温度传感器31、信号发射电极32以及信号检测电极33。各组检测模块3之间相互电隔离。其中，每一组检测模块3中的温度传感器31是相互独立检测的。而在一种实施方案中，每一组中的信号发射电极32和信号检测电极33为相互独立设置。当探针1插入肉中后，每一组信号发射电极32和信号检测电极33对肉的不同部分进行测量，从而解决了烤制禽类(例如整只鸡、鸭、火鸡等)时，禽类内部空腔导致检测不准确的问题。在另一种实施方案中，每一组的信号发射电极32和信号检测电极33相互并联，处理模块24根据每一组信号发射电极32和信号检测电极33在探针1上的位置来对每一组的信号检测结果赋予一定的权重值，并将每组信号整合后判断出肉的成熟度。

控制器2也可以通过探针1实时地对肉块的成熟度进行检测。检测的方法包括：温度传感器31会检测肉内的温度。同时，信号发射模块22会通过信号发射电极32分时地向肉中发出一个高频交流信号和一个低频交流信号。高频交流信号和低频交流信号会经过肉的内部后被信号检测模块23通过信号检测电极33接收。其中，根据趋肤效应，高频交流电流会集中经过肉的表面。而低频交流电流会经过肉的内部。肉中具有水分会导致信号振幅以及相位的变化。处理模块24会根据信号检测模块23所检测到的振幅和相位的变化计算出肉对高频信号的阻抗、对低频信号的阻抗和容抗的变化。此外，处理模块24会实时检测烤肉对低频信号的阻抗和容抗的变化曲线(如图9、10所示)、对高频信号的阻抗的变化曲线(如图11所示)。并根据变化曲线以及曲线的变化率实时推算出烤肉当前的成熟度。输出模块4会对烤肉当前的成熟度进行输出。输出模块4包括但不限于：发出声音的音响、显示器、通过蓝牙、网络或其他通信方式将成熟度结果传输给其他设备等。

此外，用户可以根据自己的喜好，在烤制之前或在烤制的过程中，通过设定模块25设定预定的成熟度。当烤肉当前的成熟度达到了用户通过设定模块25设定的成熟度时，输出模块4会对结果进行输出。用户可以根据输出的结果手动停止烤制的过程。优选地，本测量装置还可以与烤箱相连接，当烤肉当前的成熟度达到了用户通过设定模块25设定的成熟度时，输出模块4直接控制烤箱中的加热装置的加热功率。

图9和图10为本发明人在通过了多次测量和实验后得出的肉对于低频信号的阻抗和容抗随着烤制时间的增加而产生的变化曲线，该实验是在烤制温度设置在170-200摄氏度的烤制环境中对于肉类内部实时检测得出的。图9和图10中的阻抗为发射信号与检测信号的幅值比，而容抗是发射信号与检测信号的相位差。其中，在肉被烤制的初期，肉内的细胞破裂快速破裂，大量水分溢出。但水分蒸发的速度较低，此时肉中水分溢出速度大于水分蒸发的速度。使得肉的低频阻抗值逐渐减少，低频阻抗值的变化斜率也小于0。当肉被烤制的一段时间后，肉内的温度提升至大约65度时，肉内细胞间的水分蒸发速度和细胞内水分溢出的速度基本相同，以至于肉的低频阻抗值基本保持稳定，低频阻抗值的变化斜率也基本等于0。当肉内温度被进一步烤制时，肉内的细胞溢出的水分减少，同时水分蒸发速度加快，肉的低频阻抗则又开始增加，低频阻抗值的变化斜率大于0。参照图10，肉的低频容抗值在烤肉的初期和中期过程，也就是水分溢出的速度大于或等于水分蒸发的速度时，肉的低频容抗基本保持不变。而当肉内的细胞溢出的水分减少，同时水分蒸发速度加快时，肉的低频容抗急剧增加。而随着肉内水分基本蒸发完时，肉的低频容抗又会趋于平稳。

图11为肉类在烤制过程中对高频信号的阻抗变化曲线。如上面所描述的，由于趋肤效应，高频交流电流会在肉的表层集中通过。在烤制的前期，肉类表面的细胞破裂，溢出水分。进而使得肉的高频阻抗逐渐减少，其高频阻抗的变化斜率也是小于0的。当烤制至一定程度时，水分开始大量蒸发，肉的表层逐渐被烤干，进而增加了阻抗。由于肉的表层更接近加热元件，肉表面细胞的水分溢出速度和水分蒸发速度也更快。以至于肉的高频阻抗的变化曲线更早地出现极值点，其高频阻抗的变化斜率也变为大于0。

处理模块24根据检测肉的低频阻抗、肉的低频容抗以及肉的高频阻抗等参数的曲线可以推算出肉的成熟度。其中，在发明人经过大量实验后得出，由于高频信号是用于检测肉表面的成熟度，当检测到肉的高频阻抗出现极值点，也就是当高频阻抗的变化斜率从负数变为正数时，肉基本已经被烤制成三成熟的状态。当肉的低频阻抗的变化率从小于0变为等于0时，肉基本已经被烤制成五成熟的状态。而当肉的低频容抗开始急剧增加时，肉基本已经被烤制成七成熟的状态。最终，当肉的低频容抗再次趋于平稳时，肉内的水分基本全部被蒸发。此时肉也已经基本被烤制全熟。

参照图5和图6，本测量装置中可以为多探针1结构。探针1包含多根子探针。每根子探针与控制器2相并联。用户可以将子探针插在肉的不同部位，进而更加精确地检测出肉的成熟度。其中，检测模块3中的温度传感器31、信号发射电极32和信号检测电极33可以分别设置在不同的子探针上。或者在优选方案中，在每个子探针上分别设置有至少一组检测模块3。每组检测模块3中的温度传感器31相互独立。此外，如同上述的优选方案一样，每根子探针上也可以设置多组检测模块3来提高检测精度。

Claims (10)

1.一种实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，至少一根用于测量肉块成熟度的探针，和控制器，所述探针与所述控制器之间绝热电连接，所述探针上设置有至少一组检测模块；所述检测模块包括：至少一对电极；所述一对电极包括：信号发射电极以及信号检测电极；所述控制器包括：电源、信号发射模块、信号检测模块、处理模块以及输出模块；

将探针插入待烤的肉块中；

所述信号发射模块通过所述信号发射电极分时地发出一个低频交流信号和一个高频交流信号；

信号检测模块通过信号检测电极检测低频交流信号和高频交流信号；

处理模块根据检测到的低频交流信号和高频交流信号计算出烤肉的低频、高频阻抗和相位差；

处理模块根据以下几个参数中的至少一个参数的变化量进行演算，并输出所述烤肉的成熟度结果；所述参数包括：低频阻抗，高频阻抗，低频相位差。

2.根据权利要求1的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，上述的变化量的检测范围包括全部烤制时间或部分烤制时间。

3.根据权利要求1的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，上述探针上还布有温度传感器，所述处理模块还根据温度传感器的温度变化量进行演算。

4.根据权利要求1，2或3的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，所述参数的变化量包括高频阻抗的极值点，低频阻抗的极值点，低频相位差的极值点。

5.根据权利要求4的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，所述极值点为所述参数的变化率的转折点。

6.根据权利要求1的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，所述低频交流信号为1-10Hz的交流信号；所述高频交流信号为大于或等于1MHz的交流信号。

7.根据权利要求1的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，控制器上还有成熟度设定模块，在开始烤制时并设定预定的成熟度。

8.根据权利要求7的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，控制器中的处理模块根据以下几个参数中的至少一个参数的变化量进行演算并且与预定的成熟度进行比较，并输出所述烤肉的成熟度结果；所述参数包括：低频阻抗，高频阻抗，低频相位差。

9.根据权利要求7的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，上述探针上还布有温度传感器，所述处理模块还根据温度传感器的温度变化量与烤肉的预定成熟度进行演算。

10.根据权利要求1的实时检测烤肉成熟度的方法，其特征在于，输出的结果有成熟度，和/或者达成预定成熟度的时间，输出方式为显示和/或报警和/或数据通讯。

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