CN111669859B - 一种半导体微波加热设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种半导体微波加热设备的控制方法，包括：获取待加热食材的食材类型；根据食材类型确定相应的加热频段；在加热频段内调节实际加热频率。本发明所揭示的半导体微波加热设备的控制方法，能够根据食材类型确定合适的加热频段，对于实际加热频率的选取主要集中在所选取的加热频段范围内，从而不仅有助于提升加热效率，而且能够提高加热均匀性。本发明同时还揭示了一种半导体微波加热设备，能够自主确定食材类型，并根据食材类型合理设置加热频率等参数，烹饪出美味的菜品。

Description

一种半导体微波加热设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及微波控制领域，更具体地说，涉及一种半导体微波加热设备的控制方法。本发明还涉及一种半导体微波加热设备。

背景技术

随着微波技术的发展，半导体微波加热源开始逐渐取代传统的磁控管，在烹饪家电类产品中得到应用，例如采用了半导体微波源进行加热的微波炉、饭煲产品等。然而，现有的半导体微波加热设备不够智能，无法根据食材类型合理地确定加热机制，导致加热过程中食材对热量的吸收效率低下；另一方面，也有部分半导体微波加热设备为了维持较高的加热效率，而采用若干个预设的固定频率对食材进行加热，但这种加热方式容易导致食材受热不均，从而产生烤焦或夹生的情况，影响产品体验。

因此，市场上普遍期待一种能够兼顾加热效率和加热均匀性的半导体微波加热设备。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种半导体微波加热设备的控制方法，该方法能够根据食材类型确定合适的加热频段，在加热过程中的实际加热频率在相应的加热频段中选取，一方面能够以较高的能效加热食材，另一方面能够防止局部过热，使得加热更加均匀。本发明同时还揭示了一种半导体微波加热设备，该半导体微波加热设备采用本发明所提供的方法对食材进行加热，能够烹制出健康美味的菜品。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种半导体微波加热设备的控制方法，包括：获取待加热食材的食材类型；根据食材类型确定相应的加热频段；在加热频段内调节实际加热频率。

进一步地，根据食材类型确定相应的加热频段的步骤包括：根据食材类型确定与之相匹配的频率振荡点；在频率振荡点的左右两侧选取频率截断点，将频率截断点之间的频率范围确定为加热频段，其中加热频段内任意频率值所对应的回波损耗率高于第一阈值。

进一步地，在加热频段内调节实际加热频率的步骤包括：按照预设加热机制在加热频段内调节实际加热频率，预设加热机制至少包括：遍历加热频段内的频率值对待加热食材进行加热；或者，在加热频段内任意选取频率值或频率值的组合，以任意选取的频率值或频率值的组合对待加热食材进行加热。

进一步地，加热频段包含多个，在加热频段内调节实际加热频率的步骤还包括：根据回波损耗率确定在多个加热频段之间的切换时机。

进一步地，在加热过程中进行全频段的微波扫描，并根据扫描结果在多个加热频段内分别进行回波损耗率的积分，优先切换至相应积分值较大的加热频段对待加热食材进行加热。

进一步地，根据回波损耗率确定在多个加热频段之间的切换时机的步骤包括：当回波损耗率小于第二阈值时，进行多个加热频段之间的切换；或者，

当回波损耗率的变化值大于第三阈值时，进行多个加热频段之间的切换。

进一步地，通过计算功率反射比来表征回波损耗率，其中功率反射比N＝10lg(P反/P出)，P反表示通过回波检测所确定反射功率，P出表示半导体微波加热设备的输出功率。

进一步地，其特征在于，获取待加热食材的食材类型的步骤至少包括以下之一：根据图像识别结果确定食材类型；根据微波扫描结果确定食材类型；以及，根据用户的指令信息确定食材类型。

本发明同时还揭示了一种半导体微波加热设备：

一种半导体微波加热设备，包括获取模块、微波加热模块以及加热控制模块，获取模块用于获取待加热食材的食材类型，加热控制模块用于根据食材类型确定相应的加热频段，并控制微波加热模块在加热频段内调节实际加热频率。

进一步地，加热频段包含多个，加热控制模块还根据回波损耗率确定在多个加热频段之间的切换时机。

本发明技术方案的有益效果如下：

本发明所揭示的一种半导体微波加热设备的控制方法，可以应用于半导体微波炉、半导体微波饭煲以及其他采用半导体微波源进行加热的烹饪设备，该方法通过“跳频加热”的方式，保证了食材加热的均匀性和高效性。本发明同时还揭示了一种半导体微波加热设备，该半导体微波加热设备能够执行自动烹饪，在无需用户监督的情况下烹制出美味的菜品。

附图说明

图1是本发明所述方法其中一实施例的步骤框图；

图2是本发明所述方法其中一实施例中红薯的频率特性图；

图3是本发明所述方法其中一实施例中鸡翅的频率特性图；

图4是本发明所述方法其中一实施例中加热频段及积分区域的示意图；

图5是本发明所述方法其中一实施例的流程示意图；

图6是本发明所述半导体微波加热设备的模块架构图；

图7是本发明所述半导体微波加热设备的硬件示意图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施例对本发明所提供的技术方案做更加详细的描述：

图1-图3涉及本发明所述方法的第一实施例。图1涉及本发明所述方法其中一实施例的步骤框图，该实施例中揭示了一种半导体微波加热设备的控制方法，包括：

步骤101：获取待加热食材的食材类型；

步骤102：根据食材类型确定相应的加热频段；

步骤103：在加热频段内调节实际加热频率。

该实施例中所揭示的方法，能够根据食材类型调整加热方式，从而达到高效加热和均匀加热的目的。在微波加热领域，不同的食材所对应的适宜加热的微波频段有所差异，因而本实施例中的方法，能够根据食材类型确定出相应食材所对应的加热频段，从而使得烹饪过程中对于实际加热频率的选取和调节更有目的性，集中于在加热频段内来实现实际加热频率的调节，以确保加热效率和加热均匀性。

如图2和图3所示，揭示了本发明所述方法其中一实施例中所涉及的食材(红薯、鸡翅)的频率特性图。当半导体微波加热设备的结构、尺寸大小、形状、用料、材质、空间等一旦设计完毕确定后，微波炉腔体的固有谐振频率及相关特性就定了，不会再改变了。相应地，在初始烹饪状态，只要放入的食材类型是相同的，则通过微波扫描所获得的频率特性图也基本相同。其中图2为红薯的频率特性图，图中横轴为加热频率，纵轴为功率反射比N(N＝10lg(P反/P出))，如图2所示的，由于不同的食材或食材的不同部分中所包含的水分不同，因而在采用不同频率的微波对食材进行加热时，在一些合适的频率下能够引起食材中水分子的剧烈振荡，从而影响食材对于微波能量的吸收率，这些能够引起食材中水分子剧烈振荡的频率体现在对应食材的频率特性图中，即为图2中频率振荡点所对应的频率值，频率振荡点为功率反射比波形上的极值点。图2中红薯的频率特性图包含4个频率振荡点，例如，频率振荡点1对应的频率为860MHz，对应的功率反射比约为-22.70dB，该频率振荡点为功率反射比波形上的极值点之一。

同理，如图3所示的，是本发明所述方法其中一实施例中所涉及的鸡翅的频率特性图，鸡翅的频率振荡点仅有3个，图3中频率振荡点1所对应的功率反射比约为-8.87dB，而频率振荡点2所对应的功率反射比约为-6.67dB，因而频率振荡点1处的功率反射比小于频率振荡点2处的功率反射比，也即频率振荡点1处食材对于微波能量的吸收率要高于频率振荡点2处的，如果仅从提升加热效率的角度讲，应该尽可能将实际加热频率控制在频率振荡点所对应的频率附近，而且在不同频率振荡点的选取方面，应该尽可能选取在功率反射比较小的频率振荡点处进行加热。

在本发明所述方法的其中一实施例中，所述根据所述食材类型确定相应的加热频段的步骤包括：

根据所述食材类型确定与之相匹配的频率振荡点；

在所述频率振荡点的左右两侧选取频率截断点，将所述频率截断点之间的频率范围确定为加热频段，其中所述加热频段内任意频率值所对应的回波损耗率高于第一阈值。

如图4所示的，涉及本发明所述方法的其中一实施例，其中揭示了该实施例中所对应的加热频段及积分区域的示意图。该实施例中，仍然以鸡翅为例，在加热过程通常不会仅在频率振荡点所对应的频率下对食材进行加热，否则食材的局部区域会很快被烤焦，而其他大部分区域仍未得到充分加热。为此需要在频率振荡点附近的频率之间进行调节，以在保证加热效率的前提下提升加热均匀性。这种情况下就不能仅以单点的功率反射比为依据对实际加热频率进行调节，而应当确定合适的加热频段并关注该加热频段内整体的加热效率。如图4所示的，由于功率反射比与回波损耗率存在反向的对应关系，即功率反射比越大则说明回波损耗率越小，也即食材对微波的吸收率越小，因而对于加热频段的确定可以以回波反射值为标准进行选取，在该实施例中，以鸡翅的频率振荡点1为例，可以在频率振荡点1的左右两侧选取频率截断点D和频率截断点E，将频率截断点D、E之间的频率范围确定为加热频段，在加热频段DE内，任意选取频率值，均可满足回波损耗率高于第一阈值的条件，也即确保了在功率反射比较低的范围内对食材进行加热，从而在相应的频段内调节实际加热频率不仅能够满足加热效率的要求，而且能够满足均匀加热的要求。基于上述原理，同样可以确定出与其他2个频率振荡点相对应的加热频段，以拓宽实际加热频率可供选择的范围。

在本发明所述方法的其中一实施例中，在所述加热频段内调节实际加热频率的步骤包括：按照预设加热机制在所述加热频段内调节实际加热频率，所述预设加热机制至少包括：遍历所述加热频段内的频率值对所述待加热食材进行加热；或者，在所述加热频段内任意选取频率值或频率值的组合，以所述任意选取的频率值或频率值的组合对所述待加热食材进行加热。仍以图4为例，依据鸡翅的3个频率振荡点，可以相应的确定3个加热频段，加热频段确定后，在加热频段内的实际加热频率的调节机制相对灵活，例如可以遍历相应加热频段内的频率值对待加热食材进行加热，也可以在加热频段内任意选取频率值或频率值的组合，对待加热食材进行加热。由于加热频段中任意频率值下的回波损耗率都处于较高的状态，因而以上述两种方式调节实际加热频率不仅能够使实际加热频率发生变动，达到均匀加热的目的，而且也使得相应加热频段内的整体加热效率处于较高的状态。

在本发明所述方法的其中一实施例中，所述加热频段包含多个，所述在所述加热频段内调节实际加热频率的步骤还包括：根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机。该实施例中，加热频段如图4所示，包含多个，为了使加热过程中的加热均匀性进一步提升，该实施例采用了“跳频加热”的机制，即在不同加热频段内分别对待加热食材进行加热。为了实现跳频加热的目的，需要确定合适的时机，从一个加热频段切换至另一个加热频段对待加热食材进行加热，在该实施例中根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机。需要说明的是，由于回波损耗率与功率反射比存在对应关系，因而如果根据功率反射比来确定在所述多个加热频段之间的切换时机，也应属于本发明的发明构思，而并未超出本发明的保护范围。

在本发明所述方法的其中一实施例中，在加热过程中进行全频段的微波扫描，并根据扫描结果在所述多个加热频段内分别进行回波损耗率的积分，优先切换至相应积分值较大的加热频段对所述待加热食材进行加热。如图4所示的，尽管加热频段有多个，但是对于加热频段的选取也有优先级，在对食材加热一段时间后，由于水分的蒸发等原因，频率振荡点所对应的频率会有小幅偏移(可以忽略不计)，但所对应的功率反射比会有所变化，因而在加热一段时间后有必要重新进行全频段(半导体微波加热设备整个工作频段)的微波扫描，并根据扫描结果在所述多个加热频段内分别进行回波损耗率的积分(即截断线DE以下的阴影面积，加热频段DE内回波损耗率的积分对应的约等于三角形△BDE的面积)，优先切换至相应积分值较大的加热频段对所述待加热食材进行加热。通过该实施例中的积分比较机制，可以使半导体微波加热设备尽可能处于整体加热效率最高的加热频段中进行工作，从而在不影响加热均匀性的情况下最大限度的提升加热效率。

在本发明所述方法的其中一实施例中，所述根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机的步骤包括：

当所述回波损耗率小于第二阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换；或者，

当所述回波损耗率的变化值大于第三阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换。

该实施例中涉及具体切换时机的确定，一种方式是直接根据回波损耗率本身加以确定，即回波损耗率小于第二阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换；另一种方式则是换算回波损耗率的变化值，当回波损耗率的变化值大于第三阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换。其中，回波损耗率θ＝P损/P出＝(P出-P反)/P出，其中P损为回波损耗值，P出为输出功率，P反为反射功率；回波损耗率的变化值为△θ。优选地，所述第二阈值的取值范围为50％～80％，所述第三阈值的取值范围为10％～30％。

在本发明所述方法的其中一实施例中，通过计算功率反射比来表征所述回波损耗率，其中所述功率反射比N＝10lg(P反/P出)，P反表示通过回波检测所确定反射功率，P出表示所述半导体微波加热设备的输出功率。该实施例中，借助功率反射比与回波损耗率之间的对应关系，通过更好计算的功率反射比来表征相应的回波损耗率，同时也便于制作相应的频率特性图。

在本发明所述方法的其中一实施例中，所述获取待加热食材的食材类型的步骤至少包括以下之一：

根据图像识别结果确定所述食材类型；

根据微波扫描结果确定所述食材类型；以及，

根据用户的指令信息确定所述食材类型。

该实施例中，为了确定食材类型，可以通过摄像头采集食材图像，根据图像识别结果确定食材类型；或者通过微波扫描获得相应食材的频率特性图，并与预存的进行比对，从而确定食材类型；又或者，可以由用户直接输入食材类型，根据用户的指令信息确定食材类型。

如图5所示的，是本发明所述方法其中一实施例中的流程示意图。该实施例中揭示了一种半导体微波加热设备的控制方法，包括：

步骤501，图像识别食材类型：通过图像识别技术确定食材类型；

步骤502，根据食材类型确定加热频段：根据食材类型确定相匹配的加热频段；

步骤503，在加热频段内任意选取频率值的组合对待加热食材进行加热：在加热频段内变换频率值以提升加热均匀性；

步骤504，根据回波损耗率确定在多个加热频段内的切换时机：确定合适的时机，在多个加热频段之间进行切换；

步骤505，回波损耗率是否小于60％：判断回波损耗率是否小于60％，若是则执行步骤507，若否则执行步骤509；

步骤506，回波损耗率的变化值是否大于20％：或者判断回波损耗率的变化值是否大于20％，若是则执行步骤507，若否则执行步骤509；

步骤507，重新进行全频段的微波扫描：重新扫描确定合适的加热频段；

步骤508，根据积分结果切换至对应的加热频段进行加热：根据回波损耗率的积分结果，优先切换至积分值较大的加热频段中进行加热；

步骤509，按照预设加热机制在所述加热频段内调节实际加热频率，持续加热直至结束：继续按照预设的加热机制在加热频段内调节实际加热频率，直至加热过程结束。

该实施例中，揭示了本发明对食材进行加热的完整加热流程，能够兼顾加热效率和加热均匀性，并且可以设置程序自动执行加热过程，从而大大改善了半导体微波加热设备的产品体验，相应的半导体微波加热设备不仅可以烹饪土豆、鸡翅等食材形成菜品，也可以用来加热米饭、粥类等主食或辅食，应用前景广泛。

如图6和图7所示，涉及本发明所述半导体微波加热设备的具体实施例。

图6揭示了本发明所述半导体微波加热设备的模块架构图。本发明揭示了一种半导体微波加热设备600，包括获取模块601、微波加热模块603以及加热控制模块602，获取模块601用于获取待加热食材的食材类型，加热控制模块602用于根据食材类型确定相应的加热频段，并控制微波加热模块603在加热频段内调节实际加热频率。该实施例中的半导体微波加热设备600能够通过图像识别、微波扫描或用户输入等至少一种方式确定出所要烹饪的食材类型，并能够根据食材类型自主选取合适的加热频段，在相应的加热频段内调节实际加热频率，控制微波加热模块603对待加热食材进行烹饪。

图7涉及本发明所述半导体微波加热设备又一实施例的硬件示意图。该实施例中的半导体微波加热设备700包括控制模块701，信号模块702，电源模块703，功率、信号放大模块704、发射天线板705。其中控制模块701与信号模块702电连接，信号模块702与电源模块703和功率、信号放大模块704电连接，电源模块703电连接所述功率、信号放大模块704，功率、信号放大模块704与发射天线板705电连接。其中控制模块701用于产生控制指令，控制半导体微波加热设备700进行工作，信号模块702用于产生微波信号，电源模块703为设备供应所需的电力，功率、信号放大模块704对微波信号进行放大，最后由发射天线板对外发射。

在本发明所述半导体微波加热设备的其中一实施例中，所述加热频段包含多个，所述加热控制模块还根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机。

该实施例中，半导体微波加热设备可以在多个加热频段中进行切换，从而实现跳频加热的目的，以在确保加热效率的前提下提升加热均匀性。其中，主要依据回波损耗率来确定加热频段之间的切换时机。

上述具体实施方式只是用于说明本发明的设计方法，并不能用来限定本发明的保护范围。对于在本发明技术方案的思想指导下的变形和转换，都应该归于本发明保护范围以内。

Claims (5)

1.一种半导体微波加热设备的控制方法，其特征在于，包括：获取待加热食材的食材类型；根据所述食材类型确定与之相匹配的频率振荡点；在所述频率振荡点的左右两侧选取频率截断点，将所述频率截断点之间的频率范围确定为加热频段，所述加热频段包含多个，遍历所述加热频段内的频率值对所述待加热食材进行加热；根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机；在加热过程中进行全频段的微波扫描，并根据扫描结果在所述多个加热频段内分别进行回波损耗率的积分，优先切换至相应积分值较大的加热频段对所述待加热食材进行加热；其中所述加热频段内任意频率值所对应的回波损耗率高于第一阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机的步骤包括：当所述回波损耗率小于第二阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换；或者，当所述回波损耗率的变化值大于第三阈值时，进行所述多个加热频段之间的切换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算功率反射比来表征所述回波损耗率，其中所述功率反射比N＝10lg(P反/P出)，P反表示通过回波检测所确定反射功率，P出表示所述半导体微波加热设备的输出功率。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取待加热食材的食材类型的步骤至少包括以下之一：根据图像识别结果确定所述食材类型；根据微波扫描结果确定所述食材类型；以及，根据用户的指令信息确定所述食材类型。

5.一种半导体微波加热设备，包括获取模块、微波加热模块以及加热控制模块，其特征在于，所述获取模块用于获取待加热食材的食材类型，所述加热控制模块用于根据所述食材类型确定相应的加热频段，并控制所述微波加热模块在所述加热频段内调节实际加热频率；其中，所述加热频段是由选取的频率截断点之间的频率范围而确定的，且所述加热频段内任意频率值所对应的回波损耗率高于第一阈值；所述加热频段包含多个，所述加热控制模块还根据回波损耗率确定在所述多个加热频段之间的切换时机。

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