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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur eines Garguts in einem Gargerät sowie ein Gargerät.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, mit denen sich die Temperatur eines Garguts in einem Gargerät berührungslos bestimmen lässt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Temperaturmessung mittels Infrarotstrahlung, wobei ein Infrarotsensor die Oberfläche des Garguts detektiert, insbesondere die hiervon abgehende Wärmeabstrahlung des Garguts.
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Bei hinreichend hohem Emissionsgrad der Oberfläche des Garguts kann hierdurch die Oberflächentemperatur des Garguts bestimmt werden. Es wird jedoch immer ein kleiner Teil der Infrarotstrahlung aus der Umgebung, beispielsweise von Garraumwänden eines Garraums oder Heizkörpern, von der Oberfläche des Garguts in Richtung des Sensors reflektiert. Dies führt zu schwer kontrollierbaren Messfehlern.
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Bei diesem Verfahren kann jedoch, sofern die Gargutart unbekannt ist, lediglich die Oberflächentemperatur des Garguts mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Wenn die Gargutart bekannt ist, sind aufgrund der Oberflächentemperatur des Garguts zumindest Rückschlüsse auf die Kerntemperatur des Garguts möglich. Die Kerntemperatur des Garguts kann so jedoch nicht exakt bestimmt werden.
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Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der zur Messung verwendete Infrarotsensor direkten „Sichtkontakt” zum Gargut haben muss. Daher ist dieses Verfahren nur bedingt flexibel einsetzbar, da die geometrischen Gegebenheiten beim Gargerät zu berücksichtigen sind bzw. das Gargerät den „Sichtkontakt” des Infrarotsensors gewährleisten muss.
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Aus der
DE 44 16 960 A1 ist zudem ein Verfahren bekannt, bei dem eine vom Gargut abgegebene Ultrahochfrequenzstrahlung gemessen wird, aufgrund derer direkt auf die Temperatur des Garguts geschlossen wird. Hierbei wird zudem der Reflexionskoeffizient des Garguts als Parameter des Garguts bestimmt.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik weitere Verfahren bekannt, mit denen die Temperatur des Garguts gemessen werden kann. Hierbei handelt es sich um invasive Messmethoden, bei denen ein Kerntemperaturfühler in das Gargut gestochen wird, insbesondere bis in den Kern des Garguts, um die Kerntemperatur des Garguts zu ermitteln. Das korrekte Stechen des Kerntemperaturfühlers ist jedoch fehleranfällig und zeitaufwendig. Außerdem wird hierdurch das Gargut an der Einstichstelle verletzt, was unerwünscht sein kann.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Garguts bereitzustellen, das für das Gargut schonend und flexibel einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur eines Garguts in einem Gargerät gelöst, das einen Garraum, wenigstens eine dem Garraum zugeordnete Antenne, einen Spektrumanalysator sowie einen Reflexionsanalysator umfasst, wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden. In Schritt a) wird das Reflexionsfaktorspektrum der dem Garraum zugeordneten Antenne über den Reflexionsanalysator ermittelt, insbesondere einen vektoriellen Reflexionsanalysator. Ferner wird in Schritt b) das im Garraum vorliegende Rauschspektrum über die dem Garraum zugeordnete Antenne aufgenommen. Dann wird das Rauschspektrum, insbesondere dessen Rauschleistung, über den Spektrumanalysator analysiert.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, das vom Gargut ausgehende thermische Rauschen über die Antenne aufzunehmen und entsprechend auszuwerten, um auf die Temperatur des Garguts zu schließen. Hierbei findet das Plancksche Strahlungsgesetz Anwendung, wonach ein elektromagnetisch absorbierendes Objekt mit einer Temperatur über 0 K im elektromagnetischen Spektrum Frequenzanteile emittiert, insbesondere auch im Mikrowellenband. Diese Frequenzanteile, insbesondere die im Mikrowellenband, werden von der Antenne entsprechend eingefangen und an den Spektrumanalysator übermittelt, der die Signale auswertet. Über die Auswertung der Signale lässt sich die Temperatur des Garguts ermitteln, da das vom Gargut emittierte Rauschspektrum von der Temperatur abhängig ist. Zudem besteht der Vorteil gegenüber der Temperaturmessung im infraroten Spektralbereich, dass metallische Bauteile wie Garraumwände und Heizkörper einen sehr geringen Emissionsgrad im Mikrowellenbereich aufweisen, weshalb die Störung der Messung durch die emittierte Strahlung dieser Teile wesentlich weniger stark ausgeprägt ist.
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Da im Gargerät unterschiedliche Gargüter mit unterschiedlichen Geometrien gegart werden und diese in einer beliebigen Position sowie Ausrichtung zur fest angeordneten Antenne im Garraum abgelegt werden können, liegt eine unbekannte impedanzmäßige Kopplung zwischen der Antenne und dem zu messenden Gargut vor. Dementsprechend wird das Reflexionsfaktorspektrum der dem Garraum zugeordneten Antenne ermittelt, wodurch sich die Ankopplung zwischen dem Gargut und der Antenne in komplexer Form vollständig beschreiben lässt. Durch die Bestimmung des Reflexionsfaktorspektrums bzw. des Reflexionsparameters ist eine Korrektur des aufgenommenen Rauschspektrums möglich. Aus dem dann korrigierten Rauschspektrum, insbesondere dem korrigierten Rauschleistungssignal, kann die Temperatur des Garguts ermittelt werden.
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Zur Bestimmung des Reflexionsfaktorspektrums kann über die Antenne ein Signal erzeugt und in den Garraum transmittiert werden, wobei das Signal im Reflexionsanalysator erzeugt wird. Die erzeugte Welle oder in die Antenne einfallende Welle wird auch als vorlaufende Welle bezeichnet. Zudem wird noch eine sogenannte rücklaufende Welle zur Bestimmung des Reflexionsfaktorspektrums verwendet, die der Teil der erzeugten Welle ist, der in der Antenne und/oder im Garraum reflektiert worden ist, beispielsweise an der Garraumwand, am Gargut oder an anderen Bauteilen. Über die Amplituden der vor- und rücklaufenden Wellen lässt sich ein frequenzabhängiges, komplexes Stehwellenverhältnis ermitteln, was letztendlich zur Berechnung des frequenzabhängigen, komplexen Reflexionsfaktors herangezogen wird, also des Reflexionsfaktorspektrums. Hierdurch lässt sich die frequenzabhängige impedanzmäßige Anpassung zwischen der in Bezug auf den Garraum räumlich festen Antenne und dem variabel eingebrachten und positionierten Gargut für einen größeren spektralen Bereich ermitteln. Ferner können hierdurch eventuell auftretende Einflüsse des Skin-Effekts auf das Messergebnis berücksichtigt und entsprechend korrigiert werden.
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Bei dem Reflexionsanalysator kann es sich um ein Reflektometer oder einen Netzwerkanalysator handeln.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schritte a) und b) nacheinander durchgeführt werden, vorzugsweise intermittierend. Die jeweiligen Messschritte werden dementsprechend kontinuierlich durchgeführt, jedoch sequenziell, wodurch eine Echtzeitmessung der Temperatur des Garguts möglich ist. Dies bedeutet, dass zunächst der frequenzabhängige Reflexionsfaktor der dem Garraum zugeordneten Antenne ermittelt wird und anschließend das Rauschspektrum als Funktion der Frequenz aufgenommen wird. Alternativ kann auch zunächst das Rauschspektrum aufgenommen werden und anschließend das Reflexionsfaktorspektrum ermittelt werden, um das aufgenommene Rauschspektrum zu korrigieren.
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Die Reihenfolge der Schritte ist demnach nicht zwingend vorgegeben. Wichtig ist lediglich, dass jedem aufgenommenen Rauschspektrum ein ermitteltes Reflexionsfaktorspektrum zugeordnet ist, mit dem sich das aufgenommene Rauschspektrum korrigieren lässt. Somit sollte zwischen der Aufnahme des Rauschspektrums und der Ermittlung des Reflexionsfaktorspektrums keine große Zeitspanne liegen, da hierdurch die Korrektur schlechter werden würde.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass ein Verstärker, insbesondere ein rauscharmer Verstärker, dem Spektrumanalysator vorgeschaltet ist, sodass ein verstärktes Rauschspektrum im Schritt b) vom Spektrumanalysator analysiert wird. Hierdurch ist es einfacher, das thermische Rauschen im Spektrumanalysator zu analysieren, welches über die Antenne erfasst worden ist. Der rauscharme Verstärker weist entsprechend einen hinreichend großen Verstärkungsfaktor auf. Vorzugsweise hat der rauscharme Verstärker mehrere Stufen, wobei zumindest die erste Stufe eine sehr niedrige Rauschzahl hat, um den Störeinfluss des Eigenrauschens des Verstärkers zu minimieren.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass Streuparameter des Garraums und der dem Garraum zugeordneten Komponenten mittels des Reflexionsanalysators gemessen werden, insbesondere des Verstärkers sowie der zugeordneten Signalleitung. Im Garraum ist hierbei kein Gargut vorgesehen, weswegen der Garraum leer ist. Diese Messung stellt einen Teil eines Kalibrierungsschritts des Garraums dar. Die ermittelten Streuparameter der vorgesehenen Komponenten sowie des Garraums können anschließend zur Korrektur des gemessenen Rauschspektrums dienen. Durch eine geeignete Analyse des Reflexionsfaktorspektrums des leeren Garraums kann der frequenzabhängige Emissionsgrad des Garraums im leeren Zustand ermittelt werden, insbesondere der der Garraumwände. Ist zudem die Temperatur der Garraumwände bekannt, lässt sich so ein Maß für die durch die von den Garraumwänden ausgehende Störstrahlung ermitteln, was bei der Messung der Temperatur des Garguts entsprechend kompensiert werden kann. So lässt sich insbesondere der Störeinfluss von Garraumwänden kompensieren, deren Emissionsgrad sich im Laufe der Gerätenutzung ändert, beispielsweise aufgrund von Verschmutzung. Vorzugsweise findet dieser Kalibrierungsschritt vor den Schritten a) und b) statt.
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Demnach können das Leistungsdichtespektrum und die Reflexionseigenschaften ermittelt werden, insbesondere intermittierend. Das Leistungsdichtespektrum wird entsprechend bei der Analyse des Rauschspektrums jeweils in Echtzeit ermittelt, insbesondere bei der Analyse der Leistung des Rauschspektrums. Ebenso wird das Reflexionsfaktorspektrum des Systems, also der Antenne, des Garraums und des Garguts, als Teil der Reflexionseigenschaften in Echtzeit ermittelt. Vorab sind bereits die Streuparameter des leeren Garraums sowie die der dem Garraum zugeordneten Komponenten ermittelt worden, die ebenfalls einen Einfluss auf die Reflexionseigenschaften des Garraums haben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass zusätzlich wenigstens eine dem Garraum zugeordnete Referenzrauschquelle betrieben wird, um ein zusätzliches Referenzrauschsignal zu erzeugen. Da die Garraumwände oder andere Komponenten im Garraum, wie Heizkörper, ebenfalls warm sind, strahlen sie thermisch ab, wodurch das thermische Rauschen des Garguts überlagert werden kann. Dies kann zu Messungenauigkeiten führen, die entsprechend korrigiert bzw. berücksichtigt werden müssen. Bei der wenigstens einen Referenzrauschquelle handelt es sich um eine schaltbare aktive Rauschquelle, deren räumliche Ausdehnung in Bezug auf das Gargut verhältnismäßig klein ist, sodass diese die Impedanz des Systems nicht oder nur unwesentlich verändert. Somit absorbiert die Referenzrauschquelle im ausgeschalteten Zustand auch nur vernachlässigbar wenig der vom Gargut emittierten Rauschleistung, was die hohe Messgenauigkeit unter anderem gewährleistet. Durch eine sehr hohe physikalische Rauschtemperatur dieser Referenzrauschquelle emittiert diese jedoch hinreichend viel Leistung, sodass die von der Referenzrauschquelle bestrahlte(n) Oberfläche(n) einen messbaren Anteil am gemessenen Rauschleistungsspektrum erzeugen bzw. erzeugt.
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Beispielsweise wird als Referenzrauschquelle eine Diode, insbesondere Z-Diode, Glimmlampe oder Leuchtröhre verwendet, die mit einer externen elektrischen Energiequelle betrieben wird und entsprechend ihrer Temperatur ein definiertes Rauschsignal abgibt. Das von der Temperatur abhängige Rauschsignal dient als Referenzgröße. Aufgrund des definiert erzeugten Rauschsignals, also einem definiert erzeugten Strahlungsspektrum, und der bekannten Größenverhältnisse der Referenzrauschquellen, des Garguts sowie der Garraumwände können bei der Analyse des empfangenen Rauschsignals Rückschlüsse gezogen werden. Die Größenverhältnisse spiegeln sich entsprechend in den Intensitäten der emittierten Spektren wieder. Hierdurch lassen sich die Störfaktoren der Garraumwände kompensieren, sodass die Messgenauigkeit erhöht ist.
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Insbesondere wird das von der Referenzrauschquelle erzeugte Referenzrauschsignal variiert, vorzugsweise während der Echtzeitmessung des Rauschspektrums. Aufgrund der hierdurch entstehenden Variation der Messergebnisse lässt sich der Einfluss der von den Garraumwänden ausgehenden thermischen Strahlung noch besser kompensieren. Die Bestimmung der Temperatur des Garguts kann so noch genauer erfolgen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Temperatur wenigstens einer der Garraumwände aktiv verändert wird. Dies kann durch ein Heiz- oder Kühlelement erfolgen, dass an der entsprechenden Garraumwand angeordnet ist, insbesondere ein elektrisch gesteuertes Heiz- oder Kühlelement. Die Temperaturänderungen sind vordefiniert oder werden durch eine geeignete Messung der Garraumwandtemperatur ermittelt. Durch die von der Wand abgestrahlte Rauschleistung entsteht im gemessenen Rauschleistungsspektrum ein der Temperaturveränderung bzw. -schwankung der Garraumwand proportionales Differenzsignal. Aus dem Amplitudenverhältnis von Wandtemperaturveränderung bzw. -schwankung und Differenzsignal lässt sich der durch die Wandstrahlung insgesamt erzeugte Messfehler quantitativ bestimmten und zumindest teilweise kompensieren.
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Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Gargerät gelöst, mit einem Garraum, wenigstens einer dem Garraum zugeordneten Antenne, einer Steuereinheit, einem Spektrumanalysator sowie einem Reflexionsanalysator, insbesondere einem vektoriellen Reflexionsanalysator, wobei der Reflexionsanalysator eingerichtet ist, ein Reflexionsfaktorspektrum der Antenne zu ermitteln. Die dem Garraum zugeordneten Antenne dient zur Aufnahme des im Garraum vorliegenden Rauschspektrums, welches aufgrund des thermischen Rauschens des Garguts in Abhängigkeit von der Temperatur des Garguts entsteht. Das aufgenommene Rauschspektrum, insbesondere dessen Rauschleistung, wird vom Spektrumanalysator analysiert, um auf die entsprechende Temperatur des Garguts zu schließen. Darüber hinaus dient der Reflexionsanalysator dazu, das Reflexionsfaktorspektrum der dem Garraum zugeordneten Antenne zu ermitteln. Insofern können mit einem derartigen Gargerät die zuvor genannten Schritte durchgeführt werden, die zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur des Garguts dienen. Das Gargerät ist also ausgebildet, das zuvor beschriebene Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur eines Garguts auszuführen.
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Der Spektrumanalysator ist insbesondere derart eingerichtet, dass er ein Spektrum im Mikrowellenband analysiert.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Antenne mit dem Spektrumanalysator und dem Reflexionsanalysator über eine Schalteinrichtung gekoppelt ist, insbesondere wobei in Abhängigkeit von der Stellung der Schalteinrichtung entweder der Spektrumanalysator mit der Antenne oder der Reflexionsanalysator mit der Antenne gekoppelt ist. Dementsprechend ist es möglich, dass die Messschritte, die notwendig sind, um das Reflexionsfaktorspektrum der Antenne zu ermitteln bzw. das Rauschspektrum über die Antenne aufzunehmen, kontinuierlich und intermittierend durchgeführt werden. Die vorgesehene Schalteinrichtung dient als Signalumleitung zu den an ihr angeschlossenen Analysatoren. Aufgrund dessen weist die Schalteinrichtung vorzugsweise einen niedrigen Dämpfungsfaktor sowie ein gutes Rauschverhalten auf. Die Schalteinrichtung kann durch ein Relais, einen MEMS-Schalter, einen Richtkoppler, allgemein einem Halbleiter-Schaltelement wie einer PIN-Diode oder ein ähnliches Schaltelement realisiert sein.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass ein Verstärker dem Spektrumanalysator vorgeschaltet ist. Der Verstärker verstärkt das von der Antenne empfangene Rauschspektrum, sodass dieses leichter vom Spektrumanalysator analysiert werden kann. Vorzugsweise ist der Verstärker mehrstufig ausgebildet, wobei zumindest eine niedrigere Stufe als ein rauscharmer Verstärker ausgebildet ist, wodurch der Störeinfluss durch das Eigenrauschen des Verstärkers minimiert ist.
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Des Weiteren kann zumindest eine zusätzliche Referenzrauschquelle vorgesehen sein, deren Rauschverhalten vorzugsweise ansteuerbar ist. Über die Referenzrauschquelle wird ein Referenzrauschsignal erzeugt, welches dazu dient, die Größe des Anteils der Rauschleistung zu charakterisieren, der vom Gargut ausgeht. Mithilfe dieser Information lässt sich der von der Garraumwandung ausgehende Leistungsanteil abschätzen und bei der Analyse zu berücksichtigen. Über die Variation des ausgehenden Rauschsignals der Referenzrauschquelle variiert das von der Antenne empfangene Messsignal entsprechend, wodurch sich der Einfluss der thermischen Strahlung der Garraumwandung zumindest teilweise kompensieren lässt.
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Der Garraum des Gargeräts ist als elektromagnetische Kavität gegenüber störender Strahlung abgeschirmt. Dies kann durch elektrisch leitfähige Gitter und Resonanzdichtungen erfolgen. Hierdurch ist sichergestellt, dass keine parasitäre Strahlung vorliegt, die einen Einfluss auf die Temperaturmessung haben könnte.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der einzigen Figur, auf die Bezug genommen wird.
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In der Figur ist ein Gargerät 10 schematisch gezeigt, das einen Garraum 12 sowie einen Installationsraum 14 umfasst. Der Garraum 12 sowie der Installationsraum 14 sind üblicherweise von einer wärmeisolierenden Trennwand 16 getrennt.
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In der gezeigten Darstellung befindet sich ein Gargut 18 im Garraum 12, das gegart wird. Der Garraum 12 wird durch mehrere Garraumwandungen 20 definiert, die üblicherweise aus einem elektrisch gut leitfähigen Material gebildet sind, beispielsweise Edelstahl oder Aluminium. Die Garraumwandungen 20 weisen demnach eine hohe elektromagnetische Reflexionsfähigkeit auf.
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Im Installationsraum 14 ist unter anderem eine Steuereinheit 22 untergebracht, die mit einem Reflexionsanalysator 24, insbesondere einem vektoriellen Reflexionsanalysator, sowie einem Spektrumanalysator 26 gekoppelt ist.
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Bei dem Reflexionsanalysator 24 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Netzwerkanalysator.
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Dem Spektrumanalysator 26 ist ein Verstärker 28 vorgeschaltet, sodass der Spektrumanalysator 26 ein verstärktes Signal erhält, wie nachfolgend noch erläutert wird. Bei dem Verstärker 28 handelt es sich vorzugsweise um einen mehrstufigen Verstärker, der zumindest eine niedrige Stufe aufweist, die eine sehr niedrige Rauschzahl hat. So kann der Störeinfluss des Verstärkers 28 durch Eigenrauschen minimiert werden.
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Darüber hinaus ist eine Schalteinrichtung 30 vorgesehen, die ebenfalls mit der Steuereinheit 22 gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung 30 weist einen ersten Anschluss 32 und zwei zweite Anschlüsse 34 auf. An die zwei zweiten Anschlüsse 34 sind der Reflexionsanalysator 24 sowie der Spektrumanalysator 26 über den zwischengeschalteten Verstärker 28 angeschlossen.
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Die Schalteinrichtung 30 kann somit zwei Stellungen einnehmen, da die Schalteinrichtung 30 wahlweise ein Signal zwischen dem ersten Anschluss 32 und dem zweiten Anschluss 34 zulässt, der dem Reflexionsanalysator 24 zugeordnet ist, oder zwischen dem ersten Anschluss 32 und dem zweiten Anschluss 34, der dem Spektrumanalysator 26 zugeordnet ist.
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Mit dem ersten Anschluss 32 der Schalteinrichtung 30 ist eine Antenne 36 verbunden, die dem Garraum 12 zugeordnet ist.
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Demnach ist in Abhängigkeit der Stellung der Schalteinrichtung 30 entweder der Reflexionsanalysator 24 oder der Spektrumanalysator 26 mit der Antenne 36 gekoppelt.
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Die an die wärmeisolierende Trennwand 16 angrenzende Garraumwandung 20 sowie die wärmeisolierende Trennwand 16 weisen entsprechende Durchführungen für die Signalleitung zur Antenne 36 auf. Generell kann die dem Installationsraum 14 zugeordnete Garraumwandung 20 auch die wärmeisolierende Trennwand 16 selbst ausbilden.
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Ferner sind im Garraum 12 mehrere Referenzrauschquellen 38 angeordnet, die ebenfalls mit der Steuereinheit 22 gekoppelt sind, sodass die Steuereinheit 22 die Referenzrauschquellen 38 ansteuern kann. Aus Gründen der besseren Übersicht sind die entsprechenden Leitungen in der Figur nicht dargestellt.
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Bei den Referenzrauschquellen 38 kann es sich um Dioden, insbesondere Z-Dioden, Glimmlampen und/oder Leuchtröhren handeln, welche mit einer externen elektrischen Energieversorgung betrieben werden. Die entsprechenden Referenzrauschquellen 38 sind im Vergleich zum Gargut 18 verhältnismäßig klein hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung.
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Die Steuereinheit 22, der Reflexionsanalysator 24, der Spektrumanalysator 26, der Verstärker 28, die Schalteinrichtung 30, die Antenne 36 sowie die entsprechenden Signalleitungen stellen ein Temperaturmesssystem 40 dar, mit dem die Temperatur des Garguts 18 berührungslos ermittelt werden kann. Die Referenzrauschquellen 38 sind optionale Komponenten des Temperaturmesssystems 40.
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Die im Installationsraum 14 vorgesehen Komponenten des Temperaturmesssystems 40 können auch als eine Einheit ausgebildet sein, beispielsweise auf einer Platine.
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Nachfolgend wird erläutert, wie die Temperatur des Garguts 18 mit dem gezeigten Gargerät 10 berührungslos bestimmt werden kann.
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Im Allgemeinen gibt das Gargut 18 aufgrund seiner Temperatur ein thermisches Rauschen ab, wie dies gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz definiert ist. Das thermische Rauschen ist dabei abhängig von der Temperatur des Garguts 18. Je höher die Temperatur ist, desto größer ist die vom Gargut 18 abgestrahlte Leistung. Im Frequenzbereich der Mikrowellen und den in Gargeräten üblichen Temperaturen ist die Leistung in sehr guter Näherung proportional zur Temperatur.
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Das vom Gargut 18 abgegebene Rauschspektrum wird von der Antenne 36 aufgenommen, wobei das aufgenommene Rauschspektrum über die entsprechende Leitung und die Schalteinrichtung 30 an den Spektrumanalysator 26 weitergeleitet wird. Hierzu muss sich die Schalteinrichtung 30 in der entsprechenden Stellung befinden.
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Bevor das aufgenommene Rauschspektrum an den Spektrumanalysator 26 übermittelt wird, wird das aufgenommene Rauschspektrum im Verstärker 28 verstärkt, sodass die Analyse im Spektrumanalysator 26 in einfacherer Weise erfolgen kann.
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Ausgehend vom über die Antenne 36 empfangenen Rauschspektrum, insbesondere dessen Rauschleistung, kann der Spektrumanalysator 26 die Temperatur des Garguts 18 dann ermitteln.
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Bei der Antenne 36 handelt es sich insbesondere um eine breitbandige Antenne, die vorzugsweise bei einer niedrigen Frequenz arbeitet. Generell haben Signale mit niedriger Frequenz eine hohe Eindringtiefe. Dementsprechend lässt sich über die bei einer niedrigen Frequenz arbeitenden Antenne 36 die Temperatur tiefer liegender Schichten des Garguts 18 bestimmen, insbesondere dessen Kerntemperatur.
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Es lässt sich also in Abhängigkeit der gewählten, zu analysierenden Frequenz die Oberflächentemperatur des Garguts 18 bzw. die innere Temperatur des Garguts 18 bestimmen, also dessen Kerntemperatur. Es ist somit generell möglich, die Kerntemperatur des Garguts 18 berührungslos zu bestimmen.
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Da das Gargut 18 keine definierte Position im Garraum 12 in Bezug auf die Antenne 36 hat und zudem die Größe und Art des Garguts 18 variieren kann, liegt eine unbekannte impedanzmäßige Kopplung zwischen der Antenne 36 und dem Gargut 18 vor, was zu Messungenauigkeiten führt.
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Zur Korrektur bzw. Berücksichtigung dieser unbekannten impedanzmäßigen Kopplung wird daher das Reflexionsfaktorspektrum der Antenne 36 bestimmt. Hierdurch lässt sich die impedanzmäßige Kopplung zwischen der Antenne 36 und dem Gargut 18 ermitteln bzw. in komplexer Form vollständig beschreiben.
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Hierzu wird die Schalteinrichtung 30 in ihre andere Stellung gesetzt, die in der 1 gezeigt ist. In dieser Stellung besteht über die Schalteinrichtung 30 eine Signalleitung zwischen der Antenne 36 und dem Reflexionsanalysator 24.
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Über den Reflexionsanalysator 24 kann das Reflexionsfaktorspektrum bzw. der frequenzabhängige Reflexionsparameter ermittelt werden. Hierzu erzeugt der Reflexionsanalysator 24 ein Signal, das über die Antenne 36 in den Garraum 12 ausgegeben wird. Hierbei werden die vor- und rücklaufenden Signale in der Antenne 36 ermittelt, um das Stehwellenverhältnis und letztendlich das Reflexionsfaktorspektrum der Antenne 36 zu bestimmen.
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Mit dem bestimmten Reflexionsfaktorspektrum der Antenne 36 lässt sich das zuvor oder später aufgenommene Rauschspektrum entsprechend korrigieren. Erst durch diese Korrektur des Rauschspektrums, insbesondere des Rauschleistungssignals, ist es möglich, die Temperatur des Garguts 18 genau zu bestimmen.
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Dementsprechend ist es notwendig, dass neben dem Rauschspektrum auch das Reflexionsfaktorspektrum aufgenommen bzw. ermittelt wird. Diese beiden Schritte werden nacheinander durchgeführt, insbesondere durchgehend und intermittierend, sodass jedem aufgenommenen Rauschspektrum ein ermitteltes Reflexionsfaktorspektrum zugeordnet ist.
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Die Reihenfolge der beiden Messungen ist dabei unerheblich, da es lediglich darauf ankommt, dass einem gemessen Rauschspektrum ein ermitteltes Reflexionsfaktorspektrum zugeordnet ist.
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Ferner ist es von Bedeutung, dass die Geometrie der Antenne 36 und das Gargut 18 über Wellenmoden miteinander koppeln, die unter den gegebenen Bedingungen gültig sind, insbesondere unter Berücksichtigung der Garraumwandungen 20. Durch die Verwendung einer breitbandigen Antenne 36 wird dies entsprechend gewährleistet.
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Darüber hinaus ist vorzugsweise zu Beginn, also vor der Ermittlung der Temperatur des Garguts 18 in Echtzeit, ein Kalibrierungsschritt durchgeführt worden, bei dem die Streuparameter des leeren Garraums 12 sowie der dem Garraum 12 zugeordneten Komponenten gemessen worden sind.
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Hierzu wird wiederum der Reflexionsanalysator 24 verwendet, der in der ersten Stellung der Schalteinrichtung 30 mit der Antenne 36 gekoppelt ist. Bei der Ermittlung der Streuparameter werden insbesondere die Einflüsse bei der Transmission und Reflexion über den betrachteten Frequenzbereich gemessen. Hierbei werden unter anderem die Einflüsse des Spektrumanalysators 26 sowie des Verstärkers 28 und den zwischengeschalteten Signalleitungen ermittelt.
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Bei dem Kalibrierungsschritt wird demnach unter anderem die Fehlanpassung der Komponenten des Temperaturmesssystems 40 bestimmt. Die beim Kalibrierungsschritt ermittelten Werte können anschließend bei der Echtzeitmessung berücksichtigt werden, um die Temperatur des Garguts 18 genau zu bestimmen.
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Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens können die vorgesehenen Referenzrauschquellen 38 von der Steuereinheit 22 angesteuert werden, um ein aktives Referenzrauschsignal zu erzeugen. Dieses Referenzrauschsignal kann über die Steuereinheit 22 variiert werden. Das von den Referenzrauschquellen 38 erzeugte Referenzsignal ist ein definiertes Signal, was zu Vergleichsmessungen herangezogen werden kann.
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Da die entsprechenden Größenverhältnisse der Referenzrauschquellen 38, des Garguts 18 und der Flächen der Garraumwandungen 20 zueinander bekannt sind und definierte Referenzsignale der Referenzrauschquellen 38 erzeugt werden, lassen sich thermische Störeinflüsse der Garraumwandungen 20 beim aufgenommenen Rauschspektrum erkennen und bei der Auswertung des aufgenommenen Rauschspektrums entsprechend berücksichtigen.
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Die Bestimmung der Temperatur des Garguts 18 ist somit genauer.
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Da das von der Antenne 36 aufgenommene, thermische Rauschen in einem Mikrowellenband liegt, ist es zudem nicht erforderlich, dass die Antenne 36 direkten „Sichtkontakt” mit dem Gargut 18 hat.
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Die Temperaturmessung erfolgt berührungslos und besitzt zudem eine hohe Messdynamik, da sie in Echtzeit möglich ist.
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Es ist folglich eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Temperatur des Garguts 18, insbesondere dessen Kerntemperatur, berührungslos und in Echtzeit zu ermitteln und dabei das Gargut 18 nicht zu schädigen.
