DE102019125551B4

DE102019125551B4 - Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts, Verfahren zum Betrieb eines Gargeräts sowie Analysegerät

Info

Publication number: DE102019125551B4
Application number: DE102019125551.1A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Topinox SARL
Current assignee: Topinox SARL
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: US11737178B2; DE102019125551A1; US20210092806A1

Abstract

Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts (18), mit den folgenden Schritten:- Erzeugen wenigstens eines elektromagnetischen Signals, das über zumindest eine Antenne (22) ausgesandt wird, sodass eine feste räumliche elektrische Feldverteilung entsteht,- Modulieren des elektromagnetischen Signals mit einer Wellenform bei der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung, um ein moduliertes Signal zu generieren, das über die zumindest eine Antenne (22) als vorlaufende elektromagnetische Welle in Richtung des zu analysierenden Objekts (18) ausgesandt wird,- Messen wenigstens einer Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle,- Empfangen einer rücklaufenden elektromagnetischen Welle über zumindest eine Antenne (22),- Messen wenigstens einer Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle, und- Auswerten der gemessenen Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und der gemessenen Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle, indem die gemessenen Wellengrößen jeweils transformiert werden, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten, wobei das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum verglichen wird, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das Objekt (18) charakterisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens zum Betrieb eines Gargeräts sowie ein Analysegerät, insbesondere ein Gargerät zum Garen von Gargut.
In Profi- bzw. Großküchen kommen Gargeräte zum Einsatz, die Gargut üblicherweise mittels Heißluft und/oder Dampf garen, wobei über die Heißluft und den Dampf eine Garatmosphäre in einem Garraum des Gargeräts erzeugt wird, in dem das Gargut eingebracht ist. Neben den genannten Komponenten zum Garen des Garguts kann bei derartigen Gargeräten ferner eine Mikrowellenquelle, beispielsweise ein Magnetron oder ein Halbleiter-Mikrowellengenerator („Solid State Cooking“ - SSC), vorgesehen sein, über die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die in den Garraum eingespeist wird, um hierüber das Gargut ebenfalls zu garen.
Beim Garen des Garguts mittels elektromagnetischer Strahlung ist darauf zu achten, dass keine sogenannten Hotspots entstehen, die insbesondere in der Nähe von Metallobjekten wie Einschubschienen, Kerntemperaturfühlern oder anderen metallischen Gegenständen im Garraum auftreten. Die Hotspots können auch dann auftreten, wenn das Gargut ein unterschiedliches Querschnittsverhältnis (Volumen zur Oberflächengröße) hat, wie dies bei Hühnerbrüsten beispielsweise der Fall sein kann, die einen dickeren und einen dünneren Bereich haben. Ebenfalls können Hotspots bei einer sogenannten Mischbeschickung des Garraums, also unterschiedlichen Gargütern, bzw. bei einem Gericht auftreten, das mehrere unterschiedliche Lebensmittel umfasst, wodurch inhomogene dielektrische Eigenschaften im Garraum vorliegen.
Die Hotspots können dann dazu führen, dass der dünnere Bereich beim Garen des Garguts mittels elektromagnetischer Strahlung austrocknet, was unerwünscht ist. Grundsätzlich treten diese Effekte auch bei Gargütern auf, die Ecken oder Kanten haben, da diese einen fokussierenden Effekt der elektromagnetischen Strahlung zur Folge haben.
Insbesondere bei Garprozessen wie Auftauprozessen kann es zu sogenannten thermischen Ausreißern kommen, da sich das Absorptionsverhalten des Garguts hinsichtlich elektromagnetischer Strahlung schlagartig/stark ändert, wenn sich das Gargut nicht mehr im gefrorenen Zustand befindet. Dies liegt daran, dass das Absorptionsverhalten eines gefrorenen Garguts gegenüber einem aufgetauten Gargut vernachlässigbar ist, sich jedoch im Bereich von 0°C sich stark, insbesondere exponentiell, ändert. Insofern kann bereits eine kleine Veränderung der Mikrowellenleistung, insbesondere der absorbierten Mikrowellenleistung, zu einem starken Temperaturanstieg im Gargut führen, was wiederum zu einem größeren Absorptionsverhalten des Garguts führt. Es kann also eine Kettenreaktion entstehen, die zu einem Hotspot führt.
Um die Hotspots beim Garen mittels elektromagnetischer Strahlung zu vermeiden, ist es bei Gargeräten, die beispielsweise für den Haushaltsgebrauch vorgesehen sind, bisher bekannt, dass das Gargut auf einem Drehteller positioniert wird. Hierüber wird das Gargut in dem elektrischen Feld bewegt, das von den Mikrowellen (elektromagnetische Strahlung) erzeugt wird. Bei Gargeräten, die im Profi- bzw. Großküchenbereich eingesetzt werden, ist es bekannt, dass ein ohnehin vorhandenes Lüfterrad als sogenannter Modenmischer fungiert, um das erzeugte elektromagnetische Feld im Garraum zu verwirbeln, um entsprechend Hotspots zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Maßnahmen gerade bei Auftauprozessen aufgrund der hohen Sensibilität bzgl. des Absorptionsverhaltens, also der sich ändernden dielektrischen Eigenschaft des Garguts, nur bedingt geeignet sind.
Diese Problematik betrifft nicht nur das Auftauen von Gargut in Gargeräten, sondern auch in Anlagen, in denen Objekte mit unterschiedlichen bzw. sich verändernden dielektrischen Eigenschaften verarbeitet werden, beispielsweise in einer Eiscreme-Produktionsanlage, in der der Zustand des entsprechenden Objekts, also der Eiscreme, analysiert bzw. überwacht werden soll.
Die Analyse oder Auswertung von Objekten mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften kann aber auch bei Transportdienstleistern oder bei Sicherheitskontrollen, beispielsweise an Flughäfen, zum Einsatz kommen, um bestimmte Objekte bzw. deren Zustände detektieren zu können.
Zudem ist aus der DE 10 2012 006 578 A1 ein Gargerät bekannt, bei dem eine Hochfrequenzstrahlungsquelle vorgesehen ist, mit der Hochfrequenzstrahlung in einen Garraum eingestrahlt wird, wobei reflektierte Hochfrequenzstrahlung erfasst und ausgewertet wird.
Aus der DE 10 2014 111 019 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Backofens bekannt, bei dem Messstrahlung verwendet wird, wobei eine charakteristische Kenngröße eines Garguts basierend auf der Messstrahlung ermittelt wird.
Die DE 10 2015 103 246 A1 zeigt ein Gargerät, das eine Mikrowellenquelle aufweist, die Mikrowellen in einen Garraum einspeist, wobei eine Polarisationsrichtung der Mikrowellen von einer Steuer- und Auswerteeinheit gezielt verändert wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit dem ein Objekt bzw. dessen Zustand mittels elektromagnetischer Strahlung wirkungsvoll und effizient detektiert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts, mit den folgenden Schritten:

- Erzeugen wenigstens eines elektromagnetischen Signals, das über zumindest eine Antenne ausgesandt wird, sodass eine feste räumliche elektrische Feldverteilung entsteht,
- Modulieren des elektromagnetischen Signals mit einer Wellenform bei der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung, um ein moduliertes Signal zu generieren, das über die zumindest eine Antenne als vorlaufende elektromagnetische Welle in Richtung des zu analysierenden Objekts ausgesandt wird,
- Messen wenigstens einer Wellengröße der vorlaufenden Welle,
- Empfangen einer rücklaufenden elektromagnetischen Welle über zumindest eine Antenne,
- Messen wenigstens einer Wellengröße der rücklaufenden Welle, und
- Auswerten der gemessenen Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und der gemessenen Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle, indem die gemessenen Wellengrößen jeweils transformiert werden, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten, wobei das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum verglichen wird, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das Objekt charakterisiert wird.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Analysegerät zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts, mit wenigstens einem Mikrowellengenerator, der eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu erzeugen. Das Gargerät umfasst wenigstens eine Antenne, die dem Mikrowellengenerator zugeordnet ist. Zudem weist das Gargerät eine Modulationseinheit auf, die eingerichtet ist, das vom Mikrowellengenerator erzeugte elektromagnetische Signal mit einer Wellenform zu modulieren, um ein moduliertes Signal zu generieren. Des Weiteren weist das Gargerät eine Messeinheit auf, die der wenigstens einen Antenne zugeordnet ist, wobei die Messeinheit eingerichtet ist, wenigstens eine Wellengröße einer vorlaufenden Welle des Signals sowie wenigstens eine Wellengröße einer rücklaufenden Welle zu messen. Das Gargerät hat eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle auszuwerten, indem jeweils eine Transformation der gemessenen Wellengrößen erfolgt, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten, wobei die Steuer- und/oder Auswerteeinheit eingerichtet ist, das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum zu vergleichen, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das Objekt charakterisiert wird.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, aufgrund der Auswertung der Wellengröße der vorlaufenden sowie der rücklaufenden elektromagnetischen Welle das Absorptionsverhalten des zu analysierenden Objekts zu ermitteln, wodurch unter anderem das Objekt selbst und/oder ein Zustand des Objekts ermittelt werden kann.
Ferner lassen sich so bei der Anwendung in einem Gargerät entsprechende Anregungsparameter für den Mikrowellengenerator bzw. das elektromagnetische Signal ermitteln, bei denen eine räumliche elektrische Feldverteilung in einem Garraum des Gargeräts entsteht, bei der die Gefahr gering ist, dass sich Hotspots bilden. Dies lässt sich in einfacher Weise dadurch ermitteln, dass die Veränderung der Wellenform berücksichtigt wird, da bereits kleine Änderungen hinsichtlich des Absorptionsverhaltens von Gargut im Garraum, also der entsprechenden Strahlungsabsorption, Veränderungen in der Wellenform zur Folge haben, insbesondere der Wellenform der rücklaufenden elektromagnetischen Wellen.
Grundsätzlich lassen sich diese Veränderungen in einfacher Weise beim Auswerten der gemessenen Wellengrößen feststellen, da sowohl von der vorlaufenden Welle als auch von der rücklaufenden Welle entsprechende Wellengrößen gemessen und ausgewertet werden, über die auf die jeweilige Wellenform und somit auf entsprechende Veränderungen geschlossen werden kann.
Hierzu werden die gemessenen Wellengrößen jeweils transformiert, also einer mathematischen Transformation unterzogen, sodass bereits kleine Abweichungen detektiert werden können. Aus diesem Grund wird das elektromagnetischen Signal auch bei der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung moduliert.
Beispielsweise handelt es sich bei der mathematischen Transformation der gemessenen Wellengrößen um eine Fourier-Transformation, eine Wavelet-Transformation, eine Z-Transformation und/oder eine Laplace-Transformation. Grundsätzlich kann bei der mathematischen Transformation eine Zeit-FrequenzAnalyse durchgeführt werden.
Bei der Auswertung kann die gemessene Wellengröße direkt oder indirekt verwendet werden, beispielsweise also die Leistung, die dem Quadrat der gemessenen Amplitude entspricht.
Das elektromagnetische Signal, welches in Richtung des zu analysierenden Objekts ausgesandt werden soll, wird hierzu bei einer festen räumlichen elektrischen Feldverteilung zunächst mit einer Wellenform moduliert, um ein entsprechend moduliertes Signal zu erhalten, das in Richtung des zu analysierenden Objekts ausgesandt werden soll, beispielsweise in den Garraum eingespeist werden soll. Hierdurch lassen sich besonders einfach und schnell Veränderungen hinsichtlich der Wellenform erfassen.
Beispielsweise kann die Modulation mit einer symmetrischen Wellenform erfolgen, sodass die Analyse besonders einfach ist, da entsprechende Abweichungen bei einer derartigen Modulation besonders leicht festgestellt werden können. Mit anderen Worten wird die Asymmetrie der rücklaufenden elektromagnetischen Welle durch die Absorptionseigenschaften des Objekts beeinflusst, beispielsweise des Inhalts des Garraums, also unter anderem des Garguts.
Grundsätzlich kann bei einem Garprozess bzw. im Gargerät auf die Gefahr von entstehenden Hotspots geschlossen werden, sofern das Absorptionsverhalten sich verändert hat, was sich über die Veränderung der Wellenform entsprechend erfassen lässt, die wiederum über die wenigstens eine Wellengröße ermittelt wird.
In analoger Weise kann ein Auftauen von Eiscreme in einer Eiscreme-Produktionsanlage rechtzeitig erfasst werden.
Insbesondere wird die gleiche Wellengröße bei der vorlaufenden Welle und der rücklaufenden Welle gemessen.
Grundsätzlich kann die Messeinheit einen schnellarbeitenden Prozessor aufweisen, sodass der Prozessor die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle sowie die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle direkt verarbeiten kann. Dies ist von Bedeutung, da sowohl die Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle als auch die Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle bei der gleichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilung gemessen werden, bei der das elektromagnetische Signal moduliert worden ist.
Zum Messen der wenigstens einen Wellengröße kann zumindest ein Richtkoppler verwendet werden, der somit Teil der Messeinheit ist. Insbesondere ist der Richtkoppler der Antenne zugeordnet, beispielsweise zwischen der Antenne und dem Mikrowellengenerator vorgesehen, sodass sowohl die vorlaufenden als auch die rücklaufenden elektromagnetischen Wellen über den Richtkoppler ausgekoppelt werden.
Die räumliche elektrische Feldverteilung ist unbekannt aber einzigartig. Bei der Auswertung ist lediglich die Wellenform des an der Antenne gemessenen Signals von Bedeutung, jedoch nicht die konkrete räumliche elektrische Feldverteilung, die das jeweilige Signal zur Folge hat.
Ebenso spielt die Amplitudenstärke für die Auswertung keine Rolle. Mit anderen Worten ist der Auswertungsschritt des Verfahrens unabhängig von der Amplitudenstärke.
Über die Auswertung der Wellengröße(n) können Anregungsparameter ermittelt werden, die beispielsweise für das Verfahren zum Garen von Gargut verwendet werden sollen. Dies sind die Frequenz, die Amplitude und/oder die Phase des elektromagnetischen Signals, welches erzeugt wird. Die entsprechenden Anregungsparameter bilden einen Anregungsvektor.
Neben den Anregungsparametern kann noch die Stellung eines (optional vorhandenen) Modenmischers, beispielsweise eines Lüfterrads, berücksichtigt werden, da dies ebenfalls einen Einfluss auf die feste räumliche elektrische Feldverteilung hat. Mit anderen Worten werden die Anregungsparameter bei einer bestimmten Stellung des Modenmischers bzw. Lüfterrads ermittelt, sofern vorhanden.
Die Anregungsparameter des Mikrowellengenerators stellen mit der Stellung des Modenmischers bzw. Lüfterrads zusammen sogenannte Steuerparameter dar.
Bei dem Mikrowellengenerator, der zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung bzw. des elektromagnetischen Signals eingesetzt wird, handelt es sich insbesondere um einen Halbleiter-Mikrowellengenerator. Insofern lassen sich die Anregungsparameter des Mikrowellengenerators einzeln und unabhängig voneinander einstellen.
Über die Steuerparameter, also die Anregungsparameter und die Stellung des Modenmischers/Lüfterrads, kann grundsätzlich die räumliche elektrische Feldverteilung entsprechend eingestellt werden, auch wenn diese unbekannt ist. Insofern lässt sich eine unterschiedliche räumliche elektrische Feldverteilung aufgrund eines unterschiedlichen Anregungsvektors und/oder Stellung des Modenmischers bzw. Lüfterrads erreichen, also aufgrund unterschiedlicher Steuerparameter.
Die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle bzw. der rücklaufenden elektromagnetischen Welle kann die Phase und/oder die Amplitude sein. Hierüber kann auf die Wellenform entsprechend geschlossen werden, insbesondere die Veränderung der Wellenform, was wiederum Rückschluss auf das Absorptionsverhalten der Objekte zulässt, beispielsweise im Garraum des Gargeräts.
Bei der Modulation des erzeugten elektromagnetischen Signals kann es sich um eine Amplitudenmodulation und/oder eine Phasenmodulation handeln. Insofern lässt sich das elektromagnetische Signal hinsichtlich seiner Amplitude und/oder seiner Phase modulieren. Die dabei verwendete Wellenform kann eine symmetrische Wellenform aufweisen, beispielsweise eine Sinus-, Kosinus-, Rechteck-, Sägezahn-, Dreieck-, und/oder Trapez-Form. Insofern kann die Modulation auch eine Kombination der vorgenannten Formen sein.
Grundsätzlich können mehrere Antennen vorgesehen sein, über die jeweils vorlaufende elektromagnetische Wellen ausgesandt werden bzw. die rücklaufenden elektromagnetischen Wellen empfangen werden.
Insbesondere wird jeder Antenne bei der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung ein entsprechend zugeordnetes elektromagnetisches Signal zugeführt, welches vor dem Einspeisen moduliert wird.
Die mehreren elektromagnetischen Signale sind insbesondere kohärent zueinander. Hierbei kann ein einzelner Mikrowellengenerator vorgesehen sein, der ein elektromagnetisches Signal erzeugt, das den mehreren Antennen zugeführt wird.
Es können auch mehrere Mikrowellengeneratoren vorgesehen sein, die kohärent zueinander betrieben werden. Insbesondere ist jeder Antenne ein jeweiliger Mikrowellengenerator zugeordnet, sodass eine eindeutige Zuordnung vorliegt. Es lassen sich die Anregungsparameter für die elektromagnetischen Signale (für jede Antenne) individuell einstellen.
Insbesondere ist jeder Antenne ein Richtkoppler zugeordnet, sodass für jede Antenne die vorlaufenden elektromagnetischen Wellen sowie die rücklaufenden elektromagnetischen Wellen über den Richtkoppler ausgekoppelt werden können, um die entsprechende Wellengröße zu messen.
Für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung kann demnach (an jeder Antenne) die wenigstens eine Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle sowie die wenigstens eine Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle gemessen werden.
Bei den elektromagnetischen Wellen handelt es sich insbesondere um Mikrowellen.
Grundsätzlich kann das Verfahren bei einem Gargerät auch dann zum Einsatz kommen, wenn das Gargut durch konventionelle Techniken gegart wird, beispielsweise mittels Heißluft, Dampf und/ider Wärmestrahlung.
Ein Aspekt sieht vor, dass zumindest ein Netzwerkparameter über die gemessenen Wellengrößen bestimmt wird, der der zumindest einen Antenne zugeordnet ist. Der entsprechende Netzwerkparameter kann sich aus dem Verhältnis der Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle und der Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle ergeben. Ebenso kann der Netzwerkparameter eine Differenz der gemessenen Wellengrößen sein. Bei mehreren Antennen wird für jede Antenne ein entsprechender Netzwerkparameter bestimmt.
Für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung kann demnach (an jeder Antenne) der entsprechende Netzwerkparameter ermittelt werden.
Grundsätzlich können die erfassten Wellengrößen und/oder die Steuerparameter bei der Auswertung mathematischen Operationen unterzogen werden. Beispielsweise werden (erste oder höhere) Ableitungen der erfassten Wellengrößen und/oder der Steuerparameter, Integrationen über die erfassten Wellengrößen und/oder Steuerparameter bzw. andere mathematische Operationen wie Addition, Subtraktion, Multiplikation bzw. Division der erfassten Wellengrößen und/oder der Steuerparameter vorgenommen.
Es kann auch eine Separation bzw. eine Kombination (Gruppierung) der erfassten Daten erfolgen.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Transformation der entsprechenden Wellengröße Phaseninformation und/oder Amplitudeninformation umfasst. Hierdurch kann die Phase und/oder die Amplitude entsprechend ausgewertet werden, da die entsprechenden Informationen miteinander verglichen werden, um Abweichungen hinsichtlich der Phase und/oder der Amplitude festzustellen.
Zudem können die entsprechenden gemessenen Wellengrößen bei der Auswertung zunächst gefiltert werden.
Insbesondere werden die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle bei wenigstens einer spezifischen Frequenz gemessen und/oder ausgewertet. Sofern das gesamte Spektrum gemessen wird, kann die Auswertung der jeweils erhaltenen Wellengrößen bei einer spezifischen Frequenz erfolgen, bei der eine Abweichung bzw. eine Asymmetrie aufgrund des Absorptionsverhaltens zu erwarten ist.
Grundsätzlich entspricht die spezifische Frequenz der Modulationsfrequenz.
Insbesondere ist die wenigstens eine spezifische Frequenz eine asymmetrische harmonische Fourier-Frequenz (AHFF). Die asymmetrische harmonische Fourier-Frequenz (AHFF) zeichnet sich dadurch aus, dass die aufgrund des Absorptionsverhaltens entstehende Asymmetrie bei den entsprechenden Frequenzen auftritt, insbesondere im Fourier-Spektrum. Die Modulation erfolgte dabei mit einer symmetrischen Wellenform.
Allgemein lassen sich die Wellengrößen bei der Auswertung im Frequenzbereich auswerten.
Grundsätzlich können Kurven der Wellengröße(n) bei den spezifischen Frequenzen, insbesondere der asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen, erstellt werden, sofern mehrere spezifische Frequenzen im aufgenommenen Spektrum vorliegen.
Die spezifische Frequenz, insbesondere die asymmetrische harmonische Fourier-Frequenz (AHFF), ergibt sich aus dem Arbeitszyklus („duty cycle“) sowie der Taktfrequenz („cycle frequency“). Letztendlich entsprechen die spezifischen Frequenzen, insbesondere die asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen, einem Vielfachen des Quotienten aus der Taktfrequenz und dem Arbeitszyklus.
Bei den spezifischen Frequenzen, insbesondere den AHFF, können bereits kleine Veränderungen der entsprechenden Wellengröße(n) detektiert werden, selbst wenn diese Veränderungen kurzzeitig und/oder flüchtig sind.
Insbesondere sind die absoluten Werte der entsprechenden Wellengröße(n) unbedeutend, sondern nur die relative Veränderung der jeweiligen Wellengröße(n). Mit anderen Worten kommt es bei der Auswertung unter anderem nicht auf die Amplitudenstärke an.
Es kann also auf die Veränderung der wenigstens einen Wellengröße bei der rücklaufenden elektromagnetischen Welle relativ zur vorlaufenden elektromagnetischen Welle abgestellt werden.
Insofern hängt die Veränderung, die bei der Auswertung in Betracht gezogen wird, nur vom Absorptionsverhalten ab, also vom Objekt selbst, beispielsweise dem Inhalt des Garraums, sowie des von der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung abgedeckten Bereichs.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass mehrere unterschiedliche modulierte Signale generiert werden, die bei mehreren unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen verwendet werden, wobei für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung die Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle und die Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle gemessen und ausgewertet werden. Mit anderen Worten werden nacheinander unterschiedliche feste räumliche elektrische Feldverteilungen erzeugt, bei denen dann das entsprechende elektromagnetische Signal moduliert wird. Die unterschiedlichen modulierten Signale können über unterschiedliche Modulationen und/oder unterschiedliche Anregungen, also grundsätzlich bei unterschiedlichen Steuerparametern, erzeugt werden. Insofern lassen sich die Wellengrößen bei mehreren unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen messen, die wiederum Auskunft über unterschiedliche Bereiche im Garraum geben können, da die festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen unterschiedliche Bereiche abdecken. Es wird also erfasst, wie in den entsprechenden Bereichen die Absorption ist.
Hierdurch können in einfacher Weise feste räumliche elektrische Feldverteilungen und damit einhergehend Steuerparameter ermittelt werden, die eine hohe oder niedrige Absorption zur Folge haben. Dies kann über einen Vergleich in einfacher Weise ermittelt werden.
Mit anderen Worten lassen sich die Steuerparameter in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzwecks in geeignete Steuerparameter sowie ungeeignete Steuerparameter unterteilen.
Die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle können demnach für alle festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen bei spezifischen Frequenzen zumindest ausgewertet werden. Für die unterschiedlichen räumlichen elektrischen Feldverteilungen wird das jeweilige Absorptionsverhalten entsprechend in einfacher Weise ermittelt. Wie bereits erläutert, kann es sich bei den spezifischen Frequenzen um die asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen (AHFF) handeln, bei denen eine Asymmetrie der Wellenform in einfacher Weise festgestellt werden kann.
Es kann vorkommen, dass die vorlaufende elektromagnetische Welle, die mit einer symmetrischen Wellenform moduliert wurde, dennoch eine geringfügige Asymmetrie aufweist. Diese geringfügige Asymmetrie ist jedoch um ein Vielfaches geringer als die zu betrachtende Asymmetrie der rücklaufenden Welle, weswegen sie vernachlässigbar ist. Insofern lassen sich die Steuerparameter dennoch in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzwecks in geeignete Steuerparameter sowie ungeeignete Steuerparameter unterteilen.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass, basierend auf der Auswertung, Steuerparameter zum Garen des Garguts verwendet werden, die feste räumliche elektrische Feldverteilungen im Garraum erzeugen, bei denen die Absorption im Wesentlichen gleich ist. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass Hotspots entstehen, die beispielsweise aufgrund eines schlagartig erhöhten Absorptionsverhaltens entstehen. Es werden also mehrere feste räumliche elektrische Feldverteilungen getestet bzw. ausgewertet, wobei das jeweilige Absorptionsverhalten im Garraum ermittelt wird, da die Veränderung der Wellenform (über die entsprechende Wellengröße) erfasst wird. Zum Garen des Garguts werden dann nur derartige Steuerparameter verwendet, die feste räumliche elektrische Feldverteilungen zur Folge haben, bei denen das Absorptionsverhalten (im Wesentlichen) gleich ist.
Aufgrund einer statistischen Analyse einer Verteilung der spezifischen Frequenzen bei unterschiedlichen Messungen, also bei unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen, kann bestimmt werden, ob eine gleichmäßige Leistungsabgabe erfolgt, beispielsweise ob ein Gargut gleichmäßig gegart wird. Wie bereits erläutert handelt es sich bei der spezifischen Frequenz um die Modulationsfrequenz.
Ebenso kann die statistische Analyse dazu verwendet werden, um festzustellen, ob ein bestimmtes Objekt vorliegt.
Mit anderen Worten können aus der Verteilung der spezifischen Frequenzen, insbesondere der AHFF, sogenannte Merkmale extrahiert werden, die für die Analyse verwendet werden.
Grundsätzlich kann wenigstens eine Auswertungsgröße bei der Auswertung ermittelt werden, die als Eingangsparameter für ein mathematisches Modell, einen Maschinenlern-Algorithmus oder ein Regressionsmodell verwendet wird. Bei der Auswertungsgröße kann es sich um ein Merkmal handeln, das aus der Verteilung der spezifischen Frequenzen, insbesondere der AHFF, extrahiert worden ist.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass, basierend auf der Auswertung, die Strahlungsleistung für zumindest eine feste räumliche elektrische Feldverteilung angepasst wird. Bei der Strahlungsleistung handelt es sich um die Leistung der elektromagnetischen Strahlung. Es kann demnach auch die Leistung der elektromagnetischen Strahlung bei einer entsprechenden festen räumlichen elektrischen Feldverteilung angepasst werden, wenn beispielsweise festgestellt wird, dass eine verhältnismäßig hohe Absorption bei der elektrischen Feldverteilung vorliegt, die jedoch unerwünscht ist.
Des Weiteren kann über das Verfahren, insbesondere die Auswertung der Wellengrößen, ein Objekttyp des Objekts, eine Position des Objekts, das Volumen des Objekts, die Menge des Objekts, die Temperatur des Objekts, das Querschnittsverhältnis des Objekts, die Anzahl an Objekten und/oder der Zustand des Objekts ermittelt werden. Es ist somit ebenfalls möglich, zu erkennen, welche Art von Gargut (Garguttyp) sich im Garraum befindet. Des Weiteren kann aufgrund der erfassten Wellengrößen und deren Auswertung ermittelt werden, wie der entsprechende Gargutzustand ist. Das Absorptionsverhalten des Garguts verändert sich mit dem Gargutzustand entsprechend, was hierüber detektiert werden kann. Ebenso weisen verschiedene Gargüter unterschiedliche Absorptionseigenschaften auf, was ebenfalls erfasst werden kann.
Da das Verfahren grundsätzlich auch bei anderen Einsatzgebieten als bei einem Gargerät zum Einsatz kommen kann, lassen sich so jegliche Arten von Objekte entsprechend charakterisieren.
Das elektromagnetische Signal kann während einer Heizphase oder einer Leerlaufphase in den Garraum eingebracht werden, also beispielsweise während einer Phase, bei der Gargut mittels elektromagnetischer Strahlung gegart wird, oder während einer Phase, bei der kein Energieeintrag in das Gargut erfolgt oder zumindest nicht über elektromagnetische Strahlung, beispielsweise in einem ausschließlichen Heißluftbetrieb.
Grundsätzlich kann das Verfahren bei einer Leistung der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden, die unterhalb der üblichen Heizleistung liegt, die zum Garen von Gargut mittels elektromagnetischer Strahlung verwendet wird, nämlich im Milliwatt-Bereich. Beispielsweise beträgt die Leistung des elektromagnetischen Signals 200 W, wohingegen die Heizleistung während der Heizphase 800 W ist. Diese verringerte Leistung wird auch als Sensorleistung bezeichnet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verfahren mit elektromagnetischer Strahlung durchgeführt wird, die eine der Heizleistung entsprechende Leistung aufweist.
Für das Aussenden der elektromagnetischen Strahlung mit Heizleistung bzw. Sensorleistung können dieselben Antennen verwendet werden. Alternativ können auch entsprechend zugeordnete Antennen vorgesehen sein, mit denen ausschließlich elektromagnetische Strahlung mit Heizleistung bzw. elektromagnetische Strahlung mit Sensorleistung eingebracht werden.
Grundsätzlich ermöglicht das Verfahren ein gleichmäßiges Erwärmen bzw. Auftauen von Gargut mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mikrowellen.
Die elektromagnetischen Wellen lassen sich wie folgt darstellen: $a_{i} (ƒ) = A_{i} e^{- j φ i},$
wobei i die jeweilige Antenne ist, A_i die jeweilige Amplitude und φ_i eine entsprechende Phaseninformation.
Das Analysegerät, beispielsweise das Gargerät, ist insbesondere eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
Grundsätzlich umfasst die Erfindung zudem eine Verwendung des zuvor genannten Verfahrens zum Betrieb eines Gargeräts, wie dies in Anspruch 10 definiert ist. Mit anderen Worten umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Gargeräts, bei dem zunächst ein Verfahren der zuvor genannten Art durchgeführt wird, sodass das Absorptionsverhalten des wenigstens einen im Garraum befindlichen Objekts ermittelt wird. Anschließend wird die Leistung der elektromagnetischen Strahlung basierend auf dem ermittelten Absorptionsverhalten in wenigstens einen bestimmten Bereich des Garraums fokussiert oder gleichmäßig im Garraum verteilt.
Es kann also die Leistungsverteilung angepasst werden, da die Leistung fokussiert oder gleichmäßig im Garraum verteilt wird, was entsprechend unterschiedliche Leistungsverteilungen zur Folge hat.
Grundsätzlich werden also Steuerparameter verwendet, die eine entsprechende Leistungsverteilung der elektromagnetischen Strahlung zur Folge haben.
Es ist somit möglich, zunächst das Absorptionsverhalten im Garraum zu bestimmen, insbesondere des im Garraum befindlichen Garguts. Basierend hierauf kann der wenigstens eine Mikrowellengenerator derart angesteuert werden, dass die ausgehenden elektromagnetischen Signale bzw. Wellen eine feste räumliche elektrische Feldverteilung im Garraum ausbilden, die ein Fokussieren der elektromagnetischen Strahlung bzw. eine verbesserte Gleichverteilung der elektromagnetischen Strahlung zur Folge haben, insbesondere der Leistung der elektromagnetischen Strahlung. Insofern lassen sich bestimmte Bereiche im Garraum gezielt mit einer höheren Leistung beaufschlagen, um so ein dort befindliches Gargut schneller bzw. stärker zu garen.
Beispielsweise kann so nachträglich eingebrachtes Gargut schneller gegart werden, sodass es mit dem bereits im Garraum befindlichen Gargut gleichzeitig fertig gegart ist. Auch können so unterschiedliche Garzustände erreicht werden.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Analysegeräts in Form eines Gargeräts,
- 2 eine Übersicht eines modulierten Signals, das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
- 3 eine Übersicht, die zeigt, wann das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Garverfahren eingesetzt werden kann,
- 4 eine weitere Übersicht, die zeigt, wann das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Garverfahren eingesetzt werden kann,
- 5 mehrere modulierte Signale, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, um mehrere räumliche elektrische Feldverteilungen zu erzeugen,
- 6 eine Detailansicht eines Pulses aus der 5,
- 7 ein Fourier-Leistungsspektrum bei vier unterschiedlichen Arbeitszyklen für elektromagnetische Wellen, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden kann,
- 8 Wellengrößen bei spezifischen Frequenzen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden können,
- 9 ein Diagramm, das den Imaginärteil der Permittivität von zwei unterschiedlichen Materialien bei zwei unterschiedlichen Temperaturen zeigt,
- 10 eine Übersicht, in der zwei symmetrisch modulierte Signale, die zu unterschiedlichen Zeiten ausgesandt worden sind, sowie eine Nachverarbeitung der beiden symmetrisch modulierten Signale, und
- 11 ein erfindungsgemäßes Analysegerät, das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

In 1 ist ein Analysegerät 8 in Form eines Gargeräts 10 gezeigt, das ein Gehäuse 12 aufweist, das einen Garraum 14 sowie einen Technikraum 16 umgibt.
In den Garraum 14 wird ein Objekt 18 in Form eines Garguts eingebracht, welches unter anderem mittels elektromagnetischer Strahlung gegart werden soll.
Hierzu umfasst das Gargerät 10 in der gezeigte Ausführungsform mehrere Mikrowellengeneratoren 20, die jeweils eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Signal zu erzeugen.
Die von den Mikrowellengeneratoren 20 erzeugten elektromagnetischen Signale werden jeweils an eine zugeordnete Antenne 22 übermittelt, um in den Garraum 14 eingespeist zu werden.
Bei den Mikrowellengeneratoren 20 handelt es sich um kohärent betriebene Mikrowellengeneratoren, sodass es sich bei den elektromagnetischen Signalen um kohärente Signale handelt.
In den jeweiligen Leitungen zwischen jedem Mikrowellengenerator 20 und der zugeordneten Antenne 22 kann eine Modulationseinheit 24 vorgesehen sein, die alternativ auch im entsprechenden Mikrowellengenerator 20 integriert sein kann.
Die Modulationseinheit 24 ist eingerichtet, das vom Mikrowellengenerator 20 erzeugte elektromagnetische Signal mit einer Wellenform zu modulieren, sodass ein moduliertes Signal erzeugt wird, das an die entsprechende Antenne 22 weitergeleitet wird, worüber das modulierte Signal in den Garraum 14 eingespeist wird.
Zudem umfasst das Gargerät 10 eine Messeinheit 26, die in der gezeigten Ausführungsform mehrere Richtkoppler 28 aufweist, von denen jeweils zumindest ein Richtkoppler 28 in der Leitung zwischen einem Mikrowellengenerator 20 und der zugeordneten Antenne 22 vorgesehen ist.
Über die Richtkoppler 28 können jeweils sowohl eine vorlaufende elektromagnetische Welle als auch eine rücklaufende elektromagnetische Welle aus der entsprechenden Leitung ausgekoppelt werden. Insofern kann die Messeinheit 26 wenigstens eine Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle des modulierten Signals sowie wenigstens eine Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle messen, insbesondere für jede der Antennen 22 über die entsprechenden Richtkoppler 28.
Die Messeinheit 26 kann Teil einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 sein, die das Gargerät 10 umfasst.
Alternativ kann die Messeinheit 26 mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30, die dann separat ausgebildet ist, gekoppelt sein, sodass die von der Messeinheit 26 gemessenen Wellengrößen an die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 gesendet werden.
Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 ist eingerichtet, die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle auszuwerten, um eine Abweichung von der symmetrischen Wellenform zu identifizieren, die wiederum Rückschlüsse auf das Absorptionsverhalten im Garraum 14 zulässt.
Hierzu kann die Messeinheit 26 bzw. die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 einen schnell arbeitenden Prozessor aufweisen, der die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle sowie die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle in Echtzeit verarbeitet.
Beispielsweise weist der Prozessor eine Datenerfassungsrate von 50 kHz auf, die ein Vielfaches höher ist als die Taktfrequenz der Mikrowellengeneratoren 20, die beispielsweise bei 50 Hz liegt.
Ferner kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 einen Speicher umfassen, in dem die Ergebnisse mehrerer Messungen abgespeichert werden können. In dem Speicher können Tabellen, insbesondere Umsetzungstabellen („lookup-tables“), Regressionsmodelle und/oder Maschinenlernmodelle hinterlegt sein, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Grundsätzlich wird somit zunächst ein elektromagnetisches Signal vom jeweiligen Mikrowellengenerator 20 erzeugt, der hierzu entsprechende Anregungsparameter verwendet, nämlich Frequenz, Amplitude und/oder Phase, die für die Erzeugung des jeweiligen elektromagnetischen Signals dienen.
Die Mikrowellengeneratoren 20 sind als Halbleiter-Mikrowellengenerator ausgebildet, sodass sich die entsprechenden Anregungsparameter für jeden Mikrowellengenerator 20 unabhängig voneinander und einzeln einstellen lassen.
Anschließend werden die von den Mikrowellengeneratoren 20 erzeugten elektromagnetischen Signale mittels der Modulationseinheit 24 mit der Wellenform moduliert, sodass entsprechend modulierte Signale in den Garraum 14 eingespeist werden.
Bei der Wellenform kann es sich um eine symmetrische Wellenform handeln, sodass ein symmetrisch moduliertes Signal vorliegt.
Die symmetrische Wellenform kann eine Sinus-, Kosinus-, Rechteck-, Sägezahn-, Dreieck- und/oder Trapez-Form aufweisen. Insofern kann die symmetrische Wellenform auch eine Kombination der zuvor genannten Formen sein.
In 2 wird deutlich, dass ein rechteckig moduliertes Signal in der Realität nur schwer zu erhalten ist, da thermische und/oder kapazitive Effekte der verwendeten Hardware ein unsymmetrisches Rampenprofil zur Folge haben werden, wodurch Abweichungen von der (idealen) Rechteckform entstehen, wie dies in 2 gezeigt ist.
Insofern ist es günstig, eine symmetrische Wellenform zu verwenden, die bereits ein Rampenprofil aufweist, insbesondere ein symmetrisches. Die Rampen sollten insbesondere flacher sein als die durch die nicht zu verhindernden Effekte entstehenden Rampen, wenn eine Rechteckform vorgesehen wäre. Beispielhaft ist in 2 eine entsprechende trapezförmige Wellenform gezeigt.
Mit anderen Worten wird die symmetrische Wellenform so erzeugt, dass die physikalischen Grenzen der Hardware berücksichtigt werden, die zu einer Asymmetrie führen würden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Asymmetrie der rücklaufenden elektromagnetischen Wellen einzig auf das entsprechende Absorptionsverhalten im Garraum 14 zurückzuführen sind.
Die in den Garraum 14 eingespeisten modulierten Signale erzeugen in dem Garraum 14 eine feste räumliche elektrische Feldverteilung, die unbekannt ist, da diese unter anderem von dem im Garraum 14 vorhandenen Gargut und/oder Garzubehör abhängt, insbesondere deren Anordnung im Garraum 14.
Des Weiteren kann die elektrische Feldverteilung, die sich im Garraum 14 ausbildet, durch einen Modenmischer wie einem Lüfterrad 32 (zusätzlich) beeinflusst werden, den das Gargerät 10 umfassen kann.
Insofern stellt die Stellung des Modenmischers bzw. des Lüfterrads 32 einen zusätzlichen Steuerparameter für die elektrische Feldverteilung dar. Dies kann über ein entsprechendes Triggersignal realisiert werden.
Das Triggersignal kann auch als Referenzsignal bezeichnet werden, da es einen Trigger bzw. eine Referenz für den Modenmischer bzw. das Lüfterrad 32 angibt. Konkret stellt das Trigger- bzw. Referenzsignal auf einen festen Winkel des Modenmischers bzw. des Lüfterrads 32 ab.
Über das Trigger- bzw. Referenzsignal lässt sich also gewährleisten, dass Messungen bei einer gleichen Stellung des Modenmischers bzw. des Lüfterrads 32 durchgeführt werden. Mit anderen Worten lassen sich so die entsprechenden Messdaten einem Winkel des Modenmischers bzw. des Lüfterrads 32 zuordnen.
Grundsätzlich lassen sich daher die Anregungsparameter des Mikrowellengenerators 20 sowie die Stellung des Modenmischers bzw. des Lüfterrads 32 als Steuerparameter ansehen, worüber die elektrische Feldverteilung gesteuert wird.
Wie aus 3 deutlich wird, können die modulierten Signale während einer Heizphase eingespeist werden. Im gezeigten Beispiel weisen die modulierten Signale eine Leistung von 200 W auf (Sensorleistung), wohingegen die Heizleistung 800 W beträgt. Die Signale können aber auch eine Leistung im mW-Bereich haben.
Zudem wird aus 3 deutlich, dass die modulierten Signale pulsartig in den Garraum 14 eingespeist werden, beispielsweise mit einem Arbeitszyklus von 10%.
Über die Einstellung der Anregungsparameter der Mikrowellengeneratoren 20 und die Stellung des Lüfterrads 32 bzw. Modenmischers, also dem entsprechenden Drehwinkel, kann die feste räumliche elektrische Feldverteilung eingestellt werden.
In jedem Fall wird sich bei einer gegebenen Kombination der Steuerparameter, also der Anregungsparameter und/oder der Lüfterradstellung, ein zugeordnetes festes räumliches elektrisches Feld im Garraum 14 ergeben. Dieses feste räumliche elektrische Feld ist einer einmaligen Kombination der Steuerparameter zugeordnet.
Es können auch mehrere unterschiedliche Kombinationen der Steuerparameter, also mehrere Anregungsparameter und/oder mehrere Lüfterradstellungen, verwendet werden, um mehrere feste räumliche elektrische Feldverteilungen im Garraum 14 zu erzeugen. Es können also unterschiedliche Frequenzen, (relative) Amplituden und/oder (relative) Phasen vorgesehen sein, um die unterschiedlichen elektrischen Feldverteilungen zu erzeugen.
Dies geht bereits aus 3, aber auch aus 4 hervor, in der die modulierten Signale dann in den Garraum 14 eingespeist werden, wenn keine Heizphase (des Mikrowellengenerators 20) vorliegt, also in der Leerlaufphase (des Mikrowellengenerators 20).
Die entsprechenden Phasen, in denen die modulierten Signale eingespeist werden, können generell als Überwachungs- bzw. Sensorphasen bezeichnet werden.
Die unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen sind in 4 mit SES und einer entsprechenden Nummer zur Unterscheidung bezeichnet.
Es wird bereits deutlich, dass mehrere feste räumliche elektrische Feldverteilungen verwendet werden, wobei anschließend nur bestimmte elektrische Feldverteilungen für die Heizphasen verwendet werden. Bei den Steuerparametern, die zu den festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen SES 2 und SES 4 führen, ergeben sich schlechte Heizbedingungen, weswegen diese Steuerparameter bzw. die daraus resultierenden festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen nicht für entsprechende Heizphasen verwendet werden, wie aus 4 deutlich wird.
Die Auswahl der festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen, die für die Heizphasen verwendet werden, erfolgt wie nachfolgend beschrieben.
Für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung im Garraum 14 kann eine Modulation des entsprechenden elektromagnetischen Signals erfolgen. Das modulierte Signal wird in den Garraum 14 eingespeist, also in Richtung des zu analysierenden Objekts 18 ausgesandt. Dabei werden jeweils die wenigstens eine Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle als auch die wenigstens eine Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle an jeder der Antennen 22 gemessen, beispielsweise die Amplituden und/oder die Phasen, die somit entsprechende Wellengrößen darstellen.
Die Wellengrößen werden anschließend ausgewertet, um das Absorptionsverhalten der Objekte im Garraum 14 zu ermitteln, insbesondere des Garguts 18.
Bei der Auswertung der Wellengrößen können Netzwerkparameter bestimmt werden, die den jeweiligen Antennen 22 zugeordnet sind. Hierbei kann es sich um S-, Y- und/oder Z-Matrizen handeln.
Insbesondere werden Verhältnisse der ermittelten Netzwerkparameter verwendet, beispielsweise das Verhältnis der Netzwerkparameter der vor- und rücklaufenden Welle(n), beispielsweise für jede Antenne 22.
Hierdurch lassen sich hardware-bedingte Asymmetrien eliminieren.
Bei der Auswertung der Wellengrößen wird darauf abgestellt, dass bei einer festen räumlichen elektrischen Feldverteilung im Garraum 14 die entsprechende Wellenform gestört wird, insbesondere deren Symmetrie, was sich bei spezifischen Frequenzen im Frequenzbereich („frequency domain“), beispielsweise im Fourier-Spektrum, erkennen lässt.
Das vom Mikrowellengenerator 20 erzeugte elektromagnetische Signal wird daher mit der wenigstens einen spezifischen Frequenz moduliert.
Bei diesen spezifischen Frequenzen kann es sich um asymmetrische harmonische Fourier-Frequenzen (AHFF) handeln, da bei ihnen eine entsprechende, leicht feststellbare Asymmetrie auftritt, über die auf das Absorptionsverhalten im Garraum 14 geschlossen werden kann.
Daher werden die Wellengrößen der vorlaufenden elektromagnetischen Welle und der rücklaufenden elektromagnetischen Welle bei der wenigstens einen spezifischen Frequenz gemessen bzw. ausgewertet, beispielsweise der asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenz, um das Absorptionsverhalten zu ermitteln.
Grundsätzlich werden die gemessenen Wellengrößen jeweils transformiert, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten.
Dann wird das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum verglichen, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das zu analysierende Objekt charakterisiert wird, wie nachfolgend beschrieben wird.
Aus den 5 und 6 wird deutlich, dass die Auswertung der Amplitude (Wellengröße) der jeweiligen Wellen nur unzureichend bzw. schwierig wäre. In den Figuren sind die Amplitude der vorlaufenden elektromagnetischen Welle sowie die Amplituden von zwei rücklaufenden elektromagnetischen Wellen mit einem unterschiedlichen Absorptionsverhalten über die Zeit aufgetragen.
Aus der Vergrößerung der 6 wird deutlich, dass die Abweichungen im Bereich von 0,001 % liegen, was schwer zu detektieren ist.
Daher wird auf die spezifischen Frequenzen, also die asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen (AHFF), abgestellt, wie in 7 für verschiedene Arbeitszyklen gezeigt ist, nämlich 50%, 25%, 10% sowie 5%.
In 7 sind Fourier-Leistungsspektren für die vorlaufende elektromagnetische Welle und die zwei rücklaufenden elektromagnetischen Wellen gezeigt.
Die asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen (AHFF) ergeben sich aus dem jeweiligen Arbeitszyklus sowie der Taktfrequenz. Letztendlich entsprechen die asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen einem Vielfachen des Quotienten aus der Taktfrequenz f_cycle und dem Arbeitszyklus D („duty cycle“), was wie folgt dargestellt werden kann: $ƒ_{A H F F} = \frac{ƒ L c y c l e}{D} * [1; 2; 3; 4; \dots]$
Bei einer Taktfrequenz f_cycle von 50 Hz und einem Arbeitszyklus D von 10% ergeben sich somit asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen f_AHFF bei [0,5; 1; 1,5; 2; ...] kHz, wie aus 7 deutlich wird.
In 8 sind die jeweiligen Wellen nur bei den asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen f_AHFF für einen Arbeitszyklus von 5% aufgetragen, sodass entsprechende Kurven der Wellengröße bei den spezifischen Frequenzen entstehen.
Hieraus wird deutlich, dass dort größere Abweichungen zwischen den vorlaufenden elektromagnetischen Wellen und den rücklaufenden elektromagnetischen Wellen auftreten, welche entsprechend leicht identifiziert werden können.
Wie bereits erläutert, werden grundsätzlich mehrere unterschiedlich modulierte Signale generiert, insbesondere auch mehrere unterschiedliche feste räumliche elektrische Feldverteilungen SES im Garraum 14; siehe 4.
Für jede dieser festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen SES werden die Wellengrößen gemessen und ausgewertet, insbesondere für jede Antenne 22 und/oder für Kombinationen von Antennen 22, sodass die spezifischen Frequenzen, insbesondere die Wellengrößen bei den spezifischen Frequenzen, für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung beobachtet werden, worüber das Absorptionsverhalten des Garguts 18 im Garraum 14 ermittelt werden kann. Es hängt unter anderem von den Steuerparametern ab, welche der Antennen 22 für die Messung bzw. Analyse herangezogen wird.
Hierdurch lassen sich feste räumliche elektrische Feldverteilungen identifizieren, bei denen ein Auftauen, ein gleichmäßiges Erwärmen und/oder ein gleichmäßiges Trocknen stattfindet.
Dies lässt sich entsprechend experimentell ermitteln, indem Bereiche identifiziert werden, bei denen die entsprechende feste räumliche elektrische Feldverteilung eine Heizleistung in einen bestimmten Bereich zur Folge hat.
Es lassen sich also unter anderem feste räumliche elektrische Feldverteilungen ermitteln, bei denen eine hohe Mikrowellenabsorption vorliegt, die wiederum zu Hotspots führen können. Derartige Feldverteilungen sollten (bei einer gewünschten gleichmäßigen Leistungsverteilung) vermieden oder zumindest nur mit geringer Strahlungsleistung gewählt werden, was entsprechend bei der Ansteuerung der Mikrowellengeneratoren 20 berücksichtigt wird.
Die den jeweiligen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen zugeordneten Steuerparameter werden zumindest (zwischen-)gespeichert, sodass die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 ferner ermitteln kann, welche Steuerparameter zu Hotspots führen können.
Jede feste räumliche elektrische Feldverteilung stellt Informationen darüber bereit, wie sich ein bestimmter Bereich im Garraum 14 hinsichtlich der Mikrowellenabsorption verhält. Durch die Auswertung mehrerer fester räumlicher elektrischer Feldverteilungen kann daher sichergestellt werden, dass im Wesentlichen alle Bereiche des Garraums 14 hinsichtlich des Absorptionsverhaltens abgetastet bzw. beobachtet werden.
Sofern eine feste räumliche elektrische Feldverteilung erkannt wird, die ein hohes Absorptionsverhalten zur Folge hat, kann daraus die Information erhalten werden, dass zumindest ein Bereich des zu garenden Garguts 18 zur Bildung von Hotspots neigt, was vermieden werden soll, auch wenn der konkrete Bereich unbekannt ist.
Grundsätzlich kann das Gargerät 10, insbesondere die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30, die Mikrowellengeneratoren 20 so ansteuern, dass nur feste räumliche elektrische Feldverteilungen gebildet werden, die ein im Wesentlichen gleiches Absorptionsverhalten zur Folge haben, sodass Hotspots vermieden werden.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 die Leistung bei festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen reduziert, die ein hohes Absorptionsverhalten zur Folge haben.
Grundsätzlich ist durch das Verfahren sichergestellt, dass ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erwärmen des Garguts 18 erreicht wird, da feste räumliche elektrische Feldverteilungen vermieden werden, die ein hohes Absorptionsverhalten zur Folge haben.
Das beschriebene Verfahren kann insbesondere einem Verfahren zum Garen des Garguts 18 vorgeschaltet sein, bei dem aufgrund des oben beschriebenen Verfahrens, mit dem Steuerparameter ermittelt worden sind, entsprechende feste räumliche elektrische Feldverteilungen verwendet werden, die ein gleichmäßiges Erwärmen des Garguts 18 oder ein fokussiertes Erwärmen zur Folge haben, insbesondere zum Auftauen des Garguts 18. Auch kann das Verfahren während eines Verfahrens zum Garen durchgeführt werden. Hierauf wird später noch eingegangen.
Neben den Steuerparametern, die über das Verfahren ermittelt werden können, kann zudem erkannt werden, welche Art von Gargut, also welche Gargutart, sich im Garraum 14 befindet.
Grundsätzlich lässt sich ein Objekttyp des Objekts 18, eine Position des Objekts 18, das Volumen des Objekts 18, die Menge des Objekts 18, die Temperatur des Objekts 18, das Querschnittsverhältnis des Objekts 18, die Anzahl an Objekten 18 und/oder der Zustand des Objekts 18 ermitteln.
Hierzu können mehrere Spektren ausgewertet werden, insbesondere statistisch, um Merkmale bzw. Auswertungsgrößen zu extrahieren, beispielsweise aus entsprechenden Verteilungen. Diese Merkmale bzw. Auswertungsgrößen können bei den Tabellen, den Regressionsmodellen und/oder den Maschinenlernmodellen verwendet werden, die in dem Speicher der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 hinterlegt sind, um hierüber die oben genannten Informationen bezüglich des Objekts 18 zu erhalten.
Hierzu kann auch die Form der Wellengröße(n) bei den spezifischen Frequenzen dienen, also die Form der in 8 gezeigten Kurve(n).
Über die Form kann dann auf die Gargutart, also den Objekttyp, geschlossen werden, sofern genügend experimentelle Daten vorliegen, die für einen entsprechenden Vergleich herangezogen bzw. für eine statische Auswertung verwendet werden können, um die Art des Garguts 18 zu bestimmen.
Des Weiteren kann über die kontinuierliche Erfassung der entsprechenden Wellengrößen ermittelt werden, wie sich der Gargutzustand über die Zeit verändert, da sich das Absorptionsverhalten des Garguts 18 mit dem Gargutzustand verändert.
Auch dies kann über die Form der Wellengröße(n) bei den spezifischen Frequenzen erfolgen, insbesondere in analoger Weise zur Erkennung der Gargutart.
Beispielsweise werden so Prognosen bezüglich des abzulaufenden Garverfahrens erstellt, unter anderem das Ende des Garverfahrens.
Generell ist die Form der Wellengröße(n) bei den spezifischen Frequenzen für das Verfahren von Bedeutung, da auf relative Veränderungen abgestellt wird anstatt absoluter Werte.
Es wird also während eines Garverfahrens, das beispielsweise mit Heißluft und mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt, das oben beschriebene Verfahren durchgeführt. Zu Beginn liegt eine gleichmäßige Erwärmung des Garguts 18 vor.
Während des Garverfahrens werden bei unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen modulierte Signale mit einer Sensorleistung erzeugt, die in den Garraum 14 eingespeist werden.
Hierdurch werden mehrere Spektren der spezifischen Frequenzen ermittelt.
Diese Prozedur wird für unterschiedliche Beladungen des Garraums 14 durchgeführt, um störende Parameter („nuisance parameter“) von Parametern von Interesse („parameter of interest“) zu unterscheiden.
Aus den mehreren Spektren können Merkmale bzw. Auswertungsgrößen extrahiert werden, die invariant gegenüber den störenden Parametern sind.
Hierzu werden verschiedene Messungen bei unterschiedlichen Steuerparametern für mehrere Beladungen durchgeführt, insbesondere bei jedem der unterschiedlichen Beladungsszenarien bzw. -konfigurationen. Einige Merkmale bzw. Auswertungsgrößen von den Messungen bzw. den Messergebnissen (über die unterschiedlichen Steuerparameter) können dabei invariant hinsichtlich einiger der Beladungsszenarien sein.
Es können also Merkmale ermittelt werden, die invariant gegenüber den störenden Parametern sind.
Das bedeutet, dass die störenden Parameter zwar einen Einfluss auf die feste räumliche elektrische Feldverteilung haben, jedoch die feste räumliche elektrische Feldverteilung nur derart verändern, dass einige der Merkmale bzw. Auswertungsgrößen von den Messungen bzw. den Messergebnissen (über die unterschiedlichen Steuerparameter) invariant gegenüber gewissen Beladungen bzw. Beladungsszenarien sind.
Beispielsweise werden mehrere Spektren bei spezifischen Frequenzen, insbesondere asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen, und bei unterschiedlichen Steuerparametern für eine feste Beladung bzw. ein festes Beladungsszenario erfasst.
Als Merkmal kann ein statistisches Moment einer Verteilung, beispielsweise Mittelwert, Varianz oder ähnliches, oder eine mittlere Steigung mehrerer Spektren. Die Verteilung kann eine Verteilung der spezifischen Frequenzen sein, insbesondere der asymmetrischen harmonischen Fourier-Frequenzen.
Ein entsprechendes Merkmal kann empfindlich für die Beladungsmenge sein, aber unempfindlich für die Position des Objekts bzw. umgekehrt.
In 9 ist ein Diagramm gezeigt, das den Imaginärteil der Permittivität, also der Absorptionseigenschaft, von zwei unterschiedlichen Materialien A, B bei zwei unterschiedlichen Temperaturen zeigt, nämlich bei 25°C und bei 80°C. Die entsprechenden Kurven sind mit A1, A2 sowie B1, B2 gekennzeichnet.
Sofern das Material bekannt ist, lässt sich aufgrund einer Modulation des elektromagnetischen Signals die Temperatur bestimmen. Sofern die Temperatur bekannt ist, lässt sich aufgrund einer Modulation des elektromagnetischen Signals das Material bestimmen.
Aus dem Diagramm wird deutlich, dass sich das Absorptionsverhalten von unterschiedlichen Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen entsprechend anders verhält, sodass dieses eindeutig bestimmt werden kann.
Auch wird deutlich, dass sich das Absorptionsverhalten bei einer Modulation in unterschiedlichen Frequenzbändern deutlicher unterscheidet.
Beispielsweise ist die Streuung innerhalb des 900 MHz ISM-Bandes groß. Die Dispersion innerhalb der ISM-Bänder 2,45 GHz und 5,8 GHz ist in der Regel geringer. Modulationen durch Änderung der Frequenzen innerhalb eines ISM-Bandes oder zwischen ISM-Bändern ergeben generell unterschiedliche Amplituden der rücklaufenden elektromagnetischen Wellen, wobei diese Unterschiede entsprechend größer oder kleiner ausfallen, wie aus 9 deutlich wird.
Grundsätzlich ergeben sich also, wie aus 9 deutlich wird, unterschiedliche Amplituden der rücklaufenden elektromagnetischen Wellen, wenn eine Modulation des elektromagnetischen Signals erfolgt.
In 10 ist gezeigt, dass bei dem Verfahren auch zwei symmetrisch modulierte Signale bei entsprechend zwei unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Zeiten ausgesandt werden können. Die Frequenzen können in einem ISM-Band oder in unterschiedlichen ISM-Bänder liegen.
Bei der Auswertung werden die jeweiligen Signale, die zu unterschiedlichen Zeiten ausgesandt wurden, zueinander verschoben und anschließend in einem Nachverarbeitungsschritt miteinander verknüpft. Bei der Transformation und dem Vergleich werden entsprechend Asymmetrien bei den unterschiedlichen Frequenzen festgestellt, wie aus dem unteren Diagramm der 10 deutlich wird.
Hierüber können Rückschlüsse auf das Material des Objekts 18, sofern die Temperatur bekannt ist, und/oder Rückschlüsse auf die Temperatur des Objekts 18 gemacht werden, sofern das Material bekannt ist.
In 11 ist ein Analysegerät 8 gezeigt, das in einer Transportanlage 34 zum Einsatz kommt, um die auf einem Transportband 36 passierenden Objekte 18 zu analysieren, insbesondere hinsichtlich ihres Absorptionsverhaltens.
Es wird deutlich, dass nicht zwingend eine geschlossene Kammer, wie ein Garraum, vorhanden sein muss. Es ist lediglich wichtig, dass bei unterschiedlichen Frequenzen der gleiche Bereich abgedeckt wird.
Da die Temperatur bekannt ist, lässt sich so in einfacher Weise das Material der Objekte 18 ermitteln, da die rücklaufenden elektromagnetischen Wellen hauptsächlich vom entsprechenden Material abhängen.
Hierzu weist das Analysegerät 8 wenigstens einem Mikrowellengenerator 20 sowie eine Antenne 22 auf, die dem Mikrowellengenerator 20 zugeordnet ist.
Auch hat das Analysegerät 8 eine Modulationseinheit 24, eine Messeinheit 26 mit Richtkopplern 28 sowie eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30.
Mit dem der Transportanlage 34 zugeordneten Analysegerät 8 lassen sich die Objekte 18 mit dem zuvor beschriebenen Verfahren charakterisieren.
Grundsätzlich kann mit dem Gargerät 10 ein Verfahren zum Betrieb des Gargeräts 10 ausgeführt werden, bei dem zunächst ein Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens des Objekts 18, also des im Garraum 14 befindlichen Garguts, durchgeführt wird, was zuvor beschrieben wurde. Insofern wird zunächst das Absorptionsverhalten des wenigstens einen im Garraum 14 befindlichen Objekts 18 ermittelt.
Anschließend wird die Leistung der von dem wenigstens einen Mikrowellengenerator 20 erzeugten elektromagnetischen Strahlung basierend auf dem ermittelten Absorptionsverhalten in wenigstens einen bestimmten Bereich des Garraums 14 fokussiert oder gleichmäßig im Garraum 14 verteilt.
Grundsätzlich können für eine feste Beladungskonfiguration mehrere Messungen bei unterschiedlichen Steuerparametern durchgeführt werden, also bei unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen.
Die unterschiedlichen Steuerparameter haben die unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen zur Folge, da die Beladungskonfiguration bzw. das Beladungsszenario jeweils gleich ist.
Ausgehend von den bei den Messungen gewonnenen Messdaten können die Spektren aller Messungen basierend auf Merkmalen bzw. Auswertungsgrößen von jedem Spektrum gruppiert werden, beispielsweise aufgrund der Form des Spektrums und/oder aufgrund des Größenbereichs, wobei Spektren mit ähnlichen Amplituden bei der wenigstens einen spezifischen Frequenz, also der asymmetrischen harmonischen Fourier Frequenz, eine ähnliche Heizleistung hinsichtlich der Gleichmäßigkeit haben, also der Verteilung der Leistung.
Auch kann ein Merkmal (Auswertungsgröße) bzw. können mehrere Merkmale (Auswertungsgrößen) aus der Form der Verteilung(en) der Transformationen erhalten werden, also der transformierten Spektren, die eine gleichmäßige Heizleistung zur Folge haben.
Um Steuerparameter zu ermitteln, die eine gleichmäßige Heizleistung mittels elektromagnetischer Strahlung zur Folge haben, kann zunächst eine Reihe von Experimenten beim Garen von Gargut durchgeführt werden, bei der ausschließlich mittels gleichmäßig verteilter Heißluft gegart wird. Bei den Experimenten kann gleichzeitig eine geringe Mikrowellenleistung für unterschiedliche Steuerparameter vorliegen. Die Mikrowellenleistung ist jedoch so gering, dass sie keinen Einfluss auf das Garverhalten bzw. das Gargut hat. Es kann also von einer Sensorleistung gesprochen werden.
Aus den ermittelten Spektren können jeweils Merkmale bzw. Auswertungsgrößen extrahiert werden, beispielsweise die Form des Spektrums und/oder Amplitude. Ebenso kann die Form einer Verteilung der Spektren herangezogen werden, um beispielsweise ein statistisches Moment der Verteilung zu ermitteln, beispielsweise Mittelwert, Varianz oder ähnliches, oder eine mittlere Steigung mehrerer Spektren.
Es lassen sich grundsätzlich Merkmale bzw. Auswertungsgrößen ermitteln, die invariant gegenüber störenden Parametern sind, beispielsweise invariant gegenüber Menge und/oder Position des Garguts 18, aber den Garguttyp als Parameter von Interesse („parameter of interest“) haben. Diese Merkmale bzw. Auswertungsgrößen könnten dann genutzt werden, um Steuerparameter für den bestimmten Garguttyp unabhängig von der Menge und/oder Position des Garguts 18 zu ermitteln, also unabhängig von den störenden Parametern.
Für einen bestimmten Garguttyp werden hierfür mehrere Messungen bei unterschiedlichen störenden Parametern bei unterschiedlichen Steuerparametern durchgeführt.
Das Ziel ist es, Merkmale bzw. Auswertungsgrößen zu ermitteln, die nicht nur eine gleichmäßige Heizleistung zur Folge haben, sondern auch invariant gegenüber den störenden Parametern sind.
Diese Information kann dann genutzt werden, wenn mit elektromagnetischer Strahlung mit einer im Garraum 14 gleichmäßig verteilten Heizleistung der vom Mikrowellengenerator 20 erzeugten elektromagnetischen Strahlung, also einer hohen Mikrowellenleistung, gegart werden soll.
Hierzu werden erneut Messungen bei einer geringen Leistung der elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise der Sensorleistung, bei unterschiedlichen Steuerparametern durchgeführt.
Die nun genutzten unterschiedlichen Steuerparameter müssen nicht die gleichen sein wie bei den vorherigen Experimenten, bei denen ausschließlich mit Heißluft gegart wurde.
Dann werden die Merkmale bzw. Auswertungsgrößen der einzelnen Spektren und/oder der Verteilung(en) analysiert, wobei die Spektren gewählt werden, deren Merkmale mit denen größtenteils übereinstimmen, die beim Experiment mit ausschließlicher Heißluft ermittelt wurden.
Die zugeordneten Steuerparameter werden dann für das gleichmäßige Garen mittels elektromagnetischer Strahlung genutzt, also für die gleichmäßig verteilte Mikrowellenleistung.
Dieses Vorgehen kann in analoger Weise angewandt werden, um die elektromagnetische Strahlung in einen bestimmten Bereich des Garraums 14 zu fokussieren.
Hierzu wird bei den Experimenten der jeweilige Bereich bzw. die anderen Bereiche mit einem bestimmten Material versehen. Bei dem bestimmten Material kann es sich um ein Material handeln, das thermisch isoliert, aber für elektromagnetische Strahlung in Form von Mikrowellen transparent ist.
Anschließend wird das Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt, um entsprechende Steuerparameter zu ermitteln.

Claims

Verfahren zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts (18), mit den folgenden Schritten: - Erzeugen wenigstens eines elektromagnetischen Signals, das über zumindest eine Antenne (22) ausgesandt wird, sodass eine feste räumliche elektrische Feldverteilung entsteht, - Modulieren des elektromagnetischen Signals mit einer Wellenform bei der festen räumlichen elektrischen Feldverteilung, um ein moduliertes Signal zu generieren, das über die zumindest eine Antenne (22) als vorlaufende elektromagnetische Welle in Richtung des zu analysierenden Objekts (18) ausgesandt wird, - Messen wenigstens einer Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle, - Empfangen einer rücklaufenden elektromagnetischen Welle über zumindest eine Antenne (22), - Messen wenigstens einer Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle, und - Auswerten der gemessenen Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und der gemessenen Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle, indem die gemessenen Wellengrößen jeweils transformiert werden, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten, wobei das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum verglichen wird, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das Objekt (18) charakterisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Netzwerkparameter über die gemessenen Wellengrößen bestimmt wird, der der zumindest einen Antenne (22) zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation der entsprechenden Wellengröße Phaseninformation und/oder Amplitudeninformation umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle bei wenigstens einer spezifischen Frequenz gemessen und/oder ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine spezifische Frequenz eine asymmetrische harmonische Fourier Frequenz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedliche modulierte Signale generiert werden, die bei mehreren unterschiedlichen festen räumlichen elektrischen Feldverteilungen verwendet werden, wobei für jede feste räumliche elektrische Feldverteilung die Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle und die Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle gemessen und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Auswertungsgröße bei der Auswertung ermittelt wird, die als Eingangsparameter für ein mathematisches Modell, einen Maschinenlern-Algorithmus oder ein Regressionsmodell verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Auswertung die Strahlungsleistung für zumindest eine feste räumliche elektrische Feldverteilung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objekttyp des Objekts (18), eine Position des Objekts (18), das Volumen des Objekts (18), die Menge des Objekts (18), die Temperatur des Objekts (18), das Querschnittsverhältnis des Objekts (18), die Anzahl an Objekten (18) und/oder der Zustand des Objekts (18) bei der Auswertung ermittelt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betrieb eines Gargeräts (10), wobei das Absorptionsverhalten von wenigstens einem im Garraum (14) befindlichen Gargut ermittelt wird und anschließend die Leistung der elektromagnetischen Strahlung basierend auf dem ermittelten Absorptionsverhalten in wenigstens einen bestimmten Bereich des Garraums (14) fokussiert oder gleichmäßig im Garraum (14) verteilt wird.
Analysegerät (8) zum Analysieren des Absorptionsverhaltens eines Objekts (18), mit wenigstens einem Mikrowellengenerator (20), der eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu erzeugen, wenigstens einer Antenne (22), die dem Mikrowellengenerator (20) zugeordnet ist, einer Modulationseinheit (24), die eingerichtet ist, das vom Mikrowellengenerator (20) erzeugte elektromagnetische Signal mit einer Wellenform zu modulieren, um ein moduliertes Signal zu generieren, und einer Messeinheit (26), die der wenigstens einen Antenne (22) zugeordnet ist, wobei die Messeinheit (26) eingerichtet ist, wenigstens eine Wellengröße einer vorlaufenden Welle des Signals sowie wenigstens eine Wellengröße einer rücklaufenden Welle zu messen, und wobei das Gargerät (10) eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit (30) umfasst, die eingerichtet ist, die gemessene Wellengröße der rücklaufenden elektromagnetischen Welle und die gemessene Wellengröße der vorlaufenden elektromagnetischen Welle auszuwerten, indem jeweils eine Transformation der gemessenen Wellengrößen erfolgt, um ein Spektrum der jeweiligen Transformation zu erhalten, wobei die Steuer- und/oder Auswerteeinheit (30) eingerichtet ist, das der vorlaufenden elektromagnetischen Welle zugeordnete Spektrum mit dem der rücklaufenden elektromagnetischen Welle zugeordneten Spektrum zu vergleichen, um Abweichungen der Spektren voneinander festzustellen, aufgrund derer das Objekt (18) charakterisiert wird.