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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen die Überwachung
und/oder Steuerung eines elektrischen Kochfeldes, und insbesondere
ein System zum Erzeugen von Steuersignalen, in Reaktion auf Eigenschaften
eines Kochgeschirres, das durch ein Festkörperoberflächen-Kochfeld hindurch erfasst wird.
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In
letzter Zeit wurden standardmäßige Emaillekochfeldoberflächen von
Haushaltsherden durch glatte Kochfelder mit zusammenhängender
Oberfläche
und hoher Widerstandsfähigkeit
ersetzt, die sich über
einer oder mehreren Wärmequellen,
wie zum Beispiel elektrischen Heizelementen oder Gasbrennern, befinden.
Die glatten Kochfelder mit zusammenhängender Oberfläche sind
leichter zu reinigen, da sie keine Fugen oder Vertiefungen haben,
in denen sich Schmutz ansammeln kann. Die zusammenhängende Kochfeldoberfläche verhindert
auch, dass Überkochendes
mit den Heizelementen oder Brennern in Kontakt kommt. Exemplarische
Kochfelder bestehen aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und der glatten Oberfläche
aus Glaskeramikmaterial, das ein gefälliges Aussehen präsentiert.
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Es
sind Vorrichtungen zum Erfassen der Anwesenheit eines Geschirrs
auf einem Kochgerät
bekannt, wie zum Beispiel solche, die von einem Kontakt mit dem
auf einem elektrischen Heizelement angeordneten Kochgeschirr oder
von dem Geschirrträger
eines Gasbrenners abhängen.
Derartige kontaktbasierende Systeme haben sich jedoch für Kochfelder
mit zusammenhängender
Oberfläche,
und insbesondere Glaskeramikkochfelder, aufgrund der Schwierigkeit,
Kontaktsensoren darauf zu platzieren, als nicht ausführbar erwiesen.
Kochgeschirrkontaktsensoren unterbrechen im Allgemeinen das zusammenhängende Aussehen
des Kochfeldes, schwächen
die strukturelle Festigkeit des Kochfeldes und Erhöhen die
Herstellungskosten. Ferner sind derartige kontaktbasierende Systeme
nicht von Natur aus auf Kochfeldern mit glatter Oberfläche zuverlässig, da
Kochgeschirre mit gebogenen oder unebenen Oberflächen unterschiedliche Kräfte auf
die Kontaktsensoren ausüben
und eine falsche Kontaktanzeige liefern können.
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US-A-5 658 478 offenbart
eine automatische Brenneranordnung, die für eine automatische und selektive
Aktivierung bei der Platzierung eines Gefäßes darauf oder in unmittelbarer
Nähe dazu
angepasst ist. Die Anordnung weist ein funktionell mit einer Sensoranordnung
verbundenes Heizelement auf. Die Sensoranordnung ist in der Lage
die Anwesenheit eines Gefäßes auf
oder in unmittelbarer Nähe
zu dem Heizelement zu erfassen. Die Sensoranordnung kann in einem
Teil eine Lichtquelle und ein Erfassungselement in der Weise enthalten,
dass ein gegebenes Heizelement durch die Menge des rückgestreuten
Lichtes, das durch die Lichtquelle bei dem Kontakt mit einem Topf
erzeugt und durch die Sensoranordnung empfangen wird, aktiviert
werden kann. Ein Lichtdetektor mit einer Spitzenspektralantwort
bei niedrigen Wellenlängen
von 800 nm (0,8 μm)
oder weniger wird erwünschtermaßen verwendet.
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DE 36 19 762 A offenbart
ein Verfahren, in welchem eine Energiefreisetzung einer Kocheinheit nur
stattfindet, wenn bei Anwesenheit von Kochgeschirr ein Einschaltbefehl
vorliegt. Es wird eine Kocheinheit beschrieben, in welcher ein Sensor
gemäß dem Prinzip
einer Lichtbrechungsfläche
ausgelegt ist. Eine Sendediode erzeugt ein Lichtsignal, das zwecks
thermischer Entkopplung beispielsweise mittels eines Glasfaserlichtleiters
an eine Keramikplatte gebracht wird. Das Signal passiert die Platte,
erreicht den Boden des Kochgeschirrs, wird teilweise durch das Letztere
reflektiert, passiert wiederum die Keramikplatte und wird beispielsweise
mittels eines zweiten Glasfa serlichtleiters zu einer Empfangsdiode
geleitet. Ein Komparator vergleicht das Messsignal mit dem empfangenen
Signal, stellt die Anwesenheit von Kochgeschirr durch Überschreiten
eines Schwellenwertes in Bezug auf das empfangene Signal fest, und betätigt in
dem Falle einer derartigen Anwesenheit ein Relais, mittels welchem
ein Schalter geschlossen und die Blockierung einer Energiezufuhr
für die
Heizeinheit unterbrochen wird. Die Kocheinheit kann somit in Betrieb
gesetzt werden. Um Außeneinflüsse zu vermeiden,
wird das Signal bevorzugt mittels eines Generators oder Modulators
moduliert, welcher vor der Sendediode angeordnet ist und in einem
Verstärker
selektiert und verstärkt
an den Komparator übertragen.
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Demnach
ist es erwünscht,
ein System zum Erfassen von Kochgeschirrmerkmalen oder von geschirrbezogenen
durch die Kochfeldoberfläche
hindurch wirkenden Merkmalen zu schaffen, wobei eine derartige Erfassung
unabhängig
von der Kochgeschirrzusammensetzung, Ebenheit seines Bodens, oder
Gewichtes ist. Es ist ferner erwünscht,
dass ein derartiges System Energiequellensteuersignale auf der Basis
der Erfassung der Anwesenheit/Abwesenheit, Entfernung/Platzierung,
oder Größe von Kochgeschirr
auf dem Kochfeld durch das Glaskeramikkochfeld hindurch erzeugt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Erfassen
von Eigenschaften eines Kochgeschirres auf einem Festkörperoberflächen-Kochfeld
eines Typs mit wenigstens einer damit verbundenen steuerbaren Energiequelle,
um Energie zum Erwärmen
des Geschirres und beliebiger Inhalte davon zu liefern, geschaffen, wobei
das Kochfeld eine Oberseite und eine Unterseite (10a) besitzt,
und das System aufweist: wenigstens eine Quelle optischer Strahlung
zum Emittieren von Strahlung zu dem Kochfeld und dem Geschirr, wobei
die Strahlungsquelle unter dem Festkörperoberflächen-Kochfeld angeord net ist;
wenigstens einen Sensor, der unter dem Kochfeld angeordnet ist und
wenigstens einen Detektor zum Detektieren von durch das Geschirr
reflektierter und das Kochfeld passierender Strahlung aufweist,
wobei der wenigstens eine Sensor Detektorsignale erzeugt, die wenigstens
eine Eigenschaft des Kochgeschirres anzeigen; und einen Prozessor,
der Detektorsignale empfängt
und Signale erzeugt, welche die wenigstens eine Eigenschaft des
Kochgeschirres (14) anzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Detektor einen von der Materialzusammensetzung des
Kochfeldes abhängigen
vorbestimmten Empfindlichkeitsbereich besitzt, so dass ein Reflexionswert der
Kochfeldoberfläche
deutlich geringer als der Reflexionswert des Geschirres ist.
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Die
wenigstens eine Eigenschaft kann aus einer Gruppe ausgewählt werden,
welche aus Geschirrabwesenheit, Geschirranwesenheit, Geschirrplatzierung,
Geschirrentfernung, Geschirrabmessung und Geschirrart besteht.
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Der
wenigstens eine Detektor kann Infrarotstrahlung detektieren, die
einen durch das Kochgeschirr beeinflussten Wellenbereich enthält.
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Das
System kann ferner wenigstens ein Filter zum Begrenzen des Wellenlängenbereichs
der durch den wenigstens einen Detektor detektierten Infrarotstrahlung
auf wenigstens einen von einem transparenten Wellenlängenbereich
und einen minimalen Reflexionsbereich aufweisen.
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Die
wenigstens eine optische Strahlungsquelle kann aus der wenigstens
einen steuerbaren Energiequelle bestehen, wobei das System ferner eine
Steuereinrichtung zum Steuern der optischen Strahlung aufweist,
die von der optischen Strahlungsquelle auf der Basis der Detektorsignale
erzeugt wird.
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Das
Kochfeld kann aus einem Glaskeramikmaterial bestehen und die wenigstens
eine optische Strahlungsquelle kann einen Wellenlängenbereich aufweisen,
welcher wenigstens einem von den Transmissionsbereich des Glaskeramikmaterials
und einen breiten Wellenlängenbereich
entspricht.
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Die
wenigstens eine optische Strahlungsquelle kann aus einer steuerbaren
Lichtquelle getrennt von der wenigstens einen steuerbaren Energiequelle
bestehen.
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Die
wenigstens eine optische Strahlungsquelle kann aus Licht von oberhalb
der Kochfeldoberfläche
bestehen.
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Der
Detektor kann aus einer aus thermischen Detektoren und Photonendetektoren
bestehenden Gruppe ausgewählt
werden.
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Das
System kann ferner eine Steuereinrichtung zum Steuern der Energiequelle
auf der Basis der erfassten Signale aufweisen.
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Das
System kann ferner wenigstens einen Indikator aufweisen, der mit
dem Prozessor verbunden ist, um Ausgangssignale bereitzustellen,
die die detektierten Eigenschaften des Geschirrs anzeigen, wobei
der wenigstens eine Indikator aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die aus sichtbaren Indikatoren, akustischen Indikatoren und Datenindikatoren
besteht.
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Der
Systemsensor kann ferner Strahlung aus einem Sichtfeld aus der Kochfeldoberfläche erfassen,
wobei das Sichtfeld aus wenigstens einem Abschnitt der Kochfeldoberfläche besteht.
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Der
wenigstens eine Sensor kann wenigstens zwei Detektoren aufweisen,
wobei jeder Detektor in einem anderen Wellenlängenbereich empfindlich ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen von
Eigenschaften eines Kochgeschirres auf einem Festkörperoberflächen-Kochfeld
eines Typs mit wenigstens einer damit verbundenen steuerbaren Energiequelle,
um Energie zum Erwärmen
des Geschirres und beliebiger Inhalte davon zu liefern, bereitgestellt,
wobei die Schritte des Verfahrens umfassen: Bereitstellen einer
Quelle optischer Strahlung und Ausrichten der Strahlung daraus auf
das Geschirr, wobei die Strahlungsquelle unter dem Festkörperoberflächen-Kochfeld
angeordnet ist; Erfassen von dem Geschirr durch das Kochfeld hindurch
reflektierter Strahlung unter Verwendung wenigstens eines Sensors,
und Erzeugen von Detektorsignalen, die diese anzeigen; und Vergleichen
der Detektorsignale mit vorbestimmten Signalmustern zum Ermitteln
wenigstens einer Eigenschaft des Kochgeschirres, wobei die wenigstens
eine Eigenschaft aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus Geschirranwesenheitszustand,
Abwesenheitszustand, Platzierung, Entfernung, Art und Abmessung besteht;
gekennzeichnet durch Erfassen durch das Geschirr durch die Kochfläche hindurch
reflektierter Strahlung bei einem von der Materialzusammensetzung
des Kochfeldes abhängenden
vorbestimmten Empfindlichkeitsbereich, so dass ein Reflexionswert der
Kochfeldoberfläche
deutlich kleiner als der Reflexionswert des Geschirres ist.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt der Erzeugung von Steuersignalen
zum Steuern der Quelle optischer Strahlung aufweisen, um die Detektorsignale
zu erhalten.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt der Steuerung der Energiequelle
auf der Basis der Detektorsignale aufweisen.
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Die
Detektorsignale können
die Anwesenheits- und Abwesenheitszustände des Kochgeschirrs anzeigen,
wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Messen erster
und zweiter Strahlungswerte mit eingeschalteter beziehungsweise
ausgeschalteter optischer Strahlungsquelle; Messen eines Kochfeldoberflächen-Reflexionswertes,
um eine Geschirrreflexion zu ermitteln; Berechnen des Unterschiedes zwischen
den ersten und zweiten Strahlungswerten, um einen subtrahierten
Strahlungswert bereitzustellen, welcher einen Festkörperoberflächen-Emissionsgradeffekt
ausschließt;
und Subtrahieren des gemessenen Reflexionswertes von dem Strahlungsdifferenzwertes,
um einen Kochgeschirrreflexionswert zu erzeugen.
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Die
Detektorsignale können
die Anwesenheits- und Abwesenheitszustände des Kochgeschirrs anzeigen,
wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Messen eines Strahlungswertes
mit der eingeschalteten optischen Strahlungsquelle; Messen eines
Oberflächentemperatursignals,
um eine Strahlung aufgrund eines Oberflächenemissionsgrades abzuschätzen; Messen
einer Festkörperoberflächenreflexion;
Subtrahieren des gemessenen Oberflächentemperatursignals von dem
gemessenen Strahlungswert, um einen berechneten Wert zu erzeugen; und
Subtrahieren der gemessenen Festkörperoberflächenreflexion von dem berechneten
Wert, um eine Kochgeschirrreflexion zu erzeugen.
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Der
Sensor besitzt eine eingeschränkte
Wellenlängenempfindlichkeit
in der Weise, dass ein Reflexionswert der Kochfeldoberfläche signifikant
kleiner als der Reflexionswert des Kochgeschirrs ist.
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Das
Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Detektieren eines
Bezugsignalwertes während
einer Periode einer Nichtbenutzung und einer angegebenen Kalibrierungsperiode;
De tektieren eines aktuellen Signalwertes; und Berechnen eines Unterschiedes
zwischen dem aktuellen Signalwert und dem Bezugssignalwert so, dass
die berechnete Differenz dem Zustand des Kochgeschirrs entspricht.
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Der
Vergleichsschritt kann aus einen Entwicklungsalgorithmus bestehen,
der Aktualisierungsalgorithmus-Vergleichsregeln gemäß den Ergebnissen
jedes Vergleichsschrittes aufweist.
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Der
Schritt der Messung der Festkörperoberflächenreflexion
kann die Schritte umfassen: Erzeugen wenigstens eines Vorreflexionssignals
der Festkörperoberfläche zu vorherigen
Zeitperioden unter Verwendung eines zweiten Sensors, der zum Erfassen
von Strahlen in einem zweiten Wellenlängenbereich ausgewählt ist;
und Extrapolieren des wenigstens einen Vor-reflexionssignals der
Festkörperoberfläche in dem
zweiten Wellenlängenbereich,
um Reflexionssignalwerte der Festkörperoberflächen zu berechnen.
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Mehrere
Sensoren können
den Erfassungsschritt durchführen,
wobei sich jeder Sensor an einer entsprechenden Kochgeschirrstelle
befindet, und das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Erzeugen wenigstens
eines Detektorsignals aus jedem Sensor; und Berechnen einer Differenz
zwischen entsprechenden Kombinationen der Detektorsignale, um die Anwesenheit
eines Kochgeschirrs an jeder Kochgeschirrstelle zu ermitteln.
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Die
Detektorsignale können
die Platzierungs/Entfernungs-Eigenschaft
des Kochgeschirrs anzeigen und das Verfahren kann ferner den Schritt der
Erfassung einer abrupten Änderung
in wenigstens einem Detektorsignal aufweisen, wobei die abrupte Änderung
eine Platzierung oder Entfernung eines Kochgeschirrs auf dem Kochfeld
anzeigt.
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Mehrere
Sensoren können
dazu verwendet werden, um die abrupte Änderung aufgrund einer Geschirrplatzierung
oder Entfernung aufgrund einer plötzlichen Änderung in der Beleuchtung
zu unterscheiden.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt eines Vergleichs der Detektorsignale
mit wenigstens einem von vorbestimmten Signalmustern aufweisen,
die Bewegungs- und Beleuchtungsänderungen
anzeigen, um zwischen Beleuchtungsänderungen und Geschirrbewegung
zu unterscheiden.
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Die
Detektorsignale können
die Geschirrtypeigenschaft anzeigen, und die vorbestimmten Signalmuster
können
die Kochgeschirrtypeigenschaft anzeigen, welche von glänzend bis
dunkel reicht.
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Die
Detektorsignale können
die Geschirrgrößeneigenschaft
anzeigen und die wenigstens eine Energiequelle kann ein Typ mit
einem Brenner mit ersten und zweiten Ringen sein, wobei das Verfahren ferner
die Schritte aufweist: Steuern der ersten und zweiten Ringe, um
die ersten und zweiten Ringe durch mehrere Kombinationen von mit
Energie versorgten und energielosen Zuständen zu führen; Detektieren von Strahlungsmustern,
die entsprechenden Kombinationen mit Energie versorgter und energieloser
Zustände
entsprechen; Erzeugen von Signalmustern die den detektierten Strahlungsmustern entsprechen;
und Berechnen von Differenzen zwischen den Signalmustern, um den
Anteil des Brenners zu bestimmen, welcher durch das Kochgeschirr abgedeckt
ist, um dadurch die Geschirrgröße zu ermitteln.
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Der
Sensor kann wenigstens einen Detektor zum Erfassen von Strahlung
enthalten, wobei jeder Detektor außermittig in Bezug auf einen
Brenner so angeordnet ist, dass der Detektor einen Abschnitt eines
Kochgeschirrs erfasst, der sich direkt über dem Detektor befindet,
um dadurch die Kochgeschirrgröße zu ermitteln.
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Der
Schritt der Berechnung von Differenzen zwischen den Signalmustern
kann den Vergleich von Differenzen zwischen Amplituden der detektierten Strahlungsmuster
und vorbestimmter Amplituden umfassen.
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Somit
erfasst ein exemplarisches System der vorliegenden Erfindung Kochgeschirr-bezogene Eigenschaften
durch eine Festkörperoberflächen-Kochfläche hindurch
einschließlich
der Anwesenheit/Abwesenheit, der Entfernung/Platzierung und weiterer
Eigenschaften (zum Beispiel der Größe) eines Kochgeschirrs auf
dem Kochfeld. Wenigstens eine steuerbare Energiequelle (die zum
Beispiel aus elektrischen oder Gasheizelementen oder Induktionsheizquellen
besteht) erhitzt die Inhalte eines auf dem Kochfeld platzierten
Kochgeschirrs. Eine Strahlungsquelle (zum Beispiel eine optische
Strahlungsquelle) wird gesteuert, um ein Abfrageschema zum Erfassen
der Geschirreigenschaften bereitzustellen. Das Geschirreigenschaften-Detektionssystem
kann aus einen Teil eines Überwachungssystems
zum Überwachen
der Eigenschaften des Kochgeschirres bestehen oder kann aus einen
Teil eines Steuersystems zum Steuern der Energiequelle auf der Basis der
erfassten Geschirreigenschaften oder aus beiden bestehen.
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Das
Kochgeschirreigenschaften-Detektionssystem weist wenigstens einen
Sensor zum Erfassen von Strahlung auf, welche durch das auf der
Oberseite eines Kochfeldes platzierten Kochgeschirr beeinflusst
wird. Insbesondere weist der Sensor wenigstens einen Detektor auf,
der sich unter der Unterseite des Kochfeldes befindet, um durch
das Kochfeld hindurch die durch das Geschirr beeinflusste Strahlung zu
erfassen. Ein zweiter Sensor kann zum Messen von Licht verwendet
werden, das durch das Kochgeschirr reflektiert wird. Die Quelle
des von dem Kochgeschirr reflektierten Lichtes kann Umgebungslicht oder
Licht aus der Energiequelle oder einer anderen Quelle, wie zum Beispiel
einer Licht emittierenden Diode (LED), sein.
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In
einer Ausführungsform
weist der Sensor wenigstens einen optischen Detektor für die Erfassung
von Infrarotstrahlung aus der Energiequelle auf, die von dem Kochgeschirr
auf dem Kochfeld reflektiert wird. Das Vorhandensein und der Pegel
der reflektierten Strahlung werden durch eine Sensoranordnung erfasst,
die sich in eine zwischen der Energiequelle und der Unterseite des
Kochfeldes angeordnete Wärmekammer öffnet. Der
Grad der reflektierten Strahlung ist von dem Typ, der Größe und weiteren
Eigenschaften des Kochgeschirrs abhängig, sowie von dem Energiepegel
der Energiequelle und der Temperatur des Kochfeldes. Die Reflexionseigenschaften
der verschiedenen Arten und Größen des
Kochgeschirrs werden experimentell bestimmt und als Daten in einem
Prozessor gespeichert, welcher das Signal aus dem optischen Detektor
empfängt.
Der Prozessor führt
eine optische Abfrage durch, verarbeitet das empfangene Signal und
vergleicht das Ergebnis mit den gespeicherten Daten, um dadurch
den Typ, Größe und andere
Eigenschaften des Kochgeschirrs zu bestimmen. Auf der Basis der
erfassten Signale liefert der Prozessor seine die Überwachung
des Kochfeldes und Kochgeschirres anzeigenden Signale. Zusätzlich können die
erfassten Signale von dem Prozessor genutzt werden, um Steuersignale
an die Energiequelle zu liefern, um das speziellen Kochgeschirr
oder den Kochmodus optimal zu unterstützen.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Blockdarstellung ist, die ein Glaskeramikkochfeld darstellt, das
ein Kochgeschirreigenschaften-Detektionssystem gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 eine
Teilquerschnittsansicht eines Glaskeramikkochfeldes und ein Kochgeschirr
darstellt, das gerade von der Oberfläche des Kochfeldes entfernt
wird;
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3 eine
Querschnittesansicht einer Wellenleiteranordnung, die mit dem System
gemäß einer exemplarischen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4 eine
Teilquerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Austrittsendabschnittes
des Wellenleiter von 3;
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5 eine
Blockdarstellung ist, die ein Kochfeldgeschirrdetektorsystem gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ein
Flussdiagramm ist, das ein exemplarisches Verfahren des in 5 dargestellten
Systems zeigt;
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7 eine
Blockdarstellung ist, welche exemplarische Geschirreigenschaften
und deren Beziehungen darstellt;
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8 die
Geschirrzustandseigenschaften von 7 detaillierter
darstellt;
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9 typische
Signaltransmissionseigenschaften eines typischen Glaskeramikkochfeldes darstellt;
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10 ein
typisches optisches Datenmuster in Verbindung mit einer Anwesenheits/Abwesenheits-Eigenschaft
eines Geschirres darstellt, sobald die optische Strahlungsquelle
eingeschaltet und ausgeschaltet wird;
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11 optische
Daten für
dunkle Kochgeschirre darstellt;
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12 optische
Daten für
glänzende
Kochgeschirre darstellt;
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13 ferner
die Daten von 11 und 12 darstellt,
insbesondere ein Signalmuster in Verbindung mit der Platzierungs/Entfernungs-Eigenschaft
des Geschirrs darstellt; und
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14 ein
Signalmuster in Verbindung mit der Geschirrgrößeneigenschaft darstellt, wenn
die optische Strahlungsquelle ein- und ausgeschaltet wird.
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1 veranschaulicht
ein Kochfeld 10, das aus einem beliebigen geeigneten Festkörpermaterial,
bevorzugt Glaskeramik, mit einer Unterseite 10a und einer
Oberseite 10b besteht. Wenigstens eine steuerbare Energiequelle,
schematisch dargestellt durch einen Block 12, ist unter
der Unterseite 10a angeordnet. Eine derartige Energiequelle
kann jede geeignete Energiequelle, wie zum Beispiel elektrische oder
Gasheizelemente oder Induktionsheizquellen umfassen. Ein Kochgeschirr 14 (zum
Beispiel ein Topf oder eine Pfanne) ist auf der oberen Kochoberfläche platziert
dargestellt. Die zu erwärmenden
Inhalte des Kochgeschirrs sind durch das Bezugszeichen 16 dargestellt.
Eine Energiequellensteuerung 20 ist dargestellt, wie sie
Signale an die Energiequelle 12 liefert.
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1 veranschaulicht
ferner eine optische Strahlungsquelle 22, um Strahlung
zu erzeugen und auf das Kochgeschirr auf dem Kochfeld zu richten. Ein
optischer Sensor 24 zum Messen der von dem Kochgeschirr
beeinflussten Strahlung ist mit einem Strahlungssammler 25,
einem Übertragungspfad 26, einem
Konzentrator 27, einem Filter 28 und wenigstens
einem optischen Detektor 30 dargestellt. Der optische Sensor
liefert Kochgeschirreigenschaften anzeigende Signale über eine
Signalaufbereitungseinrichtung 38 an einen Prozessor 40.
Der Abschnitt der Kochfeldunterseite 10a, der zu der von
dem Strahlungssammler 25 gesammelten Strahlung beiträgt, oder
der von dem Strahlungssammler 25 gesehen werden kann, wird
als das Sichtfeld bezeichnet.
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Der
optische Sensor 24 ist als direkt unter der Energiequelle 12 für die Überwachung
des Glaskeramikkochfeldes befindlich dargestellt. Die von dem Kochgeschirr 14 reflektierte
optische Strahlung passiert das Kochfeld, wird durch den Strahlungssammler 25 gesammelt
und trifft über
den Übertragungspfad 26,
Konzentrator 27 und das Filter 28 auf den optischen
Detektor 30. Das Filter 28 wird dazu genutzt,
das Spektrum der gemessenen Strahlung zu begrenzen, so dass die
Strahlung in geeigneter Weise die gewünschten Eigenschaften des Geschirrs
repräsentiert.
Insbesondere kann das Filter dazu genutzt werden, den Bereich von
Wellenlängen
auf diejenigen begrenzen, für
welche das glaskeramische Kochfeld im Wesentlichen transparent ist,
um dadurch dem Detektor zu ermöglichen
leichter die Anwesenheit, Abwesenheit und/oder andere charakteristische
Eigenschaften des Kochgeschirrs durch die Kochfeldoberfläche zu bestimmen.
Das Filter kann auch dazu genutzt werden, um eine Interferenz zu minimieren,
die durch die reflektierte Strahlung aus dem Glas, Umgebungsbeleuchtung
und Nicht-Glas-Reflexion bewirkt wird, indem der Wellenlängenbereich
auf den mit minimaler Reflexion begrenzt wird.
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Der
optische Detektor 30 kann für einige Anwendungen temperaturkompensiert
werden. Eine derartige Temperaturkompensation kann durch die Verwendung
eines Signals erreicht werden, das die Umgebungstemperatur um den
optischen Detektor 30 anzeigt. Beispielsweise kann ein
Temperatursensor, wie zum Beispiel ein Thermistor, verwendet werden,
welcher die Temperatur des optischen Sensors misst und welcher optional
mit Softwareprogrammen in dem Prozessor 40 verbunden ist,
indem getrennte Kanäle
eines A/D-Wandlers verwendet werden. Alternativ wird in einer weiteren
Ausführungsform
die Temperaturkompensation unter Anwendung einer getrennten Hardwareimplementation
erreicht.
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2 stellt
eine Teilquerschnittsansicht des Glaskeramikkochfeldes 10 dar,
bei dem ein Kochgeschirr 14 in Bezug auf die Oberseite
des Kochfeldes bewegt wird. 2 stellt
auch verschiedene Komponenten eines Lichtstroms dar. Ein Lichtstrom
ist die eine Oberfläche
durchquerende Strahlungsleistung, die typischerweise in Watt gemessen
wird. Die dargestellten Komponenten des Lichtstroms beinhalten den
Einfallsstrom 85, den reflektierten Strom 84,
den absorbierten Strom 82, den durchgelassenen Strom 86 und
den abgestrahlten Strom 88. Der durchgelassene Strom 86 führt zu einer
weiteren abgestrahlten und durchgelassenen Komponente 83,
welche zu den Wärmeübertragungseigenschaften
der Glaskeramik beiträgt.
Die durchgelassene Komponente 83 wird durch die Anwesenheit
oder Abwesenheit von Kochgeschirr 14 beeinträchtigt und
wird als die reflektierte Komponente 89 zurückreflektiert.
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Exemplarische
optische Detektoren 24 umfassen thermische Detektoren,
Quantendetektoren und weitere Detektoren (oder Sensoren) die für den erwünschten
Infrarotstrahlungsbereich (Breitbandsensoren) empfindlich sind.
Quantendetektoren oder Photonendetektoren haben ein reagierendes
Element, das auf die Anzahl oder die Mobilität freier Ladungsträger wie
zum Beispiel Elektronen oder Löcher
aufgrund einfallender Infrarotphotonen empfindlich sind. Beispiele
von Photonendetektoren umfassen Silizium-, Germanium- und InGaAs-Typen
unter anderem. Thermische Detektoren haben ein reagierendes Element,
das gegenüber
der Temperatur empfindlich ist, die sich aus der einfallenden Strahlung
ergibt, wobei exemplarische thermische Detektoren Wärmesäulen- und
bolometrische Detektoren umfassen. Ein zweiter relativ schmalbandiger
Quantendetektor, wie zum Beispiel eine Silizium- oder Germaniumphotodiode
wird als eine Alternative zu einem Breitbanddetektor verwendet,
um die Wellenlängenempfindlichkeit
aufzuspalten und die Spezifität und
Empfindlichkeit der Sensoranordnung zu steigern.
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In
einer Ausführungsform
gemäß Darstellung
in 3 weist der Übertragungspfad 26 einen Wellenleiter 34 auf.
In 3 ist der Wellenleiter 34 mit einem Eintrittsende 34a und
einem Austrittsende 34b dargestellt, durch welche die Infrarotstrahlung hindurchtritt,
um auf den optischen Detektor aufzutreffen. Das Einlassende 34 ist
mit einem Strahlungskollektor 34c dargestellt, welcher
die in den Übertragungspfad
eintretende Strahlung konzentriert. In der dargestellten Ausführungsform
weist der Wellenleiter 34 eine hohle rohrartige Konfiguration
mit einer Innenoberfläche
auf, welche eine gute Infrarotstrahlungsreflexion und einen sehr
niedrigen Emissionsgrad bereitstellt. Der Strahlungssammler 34c hat
bevorzugt die Gestalt einer kegelstumpfförmigen Oberfläche, eines
Rotationsparaboloids und eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators.
In ähnlicher
Weise kann das Austrittsende 34b einen Konzentrator aufweisen,
um so die aus dem Übertragungspfad
austretende Strahlung weiter auf den optischen Detektor 24 zu
konzentrieren.
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Ein
hohler rohrförmiger
Wellenleiter 34, wie er in 3 dargestellt
ist, besteht aus einem geeigneten Metall (zum Beispiel Kupfer) mit
einer Innenbeschichtung 48, die ein guter Infrarotreflektor
ist und einen sehr niedrigen Emissionsgrad aufweist, wie zum Beispiel
Gold. Um zu verhindern, dass das Metallrohrmaterial in die interne
Beschichtung 48 austritt, kann eine Barrierenschicht 49 zwischen
dem Metallrohr und der internen Beschichtung abgeschieden werden.
Eine derartige Barrierenschicht besteht aus irgendeinem geeigneten
Material wie zum Beispiel Nickel oder Nickelchrom.
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4 stellt
eine alternative Ausführungsform dar,
in welcher der Übertragungspfad
aus einen Wellenleiter 35 besteht, der aus einem Festkörpermaterial
hergestellt ist, das die Strahlung in dem ausgewählten Wellenlängenbereich
optisch leitet, wie zum Beispiel Glas, oder mit Al2O3 oder einem anderen geeigneten Infrarotübertragungsmaterial 46 gefüllt ist.
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Alternative
Eigenschaften des Kochgeschirreigenschaften-Detektionssystem weisen mehr als nur
einen optischen Detektor auf. Beispielsweise stellt 4 einen
zusätzlichen
optischen Detektor dar, der bei 36a und/oder in der Konzentrationsoberfläche bei 36b angeordnet
ist. Eine derartige mehrfache Detektorkonfiguration kann optische
Detektoren mit unterschiedlichen (zum Beispiel zwei) Wellenlängenempfindlichkeitsbereichen
aufweisen.
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In
einer Ausführungsform
muss unabhängig von
der Lage des optischen Detektors beziehungsweise der optischen Detektoren 24 die
Energiequelle 12 aktiviert oder eingeschaltet werden, bevor
der Detektor reflektierte Strahlung detektieren kann. In alternativen
Ausführungsform
ist der Detektor 24 so positioniert, dass er optische Strahlung
detektiert, die von dem Kochgeschirr 14 aufgrund von Umgebungslicht oder
einer ge trennten Lichtquelle wie zum Beispiel einer LED beeinflusst
wird.
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5 ist
eine Blockdarstellung, welche die Komponenten einer Ausführungsform
eines Detektorsystems 100 darstellt, das Sensoren enthält, die mit
dem Prozessor 40 verbunden sind, um Eingangssignale an
miteinander verbundene Berechnungseinrichtungsfunktionen zu liefern,
die sich innerhalb des Prozessor 40 befinden. Insbesondere
ist der optische Sensor 24 so geschaltet, dass er ein Signal
an die Signalaufbereitungsschaltung 38 weitergibt, welche
mit dem Prozessor 40 verbunden ist. Das durch die Schaltung 38 berechnete
aufbereitete optische Signal, wird über eine Signalleitung 102 an
eine Filterungs/Mittelungs-Berechnungseinheit 105 weitergeleitet.
Das durch die Berechnungseinrichtung 105 berechnete Ergebnis
wird an eine Berechnungseinrichtung 106 für eine erste
Ableitung geliefert, und wird auch über eine Signalleitung 108 an
eine Geschirreigenschafts-Erkennungsalgorithmus-Berechnungseinrichtung 11 geliefert,
welche aus einem Softwareprogramm bestehen kann, oder welche in
Hardware ausgeführt
sein kann.
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Das
berechnete Ausgangssignal der Berechnungseinrichtung 106 der
ersten Ableitung wird an eine zweite Filterungs/Mittelungs-Berechnungseinrichtung 103 und über eine
Signalleitung 109 an die Geschirreigenschafts-Erkennungsalgorithmus-Berechnungseinrichtung 111 geliefert.
Das berechnete Ausgangssignal der zweiten Filterungs/Mittelungs-Berechnungseinrichtung 103 wird
an eine "Extended
Calculus"-Berechnungseinrichtung 107 geliefert,
welche wiederum ein "Extended
Calculus"-Signal,
wie zum Beispiel eine zweite Ableitung des optischen Signals über eine
Signalleitung 110 an die Geschirreigenschafts-Erkennungsalgorithmus-Berechnungseinrichtung 111 liefert.
Die Berechnungseinrichtung 111 ist über eine Datenleitung 116 mit
einer Datenausgabeschaltung 150, über eine Datenleitung 114 mit
einer Energiequellensteuerung 152 und über eine Datenleitung 115 mit
einer Alarmanzeigeinrichtung 154 verbunden. Die Alarmanzeigeeinrichtung 154 kann
eine akustische, optische oder Datenanzeigeeinrichtung sein, um
anzuzeigen, dass eine vorbestimmte Geschirreigenschaft erfasst wurde.
Die Berechnungseinrichtung 111 ist ferner über eine
Datenleitung 113 mit der optischen Strahlungsquellensteuerung 42 verbunden.
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Filter 103 und 105 werden
zum Begrenzen von Rauschen in dem optischen Signal verwendet, um
die robuste Bestimmung der ersten Ableitung sowie des "Extended Calculus"-Ergebnisses, wie
zum Beispiel der zweiten Ableitung, zu vereinfachen.
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches ein exemplarisches Verfahren des in 5 dargestellten Systems 100 veranschaulicht.
Das in 6 veranschaulichte Verfahren beginnt mit dem Schritt
S1 (200) welcher die Erzeugung und Aufbereitung eines optischen
Signals beinhaltet. In einer Ausführungsform wird in dem Schritt
S2 (202) das aufbereitete Signal temperaturkompensiert.
Das Eingangssignal zu dem Schritt S3 (204) besteht aus
dem Ausgangssignal des Schrittes S1 oder optional des Schrittes
S2. Der Schritt S3 besteht aus einer Filterungsberechnung, wie zum
Beispiel Filterung oder wiederholten Mittelung oder, alternativ,
rekursiven Mittelung, um die Ermittlung von Kochgeschirreigenschaften
zu vereinfachen. Die spezifische Implementation hängt von
den gewünschten
Geschirreigenschaften ab. Die Filterungsberechnung beseitigt im
Wesentlichen das Rauschen und ermöglicht eine robuste Berechnung der
ersten Ableitung des gefilterten Signals im Schritt S4 (206).
In einer exemplarischen Ausführungsform ist
die Filterungsberechnung in einer solchen Weise implementiert, dass
jeder Signalwert durch den statistischen Mittelwert einer Anzahl
n vorheriger Signalwerte ersetzt wird. Die Anzahl der Punkte n ist eine Funktion
der tolerierbaren Reaktionsverzögerung und
ist so gewählt,
dass der Geschirreigenschaften-Erkennungsalgorithmus Geschirreigenschaften nahezu
in Echtzeit bestimmt. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl n
von Punkten relativ klein (wie zum Beispiel drei 3–10) gewählt, so
dass sie keine plötzlichen Änderungen
in dem den Geschirreigenschaften entsprechenden Signal oder dem
Ergebnis der Abfrage verzerren.
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Im
Schritt S4 wird die erste Ableitung des gefilterten Signals berechnet.
Insbesondere wird ein inkrementelles Ableitungssignal an vorbestimmten
Zeitintervallen berechnet, indem die Differenz zwischen dem aktuellen
und vorherigen Wert des Filtersignals, dividiert durch den Zeitschritt
zwischen den zwei Messwerten bestimmt wird. Das Ergebnis ist eine glatte
und leicht verzögerte
erste Ableitung des optischen Signals oder des die Leistung repräsentierenden
Signals. Für
kleine Werte von n ist die Verzögerung
sehr klein.
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Optional
wird die im Schritt S4 erhaltene erste Ableitung an den Schritt
S5 (208) geliefert, in welchem eine zweite Filterungsberechnung
der Ableitung berechnet wird, um dadurch Rauschen zu entfernen und
eine robuste Berechnung des "Extended Calculus"-Signals (zum Beispiel
einer zweiten Ableitung des Signals im Schritt S6 (210)
zu ermöglichen. Ob
irgendwelche Signaleigenschaften über die erste Ableitung hinaus
erwünscht
sind, hängt
von den interessierenden Geschirreigenschaften für eine spezielle Anwendung
ab. Diese zweite Filterungsoperation wird in einer ähnlichen
Weise wie bei dem Filterungsberechnungsschritt S3 implementiert.
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Die
in den Schritten S4 bis S6 berechneten Werte werden an den Geschirreigenschaften-Erkennungsalgorithmus 111 geliefert.
In einer exemplarischen Ausführungsform
ist der Algorithmus 111 ein Entwicklungsalgorithmus, der
Vergleichsregeln gemäß berechneten
Differenzen zwischen Detektorsignalpegeln und bekannten Signalmustern
aktualisiert. Das Ausgangssignal aus dem Algorithmus 111 wird an
eine Energiequellensteuerung 152 gemäß Darstellung in 5 übertragen.
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7 ist
eine schematische Blockdarstellung, welche Geschirreigenschaften
darstellt. Drei exemplarische Exemplarisch 300 sind Geschirrgröße 310,
Geschirrtyp 320 und Geschirrzustand 330. Die Geschirrgröße zeigt
im Wesentlichen die relative Größe (klein
oder groß)
von üblicherweise
verwendeten Geschirren an. Der Geschirrtyp bezieht sich darauf,
ob das Geschirr dunkel oder glänzend
ist. Die Geschirrzustandseigenschaft ist mit drei Eigenschaften
wie folgt dargestellt: Geschirrabwesenheit 340, Geschirranwesenheit 350 und
Geschirrübergangszustand 360,
wobei der Geschirrübergangszustand
entweder eine Geschirrplatzierung 370 oder Geschirrentfernung 380 umfasst.
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8 stellt
detaillierter die Beziehung zwischen zwei jedem Geschirr zugeordneten
Geschirrzuständen
in Kombination mit einem Kochfeld dar. Ein Geschirr befindet sich
entweder in einem Anwesenheits-Zustand 350 oder einem Abwesenheitszustand 340 in
Bezug auf eine Kochfeldoberfläche, oder
das Geschirr geht zwischen den Anwesenheits- und Abwesenheitszuständen über. Der Übergangsschritt
umfasst die Geschirrplatzierung 370 oder Geschirrentfernung 380.
Für jede
Geschirreigenschaft ist hierin ein Abfrageschema vorgesehen.
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9 veranschaulicht
die Transmissionseigenschaften eines typischen Glaskeramikkochfeldes.
Die zwei breiten Spitzenbereiche 61 und 62 stellen
relativ gute Transmissionsbereiche dar. Zwischen diesen Spitzen 61 und 62 befindet
sich ein schmaler Bereich 63, welcher im Wesentlichen keine
Transmission darstellt. Die Spitze 62 führt zu einem Bereich 64 mit
ei ner Wellenlänge,
bei dem keine weiter erkennbare Transmission mehr vorliegt. Bei
dem 9 dargestellten Beispiel ist die Übertragung
außerhalb
5 μm im
Wesentlichen Null. Der bevorzugte Empfindlichkeitswellenlängenbereich
für die
optischen Detektoren ist ein Bereich, in welchem die Transmission
durch die Glaskeramik im Wesentlichen größer als Null ist, wie zum Beispiel
die zwei breiten Spitzenbereiche 61 und 62.
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Im
Allgemeinen ist eine Geschirreigenschaftenabfrage hierin als eine
Folge einer Aktivierung wenigstens einer optischen Lichtquelle so
definiert, dass optische Strahlung, die während der Sequenz detektiert
wird, verarbeitet wird, um Information über die Geschirreigenschaft
zu erzeugen. Eine derartige Abfrage kann mittels aktiver Steuerung
der Lichtquelle ausgeführt
werden; oder sie kann passiv unter Verwendung eines Ein/Aus-Zyklusses
oder eines Zyklusses zwischen einem Energieversorgungszustand und
energielosem Zustand der Energiequelle, der durch eine getrennte
Energiesteuerung erzeugt wird, ausgeführt werden. Bei einer passiven
Abfrage würde
ein zusätzliches
Energie- oder ein Lichtpegelsignal bei der Ermittlung der Lichtquellenaktivierung
unterstützen.
Zusätzliche
Beispiele einer passiven Steuerung beinhalten die Verwendung einer
Umgebungslichtquelle sowie die Verwendung der Energiequelle, die
bereits eingeschaltet ist. Eine alternative passive Steuerung umfasst
die Erfassung von Übergängen der
Zustandseigenschaft dergestalt, dass die Strahlung nur überwacht
werden muss, wenn eine Lichtquelle eingeschaltet ist. Alternativ
kann eine Kombination von Lichtquellen verwendet werden, um die
Geschirreigenschaftenabfrage zu implementieren.
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Wie
hierin vorstehend erwähnt,
kann eine durch das Kochgeschirr beeinflusste Umgebungsbeleuchtung
dazu genutzt werden, um die Anwesenheit, die Abwesenheit und/oder
die Eigenschaften eines Geschirrs auf dem Kochfeld zu erfassen,
wenn die Strah lungsenergiequelle nicht eingeschaltet ist. Dieses
wird durch die Verwendung mehrerer getrennter Sensoren und eines
algorithmischen Ansatzes erreicht, der die Änderung des von dem Sensor ausgehenden
Signals erfasst. In gleicher Weise enthält, wie hierin vorstehend beschrieben,
eine alternative Ausführungsform
eine getrennte Lichtquelle wie zum Beispiel eine LED, um eine Quelle
für die
von dem Kochgeschirr reflektierte Strahlung bereitzustellen, die
unabhängig
von der Energiequelle ist.
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Wie
beschrieben, wird die von dem Kochgeschirr reflektierte Strahlung
dazu genutzt, um die Größe oder
die Art des Kochgeschirrs zu bestimmen. Eine derartige Information
wird dazu benutzt, um die Energiequelle in Bezug auf diese spezifischen
Eigenschaften des Kochgeschirrs zu steuern. Wenn die Energiequelle
als die Quelle der von dem Kochgeschirr reflektierten Strahlung
verwendet wird, wird die Energiequelle zu Beginn eingeschaltet,
um eine Strahlung zu erzeugen, welche von dem Kochgeschirr reflektiert
wird, welche dann dazu genutzt wird, um die Kochgeschirreigenschaften
auf der Basis des Sensorausgangssignals zu bestimmen. Diese Information
wird dazu genutzt eine Kombination von Strahlungsenergiequellen
unter der Annahme auszuwählen,
dass mehr als eine Quelle vorhanden ist, die optimal mit der Abmessung
des Kochgeschirrs übereinstimmt.
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Eine
Signalkommunikation unter unterschiedlichen Wärmequellen und Sensoren kann
als eine einzige Multiplexschnittstelle angeordnet sein. Die Multiplexierung
kann elektronisch oder optisch erfolgen.
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Geschirr-Anwesenheits/Abwesenheits-Eigenschaft
Die Geschirr-Anwesenheits/Abwesenheits-Eigenschaft wird überwacht,
indem die Differenz zwischen der reflektierten Strahlung aufgrund
der Anwesenheit des Geschirrs und der unbeeinflussten Strahlung,
wenn das Geschirr nicht vorhanden ist, erfasst wird. Insbesondere
ist dieses im Detail für
den Fall der Glasdurchtrittsoption mit dem unter dem Glas befindlichen
Detektor unter Anwendung der nachstehenden Definition dargestellt.
Eg = Emission aus dem Glas; Rg =
Reflexion aus dem Glas; und Rp = Reflexion
von dem Geschirr.
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In
einer Ausführungsform
ist Rp ein Wert, der anzeigt, ob ein Geschirr
vorhanden ist. Um diesen Wert zu überwachen, ist es erforderlich,
die Beiträge von
Eg und von Rg zu
beseitigen. Da die Reflexion nur vorhanden ist, wenn die Lichtquelle
eingeschaltet ist, wird Eg beseitigt, indem
der Unterschied zwischen einem Messwert, wenn die Lichtquelle eingeschaltet
ist und wenn die Lichtquelle ausgeschaltet ist, verwendet wird.
Insbesondere wird die Differenz zwischen P1 =
Eg + Rg + Rp und P2 = Eg unter Verwendung des Abfrageschemas gemäß Beschreibung
hierin mit einem Signalmuster wie es beispielsweise in 10 dargestellt
ist, erfasst.
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10 veranschaulicht
ein typisches Signalmuster in Verbindung mit der Kochfelddurchtritts-Oberflächeneigenschaft
einer Kochgeschirr-Anwesenheit/Abwesenheit. Bei 220 wurde
die Lichtquelle (das heißt,
die Energiequelle in einer bevorzugten Ausführungsform) ausgeschaltet,
um einen Basismesswert zu erhalten. 10 enthält drei
unterschiedliche Wiederholungen der Abfrage (das heißt, dargestellt
durch Horizontalachsenmesswerte bei angenähert 40, 85 und 165), die die
bei verschiedenen Zeitpunkten bei verschiedenen Glastemperaturen
ausgeführten
Abfragen repräsentieren.
Das bei 224 erhaltene Aus gangssignal des optischen Sensors,
wenn die Lichtquelle eingeschaltet worden ist, ergibt den Messwert
P1. Das bei 224 erhaltene Ausgangssignal
des optischen Sensors, wenn die Lichtquelle ausgeschaltet worden
ist; wird genutzt, um den Messwert P2 zu
erhalten. Die Differenz der Messwerte (d. h., P1 – P2 = Rg + Rp) wird von dem Prozessor dazu genutzt, um
zu ermitteln, ob die Strahlung wesentlich größer als Rg ist,
um die Geschirreigenschaft der Geschirr-Anwesenheit/Abwesenheit
abzuleiten.
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Der
nächste
Schritt in dem Abfrageprozess besteht in der Elimination des Beitrags
von Rg aus der Messung. Drei alternative
Ausführungsformen beinhalten
die Nachstehenden: Verwenden eines bekannten Rg;
Abschätzen
oder Messen des Wertes Rg; und proaktives
Minimieren des Wertes von Rg für minimalen
Einfluss. Das Erstere wird ausgeführt, indem wenigstens eine
von den vorherigen Glasreflexionsmessungen und Kalibrierungstechniken
genutzt wird.
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In
einer Ausführungsform
wird P1 – p2 – Rg est mit Null verglichen,
wobei Rg est ein
geschätzter
Wert der Reflexion aufgrund des Glases ist. In einer weiteren Ausführungsform
wird Rg unter Verwendung von zwei unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen
und zwei unterschiedlichen Detektoren oder optischen Strahlungsquellen
gemessen. Aufgrund der bekannten Reflexionskurve in Verbindung mit
dem Glas kann ein Messwert bei einer Wellenlänge dazu genutzt werden, um
den Messwert bei einer anderen Wellenlänge zu extrapolieren. In noch
einer weiteren Ausführungsform
wird Rg unter Verwendung von zwei unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen
gemessen, indem die Energiequelle unter Verwendung unterschiedlicher
Leistungswerte gesteuert wird, um eine Strahlung zu erhalten, die
durch die Energiequelle in zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
ausgestrahlt wird. In allen von den vorstehenden Fällen wird
der zweite Wellenlängenbereich
so gewählt,
dass er in dem Bereich liegt, wo das Glas undurchsichtig ist. Demzufolge
wird in diesem letzteren Bereich eine Unabhängigkeit von den Effekten des
Geschirres erzielt, d. h., die Unabhängigkeit von R. Der zweite
Wellenlängenbereich
wird ebenfalls so gewählt,
dass die Reflexion Rg des Glases im Wesentlichen
dieselbe wie die des Erfassungsbereichs ist oder direkt damit in
Beziehung steht, (wie zum Beispiel durch Überproportionalität).
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Alternativ
wird der Wellenlängenbereich
der Empfindlichkeit des Detektors so gewählt, dass Rg so klein
wie möglich
ist. Als noch eine weitere Alternative wird Rg gemessen,
wenn kein Geschirr vorhanden ist und während einer Periode in der
nicht gekocht wird. Optional enthält der Berechnungsalgorithmus für die Platzierungs/Entfernungs-Eigenschaft
die Detektion eines Kalibrierungssignalwertes entweder zu einem
Zeitpunkt einer Nichtbenutzung oder während einer angegebenen Kalibrierungsperiode.
Eine Differenz wird zwischen dem aktuellen Signalwert und dem Kalibrierungssignalwert
berechnet.
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Geschirr-Platzierungs/Entfernungs-Eigenschaft
und Geschirrtypeigenschaft
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Die
Geschirrplatzierung und Entfernung umfasst die Übergänge zwischen den Geschirranwesenheits-
und Abwesenheitszuständen
gemäß Darstellung
in 8. Diese Übergänge werden
durch Überwachen
der Änderungen
in dem reflektierten oder beeinflussten Licht, die durch die Bewegung
des Geschirrs auf den Brenner oder von dem Brenner weg verursacht
werden, erfasst.
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11 und 12 stellen
typische Signalmuster dar, welche die optischen Daten für die Platzierung
und Entfernung für
dunkle beziehungsweise glänzende
Kochgeschirre anzeigen. 11 entspricht
einem dunklen optisch absorbierenden Geschirr, wie zum Beispiel
einem CalphalonTM-Geschirr. 12 entspricht
einem glänzenden,
optisch reflektierenden Geschirr wie zum Beispiel einem RevereWareTM-Geschirr. In 11 und 12 stellen
die Punkte 232 und 242 die Zeitpunkte dar, an
welchen die Strahlungsenergiequelle zu Beginn eingeschaltet wird.
Die Punkte 234 und 244 repräsentieren die Platzierung des
Kochgeschirrs auf dem Kochfeld. Die Punkte 236 und 246 repräsentieren
die Entfernung des Geschirrs von dem Kochfeld. Die Punkte 118 und 128 repräsentieren
die Entfernung des Kochgeschirrs von dem Kochfeld und das Ausschalten
der Strahlungsenergiequelle. Wie man sehen kann, variiert das Sensorsignal
abhängig
von dem Typ des Kochgeschirrs und dem Zeitpunkt, für welchen
die Strahlungsenergiequelle eingeschaltet wurde.
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11 und 12 stellen
den Fall dar, in welchem das Kochgeschirr bereits vorhanden ist, wenn
die Strahlungsenergiequelle zum ersten Mal eingeschaltet wird. Es
liegt ein im Wesentlichen plötzlicher
Sprung in den Signalmustern an den Punkten 232 und 242 vor,
wenn die Wärmequelle
eingeschaltet wird, und es liegt ein proportionaler Abfall in den
Signalmustern an den Punkten 238 und 248 vor,
wenn die Wärmequelle
ausgeschaltet wird.
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13 stellt
ein typisches Signalmuster in Verbindung mit der Kochfelddurchtritts-Oberflächeneigenschaft
der Kochgeschirr-Platzierung/Entfernung dar. Für die Abfragephase ist keine
Steuerlogik erforderlich, da die Abfrage inhärent in der Aktion durch den
Benutzer vorliegt, der das Kochgeschirr während der Platzierung und Entfernung
bewegt. 13 stellt ein Signalmuster dar,
das ein charakteristisches Überschwingen 251 veranschaulicht,
wenn das Geschirr platziert wird und ein charakteristisches Unterschwingen 253 wenn
das Geschirr entfernt worden ist. Das Überschwingen ist abhängig von
dem Typ und der Größe des Kochgeschirrs
sowie der Geschwindigkeit und dem Grad der momentanen Bewegung des
Geschirrs während
des Prozesses der Platzierung oder Entfernung. Die Größe des Signalanstiegs
oder Abfalls für
das dunkle Kochgeschirr von 11 ist
größer als
die für
das glänzende
Geschirr von 12. Somit können zusätzliche Eigenschaften des Kochgeschirrs
aus dem Ausmaß und
der Form dieser Überschwingungen
erhalten werden.
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Geschirrgrößeneigenschaft
-
Das
Abfrageschema für
die Geschirrgrößeneigenschaften
ist für
eine Einzelbrennerkonfiguration, die Innen- und Außenbrenner
enthält,
wie folgt. Schritt 1: der innere Brenner wird für eine Zeitdauer Ton (zum
Beispiel 5 bis 15 Sekunden) eingeschaltet und wird dann für eine weitere
Zeitdauer Tuff (zum Beispiel 2 bis 10 Sekunden) ausgeschaltet. Schritt
2: der äußere ringförmige Teil
des Brenners wird für eine
Zeitdauer Ton (zum Beispiel 5 bis 15 Sekunden) eingeschaltet
und wird für
eine weitere Zeitdauer Toff (zum Beispiel
2 bis 10 Sekunden) ausgeschaltet. Schritt 3: sowohl die inneren
als auch die äußeren Teile
des Brenners werden nacheinander für eine Zeitdauer Ton (5 bis
15 Sekunden) eingeschaltet und dann nacheinander für eine Zeitdauer
Toff (zum Beispiel 2 bis 10 Sekunden ausgeschaltet).
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14 stellt
ein typisches Signalmuster in Verbindung mit der Kochfelddurchtritts-Oberflächeneigenschaft
der Geschirrgröße dar,
welches insbesondere das Signal für jeden der vorstehend beschriebenen
Schritte 1 bis 3 veranschaulicht. Das Signal steigt rasch an, wenn
einer oder beide Brenner eingeschaltet werden und fällt dann
ab, wenn die Brenner ausgeschaltet werden. Die Signalspitze 281 entspricht
dem Einschalten des inneren Brenners. Die Spitze 282 entspricht
dem Ein schalten des äußeren Brenners
und die Spitze 283 entspricht dem Einschalten beider Brenner.