FR2880114A1 - Procede de controle de la qualite de produits lors de leur traitement thermique, par radiometrie micro-ondes - Google Patents
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Abstract
Un procédé de contrôle de la qualité d'un produit obtenue après que ledit produit ait subi un traitement thermique, dans le domaine du chaud ou dans le domaine du froid, caractérisé en ce que :- on effectue une mesure, par radiométrie micro-ondes , de la variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit , afin d'obtenir ainsi une courbe « expérimentale »;- on dispose d'une courbe « référence » de variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, permettant d'obtenir un niveau de qualité requis pour ledit produit à l'issue dudit traitement ;- on effectue en temps réel durant le traitement la comparaison entre ladite courbe expérimentale et ladite courbe référence ;- on effectue le cas échéant , selon le résultat de cette comparaison, une rétroaction sur l'un des paramètres du traitement thermique (approvisionnement en fluide cryogénique, vitesse de ventilation...), afin de réajuster le profil de température recherché.
Description
La présente invention concerne le domaine des traitements thermiques
apportés à des produits, qu'il s'agisse par exemple de verre, de matières plastiques ou encore de produits agroalimentaires, que ces traitement soient réalisés à chaud ou à froid.
En considérant dans ce qui suit l'exemple de produits alimentaires, qu'il s'agissent à titre illustratif de cuissons, de tempérages, de refroidissements, ou encore de surgélations.
Il est maintenant bien établi que le contrôle de la température de produits au cours du temps lors de leur traitement thermique est une étape clé de la maîtrise de la qualité du produit, c'est par exemple le cas des caractéristiques de polymères obtenus, c'est aussi le cas dans le domaine agroalimentaire avec les propriétés microbiologiques, organoleptiques, etc.. obtenues pour ces produits.
Ainsi en considérant l'exemple des produits agroalimentaires, on constate en pratique les phénomènes suivants, quelque soit le procédé concerné et qu'il soit mis en oeuvre dans un traitement en continu ou en mode batch : - la température des produits en cours de traitement est hétérogène (existence d'un gradient entre la surface et le coeur du produit traité), - la qualité organoleptique du produit obtenue à l'issue de l'opération de cuisson et/ ou de refroidissement et/ou surgélation est très intimement liée à la maîtrise de la cinétique de montée ou de descente en température du produit choisi.
On peut donner ci-dessous quelques exemples dans l'univers des produit carnés: - innocuité et tendreté du jambon cuit, - cuisson à point d'un steak surgelé sur grill (fast food) assurant la sécurité alimentaire, maturation de la viande crue, - exsudation et texture de la viande surgelée (après décongélation).
En référence aux exemples donnés ci-dessus, les technologies disponibles autorisent: - dans le cas des procédés batch , le suivi en cours de traitement de la température à coeur par piquage d'une pièce de produit par une sonde de température (thermocouple), quand la structure du produit le permet, - que le traitement soit réalisé en mode batch ou continu, le suivi des températures à l'intérieur des appareils de traitement (mesure indirecte, modélisation et extrapolations nécessaires pour atteindre une évaluation et le contrôle de la température du produit) , - le suivi du profil du produit lors du traitement par l'utilisation d'un capteur embarqué (ce qui veut dire un contrôle intrusif voire destructif, contrôle par échantillonnage et non du lot tout entier), - le contrôle (parfois destructif) de la température des pièces en fin de traitement (mesure en sortie de procédé : contrôle final par exemple par piquage à l'aide d'un thermocouple), - le suivi parfois continu et non intrusif de la température de la surface à l'aide d'une sonde infra-rouge. Ici les remarques à faire sont nombreuses puisque une telle méthode pose un problème d'intégration de l'appareillage à l'intérieur de l'enceinte (résistance de l'électronique), un problème de précision/fiabilité puisque les mesures sont largement parasitées par tout l'environnement (par exemple la présence de givre dans un tunnel cryogénique).
Ces mesures et contrôles ne prennent donc pas en compte l'évolution de la température du produit tout entier au cours du temps lors du traitement (il ne s'agit pas d'une mesure systématique, continue, directe et en temps réel pour le contrôle du profil idéal de montée ou de descente, seul type de contrôle permettant d'optimiser la qualité des produits).
Prenons l'exemple dans ce qui suit de l'optimisation de la qualité dans un procédé de surgélation d'un produit agroalimentaire.
L'objectif est par exemple de surgeler les aliments puis de les restituer dans un état de fraîcheur le plus identique possible à celui que procure l'état frais initial, ceci par le contrôle du profil temps / température.
Chaque produit agroalimentaire destiné à la surgélation possède des caractéristiques propres définissant sa qualité initiale. De la même manière, le produit agroalimentaire surgelé obtenu après le procédé de surgélation se caractérise en qualité par la mesure d'un certain nombre de paramètres.
Pour obtenir une qualité optimale de produit surgelé, il convient de bien définir, en regard de ce qui le caractérise avant et après l'étape de surgélation, le profil consigne ou référence de descente en température moyenne que l'on souhaite suivre.
Ce profil traduit l'évolution au travers du produit de la température mais aussi la progression du front de surgélation ainsi que la vitesse de la cristallisation dont l'influence sur la qualité finale du produit surgelé est bien établie (taille des cristaux, forme des cristaux....).
Des solutions alternatives ont été proposées pour palier au défaut de technologie en la matière, parmi lesquelles ont peut citer les exemples suivants Domaine des basses températures: capteurs continus non intrusifs: Les documents WO/0193675 et WO/9314652 proposent un pilotage de l'optimisation qualité des produits surgelés par la maîtrise du flux de chaleur extraite. Un capteur de flux est proposé, ceci ne représente donc pas un contrôle de la température.
Les documents EP-1 108 998 et US-6 359 911 proposent quant à eux d'atteindre la température moyennée à partir de l'évolution de la température de surface (infra rouge). Ceci ne représente donc pas une mesure directe.
Le document WO/9624862 analyse le taux de glace par mesure RMN et le traduit en extraction de chaleur pour le pilotage de la surgélation. Ceci ne représente donc ni une mesure directe, ni une mesure de température. On conçoit qu'une telle méthode pose indiscutablement des problèmes d'intégration de d'applicabilité en ligne.
Domaine de la cuisson et des hautes températures: Le document US-5 181 778 propose un pilotage non intrusif et continu par l'application d'ultra-sons (analyse de la partie réfléchie et absorbée qui est 30 fonction de la température).
Les documents US-6 264 352 et US-6 536 945 proposent un pilotage continu et non intrusif par capteur de flux.
Le document WO97/39317 propose un capteur magnétique embarqué pour suivre l'évolution du traitement thermique.
Le document WO 00/228292 propose un suivi en cours de cuisson à l'aide d'une mesure par infra rouge ou ultra sons déterminant la température interne du produit.
On constate aisément à la lecture de cette analyse de l'état antérieur de la technique qu'il y a un réel besoin de pouvoir disposer d'une nouvelle méthode permettant d'optimiser la qualité (propriétés organoleptiques, microbiologique, etc....) des produits.
Ceci est réalisé selon la présente invention par l'accomplissement d'un contrôle ponctuel, systématique, direct et continu de la température volumique moyenne du produit traité ou en cours de traitement dans les conditions contraignantes suivantes: - Le produit est hétérogène en température en différents points au cours du traitement, - La mesure est non intrusive et sans contact.
Une telle nouvelle méthode permet de piloter le profil temps / température du produit dans sa globalité à l'aide d'un ou plusieurs points de mesure.
Selon la présente invention, ce contrôle est réalisé en mettant en oeuvre des mesures de température par radiométrie micro-onde.
Rappelons le fait que cette méthode de mesure utilise le fait par ailleurs connu que sous l'effet de l'agitation thermique, tout corps dissipatif émet spontanément un rayonnement électromagnétique dans une bande de fréquences s'étendant de l'infrarouge aux hyperfréquences (dans une gamme de fréquence typiquement de l'ordre de 0,3 à 300 GHz environ). La radiométrie micro-onde permet d'obtenir de façon non intrusive une information sur la température moyenne qui règne au sein d'un corps. Elle constitue donc une solution très intéressante et élégante pour répondre aux besoins du contrôle non destructif de température au sein des matériaux.
La puissance de bruit d'origine thermique émise par un corps dissipatif est directement proportionnelle à sa température dans une bande de fréquence donnée. Bien que le rayonnement émis soit relativement faible (de l'ordre de quelques picowatts), il peut cependant être capté à l'aide d'un dispositif radiométrique constitué d'un capteur relié à un radiomètre, fonctionnant dans une bande de fréquence judicieusement choisie, en fonction de l'information recherchée.
Chaque volume élémentaire du corps ciblé est pondéré par le diagramme de réception du capteur visant ce corps.
Comme on va le voir plus en détails ci-après, la méthode permet de comparer à tout moment la courbe réelle du procédé avec une courbe consigne ou référence caractérisant le produit et donc, par l'intermédiaire d'un système de régulation adéquat, de réaliser, au cours du procédé, le profil de descente (ou de montée) en température idéal permettant d'optimiser, d'un point de vue de la qualité du produit, le procédé de traitement (par exemple de surgélation ou encore de cuisson) du produit.
De tels radiomètres micro-ondes sont par exemples décrits dans les documents antérieurs suivants: FR-2 650 390 et FR-2 679 455. Nous rappellerons ci-dessous plus en détail leur fonctionnement en liaison avec les figures 1 et 2 annexées.
La présente invention concerne alors un procédé de contrôle de la qualité d'un produit telle qu'obtenue après que ledit produit ait subi un traitement thermique, dans le domaine du chaud ou dans le domaine du froid, caractérisé en ce que: - on effectue une mesure, par radiométrie micro-ondes, de la variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit permettant d'obtenir ainsi une courbe expérimentale; - on dispose d'une courbe référence de variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, permettant d'obtenir un niveau de qualité requis pour ledit produit à l'issue dudit traitement; - on effectue en temps réel durant le traitement la comparaison entre ladite courbe expérimentale et ladite courbe référence; - on effectue le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, une rétroaction sur l'un des paramètres du traitement thermique afin de réajuster le profil de température recherché.
A titre illustratif, et selon le traitement thermique considéré et les produits ainsi traités on pourra procéder aux retroactions suivantes: des actions sur la puissance thermique développée par l'enceinte de traitement (consignes des zones de température d'un four, puissance de brûleurs dans un four de verre, sprays d'azote liquide dans un tunnel de congélation cryogénique....) ; - des actions sur les conditions d'échange thermique dans l'enceinte (convection, ventilation, extraction des gaz...) ; - des actions sur le temps de séjour du produits dans l'enceinte de traitement (vitesse du convoyeur...).
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - on fait varier la fréquence de travail du radiomètre, de façon à faire varier la profondeur de produit au sein de laquelle s'effectue la mesure de température radiométrique, pour permettre l'obtention d'au moins deux courbes expérimentales de variation au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, correspondant à au moins deux profondeurs différentes au sein du produit.
- les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de température à l'intérieur du produit.
- ledit traitement thermique est un traitement de surgélation du produit et les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de surgélation à l'intérieur du produit.
- on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant un seul radiomètre comportant au moins deux ensembles de traitement électronique du signal fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes, et relié à un ou plusieurs capteurs.
- on fait varier la fréquence de travail en utilisant plusieurs radiomètres distincts, fonctionnant chacun dans une bande de fréquences particulière et distincte, relié à un ou plusieurs capteurs.
En considérant ci-dessous l'exemple de la surgélation de produits alimentaires dans un tunnel cryogénique, on va illustrer un mode d'obtention d'une telle courbe référence dans le cas d'un produit donné, par exemple la fraise.
- on a prédéfini un niveau de qualité requis pour ces produits après surgélation, tenant compte d'un ou plusieurs critères d'évaluation (ex: analyses sensorielles par un panel, texture, couleur, exsudat, ...) ; lors d'une première étape, on va simuler, dans une enceinte expérimentale adéquate, autant de cinétiques de profils de descente en température que nécessaire, la température des produits étant contrôlée par toute méthode disponible, mais préférentiellement par radiométrie micro-onde; - on va procéder, pour chaque produit obtenu à l'issue de ces profils de descente en température, aux analyses qualitatives requises (ex: analyses sensorielles par un panel, texture, couleur, exsudat, ....), et on va en déduire, compte tenu du niveau de qualité requis, au moins un profil convenant à l'obtention de ce niveau de qualité (que l'on désignera alors comme profil référence ).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des exemples ci-dessous détaillés, en liaison avec les figures suivantes: - la figure 1 est une vue schématique de principe d'une installation de mesure de température sans contact.
- la figure 2 est un schéma de principe d'un radiomètre à deux références internes de température.
- la figure 3 est une vue générale de l'implantation de capteurs discrets de température dans un tunnel de surgélation.
- la figure 4 est une vue générale de l'implantation d'un seul capteur monolithique dans un tunnel de surgélation.
- la figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l'invention (multifréquences).
- la figure 6 donne une vue du principe de scanning en température selon l'épaisseur d'un produit afin de générer un profil thermique.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif de traitement thermique 1, tel que par exemple un tunnel cryogénique de surgélation de produits alimentaires, ou un four industriel, ou autre, pouvant soumettre un corps 2 à un traitement thermique, tel que par exemple, et respectivement, une surgélation ou une cuisson. Le dispositif de traitement thermique comprend une enceinte 3 comprenant des éléments de traitement thermique 4, tels que par exemple des éléments de refroidissement ou de chauffage. Le corps 2 ou une pluralité de corps discrets 2, sont placés dans l'enceinte de manière à être soumis à un tel traitement thermique, de manière à être par exemple, et respectivement, surgelés ou cuits. Le ou les corps 2 peuvent être placés dans l'enceinte 3, ou être transportés sur une ligne de production 5 comprenant par exemple un tapis convoyeur 6 mis en mouvement par l'intermédiaire de deux ou plusieurs dispositifs d'entraînement 7. Dans ce cas, le ou les corps 2 entrent sur un côté d'entrée 8 du dispositif de traitement thermique 1, sont soumis au traitement thermique et ressortent d'un côté de sortie 9 du dispositif de traitement thermique 1.
Le corps 2 n'est pas nécessairement un produit discret, mais peut par exemple être un produit continu, par exemple sous forme granuleuse, fluide ou autre.
Le corps 2 étant soumis à un traitement thermique, il est intéressant de contrôler la température du corps 2, par exemple avant sa sortie du dispositif de traitement thermique 1, par exemple afin de réguler la puissance des éléments de traitement thermique 4, le temps de traitement, ou autre. En outre, si le produit 2 est un produit alimentaire, des normes peuvent exiger que ce contrôle de tempé- rature soit fait sans contact entre le produit alimentaire 2 et un élément extérieur.
Dans ce cas, on ne peut pas utiliser une sonde mesurant la température du corps 2 par contact ou intrusion dans le corps. On peut en revanche utiliser pour ce faire, un radiomètre 10 comportant un capteur 11 apte à capter les ondes radio- fréquences ou micro-ondes (dans un domaine de fréquences typiquement compri- ses entre 0,3 et 30 GHz environ) émises par le corps 2. Ce domaine de fréquen- ces est particulièrement intéressant car il permet d'obtenir une information sur la température moyenne volumique du corps 2, globalement moyennée sur tout le volume du corps 2, pour un corps discret, ou sur un volume situé au voisinage du capteur 11 pour un produit continu.
Un radiomètre 10 utilisable dans ce cadre est, on l'a dit, par exemple décrit dans la demande de brevet FR-2 679 455, dont les principes seront repris ci-après. Ce type de radiomètre 10 est tout à fait satisfaisant dans le cas où l'on peut connecter le capteur 11 directement à l'entrée 27 du radiomètre, néanmoins il s'avère que, par exemple pour des raisons d'ambiance hostile ou d'encombrement, on doit éloigner les équipements comprenant des dispositifs électroniques de l'intérieur de l'enceinte 3. En effet, par exemple dans les cas de traitement thermique dans des conditions extrêmes (surgélation, cuisson, ...) les appareils électroniques supportent relativement mal ce genre de conditions extrêmes. Par conséquent, seul le capteur 11, tel qu'une antenne adaptée, reste situé à l'intérieur de l'enceinte 3, et est alors relié au radiomètre 10 par un organe de liai- son 12 de longueur comprise entre un et plusieurs mètres, par exemple 20 mètres ou plus. Un tel organe de liaison 12 relie le radiomètre 10 à la fiche de connexion 25 du boîtier 24 comprenant le capteur et ce que l'on peut appeler un câble de capteur 31 interne au boîtier 24 reliant la fiche de connexion 25 au capteur 11 proprement dit. Ainsi, le capteur 11 capte un signal radiométrique émis par le corps, et transmet celui-ci vers le radiomètre 10, celui-ci mesurant en entrée un signal transmis, correspondant au signal émis (capté par le capteur) atténué lors de la transmission le long de l'organe de liaison 12 et augmenté du signal de bruit thermique propre à l'organe de liaison.
L'utilisation d'un tel organe de liaison 12 n'est pas sans poser problème sur site industriel pour la mesure de température. En effet, les pertes (aL) et la température de bruit TL;aison de l'organe de liaison peuvent entraîner une modification très importante du niveau de signal recueilli par le radiomètre 10, ces caractéristiques étant variables et dépendant notamment de la température de l'environnement ou autre.
Le principe général du fonctionnement de l'installation est maintenant décrit en référence à la figure 2. Le radiomètre 10 comporte un premier commutateur micro-ondes 13 pouvant être relié à quatre voies (1/2/3/4) : une première voie d'entrée 27 reliée par l'organe de liaison 12 au capteur 11, un court circuit 15, une première unité d'étalonnage 16, sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température Ti donnée connue, et - une deuxième unité d'étalonnage 17, réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température T2 donnée connue.
- Dans une réalisation pratique, les câbles internes reliant respectivement les bornes 1,2,3,4 respectivement aux éléments 15,27,16 et 17 présentent des caractéristiques identiques (pertes et température).
Le premier commutateur 13 est relié en son autre borne à un circulateur 18, tel qu'un circulateur micro-ondes comprenant trois bornes, la première 18a étant reliée, comme ceci vient d'être décrit, au premier commutateur 13, la deuxième borne 18b étant reliée à une sortie du circulateur 18 et la troisième 18c étant reliée à un deuxième commutateur micro-ondes 19 pouvant commuter alter-nativement entre: - une première référence interne de température 20 réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température TR1, et - une deuxième référence interne de température 21, par exemple réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température de référence TR2 différente de TR1.
La borne de sortie 18b du circulateur est reliée à un ensemble de traitement électronique micro-ondes 22 adapté pour traiter le signal reçu par le court-circuit 15, la borne d'entrée 27, la charge d'étalonnage 16 ou la charge d'étalonnage 17, de manière à délivrer en sortie une tension Vs exploitable, et comprenant en particulier, de manière connue, un filtre 23 compris entre deux amplificateurs micro-ondes 24a, 24b, un détecteur 35 et un amplificateur continu 36. Une première étape consiste à étalonner le radiomètre.
Pour ce faire, et comme décrit dans FR-2 679 455, on procède comme suit: le premier commutateur 13 étant relié au court circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on détecte une tension Vai, - le premier commutateur 13 étant toujours connecté au court circuit 15 et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension Vbl, - le premier commutateur 13 étant relié à la première unité d'étalonnage 16, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension Va3, - le premier commutateur 13 étant relié à la première unité d'étalonnage 16 et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension Vb3, - le premier commutateur 13 étant relié à la deuxième unité d'étalonnage 17, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première réfé- rence de température 20, on mesure une tension Va4i et - le premier commutateur 13 étant relié à la deuxième unité d'étalonnage 17, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure la tension Vb4.
Ces différentes étapes sont mises en oeuvre dans un ordre indifférent.
A partir de ces différentes mesures, une unité d'évaluation 32 du radiomètre permet de déterminer les températures de références apparentes Trie et Tr2e qui permettent de prendre en compte les imperfections des composants qui constituent l'électronique du radiomètre 10.
Les valeurs de ces températures de références Trie et Tr2e, sont alors 25 déduites des expressions: Trie = Tl(Val Va4)(Vbl Vb3 Val + Va3) T2(Val Va3)(Vbl Vb4 Val + Va3) (Vbl Vb3)(Val Va4) (Val Va3)(Vbl Vb4) Tr2e = Tl(Vbl Vb4)(Vbl Vb3 Val + Va3) + T2(Vbl Vb3)(Vbl Vb4 Val + Va3) (Vbl Vb3)(Val Va4) + (Val Va3)(Vbl Vb4) L'étape d'étalonnage précédente peut être mise en oeuvre avant la mise en route du traitement thermique, ou au cours de celui-ci, de manière répétée.
Selon l'invention, la phase de mesure de la température du corps 2 5 soumis au traitement, peut se résumer en quatre phases successives de la manière suivante: - le premier commutateur 13 étant relié au courtcircuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une première tension: Val = K 'Trie ' - le premier commutateur 13 étant relié à la borne 27 à laquelle est relié le capteur 11 par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension: Va2=K PTr1eaL2+(1-aL)TLiaison+ paL(1-aL)TLiaison +aL(1-p)T) 15 - le premier commutateur 13 étant relié au court circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension: Vbl = K'Tr2e et - le premier commutateur 13 étant relié à la borne 27 à laquelle est relié le capteur 11 par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on me-sure une tension: Vb2 = K (pTr2eaL2 +(1-aL)TLiaison +paL(1-aL)TLiaison +aL(l-p)T) - où K' désigne une constante de l'installation qui dépend en particu- lier du gain de l'électronique 22 et de la bande-passante du dispositif, - p désigne la valeur du coefficient de réflexion du capteur 11, et - T désigne la température mesurée pour le corps 2.
aL désigne les pertes ou atténuation de l'organe de liaison 12. 30 TLiaison désigne la température de l'organe de liaison 12.
Par conséquent, à partir des quatre équations précédentes, la température du corps 2 s'obtient par la formule: T =T. + aL [(Va1 Va2) Tr2e (Vbl Vb2)Tr1e +ThaisonVb1 Val + Va2 Vb2)] liaison 2(v) aL al Vbl Va2+Vb2 Cette température correspond globalement à la moyenne, sur un volume dépendant principalement de la nature, la position et l'orientation du capteur 11, de la température du corps 2.
Les quatre phases décrites précédemment permettent également d'obtenir la valeur du coefficient de réflexion du capteur: Va2 Vb2 1 Val Vbl I aL2 Les tunnels cryogéniques de surgélation de produits alimentaires utilisent des gaz liquéfiés (azote ou CO2) pour maintenir une atmosphère extrêmement froide à l'intérieur d'un volume semi-fermé dans lequel passent, selon une allure régulière, les produits alimentaires supportés par un tapis convoyeur.
La technique de contrôle la plus utilisée jusque là reste la régulation de 20 température des gaz de l'enceinte cryogénique dans laquelle passent les produits, selon un ou plusieurs points.
Nous allons décrire ci-dessous plusieurs arrangements convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Selon un premier mode de réalisation, l'enceinte de surgélation, qui fonctionne en mode batch est équipée d'un seul capteur radiométrique.
Selon un second mode de réalisation (illustré en figure 3 ci-après) , l'enceinte de surgélation est un tunnel, qui est équipé de plusieurs capteurs radiométriques, en complément des capteurs traditionnels utilisés pour la régulation de tels équipement de surgélation cryogénique. P=
Cette série de capteurs est choisie en fonction du champs de vision souhaité (chargement des produits: vrac ou unitaires, épaisseur de produit que l'on souhaite analyser...).
Par exemple, un capteur radiométrique peut se trouver en entrée de tunnel pour la détermination de la température initiale moyenne du produit, et un ou plusieurs capteurs sont situés à l'intérieur du tunnel, tandis qu'un capteur est placé en sortie de tunnel de surgélation cryogénique. Tous sont reliés à un système d'acquisition et de traitement des données adéquat permettant de garantir l'obtention de la température de consigne associée au produit en sortie d'équipement.
Leur nombre est directement fonction de la précision d'échantillonnage de température que l'on désire obtenir sur toute la longueur du tapis en froid. Par exemple un tunnel d'une longueur de 6 mètres utiles , peut comporter 12 capteurs et de ce fait donner la température moyenne volumique tous les 50 cm le long du tapis-convoyeur.
Le dispositif, placé au-dessus du tapis-convoyeur du tunnel cryogénique de façon à ne pas gêner le passage des produits, permet donc de mesurer la température moyenne volumique des articles placés en vis-à- vis, en défilement continu.
Ces capteurs sont connectés à un ou plusieurs radiomètres possédant des systèmes de mise en forme du signal et d'acquisition, qui sont chargés deconvertir les signaux reçus en valeur de température selon des procédures précises et connues de calibrage (on se reportera par exemple aux documents déjà cités plus haut).
Par cette méthode, un profil temps / température moyennée du produit est obtenu de façon dynamique. Au delà du contrôle de la température, les profils thermiques ci dessus décrits permettent notamment d'agir sur la vitesse de progression du front de surgélation: - on connaît la température de surgélation commençante du produit; - on effectue une mesure, par radiométrie micro-ondes, de la variation dans le temps au cours du traitement thermique de la température volumique moyenne au sein du produit (permettant ainsi d'établir une courbe expérimentale); - on dispose d'une courbe référence de variation dans le temps au cours du traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, permettant d'obtenir le niveau de qualité recherché pour le produit à l'issue du traitement; - l'unité d'acquisition et de traitement des données effectue en temps réel durant le traitement la comparaison entre la courbe expérimentale et la courbe référence; - on effectue le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, une rétroaction sur l'un des paramètres du traitement thermique et notamment par exemple sur l'approvisionnement en fluide cryogénique ou la vitesse de ventilation du tunnel, afin de réajuster le profil de température mesuré sur le profil de température référence et obtenir ainsi la qualité finale du produit requise.
La troisième disposition (voir la figure 4 ci-dessous) est constitué d'un seul capteur monolithique couvrant toute la longueur du tunnel et dont le diagramme de réception est constamment dirigé vers le produit, afin de mesurer la température moyenne volumique d'un produit ciblé, de son entrée dans l'équipement jusqu'à sa sortie. Une autre réalisation possible de cet objectif consiste à utiliser une pluralité de capteurs dont les diagrammes de réception se juxtaposent afin de suivre en continu la température moyenne volumique des produits ciblés.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible de prévoir le taux de pénétration de la scrutation de la température au sein du produit en faisant varier la fréquence de travail du radiomètre.
Plus précisément, Il est possible de régler l'épaisseur de produit dans laquelle s'effectue la mesure de température radiométrique, en ajustant la bande de fréquence du dispositif radiométrique. En effet, l'épaisseur de produit dans laquelle s'effectue la mesure est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement (voir figure 6 ci- dessous).
L'utilisation d'au moins deux dispositifs radiométriques fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes, permet alors d'obtenir des informations sur l'avancée du front de surgélation à l'intérieur du produit (et l'on a souligné plus haut dans la partie introductive de la présente demande l'importance de ce front en terme de caractéristiques des cristaux obtenus et de là en terme de qualité du produit surgelé final).
La mise en oeuvre de méthodes inverses basées sur les informations radiométriques, éventuellement couplées à des modèles thermiques permet également d'obtenir une estimation des gradients thermiques à l'intérieur du produit.
Pour obtenir les températures radiométriques dans des bandes fréquentielles différentes, on peut utiliser soit plusieurs radiomètres distincts, chacun fonctionnant dans une bande de fréquence particulière, relié à un ou plusieurs capteurs, soit un seul radiomètre capable de fonctionner dans des bandes de fréquence différentes, relié à un ou plusieurs capteurs.
A titre d'exemple (illustré par la figure 5 ci-après), on peut utiliser un radiomètre constitué d'au moins deux ensembles de traitement électronique micro-ondes 22 fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes. Deux commutateurs synchronisés 37 et 38, reliés respectivement aux commutateurs 13 et 19, basculant sur au minimum deux voies, et permettant de traiter le signal reçu par le court-circuit 15, la borne d'entrée 27, la charge d'étalonnage 16 ou la charge d'étalonnage 17 par au moins l'un des deux ensembles de traitement électronique micro- ondes 22. En reliant l'entrée 27 à un capteur 11 adapté pour chacune des bandes de fréquences possibles, on obtient au minimum deux températures radiométriques correspondant aux températures moyennes du produit pour différentes épaisseurs.
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Claims (6)
1. Procédé de contrôle de la qualité d'un produit, obtenue après que ledit produit ait subi un traitement thermique caractérisé en ce que: - on effectue une mesure, par radiométrie micro-ondes, de la variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, afin d'obtenir au moins une courbe expérimentale ; on dispose d'une courbe référence de variation dans le temps au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, permettant d'obtenir un niveau de qualité requis pour ledit produit à l'issue dudit traitement; - on effectue en temps réel durant le traitement la comparaison entre ladite courbe expérimentale et ladite courbe référence; - on effectue le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, une rétroaction sur l'un des paramètres du traitement thermique afin de réajuster le profil de température recherché.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail du radiomètre, de façon à faire varier la profondeur de produit au sein de laquelle s'effectue la mesure de température radiométrique, pour permettre l'obtention d'au moins deux courbes expérimentales de variation au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, correspondant à au moins deux volumes d'investigation différents au sein du produit.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de température à l'intérieur du produit.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est un traitement de surgélation du produit et en ce que les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de surgélation à l'intérieur du produit.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant un seul radiomètre comportant au moins deux ensembles de traitement électronique du signal fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes, et relié à un ou plusieurs capteurs.
6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant plusieurs radiomètres distincts, fonctionnant chacun dans une bande de fréquences particulière et distincte, relié à un ou plusieurs capteurs.
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