JP2016527879A - 温度検出装置および加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、食品の深部温度を測定するための温度検出装置であって、マイクロ波検出アレイアンテナ、特に、フェーズドアレイアンテナを備える、温度検出装置、ならびに食品のための加熱処理装置、特に、炉であって、食品に熱を加えるための加熱手段および温度検出装置を備える、加熱処理装置に関する。

Description

本発明は、食品の深部温度を測定するための温度検出装置、ならびに食品に熱を加えるための加熱手段および温度検出装置を有する食品のための加熱処理装置に関する。

このような加熱処理装置は、最新技術からよく知られている。食品製造では、このような加熱処理装置は、例えば、食品を載せて炉内を走行するベルトシステムによって食品を連続的に調理するために用いられている。健康規制は、食品内に含まれる可能性のある病原微生物を死滅させるために、食品を、所定温度を超えて加熱することを要求している。従って、食品の部分または領域、例えば、表面のみならず、食品の全体が確実に所定温度を超えて加熱されることが必要である。例えば、食品が骨を含む場合、均一熱分布を保証することができない。さらに、加熱処理装置は、意図的に非均一温度分布をもたらすようになっていることがある。同時に、食品の過熱または過調理は、食品の外観および／または味覚に悪影響を与えるので、望ましくない。

従って、食品の温度を可能な限り正確に測定することが望ましい。感熱カメラを用いることが、最新技術から知られている。これらのカメラは、高横方向解像度、例えば、ｘおよびｙ方向における高解像度を有しているが、表面温度しか測定することができない。この表面温度は、信頼性のあるパラメータではない。何故なら、例えば、食品上の油膜は、食品の中心の温度、すなわち、深部温度と比較して、極めて高い温度を有することがあるからである。深部温度を測定するために、食品を穿刺するプローブを用いることが最新技術から知られている。このような穿刺は、食品の構造的完全性および／または外観および／または味覚に悪影響を与えるので、望ましくない。加えて、このようなプローブは、局所的な温度しか測定することができず、より硬い要素、例えば、骨などによって、その穿刺が妨げられる可能性がある。

従って、本発明の目的は、食品の深部温度を非侵襲的に正確に測定する温度検出装置、ならびにこのような温度検出装置を備える加熱処理装置を提供することにある。

上記目的は、食品の深部温度を測定するための温度検出装置であって、マイクロ波検出アレイアンテナ、特に、フェーズドアレイアンテナを備えている、温度検出装置によって解決されることになる。

このようなアレイアンテナは、移動体通信ネットワークまたはレーダから知られており、アレイを構成するアンテナの位相差を制御することによって、アンテナの指向性を正確に制御することができるようになっている。アレイアンテナは、特に食品の温度を測定するためにこれまで用いられていない。

本発明による温度検出装置は、有利には、食品の深部温度の非接触かつ非侵襲測定をもたらすことになる。さらに、この態様によれば、有利には、特に高横方向解像度を維持しながら、高垂直方向解像度、例えば、ｚ方向における高解像度をもたらし、これによって、食品の深部温度の正確な測定を行なうことができる。

この態様によれば、有利には、指向性が正確に制御可能であり、好ましくは環境から遮蔽され、高アンテナ効率および高感度を有する、アンテナをもたらすことができる。さらに、このような温度検出装置は、衛生的であり、温度が安定しており、低ノイズしか示さず、小領域への集束が可能である。加えて、この態様によれば、有利には、１つのアンテナによって食品の種々の位置において食品の深部温度を測定することができ、および／または高度に集束された領域において深部温度を測定することができる。

好ましくは、食品は、タンパク質含有物質、特に、肉および／または魚および／または同等品である。さらに好ましくは、食品は、酪農品および／または野菜および／または果物および／または同等品である。食品は、骨片または魚骨を含んでいてもよい。さらに一層好ましくは、食品は、加工されていてもよく、例えば、挽肉にされていてもよいし、マリネ漬けされていてもよいし、香辛料で味付けされていてもよいし、および／または（好ましくは衣用生地で）衣が付けられていてもよい。

好ましくは、測定される食品は、実質的に同一の形状および／または大きさを備えている。さらに好ましくは、食品の形状および／または大きさは、異なっていてもよい。

好ましくは、アレイアンテナは、ディッケラジオメーター（Dicke radiometer）として作動されるように構成されている。この態様によれば、有利には、弱信号、特に、ノイズ信号よりも弱い信号も測定することができる。当業者であれば、ディッケラジオメーターがアンテナ信号と基準ノイズ源との迅速な切換に基づくことを理解するだろう。

従って、アレイアンテナ回路の電子機器は、好ましくは、基準ノイズ源および基準ノイズ源とアンテナ信号とを迅速に切り換えるためのスイッチを備えている。

本願との関連において、電子機器は、温度検出装置、特に、アレイアンテナを操作するための電子機器、および／またはアレイアンテナの信号を温度に変換する解析機器を指している。

好ましくは、アレイアンテナは、オープン導波管、特に、漏洩波式オープン導波管を備えている。代替的または付加的に、温度検出装置は、オープン導波管アンテナ、特に、漏洩波アンテナを備えている。さらに好ましくは、温度検出装置は、反射プレートを備えており、深部温度が測定される食品は、アンテナと反射プレートとの間に位置するようになっている。当業者であれば、アレイアンテナに関して以下に説明する実施形態は、オープン導波管アンテナに適用されてもよいことを理解するだろう。

漏洩波アンテナは、電磁波が導波管内に案内される進行波式アンテナである。もしオープン導波管が用いられるなら、開口から電磁波、特に、開口からの距離に比例して指数関数的に減衰するエバネセント波の形態にある電磁波が、漏洩、すなわち、放射することになる。

好ましくは、アレイアンテナの測定時間は、０．５ｓから１０ｓの間または実質的に０ｓから１０ｓの間で調整可能である。当業者であれば、もし食品が好ましくは連続的に移動されるなら、所定の測定正確度および／または精度を維持するために、測定時間は、食品または食品を移送する移送手段の速度の増大に伴って短縮されねばならないことを認めるだろう。測定時間は、ある位置における深部温度測定に必要な時間に対応し、または移送手段、例えば、ベルトの幅の少なくとも一部、好ましくは、全幅に沿ったいくつかの個別の箇所または位置における測定に必要な時間に対応する。当業者であれば、測定時間は、理想的には無限に短くあるべきであるが、物理的および技術的制限によって、通常、最小の測定時間とされることをさらに認めるだろう。代替的に、アレイアンテナの測定時間は、一定値、好ましくは、０．５ｓから１０ｓの範囲内の一定値である。例えば、測定時間は、０．５ｓ、１ｓ、２．５ｓ、５ｓ、および／または１０ｓであるとよい。

好ましくは、アレイアンテナは、パッシブラジエータを備えており、および／またはアレイアンテナは、パッシブアンテナである。代替的に、アレイアンテナは、アクティブアンテナである。当業者であれば、アクティブアンテナは、信号を能動的に送信し、該送信信号に関連するフィードバック信号を受信するものであり、パッシブアンテナは、放射線、すなわち、信号を放射するように構成されておらず、放射線を受信するのみであることを理解するだろう。パッシブラジエータは、好ましくは、アクティブドライバユニットを備えていない。

アンテナは、好ましくは、同軸ケーブルおよび／または任意の他の形式の導波管またはデータ転送ソリューションを介して電子機器に結合されている。

好ましくは、アレイアンテナは、１．５ＧＨｚから４ＧＨｚの間、好ましくは、２．８ＧＨｚから３．６ＧＨｚの間、特に、約３．２ＧＨｚおよび／または好ましくは１．２ＧＨｚから２．０ＭＨｚの間、特に、約１．５７５ＧＨｚにおいて最も感度が高くなっている。さらに好ましくは、アンテナの中心波長に対応する中心周波数は、所定の周波数範囲内において調整可能である。本願との関連において、中心周波数は、アレイアンテナの感度が最も高い周波数として理解されたい。当業者であれば、これは、通常、感度のピークに対応することを認めるだろう。理想的には、この中心周波数は、深部温度が測定される食品の好ましくはｚ方向における中心または深部から放射されるマイクロ波の周波数に対応している。

当業者であれば、マイクロ波形態における種々の周波数は、食品の種々の浸透深さに対応し、これによって、所定温度の食品は、ある周波数分布を有する電磁波、特に、マイクロ波放射線を放出することを理解するだろう。

浸透深さは、対象物の表面から、好ましくは、その表面と直交する方向においてその内体積までのある長さとして理解されたい。具体的には、浸透深さは、放射線が放出される点の表面からの距離を意味している。浸透深さは、例えば、対象物の温度、その材料、および波長に依存する。例えば、低周波数、具体的には、マイクロ波形態における低周波数は、食品の中央の温度、すなわち、深部温度に対応し、高周波数、具体的には、マイクロ波形態における高周波数は、食品の表面の温度に対応する。

従って、食品の深部温度を測定するために、好ましくは、温度検出装置の中心周波数は、この周波数の浸透深さが、特に垂直方向において食品の少なくとも略中心に対応するように、調整されることになる。通常、中心周波数が不確実性、すなわち、ある帯域を含んでいることを考慮すると、測定された深部温度は、好ましくは、食品の垂直延長線における温度の平均、すなわち、平均深部温度および／または特定の厚みに対応している。代替的に、深部温度は、特定厚みにわたって積分することによって決定されてもよい。

好ましくは、アレイアンテナの感度が最も高い周波数は、測定中に変更されるようになっている。さらに好ましくは、アレイアンテナの感度が最も高い周波数は、連続的に変更されるようになっている。

好ましくは、アレイアンテナの測定帯域は、略５００ＭＨｚ、約２５０ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ、特に、８０ＭＨｚである。さらに好ましくは、帯域は、特にアンテナパラメータおよび／または温度検出装置パラメータを調整することによって、調整可能になっている。さらに一層好ましくは、アレイアンテナの帯域は、６０ＭＨｚから１００ＭＨｚの間、４０ＭＨｚから１２０ＭＨｚの間、または１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの間で調整可能になっている。

好ましくは、アレイアンテナの受信開口から所定距離の位置におけるアレアンテナの第１の検出領域は、１０ｍｍ２よりも小さく、好ましくは、１ｍｍ２よりも小さく、特に約０．１ｍｍ２である。当業者であれば、第１の検出領域を調整するいくつかの方法があることを認めるだろう。

食品の温度を示すマイクロ波放射線は、立体角内において放射されることになる。例えば、アンテナの受信開口と食品との距離を変化させることによって、第１の検出領域の大きさが増減される。例えば、アレイアンテナまたはその受信開口と食品との距離が小さい場合、検出領域は、小さくなり、アンテナと食品との間の距離が大きい場合、検出領域は、より大きくなる。さらに、第１の検出領域の位置、特に横方向位置は、アンテナパラメータを調整することによって変更されてもよい。従って、例えば、アレイアンテナを構成する単一アンテナ間の位相差を調整することによって、アレイアンテナの指向性を調整し、これによって、検出領域が変更されてもよい。特に、アンテナの焦点の方向は、変更可能になっている。

当業者であれば、アンテナの焦点が特定の指向性を暗に意味することを理解するだろう。例えば、ペンシル状指向性は、焦点を有しているが、コーン状指向性は、焦点を有していない。好ましくは、第１の検出領域は、具体的には、その位置における移送手段の延長線の主面と平行の領域であって、（該移送手段の延長線の主面と平行の面内における）移送方向と直交する方向の主延長線と、好ましくは（その主延長線よりも短い）移送方向における延長線と、を有する領域となるように、調整されるとよい。

好ましくは、アレイアンテナと食品との距離は、可能な限り小さく、具体的には、アレイアンテナの中心波長の約１／４である。さらに好ましくは、アレイアンテナと食品との距離は、１０ｃｍ、５０ｃｍ、１ｍ、または３ｍと等しいかまたはそれよりも小さくなっている。

好ましくは、温度検出装置の出力信号は、特に、−２０℃から９０℃の間、または９０℃以下の上限と−２０℃以上の下限との間の任意の温度範囲内において、周囲温度に実質的に無関係である。さらに好ましくは、温度検出装置および／またはアレイアンテナは、特にその温度依存性に関して、較正可能および／または変更可能である。さらに一層好ましくは、温度検出装置および／またはアレイアンテナは、自己較正されるようになっている。

好ましくは、温度検出装置は、食品の表面温度を測定するためおよび／または食品の位置および／または形状および／または体積を決定するための赤外線カメラを備えている。この態様によれば、有利には、アレイアンテナおよび赤外線カメラのそれぞれの信号を組み合わせることによって、温度検出装置の横方向解像度を高めることができる。加えて、この態様によれば、有利には、両方の信号を組み合わせることによって、技術的冗長性をもたらすことができる。代替的または付加的に、この態様によれば、有利には、赤外線カメラよりも低い横方向解像度を有するアレイアンテナを用いて、信号を組み合わせることによって、三次元寸法において高解像度を有する温度分布を得ることができる。

好ましくは、温度検出装置は、多数の赤外線カメラを備えている。この態様によれば、有利には、食品の三次元温度分布を生成することができ、および／または食品の三次元画像を生成することができる。

好ましくは、アレイアンテナの第１の検出領域は、所定距離の位置における赤外線カメラの第２の検出領域よりも小さいかまたは等しくなっている。

好ましくは、第１の検出領域は、矩形または円形形状、特に、細縞の形態にある形状を備えている。当業者であれば、第１の検出領域の形状は、アンテナパラメータを調整することによって、および／または食品とアンテナ、例えば、開口との間に遮蔽手段を設けることによって、調整されてもよいことを理解するだろう。

もし単一アレイアンテナまたはアレイアンテナの単一アンテナの第１の検出領域が十分に小さいなら、温度検出装置は、食品の境界を明瞭に検出することができるだろう。何故なら、例えば、食品が置かれた移送手段または基板は、食品自体と異なる温度を有するからである。従って、食品の画像、特に、食品の起伏画像が生成されることになる。

さらに、多数のアレイアンテナおよび／またはアレイアンテナの多数のアンテナを用いることによって、高横方向解像度が、達成され、これによって、食品の寸法、特に、表面寸法および／または横方向寸法が、正確に測定されることになる。このような場合、赤外線カメラは、好ましくは、排除されてもよい。

代替的に、アレイアンテナの指向性は、調整可能であるとよく、これによって、アレイアンテナを表面に沿って走査し、例えば、第１の検出領域を連続的または不連続的に変化させることができる。

当業者であれば、第１および／または第２の検出領域は、それぞれ、アレイアンテナの受信開口および／または赤外線カメラのそれぞれの領域に関連することを理解するだろう。開口のようなビーム生成手段またはアンテナパラメータを調整するための手段によって、対応する両方の領域の大きさおよび／または形状の差が生じることがある。

本発明のさらなる主題は、食品のための加熱処理装置、特に、炉である。加熱処理装置は、食品に熱を加えるための加熱手段および本発明による温度検出装置を備えている。

この態様によれば、有利には、深部温度を正確に測定し、これによって、衛生規制および／または食品安全規格および健康規制を満たすことができる食品を処理するための加熱処理装置を提供することができる。また、加熱処理装置、特に、温度検出装置によって収集された情報によって、加熱処理装置を制御することができ、例えば、加熱媒体の温度および／または湿度、熱伝達パラメータ、および／または炉内の食品の滞留時間を制御することができる。

好ましくは、加熱処理装置は、移送方向に沿って食品を該装置を通して移送するための移送手段を備えている。さらに一層好ましくは、移送手段は、ベルト、特に、エンドレスベルトである。

移送方向は、任意の特定方向を指しており、連続的に変化するようになっていると好ましい。好ましくは、移送手段は、食品を渦巻きまたは螺旋経路に沿って移送するようになっている。代替的に、移送方向は、一定になっていてもよく、特に、水平方向と実質的に平行になっていてもよい。

移送手段は、線状、螺旋状、または蛇行状に配置されてもよい。移送手段は、好ましくは、均一幅を備えている。幅は、単一食品の幅に実質的に対応しているとよい。好ましくは、この幅は、より大きくなっていてもよく、具体的には、２つ以上の食品が隣り合って移送手段上に置かれるようになっていてもよい。例えば、移送手段の幅は、２列、３列、または６列までの食品または６列以上の食品が十分に置かれる大きさになっていてもよい。移送手段上の各食品の深部温度は、好ましくは、少なくとも１つの位置、好ましくは、ｘ−ｙ方向の多数の位置において、個別に測定されるようになっている。

好ましくは、移送手段は、電磁放射線、特に、マイクロ波放射線を反射および／または吸収する材料から構成されている。マイクロ波反射材料を選択することによって、有利には、深部温度が測定される食品から温度検出装置の方を向く方向と別の方向に放出された放射線も検出することができる。吸収材料を選択することによって、有利には、測定される食品から放出される放射線以外の放射線が温度検出装置によって検出されないようにすることができる。

好ましくは、移送手段は、耐熱材料および／または非付着性材料、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（所謂、テフロン（登録商標））から作製されているかまたは該材料によって少なくとも部分的に被覆されている。この態様によれば、有利には、加熱処理装置の衛生状態を高めることができる。

食品は、移送手段上に無作為に置かれてもよいし、または所定のパターン、例えば、列状に置かれてもよい。当業者であれば、もしいくつかの食品が移送手段の幅の全体にわたって分配されたなら、得られる温度分布は、必ずしも均一でないことを認識するだろう。従って、測定された深部温度をある食品および／または該食品のある位置に正確に割り当てるために、高横方向解像度が必要である。

好ましくは、温度検出装置またはアレイアンテナは、移送手段の下方に配置されるようになっている。代替的または付加的に、温度検出装置またはアレイアンテナは、移送手段の上方に配置されてもよい。温度検出装置を移送手段の下方に配置することによって、有利には、食品の寸法と無関係に、温度検出装置を固定高さに配置することができる。このような配置が最も一般的かつ実際的であるが、アレイアンテナは、移送手段の片側または両側に配置されてもよく、前述の位置の任意の組合せによって配置されてもよい。

本願との関連において、アレイアンテナは、移送手段の延長線の主面に関して食品の上方および／または下方に配置されることが想定されている。全ての方向指示は、この配置に基づいている。これは、垂直方向が延長線の主面を横切る方向、すなわち、特にｚ方向に対応していることを意味している。当業者であれば、異なる配置の場合、この方向指示は、それに応じて変化されねばならないことを理解するだろう。

加熱処理装置は、例えば、炉、フライ鍋、解凍装置、または着霜装置とすることができる。好ましくは、加熱処理装置は、炉であり、加熱手段は、放射、伝導、自然対流および／または強制対流によって食品を加熱するようになっている。加熱処理装置内の相対湿度を調整するためおよび／または熱伝達に影響を及ぼすために、必要に応じて、蒸気が加熱処理装置に加えられてもよい。加熱処理装置は、連続的に操作されてもよいし、またはバッチ式に操作されてもよいが、連続操作が好ましい。

好ましくは、加熱処理装置は、いくつかのチャンバを備えており、該チャンバ内において、種々の加熱形態および／または種々の加熱手段および／または種々の環境が維持されるようになっている。加熱処理装置は、好ましくは、加熱処理装置内の温度条件、相対湿度条件、および熱伝達条件のような種々のパラメータを制御する手段を備えている。好ましい実施形態では、特に加熱処理装置が解凍装置である場合、真空が加熱処理装置に施されるようになっている。

好ましくは、加熱手段は、食品を加熱処理装置を通して移送した後、食品の低温殺菌が達成されるように、構成されている。

好ましくは、加熱処理装置は、遮蔽手段を備えている。遮蔽手段は、温度検出装置が食品および／または移送手段から放出された放射線のみを実質的に受信するように、構成されている。さらに好ましくは、温度検出装置は、第１の検出領域および／または第２の検出領域において食品から放出された放射線のみを実質的に受信するようになっている。

好ましくは、遮蔽手段は、少なくとも温度検出装置の領域および／または加熱手段の領域において、移送手段の断面を少なくとも部分的に包囲して配置されている。

代替的または付加的に、遮蔽手段は、温度検出装置を部分的に包囲して配置されており、この場合、食品から放出された放射線は、遮蔽手段の開口のみを通って温度検出装置に達することになる。さらに一層好ましくは、遮蔽手段は、移送手段および／または加熱手段の断面を少なくとも部分的に包囲して、かつ温度検出装置を部分的に包囲して、特に（食品の第１の検出領域と温度検出装置またはアレイアンテナの受信開口との間に垂直方向の直路に沿った開口部を有する）温度検出装置を部分的に包囲して、配置されている。

好ましくは、加熱処理装置は、食品の存在を検出するための検出手段を備えている。検出手段は、好ましくは、移送方向において加熱手段および／または温度検出装置の前に配置されている。

好ましくは、加熱処理装置は、食品の位置を追跡するための追跡手段を備えている。

好ましくは、加熱処理装置は、食品を操作するための、特に、食品を取り除くための操作手段を備えている。

好ましくは、加熱処理装置は、上記手段の少なくとも１つを制御するための制御手段、好ましくは、線形制御部および／またはフィードバック制御部を備える制御手段を備えている。さらに好ましくは、制御手段は、追跡手段および／または検出手段によってもたらされた情報に依存して、温度検出装置および／または加熱手段を制御するように、構成されている。さらに一層好ましくは、制御手段は、滞留時間および／または温度および／または湿度を増大および／または減少させるように、構成されている。この態様によれば、有利には、例えば、検出手段および／または追跡手段が加熱手段および／または温度検出装置およびその近傍において食品を検出しない限り、加熱手段および／または温度検出装置を遮断するかまたは低電力消費モードに下げることができる。

代替的または付加的に、制御手段は、温度検出手段および／または追跡手段によってもたらされた情報に依存して、操作手段および／または加熱手段を制御するように、構成されている。この態様によれば、有利には、例えば、食品、特に、その深部温度が所定値未満と測定された食品を取り除くかまたはより高い温度に加熱することができる。

制御手段は、例えば、移送速度、加熱温度、および／または湿度を制御するようになっているとよい。

好ましくは、温度検出装置は、移送方向において加熱手段の前および／または後に設けられている。

好ましくは、温度検出装置は、移送方向において加熱手段の前および後に設けられており、制御手段は、閉ループを備えており、これによって、加熱手段は、加熱手段を通過する前および／または通過した後の食品の測定された深部温度に依存して、調整されるようになっている。

好ましくは、温度検出装置は、第１の検出領域および／または第２の検出領域が移送手段の幅の全体を覆うように、設けられている。代替的に、多数の第１の検出領域が、移送手段の幅の全体または移送手段の幅に沿った少なくとも食品が置かれる領域を覆うようになっている。当業者であれば、第１の検出領域が食品の深部温度が検出される領域、特に、最小の領域を指すこと、および多数のアンテナ、特に、アレイアンテナがいくつかの第１の検出領域を備えることができることを理解するだろう。

好ましくは、第１の検出領域は、移送手段の幅に沿って互いに隣り合って配置されている。代替的に、第１の検出領域は、温度検出装置が移送手段の幅の全体にわたって深部温度のサンプルを採取するように、互いに離間して配置されている。

本発明のさらに他の主題は、本発明による温度検出装置を用いて食品の深部温度を測定するための方法であって、アレイアンテナは、アレイアンテナの第１の検出領域が少なくとも１つの方向において食品の上を通って走査され、および／またはアレイアンテナは、多数の第１の検出領域を備え、および／または第１の検出領域は、少なくとも１つの方向において食品の全体を横切って跨ぐように、操作され、第１の検出領域における食品の深部温度が測定されるようになっている、方法である。

本発明のこの主題に関する開示は、本願の他の主題にも適用され、逆に、本願の他の主題は、本発明のこの主題に関する開示にも適用される。

この態様によれば、有利には、食品の深部温度を容易、迅速、かつ正確な方法によって測定することができる。この方法によれば、種々の要求に適合する特に有利な手法が可能になる。例えば、温度検出装置の製造コストを低下させる単一のアレイアンテナが用いられてもよい。しかし、１つまたは複数の食品を横切って操作する１つのみのアレイアンテナを用いる場合、温度検出装置に対する速度を低くし、および／または走査長さを短くする必要がある。

代替的または付加的に、もし第１の検出領域が、食品の全体を横切って跨いでおり、例えば、細縞の形状を有しているなら、横方向解像度が低くなっていてもよい。

代替的に、もし温度検出装置が多数の第１の検出領域を備えているなら、例えば、各々が第１の検出領域を有する多数のアレイアンテナから構成されているなら、測定温度および温度分布解像度を高めることになるが、この場合、温度検出装置の製造コストも高くなる。

本発明のさらなる主題は、本発明による温度検出装置を用いることによって、本発明による加熱処理装置を制御するための方法であって、第１のステップにおいて、食品が加熱手段によって加熱処理され、第２のステップにおいて、食品の深部温度が温度検出装置によって測定され、第３のステップにおいて、制御手段が、温度検出装置によってもたらされた情報に依存して加熱手段を制御するようになっている、方法である。

本発明のこの主題に関する開示は、本願の他の主題にも適用され、逆に、本願の他の主題は、本発明のこの主題に関する開示にも適用される。この態様によれば、本発明の加熱処理装置をより効果的に操作することができる。さらに、この態様によれば、食品の味覚を高め、および／または健康規制、安全規制、食品規制、および衛生規制を順守することができる。もし食品に加熱手段の加熱処理を施した後、測定された深部温度が所定の温度範囲外にあったなら、加熱手段が自動的に調整され、加熱処理プロセスを改善するようになっているとよく、これによって、加熱処理装置の実質的に完全な自動操作を行なうことが可能である。

以下、図１−８に基づいて、本発明を説明する。これらの説明は、単なる例示として意図されており、保護の範囲を制限するものではない。これらの図は、本発明の特徴を説明することを意図しており、それ故、図面において、要素は、縮尺通りに描かれていないことがあり、および／または種々の縮尺で描かれていることがある。

アレイアンテナの略図である。 本発明の例示的実施形態による加熱処理装置の略上面図である。 本発明の例示的実施形態による加熱処理装置の略上面図である。 本発明の例示的実施形態による温度検出装置の原理の略側面図である。 本発明の例示的実施形態によるアレイアンテナの原理の略側面図である。 本発明の例示的実施形態による温度検出装置の略側面図である。 本発明の例示的実施形態による温度検出装置の細部の断面図である。 発明概念の種々の実施形態の略上面図である。

図１は、アレイアンテナの略図を示している。アレイアンテナは、多数のアンテナ、例えば、６つのアンテナからなっている。これらのアンテナは、それらの位相差を制御することができるように、好ましくは個別的に、電子的に接続され、かつ制御されるようになっている。図示されている例では、全てのアンテナは、同一位相を有しており、換言すれば、位相差は、ゼロである。この場合、各アンテナからの信号は、互いに積極的に干渉し、少し離れた箇所では、アンテナから放射される波長は、平面波に見える。

代替的に、もしフェーズドアレイアンテナが用いられたなら、これらのアンテナの位相を調整し、それらの信号を高指向性アンテナパターンが生じるように互いに干渉させることができる。従って、位相アレイアンテナの指向性２００を制御し、例えば、数ｍｍ２規模の極めて小さい領域に集束させることができる。

図２は、本発明の例示的実施形態による加熱処理装置４の略上面図を示している。加熱処理装置４は、炉であるとよく、通常、明瞭化の理由から図示されていないハウジングを備えている。加熱処理装置４は、加熱手段５をさらに備えている。加熱手段５は、加熱手段５の傍らを通過する食品２，２’に熱を加えるものである。このような食品２，２’は、例えば、味覚を改良するためにおよび／または食品規則および／または安全規則および／または衛生規定を順守するために低温殺菌される必要がある、食肉または任意の他のタンパク質含有食品である。

食品２，２’は、移送手段６上に置かれ、移送手段６によって移送方向Ａにおいて加熱処理装置４を通って移送されるようになっている。いくつかの食品２は、移送手段６上に無作為に配置されてもよく、（同じ実施形態または別の実施形態において）他の食品２’は、所定のパターンで、ここでは、移送手段６の幅に沿って列状にかつ隣り合って配置されてもよい。

加熱処理装置４は、図２に示されていない少なくとも１つの温度検出装置１を備えている。温度検出装置１は、食品２，２’の深部温度、すなわち、図２の投影面と直交するｚ方向における食品２、２’の中心の温度を測定するように、構成されている。これは、食品２，２’から放出されたマイクロ波放射線、例えば、３．２ＧＨｚの中心周波数および８０ＭＨｚの帯域を有するマイクロ波放射線を測定することによって、達成されることになる。

温度検出装置１は、好ましくは、第１の検出領域１００における深部温度を測定するように、構成されている。第１の検出領域１００は、好ましくは、移送手段６の幅の全体に拡がっている。高横方向解像度、すなわち、ｘ−ｙ方向における高解像度をもたらすために、温度検出装置１は、多数のアレイアンテナを備えており、各アレイアンテナおよび／またはアンテナアレイの各アンテナは、小さい検出領域を担っている。従って、第１の検出領域１００は、多数の検出領域を備えていることになる。

第１の検出領域１００に関する代替的実施形態については、図８ａ−８ｃを参照して後述する。

図３は、本発明の例示的実施形態による加熱処理装置４の略上面図を示している。例示された実施形態は、図２を参照して説明した実施形態に実質的に対応している。ここに図示されている実施形態によれば、加熱処理装置４は、加熱処理装置４のハウジング内に一体化されているとよい遮蔽手段７をさらに備えている。遮蔽手段７は、外部の放射源または第１の検出領域１００に現在位置していない他の食品２または該食品２の領域から放出される放射線から、温度検出装置１を隔離するものである。遮蔽手段７は、移送手段の断面の全体を包囲している。

加熱処理装置４は、２つの温度検出装置１を備えている。１つの温度検出装置は、移送方向Ａにおいて加熱手段５の前に配置されており、他の温度検出装置は、移送方向Ａにおいて加熱手段５の後に配置されている。従って、食品２の最初の深部温度に依存して加熱手段を操作し、加熱プロセス後、例えば、安全のために、該深部温度をチェックすることができる。もし加熱後に食品２が所定値未満の深部温度を有していたなら、図示されていない操作手段１０が、破線円によって示されているように、該食品２を移送手段６から取り除き、廃棄するようになっているとよい。

さらに、加熱処理装置４は、検出手段８および／または追跡手段９を備えているとよい。

検出手段８は、例えば、光センサであり、追跡手段９は、ＣＣＤカメラであるとよい。検出手段８は、食品２の存在を検出し、例えば、もし食品２が検出されないなら、加熱手段５の温度を下げるかまたは加熱手段５を遮断することになる。代替的または付加的に、温度検出装置１、特にアレイアンテナが、検出手段８であってもよい。例えば、ある最小温度値を食品の存在を検出するための閾値として設定し、これによって、例えば、移送手段６と食品２、２’とを識別するようになっていてもよい。

好ましくは、多数の赤外線カメラが検出手段として用いられ、例えば、食品の形状および／または位置および／または体積を測定するようになっている。これによって、食品の三次元画像が得られるとよい。

追跡手段９は、特に、移送手段６の幅に沿った食品２の位置または寸法、または投影面における位置または寸法を追跡し、この情報を温度検出装置１によって測定された深部温度に関係づけるものである。これによって、温度分布情報を含む組合せ画像を生成することができ、該組合せ画像によって、加熱プロセスの良好な制御が可能になる。

検出手段８は、少なくとも部分的に追跡手段８と同一の要素を備えていてもよく、および／または検出手段８は、追跡手段９の機能も実行するように、例えば、少なくとも１つの方向（すなわち、ｘ，ｙおよび／またはｚ方向）に沿って食品の寸法を決定するように、構成されていてもよい。

図４は、本発明の例示的実施形態による温度検出装置１の略側面図を示している。温度検出装置１は、アレイアンテナおよび赤外線カメラ３を備えている。アレイアンテナおよび赤外線カメラは、それぞれ、第１の検出領域１００および第２の検出領域１０１を備えている。図示されているように、第２の検出領域１０１は、第１の検出領域１００よりも大きくなっているとよい。代替的に、第２の検出領域１０１は、第１の検出領域と等しくなっていてもよい。

赤外線カメラ３は、高解像度の表面温度分布を生成する。赤外線カメラ３のこの表面温度解像度をアレイアンテナの深部温度分布と組み合わせることによって、正確な三次元温度分布を得ることができる。これは、アレイアンテナの横方向解像度が赤外線カメラと比較して低い場合、特に有用である。しかし、もしアレイアンテナの横方向解像度または少なくとも２つのアレイアンテナの組み合わされた横方向解像度が十分に高いなら、良好な解像度の温度分布を得るために、このような赤外線カメラ３を用いる必要がない。

図示されている実施形態によれば、温度検出装置１は、食品２および移送手段６の上方に配置されているが、温度検出装置１は、温度検出手段の下方に配置されることが好ましい。なお、温度検出装置１は、どのような他の位置に配置されてもよい。

図５は、本発明の他の例示的実施形態によるアレイアンテナの原理の略側面図である。図示されているように、温度検出装置１は、多数のアンテナまたは多数のアレイアンテナを備えている。温度検出装置１は、指向性２００を備えている。

例示された配置は、説明の目的にのみ役立つものである。好ましくは、アレイアンテナまたは温度検出装置は、食品および移送手段の下方に配置されている。

従って、食品２の深部温度を示す等方性マイクロ波放射線の一部しか検出されないことになる。図示されているように、放射線の一部のみが、受信エネルギー２０１に対応し、残りは、損失エネルギー２０２である。

受信エネルギー２０１の割合を増すために、マイクロ波放射線を反射する反射プレートが移送手段６の下に配置されてもよい。

当業者であれば、食品２から放出された全放射線のどの程度が受信エネルギー２０１に対応し、どの程度が損失エネルギー２０２に対応するかを、指向性２００が決定することを認めるだろう。従って、指向性２００を変化させることによって、例えば、アレイアンテナのそれぞれのアンテナの位相シフトを調整することによって、受信エネルギー２０１の割合、具体的には、受信エネルギーを収集させる立体角および／または受信エネルギー２０１の量を変化させるとよい。

図６は、本発明のさらなる例示的実施形態による温度検出装置の略側面図である。ここでは、アレイアンテナは、漏洩波結合式のオープン導波管１３を備えている。オープン導波管１３は、移送手段６の下方、従って、測定される食品２の下方に配置されている。

オープン導波管１３は、ここでは、螺旋状に設けられており、例えば、波長の約２０倍の長さを有している。オープン導波管１３は、アレイアンテアのアンテナとして機能するようになっていてもよいし、またはそれ自体がアレイアンテナを構成するようになっていてもよい。例えば、オープン導波管１３の導波管ループ１４が、アレイアンテナのそれぞれのアンテナに対応するようになっていてもよい。

図５を参照して説明した反射プレートは、食品２の上方に配置されているとよい。オープン導波管１３は、同軸ケーブル１６を介して、解析用電子機器に接続されているとよい。

図７は、本発明の例示的実施形態、特に、図６を参照して説明した実施形態による温度検出装置の細部の断面を示している。オープン導波管１３は、いくつかの導波管ループ１４を備えており、例えば、アレイアンテナを操作するときの波長、すなわち、中心波長の１／４に対応する距離ｄの位置に配置されている。

オープン導波管１３は、進行電磁波１５を案内するようになっている。開口において、エバネセント波および／または漏洩波１７が導波管ループ１４から放射する。これらの漏洩波１７は、開口からの距離に比例して指数関数的に減衰することになる。

もしオープン導波管１３、従って、アレイアンテナが食品２に十分近接して配置されていたなら、そのマイクロ波放射線を検出することができる。すなわち、その場合、放射線が漏洩波１７と干渉することになる。

指向性２００およびオープン導波管１３の寸法を調整することによって、アレイアンテナの解像度を制御することができる。指向性２００は、例えば、周波数／波長を変化させることによって、制御することができる。

図８−１０は、本発明による温度検出装置の異なる実施形態の略上面図である。図８に示されている実施形態によれば、（図示されていない）温度検出装置１は、多数の第１の検出領域１００を備えており、これによって、温度検出装置１は、好ましくは、（わずかな領域のみが示されている）移送手段６の実質的に全幅を横切って、（図示されていない）食品２，２’の深部温度を測定することができる。

これは、例えば、多数のアレイアンテナであって、各々が小さい焦点、すなわち、第１の検出領域１００を有する、多数のアレイアンテナを備える温度検出装置１によって、達成されることになる。

各第１の検出領域１００は、高横方向解像度、例えば、ｘおよびｙ方向における高解像度、ならびに高垂直解像度、例えば、ｚ方向における高解像度を有している。

従って、この実施形態によれば、食品２，２’の深部温度は、移送手段６の幅に沿った実質的にどのような点においても、全ての空間寸法における高解像度で測定されることになる。

代替的実施形態が、図９に示されている。ここでは、温度検出装置１のアレイアンテナは、比較的小さい焦点、すなわち、第１の検出領域１００を備えている。この検出領域が、より広い範囲にわたって走査されるようになっている。例えば、ここに示されているように、この検出領域は、移送手段６の幅に沿って走査されるようになっている。

従って、深部温度が移送手段６の実質的に全幅に沿って測定されることになるが、これには、例えば、１つのアレイアンテナしか必要とされない。アレイアンテナの走査パラメータを制御することによって、例えば、アレイアンテナを構成するアンテナの位相差を調整することによって、走査が実行されるとよい。ｙ軸と平行の方向に沿った一次元走査がここでは示されているが、他の走査経路を考えることもできる。例えば、移送手段６が低速の場合、蛇行経路が可能である。

もし移送手段６の幅が比較的大きく、例えば、いくつかの食品２，２’が実質的に隣合わせに並んでいる場合、全ての食品２，２’の深部温度を確実に測定するために、移送手段の速度および／または測定時間は、それに応じて選択されねばならない。

代替的に、図１０に示されている実施形態によれば、アレイアンテナの指向性２００は、その検出領域が図示されている第１の検出領域１００’と等しくなるように、すなわち、移送手段６の幅に沿って細縞の形状を有する第１の検出領域１００’と等しくなるように、調整されるとよい。

従って、移送手段６の幅の全体にわたって分布された食品２，２’の深部温度は、一回の測定ステップによって測定されてもよいことになる。しかし、通常、横方向解像度は、前述の実施形態におけるほど高くない。

図示されているような第１の検出領域１００’を有する１つのみのアレイアンテナを用いる代わりに、第１の検出領域１００が少なくとも部分的に重なる多数のアレイアンテナを用いて、図示されている第１の検出領域１００’を形成するようになっていてもよい。この場合、ある冗長性をもたらし、これによって、高解像度が得られることになる。

１ 温度検出装置
２，２’食品
３ 赤外線カメラ
４ 加熱処理装置
５ 加熱手段
６ 移送手段
７ 遮蔽手段
８ 検出手段
９ 追跡手段
１０ 操作手段
１１ 制御手段
１２ 反射プレート
１３ オープン導波管
１４ 導波管ループ
１５ 進行波
１６ 同軸ケーブル
１７ 漏洩／エバネセント波

１００，１００’第１の検出領域
１０１ 第２の検出領域
２００ 指向性
２０１ 受信エネルギー
２０２ 損失エネルギー

Ａ 移送方向
ｄ 距離
ｘ，ｙ，ｚ 方向

Claims (17)

1. 食品（２）の深部温度を測定するための温度検出装置（１）であって、マイクロ波検出アレイアンテナ、特に、フェーズドアレイアンテナを備えることを特徴とする、温度検出装置（１）。
2. 前記アレイアンテナは、ディッケラジオメーターとして操作されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度検出装置（１）。
3. 前記アレイアンテナは、オープン導波管（１３）、特に、漏洩波式オープン導波管（１３）を備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
4. 前記アレイアンテナの測定時間は、実質的に０ｓから１０ｓの間または０．５ｓから１０ｓの間で調整可能であり、または前記測定時間は、実質的に０ｓであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
5. 前記アレイアンテナは、パッシブラジエータを備えており、および／または前記アレイアンテナは、パッシブアンテナであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
6. 前記アレイアンテナは、１．５ＧＨｚから４ＧＨｚの間、好ましくは、２．８ＧＨｚから３．６ＧＨｚの間、特に約３．２ＧＨｚ、および／または好ましくは、１．２ＧＨｚから２．０ＧＨｚの間、特に約１．５７５ＧＨｚにおいて、最も感度が高いことを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
7. 前記アレイアンテナの測定帯域は、略８０ＭＨｚを含んでおり、または４０ＭＨｚから１２０ＭＨｚの間または６０ＭＨｚから１００ＭＨｚの間で調整可能になっていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
8. 前記アレイアンテナの受信開口から所定距離の位置における前記アレイアンテナの第１の検出領域（１００）は、１０ｍｍ２よりも小さく、好ましくは、１ｍｍ２よりも小さく、特に、約０．１ｍｍ２であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
9. 前記装置（１）の出力信号は、周囲温度、特に、−２０℃から９０℃の温度範囲内にある周囲温度と実質的に無関係であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）。
10. 前記食品の表面温度を測定するための、および／または前記食品の位置および／または形状および／または体積を決定するための赤外線カメラ（３）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の温度検出装置（１）。
11. 前記アレイアンテナの前記受信開口から所定距離の位置における前記アレイアンテナの第１の検出領域（１００）は、所定距離の位置にある前記赤外線カメラ（３）の第２の検出領域（１０１）よりも小さいかまたは等しくなっていることを特徴とする、請求項２に記載の温度検出装置（１）。
12. 食品（２）のための加熱処理装置（４）、特に、炉であって、前記食品（２）に熱を加えるための加熱手段（５）と、先行する請求項のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）とを備えることを特徴とする、加熱処理装置（４）。
13. 移送方向（Ａ）に沿って前記食品を前記装置（４）を通して移送するための移送手段（６）を備え、前記移送手段（６）は、好ましくは、ベルト、特に、エンドレスベルトであることを特徴とする、請求項１２に記載の加熱処理装置（４）。
14. 遮蔽手段（７）を備え、前記遮蔽手段（７）は、前記温度検出装置（１）が前記食品（２）および／または前記移送手段（６）から放出された放射線のみを実質的に受信するように、構成されていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の加熱処理装置（４）。
15. 食品（２）の存在を検出するための検出手段（８）であって、好ましくは、前記移送方向（Ａ）において前記加熱手段（５）の前に配置されている、検出手段（８）、および／または食品（２）の位置を追跡するための追跡手段（９）、および／または食品（２）を操作するための、特に、取り除くための操作手段（１０）を備えることを特徴とする、請求項１２−１４のいずれか１つに記載の加熱処理装置（４）。
16. 請求項１−１１のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）を用いて、食品（２，２’）の深部温度を測定するための方法であって、アレイアンテナは、
    ―前記アレイアンテナの第１の検出領域（１００）が少なくとも１つの方向（ｘ，ｙ，ｚ）において前記食品（２，２’）の上を通って走査され、および／または
    ―前記アレイアンテナは、多数の第１の検出領域（１００）を備え、および／または
    ―前記第１の検出領域（１００）は、少なくとも１つの方向（ｘ，ｙ，ｚ）において前記食品（２，２’）の全体を横切って跨ぐ
    ように操作され、
    前記第１の検出領域（１００，１００’）において前記食品（２，２’）の前記深部温度が測定されるようになっている、
    方法。
17. 請求項１−１１のいずれか１つに記載の温度検出装置（１）を用いることによって、請求項１２−１５のいずれか１つに記載の加熱処理装置（４）を制御するための方法であって、第１のステップにおいて、食品（２，２’）が加熱手段（５）によって加熱処理され、 第２のステップにおいて、前記食品（２，２’）の深部温度が温度検出装置（１）によって測定され、第３のステップにおいて、制御手段（１１）が、前記温度検出装置（１）によってもたらされた情報に依存して前記加熱手段（５）を制御する、ようになっている、方法。

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