KR20160024861A

KR20160024861A - 온도검출장치 및 열처리장치

Info

Publication number: KR20160024861A
Application number: KR1020157035068A
Authority: KR
Inventors: 조셉 조한 마리아 반 렌스; 알렉스 스트롤렌버그; 바트 반 레우켄
Original assignee: 지이에이 푸드 솔루션 바켈 비.브이.
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-03-07
Also published as: CN105283076A; BR112015030737A2; JP2016527879A; WO2014198637A1; CN105283076B; RU2016100889A; ES2633943T3; PL3007559T3; EP3007559B1; RU2655824C2; EP3007559A1; CA2915308A1; AU2014280346A1; US20160123818A1; KR101934155B1; RU2016100889A3

Abstract

본 발명은 식품의 중심부 온도를 측정하기 위한 온도검출장치에 관한 것이고, 이 장치는 마이크로파 검출 어레이 안테나, 특히 페이즈드 어레이 안테나를 포함하며, 본 발명은 또한 식품용 열처리장치, 특히 오븐에 관한 것이고, 열처리장치는 식품에 열을 가하기 위한 가열수단 및 온도검출장치를 포함한다.

Description

온도검출장치 및 열처리장치{TEMPERATURE DETECTION DEVICE AND HEAT TREATMENT DEVICE}

본 발명은 식품의 중심부 온도(core temperature)를 측정하기 위한 온도검출장치에 관한 것일 뿐만 아니라, 식품에 열을 가하기 위한 가열수단(heating means) 및 온도검출장치를 가진 식품용 열처리장치에 관한 것이다.

이러한 열처리장치들은 최신 기술에서 잘 알려져 있다. 음식 제조에 있어서, 이러한 열처리장치들은, 예컨대, 식품들이 놓이는 오븐(oven)을 통과해서 지나가는 벨트 시스템을 가지고, 연속적인 방식으로 음식을 준비하는 데에 사용된다. 보건 법규는 식품 내에 잠재적으로 들어 있는 병원성 미생물(pathogenic microorganism)을 죽이기 위하여 식품들이 소정의 온도 이상에서 가열될 것을 요구한다. 그러므로, 예컨대, 표면과 같이 식품의 일부분 또는 일부영역만이 소정의 온도 이상에서 가열되는 것이 아니라 전체 제품이 소정의 온도 이상에서 가열되는 것을 보장할 필요가 있다. 예를 들어, 식품이 뼈를 포함하고 있는 경우에, 균일한 열분배가 보장될 수 없다. 나아가, 열처리장치는 의도적으로 비균일한 온도분배(non-uniform temperature distribution)를 포함할 수 있다. 동시에, 식품의 과다가열(overheating) 또는 과다조리(overcooking)는 식품의 외양 및/또는 맛에 부정적으로 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다.

그러므로, 가능한 한 정확하게 식품의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 열감지 카메라(heat-sensitive camera)를 채용하는 것이 최신 기술에서 알려져 있다. 이 카메라는 예컨대 x-방향 및 y-방향에서 높은 수평분해능(lateral resolution)을 가지지만, 표면온도만을 측정할 수 있는데, 표면온도는 예컨대 식품의 기름막(oil film)이 식품의 중앙에서의 온도, 즉 중심부 온도에 비하여 더 높은 온도를 가질 수 있기 때문에 신뢰성 있는 파라미터가 아니다. 중심부 온도를 측정하기 위하여, 탐침(probe)을 채용하는 것이 최신 기술에서 알려져 있는데, 탐침은 식품에 구멍을 낸다. 이렇게 구멍을 내는 것은 식품의 구조적 온전성(structural integrity) 및/또는 외양 및/또는 맛에 부정적으로 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다. 게다가, 이러한 탐침은 온도를 국부적으로만 측정할 수 있고, 뼈 등과 같이 더 딱딱한 엘리먼트에 의해서 방해를 받을 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 비침습적으로(non-invasively) 식품의 중심부 온도를 정밀하게 측정하는 온도검출장치 및 이러한 온도검출장치를 포함하는 열처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 식품의 중심부 온도를 측정하기 위한 온도검출장치를 가지고 해결되는데, 이 장치는 마이크로파 검출 어레이 안테나(microwave detecting array antenna), 특히 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)를 포함한다.

이러한 어레이 안테나는 이동통신네트워크 또는 레이더로부터 알려져 있으며, 어레이를 이루는 안테나들의 위상차(phase difference)를 제어함으로써 안테나의 지향성(directivity)의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 어레이 안테나는 특히 식품의 온도를 측정하는 데에 채용된 적이 없다.

본 발명에 따른 온도검출장치는 유익하게도 식품의 중심부 온도의 비접촉적 및 비침습적 측정을 제공한다. 나아가, 본 발명에서는 유익하게도 특히, 높은 수평분해능을 유지하면서도 예컨대 z-방향으로 높은 수직분해능(vertical resolution)을 제공하는 것이 가능해서, 식품의 중심부 온도의 정밀한 측정을 가능하게 한다.

본 발명에서는 유익하게도, 높은 안테나 효율(antenna efficiency) 및 높은 감도(sensitivity)를 가지고, 주변환경으로부터 바람직하게 차폐되면서 그 지향성이 정밀하게 제어될 수 있는 안테나를 제공하는 것이 가능하다. 나아가, 이러한 온도검출장치는 위생적(hygienic)이며, 온도 안정적(temperature stable)이며, 낮은 노이즈만을 나타내며, 좁은 영역에 집중될(focused) 수 있다. 게다가, 본 발명에서는 유익하게도, 하나의 안테나를 가지고 식품의 상이한 위치들에서 식품의 중심부 온도를 측정하는 것이 가능하고, 및/또는 매우 집중된 영역에서 중심부 온도를 측정하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 식품은 단백질 함유 물질(protein containing substance)인데, 특히, 고기 및/또는 생선 및/또는 이와 유사한 것 등이다. 더욱 바람직하게는, 식품은 유제품 및/또는 채소 및/또는 과일 및/또는 이와 유사한 것 등이다. 식품은 뼈 또는 생선가시를 포함할 수 있다. 더더욱 바람직하게는, 식품은 가공처리되어 있는데, 예컨대, 갈아져 있거나(minced), 절여져 있거나(marinated), 양념이 쳐져 있거나(spiced), 및/또는 코팅되어 있거나(coated), 바람직하게는 두드려져 있다(battered).

바람직하게는, 측정될 식품들은 실질적으로 동일한 형상 및/또는 사이즈를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 식품들의 형상들 및/또는 사이즈들은 서로 다르다.

바람직하게는, 어레이 안테나는 디키 라디오미터(Dicke radiometer)로서 동작하도록 구성된다. 본 발명에서는 유익하게도 약한 신호조차도 측정하는 것이 가능한데, 특히 노이즈 신호보다 더 약한 신호를 측정할 수 있다. 통상의 기술자는 디키 라디오미터가 안테나 신호와 레퍼런스 노이즈 소스(reference noise source) 간의 빠른 스위칭(rapid switching)을 기초로 한다는 것을 이해한다.

그러므로, 어레이 안테나 회로의 전자장치는 바람직하게는 레퍼런스 노이즈 소스 및 레퍼런스 노이즈 소스와 안테나 신호 간의 빠른 스위칭을 위한 스위치(switch)를 포함한다.

본 출원의 문맥에서, 전자장치는 온도검출장치, 특히 어레이 안테나를 작동시키기 위한 전자장치를 지칭할 수 있으며, 및/또는 어레이 안테나의 신호를 온도로 변환하는 분석 전자장치(analyzing electronics)를 지칭할 수 있다.

바람직하게는, 어레이 안테나는 개방형 도파관(open waveguide), 특히 누설파 타입(leaky wave type) 개방형 도파관을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 온도검출장치는 개방형 도파관 안테나(open waveguide antenna), 특히 누설파 안테나(leaky wave antenna)를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 온도검출장치는 반사판(reflector plate)을 포함하고, 중심부 온도가 측정될 식품이 안테나와 반사판 사이에 위치한다. 통상의 기술자는 어레이 안테나와 관련하여 이하에서 기술되는 실시예들이 개방형 도파관 안테나에도 적용될 수 있다는 것을 이해한다.

누설파 안테나는 전자파가 도파관 내에서 안내되는(guided) 진행파 타입(traveling wave type) 안테나이다. 만일 개방형 도파관이 채용되면, 전자파는 특히 개구(opening)로부터의 거리에 따라서 지수적으로(exponentially) 감쇠하는 소멸파(evanescent wave)의 형태로 개구로부터 누설된다. 즉 복사된다(radiate).

바람직하게는, 어레이 안테나의 측정시간은 0.5초와 10초 사이에서 또는 실질적으로 0초와 10초 사이에서 조절가능하다. 통상의 기술자는 식품들이 바람직하게는 연속해서 이동된다면 미리 정해진 측정 정확도(accuracy) 및/또는 정밀도(precision)를 유지하기 위하여 식품들 또는 식품들을 운반하는 운반수단의 속도를 증가시킴에 따라서 측정시간이 더 짧아져야 한다는 것을 인정한다. 측정시간은 특정한 포지션에서 중심부 온도 측정을 위해 필요한 시간에 해당하거나, 적어도 여러 개별 위치들 또는 포지션들에서 운반수단, 예컨대 벨트의 폭의 적어도 일부, 바람직하게는 전체 폭을 따라서 하는 측정을 위해 필요한 시간에 해당할 수 있다. 통상의 기술자는 나아가, 측정시간은 이상적으로는 무한히 짧아야 하지만, 물리적 및 기술적 제약으로 인하여 항상 최소한의 측정시간이 존재한다는 것을 인정한다. 대안적으로, 어레이 안테나의 측정시간은 바람직하게는 0.5초와 10초 사이의 범위에 있는 고정값(fixed value)이다. 예를 들어, 측정시간은 0.5초, 1초, 2.5초, 5초, 및/또는 10초일 수 있다.

바람직하게는, 어레이 안테나는 패시브 라디에이터를 포함하고, 및/또는 어레이 안테나는 패시브 안테나이다. 대안적으로, 어레이 안테나는 액티브 안테나(active antenna)이다. 통상의 기술자는, 액티브 안테나는 신호를 능동적으로(actively) 송신하고 송신한 신호와 관련된 피드백 신호를 수신하는 반면에, 패시브 안테나는 복사(radiation), 즉 신호를 방출하도록 구성되어 있지 않고 단지 복사를 수신하기만 한다는 것을 인정한다. 패시브 라디에이터는 바람직하게는 액티브 드라이버 유닛(active driver unit)을 포함하지 않는다.

안테나는 바람직하게는 동축 케이블 및/또는 임의의 다른 타입의 도파관 또는 데이터 전달 솔루션을 통해서 전자장치에 연결되어 있다.

바람직하게는, 어레이 안테나는 1.5와 4 GHz 사이에서, 바람직하게는 2.8과 3.6 GHz 사이에서, 특히 약 3.2 GHz, 및/또는 바람직하게는 1.2와 2.0 GHz 사이에서, 특히 약 1.575 GHz에서 감도가 가장 좋다(sensitive). 더욱 바람직하게는, 안테나의, 중심파장(center wavelength)에 대응하는, 중심주파수(center frequency)는 미리 정해진 주파수범위 내에서 조정가능하다(tunable). 본 출원의 문맥에서, 중심주파수는 어레이 안테나의 감도가 가장 좋은 주파수로서 이해되어야 할 것이다. 통상의 기술자는 이것이 통상적으로 감도의 피크(peak)에 해당할 것이라는 점을 인정한다. 이상적으로, 이 중심주파수는 바람직하게는 중심부 온도가 측정될 식품의 z-방향에서 중앙(center) 또는 중심부(core)로부터 방출되는 마이크로파의 주파수에 해당할 수 있다.

통상의 기술자는 마이크로파 영역에서의 상이한 주파수들이 식품에서의 상이한 투과깊이(penetration depth)들에 대응해서, 주어진 온도에서의 식품이 소정의 주파수 분포를 가지는 전자기 복사, 특히 마이크로파 복사를 방출할 것이라는 점을 이해한다.

투과깊이는 바람직하게는 대상물의 표면에 수직인 방향으로 대상물의 표면에서부터 그 내부 체적 안으로의 소정의 길이로서 이해되어야 한다. 특히, 투과깊이는 복사가 방출된 지점의 표면에서부터의 거리를 의미한다. 투과깊이는 예컨대 대상물의 온도, 그 재료, 및 파장에 좌우된다. 예를 들어, 특히, 마이크로파 영역에서의 저주파수들은 식품의 가운데에서의 온도들, 즉 중심부 온도들에 대응할 수 있는 반면에, 특히, 마이크로파 영역에서의 고주파수들은 식품의 표면에서의 온도들에 대응할 수 있다.

그러므로, 식품의 중심부 온도를 측정하기 위하여, 바람직하게는 당해 주파수에서의 투과깊이가 식품의 특히 수직방향으로 적어도 거의 중심에 해당하도록 온도검출장치의 중심주파수가 튜닝된다. 중심주파수가 통상적으로 불확실성(uncertainty), 즉 어느 정도의 대역폭을 포함한다는 점을 고려할 때, 측정된 중심부 온도는 바람직하게는 식품의 수직적 연장(vertical extension)에 대한 온도의 평균, 즉 평균 중심부 온도 및/또는 상이한 두께에 대응한다. 대안적으로, 특정 두께에 대하여 적분해서(integrating) 중심부 온도가 결정될 수 있다.

바람직하게는, 어레이 안테나의 감도가 가장 좋은 주파수는 측정동안 변경된다. 더욱 바람직하게는, 어레이 안테나의 감도가 가장 좋은 주파수는 지속적으로 변경된다.

바람직하게는, 어레이 안테나의 측정 대역폭은 근사적으로 500 MHz, 또는 약 250 MHz, 또는 약 100 MHz, 특히 80 MHz를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 특히, 안테나 및/또는 온도검출장치 파라미터들을 조절함으로써 대역폭이 조정가능하다. 더더욱 바람직하게는, 어레이 안테나의 대역폭은 60 MHz와 100 MHz 사이에서 또는 40와 120 MHz 사이에서 또는 10와 200 MHz 사이에서 조절가능하다.

바람직하게는, 어레이 안테나의 수신 애퍼처(receiving aperture)로부터 미리 정해진 거리에 있는 어레이 안테나의 제1 검출 영역은 10 mm²보다 작으며, 바람직하게는 1 mm²보다 작으며, 특히 약 0.1 mm²이다. 통상의 기술자는 제1 검출 영역을 조절하기 위하여 여러 방법들이 존재한다는 것을 인정한다.

식품의 온도를 나타내고 있는 마이크로파 복사는 입체각(solid angle)으로 복사된다. 예컨대, 안테나의 수신 애퍼처와 식품 간의 거리에 변화를 줌으로써 제1 검출 영역의 사이즈가 증가되거나 감소된다. 예를 들어, 어레이 안테나 또는 그것의 수신 애퍼처와 식품 간의 거리가 작으면 검출 영역이 작지만, 안테나와 식품 간의 거리가 더 크면 검출 영역이 더 크다. 나아가, 제1 검출 영역의 포지션, 특히 수평 포지션(lateral position)은 안테나 파라미터들을 조절함으로써 변화될 수 있다. 예를 들어, 어레이 안테나를 구성하는 단일한 안테나들 간의 위상차를 적절하게 조절함으로써, 검출 영역이 변화되도록 어레이 안테나의 지향성이 조절될 수 있다. 특히, 안테나의 포커스(focus)의 방향이 변화될 수 있다.

통상의 기술자는 안테나의 포커스가 특정한 지향성을 시사한다는 것을 이해한다. 예를 들어, 연필같은 지향성(pencil like directivity)은 포커스를 포함할 수 있지만, 원뿔같은 지향성(cone like directivity)은 포커스를 포함할 수 없다. 바람직하게는, 운반수단의 익스텐션(extension)의 주평면(main plane)에 평행하면서 운반방향에 수직인 방향으로 메인 익스텐션(main extension)을 가지되, 바람직하게는 그 메인 익스텐션에 비하여 작은 운반방향으로의 익스텐션을 가지는, 특히 해당 포지션에서 운반수단의 익스텐션의 주평면에 평행한 영역이 커버되도록(covered) 제1 검출 영역이 조절된다.

바람직하게는, 어레이 안테나와 식품 간의 거리는 가능한 한 작은데, 특히 어레이 안테나의 중심파장의 약 4분의 1이다. 더욱 바람직하게는, 어레이 안테나와 식품 간의 거리는 10 cm 이하, 또는 50 cm 이하, 또는 1 m 이하, 또는 3 m 이하이다.

바람직하게는, 온도검출장치의 출력신호는 주위온도(ambient temperature)와는 실질적으로 무관하며, 특히 -20℃와 90℃ 사이의 온도범위에 존재하거나 90℃ 이하의 상한 및 -20℃ 이상의 하한을 갖는 임의의 온도범위에 존재한다. 더욱 바람직하게는, 온도검출장치 및/또는 어레이 안테나는 특히 그것의 온도 의존성(temperature dependence)과 관련하여 보정가능(calibratable) 및/또는 설정가능(configurable)하다. 더더욱 바람직하게는, 온도검출장치 및/또는 어레이 안테나는 자체보정된다(self-calibrating).

바람직하게는, 온도검출장치는 식품의 표면온도를 측정하고 및/또는 식품의 포지션 및/또는 형상 및/또는 부피를 결정하기 위한 적외선 카메라를 포함한다. 본 발명에서는 유익하게도 어레이 안테나 및 적외선 카메라의 신호들을 조합해서 온도검출장치의 수평분해능을 향상시키는 것이 가능하다. 게다가, 본 발명에서는 유익하게도 양 신호들을 조합해서 기술적 리던던시(technical redundancy)를 제공하는 것이 가능하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에서는 유익하게도 적외선 카메라보다 더 낮은 수평분해능을 갖는 어레이 안테나를 채용하는 것이 가능하고, 신호들을 조합해서 3차원 모두에서 높은 분해능을 갖는 온도분포를 획득하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 온도검출장치는 복수의 적외선 카메라들을 포함한다. 본 발명에서는 유익하게도 3차원 온도분포를 생성하는 것이 가능하고, 및/또는 식품의 3차원 이미지를 생성하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 어레이 안테나의 제1 검출 영역은 미리 정해진 거리에 있는 적외선 카메라의 제2 검출 영역보다 작거나 같다.

바람직하게는, 제1 검출 영역은 직사각형 또는 원형 형상, 특히 얇은 스트라이프(thin stripe) 형태의 형상을 포함한다. 통상의 기술자는 안테나 파라미터들을 조절함으로써 및/또는 식품과 안테나, 예컨대, 애퍼처(aperture) 사이에 차폐수단(shielding means)을 제공함으로써 제1 검출 영역의 형상이 조절될 수 있다는 것을 이해한다.

만일 어레이 안테나의 단일한 안테나 또는 단일한 어레이 안테나의 제1 검출 영역이 충분히 작다면, 예컨대 식품이 놓이는 운반수단 또는 서브스트레이트(substrate)는 식품 자체와는 다른 온도를 포함하기 때문에, 온도검출장치는 식품의 경계들을 명확하게 검출할 수 있다. 그래서, 식품의 이미지, 특히 심지어 토포그래픽(topographical) 이미지가 생성될 수 있다.

나아가, 복수의 어레이 안테나들 및/또는 어레이 안테나의 복수의 안테나들을 이용함으로써, 높은 수평분해능이 달성될 수 있고, 그래서 식품의 치수들, 특히 표면(surface) 및/또는 수평(lateral) 치수들이 정밀하게 결정될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 바람직하게는 적외선 카메라가 생략될 수 있다.

대안적으로, 어레이 안테나의 지향성은 어레이 안테나가 표면에 대해서 스캔할 수 있도록 조절가능한데, 예컨대, 제1 검출 영역의 포지션은 지속적으로(continuously) 또는 단계적으로(in discrete steps) 변경될 수 있다.

통상의 기술자는 제1 및/또는 제2 검출 영역이 각각 어레이 안테나의 수신 애퍼처 및/또는 적외선 카메라의 영역과 관련이 있다는 것을 이해한다. 애퍼처와 같은 빔포밍 수단(beam-forming means) 또는 안테나 파라미터들을 조절하기 위한 수단은 양쪽 대응 영역들의 사이즈 및/또는 형상의 차이를 초래할 수 있다.

본 발명의 추가적인 주제(subject matter)는 식품용 열처리장치, 특히 오븐(oven)이며, 열처리장치는 식품에 열을 가하기 위한 가열수단과 본 발명에 따른 온도검출장치를 포함한다.

본 발명에서는 유익하게도 음식을 처리하기 위한 열처리장치를 제공하는 것이 가능하며, 이것은 중심부 온도를 정밀하게 측정해서 위생 및/또는 식품 안전 기준 및/또는 보건 법규를 만족시킬 수 있다. 또한, 장치, 특히 온도검출장치에 의해서 수집된 정보를 가지고 열처리장치를 제어하는 것이 가능한데; 예를 들어, 가열매체의 온도 및/또는 습도, 열전달 파라미터들, 및/또는 식품의 오븐에서의 체류시간(residence time)을 제어한다.

바람직하게는, 열처리장치는 운반방향을 따라서 장치를 통해 식품을 운반하기 위한 운반수단(transportation means)을 포함하는데, 더더욱 바람직하게는 운반수단은 벨트, 특히 엔드리스 벨트(endless belt)이다.

운반방향은 임의의 특별한 방향을 향할 수 있는데, 운반방향은 지속적으로 변경될 수 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 운반수단은 나선형(helical) 또는 스파이럴(spiral) 경로나 구불구불한(meandering) 경로를 따라서 식품을 운반한다. 대안적으로, 운반방향은 일정한데, 특히 수평방향(horizontal direction)에 실질적으로 평행하다.

운반수단은 선형으로(linearly), 나선형으로(helically), 또는 심지어 구불구불하게(meanderingly) 배치될 수 있다. 운반수단은 바람직하게는 균일한 폭(uniform width)을 포함한다. 폭은 실질적으로 단일한 식품의 폭에 대응한다. 바람직하게는, 폭은 특히 둘 이상의 식품이 운반수단 상에서 나란히(side by side) 배치되도록 더 크다. 예를 들어, 운반수단의 폭은 2 또는 3줄(row)의 식품이나 6줄까지의 식품, 또는 심지어 그 이상을 위해서 충분할 수 있다. 운반수단 상에서 각각의 식품의 중심부 온도는 적어도 하나의 위치에서, 바람직하게는 x-방향 및 y-방향의 복수의 위치들에서 바람직하게는 개별적으로 측정된다.

바람직하게는, 운반수단은 전자기 복사, 특히 마이크로파 복사를 반사 및/또는 흡수하는 물질을 포함한다. 마이크로파 반사 물질을 선택함으로써, 유익하게도 중심부 온도가 측정될 식품에 의해서 온도검출장치를 향하지 않는 다른 방향으로 방출되는 복사도 검출될 수 있다. 흡수물질(absorbing material)을 선택함으로써, 유익하게도 측정될 식품에 의해 방출되지 않은 복사가 온도검출장치에 의해서 검출되는 것이 방지될 수 있다.

바람직하게는, 운반수단은 내열성(heat-resistant) 및/또는 들러붙지 않는(non-stick) 물질, 특히 (소위 테플론이라고 불리는) 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 가지고 만들어지거나 적어도 부분적으로 코팅된다. 본 발명에서는 유익하게도 열처리장치의 위생상태를 향상시키는 것이 가능하다.

식품은 임의적으로 또는 주어진 패턴으로, 예컨대 줄을 지어(in rows) 운반수단 상에 배치될 수 있다. 통상의 기술자는 여러 식품들이 운반수단의 폭에 대해서 흩어져 있으면(distributed), 결과적으로 얻어지는 온도분포가 반드시 균일하지는 않을 것이라는 점을 인정한다. 그래서, 측정된 중심부 온도를 특정 식품 및/또는 심지어 식품의 특정 포지션에 정확하게 할당하기 위해서 높은 수평분해능이 요구된다.

바람직하게는, 온도검출장치 또는 어레이 안테나는 운반수단 아래에 배치된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 온도검출장치 또는 어레이 안테나는 운반수단 위에 배치될 수 있다. 온도검출장치를 운반수단 아래에 배치함으로써, 유익하게도 식품의 치수와 관계없이 고정된 높이로 온도검출장치를 배치하는 것이 가능하다. 이것이 가장 흔하거나 실용적인 배치이지만, 어레이 안테나는 운반수단의 한쪽 또는 양쪽에 배치되거나, 상술한 포지션들의 임의의 조합으로 배치될 수도 있다.

본 출원의 문맥에서, 어레이 안테나는 운반수단의 익스텐션의 주평면과 관련해서 식품의 위 및/또는 아래에 배치되는 것으로 가정된다. 모든 방향 표시들은 이러한 배치와 관련이 있다. 이는 수직방향이 익스텐션의 주평면에 대해 횡단하는(transversal) 방향, 즉 특히 z-방향에 대응하는 것을 의미한다. 통상의 기술자는 다른 배치의 경우에 이 표시들이 어떻게 적절하게 바뀌어야 하는지를 이해한다.

열처리장치는 예컨대, 오븐, 튀김기(fryer), 해동-기구(thawing-apparatus), 또는 프로스팅 기구(frosting apparatus)일 수 있다. 바람직하게는, 열처리장치는 오븐인데, 복사(radiation), 전도(conduction), 자연적 및/또는 강제적 대류(convection)에 의해서 식품을 가열한다. 열처리장치 내의 상대습도를 조절하고 및/또는 열전달에 영향을 주기 위하여 필요하다면 열처리장치에 증기가 추가될 수 있다. 열처리장치는 연속적으로(continuously) 또는 배치단위로(batch-wise) 작동될 수 있는데, 연속적인 작동이 바람직하다.

바람직하게는, 열처리장치는 여러 개의 채임버(chamber)를 포함하는데, 여기서 상이한 가열체제(heating regime)들 및/또는 상이한 가열수단들 및/또는 상이한 환경들이 유지된다. 열처리장치는 바람직하게는 열처리장치 내의 온도, 상대습도, 및/또는 열전달 상태와 같은 상이한 파라미터들을 제어하기 위한 수단을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 특히 열처리장치가 해동-기구인 경우에 진공이 열처리장치에 적용된다.

바람직하게는, 가열수단은 열처리장치를 통해서 식품을 운반한 후에 식품의 패스처라이제이션(pasteurization)이 달성되도록 구성된다.

바람직하게는, 열처리장치는 차폐수단을 포함하는데, 차폐수단은 온도검출장치가 식품 및/또는 운반수단에 의해서 방출된 복사만을 실질적으로 수신하도록 구성된다. 더욱 바람직하게는, 온도검출장치는 식품에 의해서 제1 검출 영역 및/또는 제2 검출 영역으로부터 방출된 복사만을 실질적으로 수신한다.

바람직하게는, 차폐수단은 적어도 온도검출장치의 영역에서 및/또는 가열수단의 영역에서 운반수단의 단면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치된다.

대안적으로 또는 추가적으로, 차폐수단은 온도검출장치를 부분적으로 둘러싸도록 배치되어서, 식품에 의해 방출된 복사는 차폐수단에서의 개구(opening)를 통해서만 온도검출장치에 도달한다. 더더욱 바람직하게는, 차폐수단은 운반 및/또는 가열수단의 단면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치되고, 특히 식품의 제1 검출 영역과 온도검출장치 또는 어레이 안테나의 수신 애퍼처 사이의 직접적 수직선(direct, vertical line) 상에서 개구를 갖는 온도검출장치를 부분적으로 둘러싸도록 배치된다.

바람직하게는, 열처리장치는 식품의 존재를 검출하기 위한 검출수단(detection means)을 포함하는데, 검출수단은 바람직하게는 운반방향에서 가열수단 및/또는 온도검출장치의 앞에 배치된다.

바람직하게는, 열처리장치는 식품의 포지션을 트래킹하기(tracking) 위한 트래킹수단(tracking means)을 포함한다.

바람직하게는, 열처리장치는 식품을 조작하기 위한, 특히 제거하기 위한 조작수단(manipulation means)을 포함한다.

바람직하게는, 열처리장치는 수단들 중의 적어도 하나를 제어하기 위한 제어수단(control means)을 포함하는데, 바람직하게는 선형 및/또는 피드백 컨트롤(control)들을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 제어수단은 트래킹수단 및/또는 검출수단에 의해서 제공되는 정보에 의존해서 온도검출장치 및/또는 가열수단을 제어하도록 구성된다. 더더욱 바람직하게는, 제어수단은 체류시간 및/또는 온도 및/또는 습도를 증가 및/또는 감소시키도록 구성된다. 본 발명에서는 유익하게도 검출수단 및/또는 트래킹수단이 식품을 전혀 검출하지 않거나 가열수단 및/또는 온도검출장치 근처에서 식품을 검출하지 않으면, 예컨대 가열수단 및/또는 온도검출장치가 턴오프(turn off)되거나 저전력소비모드(lower power consumption mode)로 전환되는 것이 가능하다.

대안적으로 또는 추가적으로, 제어수단은 온도 검출수단 및/또는 트래킹수단에 의해서 제공되는 정보에 의존하여 조작수단 및/또는 가열수단을 제어하도록 구성된다. 본 발명에서는 유익하게도 예컨대 특히 중심부 온도가 미리 정해진 값보다 더 낮은 것으로 측정된 식품이 제거되거나 더 높은 온도 가열되는 것이 가능하다.

제어수단은 예컨대 운반속도, 가열온도 및/또는 습도를 제어할 수 있다.

바람직하게는, 온도검출장치가 운반방향에서 가열수단의 앞 및/또는 뒤에서 제공된다.

바람직하게는, 온도검출장치들이 운반방향에서 가열수단의 앞 및 뒤에서 제공되고, 제어수단은 가열수단을 지나가기 전 및/또는 후에 식품의 측정된 중심부 온도에 의존하여 가열수단이 조절되도록 폐루프(closed loop)를 포함한다.

바람직하게는, 온도검출장치는 제1 검출 영역 및/또는 제2 검출 영역이 운반수단의 전체 폭을 커버(cover)하도록 제공된다. 대안적으로, 복수의 제1 검출 영역들은 운반수단의 전체 폭 또는 적어도 식품들이 배치되는 운반수단의 폭을 따라서 존재하는 영역들을 커버한다. 통상의 기술자는, 식품의 중심부 온도가 검출되는 영역, 특히 최소 영역(minimal area)을 제1 검출 영역이 나타낼 수 있다는 것과 복수의 안테나들, 특히 어레이 안테나가 여러 개의 제1 검출 영역들을 포함할 수 있다는 것을 이해한다.

바람직하게는, 제1 검출 영역들은 운반수단의 폭을 따라서 나란히 배치된다. 대안적으로, 제1 검출 영역들은 온도검출장치가 운반수단의 폭에 대해서 중심부 온도의 샘플들을 취하도록 이격된다.

본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 온도검출장치를 이용해서 식품의 중심부 온도를 측정하기 위한 방법이며, 어레이 안테나는 어레이 안테나의 제1 검출 영역이 적어도 하나의 방향으로 식품에 대해서 스캐닝되도록(scanned) 작동하고, 어레이 안테나는 복수의 제1 검출 영역들을 포함하고, 및/또는 제1 검출 영역은 적어도 하나의 방향으로 전체 식품에 걸쳐 있고(span), 제1 검출 영역에서 식품의 중심부 온도가 측정된다.

본 발명의 이러한 주제와 관련된 특징은 본 출원의 다른 주제들에도 적용되며, 본 출원의 다른 주제들과 관련된 특징은 본 발명의 이러한 주제에도 적용된다.

본 발명에서는 유익하게도 간편하되 신속하고 정확한 방법으로 식품의 중심부 온도를 측정하는 것이 가능하다. 본 방법은 특히 유익한 방법으로 상이한 요구사항들에 대해서 적응되는 것을 가능하게 한다. 그래서, 예컨대, 단일한 어레이 안테나가 채용될 수 있고, 이것은 온도검출장치의 생산비를 낮춘다. 하지만, 식품 또는 식품들을 가로질러 스캐닝하기 위해 하나의 어레이 안테나만을 채용하면 식품들의 온도검출장치에 비하여 낮은 속도 및/또는 작은 스캐닝 길이(scanning length)를 필요로 할 수 있다.

만일, 대안적으로 또는 추가적으로, 예컨대 제1 검출 영역이 예컨대 얇은 스트라이프의 형상을 갖는 전체 식품에 걸쳐 있다면, 수평분해능은 더 낮을 수 있다.

대안적으로, 만일 온도검출장치가 예컨대 각각이 제1 검출 영역을 갖는 복수의 어레이 안테나들을 포함함으로써 복수의 제1 검출 영역들을 포함한다면, 측정 속도 및 온도분포 분해능이 높을 수 있지만, 생산비 또한 더 높은 온도검출장치를 포함하게 될 수 있다.

본 발명의 추가적인 주제는 본 발명에 따른 온도검출장치를 이용해서 본 발명에 따른 열처리장치를 제어하기 위한 방법이며, 제1 단계에서는 가열수단에 의해 식품이 열처리되고, 제2 단계에서는 온도검출장치에 의해 식품의 중심부 온도가 측정되고, 제3 단계에서는 온도검출장치에 의해 제공되는 정보를 기초로 하여 제어수단이 가열수단을 제어한다.

본 발명에서는 유익하게도 독창적인 열처리장치를 더욱 효율적으로 작동시키는 것이 가능하다. 나아가, 본 발명에서는 유익하게도 식품의 맛을 향상시키고 및/또는 보건, 안전성, 식품, 및 위생 법규들의 준수를 증가시키는 것이 가능하다. 만일 식품으로 하여금 가열수단의 열처리를 받게 한 후에 측정된 중심부 온도가 미리 정해진 온도범위 밖에 존재하면, 가열수단은 자동으로 조절될 수 있는데, 이것은 열처리 프로세스를 향상시키고, 열처리장치의 실질적으로 완전한 자동 동작을 가능하게 한다.

도 1은 어레이 안테나의 개략적 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 다른 열처리장치의 개략적 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 열처리장치의 개략적 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 온도검출장치의 개략적 측면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 어레이 안테나의 원리의 개략적 측면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 온도검출장치의 개략적 측면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 온도검출장치의 단면의 세부사항을 도시한다.
도 8 내지 10은 본 발명의 독창적인 개념의 상이한 실시예들의 개략적 평면도를 도시한다.

이제 본 발명이 도 1 내지 8에 따라서 설명된다. 이 설명은 단순한 예로 의도되는 것이며, 보호의 범위를 제한하지 않는다. 도면들은 본 발명의 특징들을 도시하려고 의도된 것이 아니며, 그래서 비례에 맞지 않게 및/또는 상이한 비례들을 가지고 도면 내에서 엘리먼트(element)들을 도시할 수 있다.

도 1은 어레이 안테나의 개략적 도면을 도시한다. 어레이 안테나는 전기적으로 연결되어 바람직하게는 위상차들이 제어될 수 있도록 독립적으로 제어되는 복수의 안테나들, 여기서는 여섯 개의 안테나들로 이루어진다. 도시된 예에서, 모든 안테나들은 동일한 위상을 포함하는데, 즉 위상차가 영이다. 이 경우에, 각각의 안테나로부터의 신호들은 안테나로부터 퍼지는 파가 소정의 거리에서 평면파(plane wave)로 보이도록 건설적으로 간섭할(interfere constructively) 것이다.

대안적으로, 만일 페이즈드 어레이 안테나가 채용된다면, 매우 지향적인(directive) 안테나 패턴이 생성되는 식으로 신호들이 간섭하도록 안테나들의 위상이 조절될 수 있다. 그래서, 페이즈드 어레이 안테나의 지향성(200)이 제어될 수 있어서, 예컨대 수 mm²규모의 매우 작은 영역에 대한 포커스를 가능하게 한다.

도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 열처리장치(4)의 개략적 평면도를 도시한다. 열처리장치(4)는 오븐일 수 있고, 명확성을 위해서 도시되지는 않았지만 일반적으로 하우징(housing)을 포함한다. 열처리장치(4)는 가열수단(5)을 더 포함하고, 가열수단(5)은 가열수단(5)이 지나가는 식품들(2, 2')에 열을 가한다. 이러한 식품들(2, 2')은 예컨대 고기 제품들 또는 맛을 향상시키기 위하여 패스처라이징될(pasteurized) 필요가 있거나 및/또는 식품 및/또는 안전성 및/또는 위생 법규들을 준수할 필요가 있는 임의의 다른 단백질 함유 제품이다.

식품들(2, 2')은 운반수단(6) 위에 놓이고, 식품들은 운반수단(6)에 의해서 운반방향 A로 열처리장치(4)를 통해서 운반된다. 몇몇 식품들(2)은 운반수단(6) 상에서 임의의 배치될 수 있는 반면에, (동일 또는 상이한 실시예에서) 다른 식품들(2')은 미리 정해진 패턴으로, 여기서는 운반수단(6)의 폭을 따라서 줄을 지어 나란히 배치될 수 있다.

열처리장치(4)는 적어도 하나의 온도검출장치(1)를 포함하고, 이것은 도 2에서 도시되지 않는다. 온도검출장치(1)는 식품(2, 2')의 중심부 온도, 즉 도 2에 따른 도면에서 투영 평면(plane of projection)에 수직방향인, z-방향과 관련하여 식품(2, 2')의 중앙의 온도를 측정하도록 구성된다. 이것은, 예컨대 3.2 GHz의 중심주파수 및 80 MHz의 대역폭을 가진, 식품(2, 2')에 의해서 방출되는 마이크로파 복사를 측정함으로써 달성된다.

온도검출장치(1)는 바람직하게는 운반수단(6)의 전체 폭을 커버하는 제1 검출 영역(100)에서 바람직하게는 중심부 온도를 측정하도록 구성된다. x-y 방향에서 높은 수평분해능을 제공하기 위하여, 온도검출장치(1)는 어레이 안테나들을 포함하고, 각각의 어레이 안테나 및/또는 어레이 안테나의 각각의 안테나는 작은 검출 영역을 커버해서, 제1 검출 영역(100)은 복수의 검출 영역들을 포함한다.

제1 검출 영역(100)과 관련된 대안적인 실시예들은 도 8을 참조하여 이하에서 논의된다.

도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 열처리장치(4)의 개략적 평면도를 도시한다. 도시된 실시예는 도 2와 관련하여 논의된 실시예에 실질적으로 대응한다. 여기서 도시된 실시예에 따르면, 열처리장치(4)는 차폐수단(7)을 더 포함하는데, 차폐수단(7)은 열처리장치(4)의 하우징 내에 통합될 수 있으며, 복사의 외부 소스(external source)들로부터 또는 심지어 제1 검출 영역(100)에 현재 있지 않은 다른 식품들(2) 또는 식품(2)의 영역들에 의해 방출된 복사로부터 온도검출장치(1)를 격리시킨다(isolate). 차폐수단(7)은 운반수단의 단면을 완전히 둘러싼다.

열처리장치(4)는 두 개의 온도검출장치(1)들을 포함하는데, 하나는 운반방향 A에서 가열수단(5)의 앞에 배치되고, 다른 것은 운반방향 A에서 가열수단(5)의 뒤에 배치된다. 그래서, 가열수단은 식품(2)의 초기(initial) 중심부 온도와 무관하게 작동될 수 있고, 중심부 온도는 예컨대 가열 프로세스 후에 안전성을 이유로 체크된다(checked). 만일 식품(2)이 가열 후에 미리 정해진 값보다 낮은 중심부 온도를 가진다면, 도시되지는 않은 조작수단(10)이 운반수단(6)으로부터 식품(2)을 제거해서 없앨 수 있으며, 이것은 대시 기호(―)로 된 원으로 표시된다.

나아가, 열처리장치(4)는 검출수단(8) 및/또는 트래킹수단(9)을 포함할 수 있다.

검출수단(8)은 예컨대 광센서(photo sensor)이고, 트래킹수단(9)은 CCD 카메라일 수 있다. 검출수단(8)은 식품(2)의 존재를 검출하는데, 예를 들어 만일 아무런 식품(2)이 검출되지 않는다면 가열수단(5)을 낮추거나 심지어 턴오프한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 온도검출장치(1), 특히 어레이 안테나는 검출수단(8)일 수도 있다. 예를 들어, 소정의 최소 온도값이 식품의 존재를 검출해서 예컨대 운반수단(6)과 식품(2, 2')을 구별하기 위한 한계값(threshold)으로서 설정될 수 있다.

바람직하게는, 복수의 적외선 카메라들은 예컨대 식품의 형상 및/또는 포지션 및/또는 부피를 측정함으로써 검출수단으로서 채용된다. 그래서, 식품의 3차원 이미지가 획득될 수 있다.

트래킹수단(9)은 특히 운반수단(6)의 폭을 따라서 식품(2)의 포지션 또는 치수들을 트래킹하거나, 투영 평면에서의 포지션이나 치수들을 트래킹하고, 이 정보를 온도검출장치(1)에 의해 측정된 중심부 온도와 코릴레이팅시킨다(correlate). 그래서, 온도분포 정보를 포함하는 결합 이미지(combined image)가 생성될 수 있고, 이것은 가열 프로세서의 더 나은 제어를 가능하게 한다.

검출수단(8)은 트래킹수단(9)과 적어도 부분적으로 동일한 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 및/또는 검출수단(8)은 트래킹수단(9)의 기능들, 예컨대 적어도 하나의 방향(즉, x, y 및/또는 z 방향)을 따라서 식품의 치수들을 결정하는 것도 수행하도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 온도검출장치(1)의 개략적 측면도를 도시한다. 온도검출장치(1)는 제1 검출 영역(100) 및 제2 검출 영역(101)을 포함하는 어레이 안테나 및 적외선 카메라(3)를 각각 포함한다. 도시된 바와 같이, 제2 검출 영역(101)은 제1 검출 영역(100)보다 더 클 수 있다. 대안적으로, 제2 검출 영역(101)은 제1 검출 영역과 동일하다.

적외선 카메라(3)는 분해능이 매우 높은(highly resolved) 표면온도분포를 내놓는다. 적외선 카메라(3)의 표면온도 분해능을 어레이 안테나의 중심부 온도분포와 결합시킴으로써, 정밀한 3차원 온도분포가 획득될 수 있다. 이것은 어레이 안테나의 수평분해능이 적외선 카메라에 비해 낮은 경우에 특히 도움이 된다. 하지만, 만일 어레이 안테나의 수평분해능 또는 적어도 두 개의 어레이 안테나들의 결합 수평분해능이 충분히 높으면, 분해능이 양호한(well-resolved) 온도분포를 얻기 위하여 이러한 적외선 카메라(3)가 필요하지 않을 수 있다.

도시된 실시예에서는 온도검출장치(1)가 식품(2) 및 운반수단(6) 위에 배치되었지만, 온도검출장치(1)는 운반수단 아래에 배치되는 것이 바람직하다. 이것은 임의의 다른 포지션에 배치될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 어레이 안테나의 원리의 개략적 측면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 온도검출장치(1)는 복수의 안테나들 또는 심지어 복수의 어레이 안테나들을 포함한다. 온도검출장치(1)는 지향성(200)을 포함한다.

도시된 배치는 설명을 위한 목적으로만 기능한다. 바람직하게는, 어레이 안테나 또는 온도검출장치는 식품 및 운반수단 아래에 배치된다.

그래서, 식품(2)의 중심부 온도를 나타내는 등방성(isotropic) 마이크로파 복사가 부분적으로만 검출된다. 도시된 바와 같이, 복사의 일부만이 수신 에너지(received energy)(201)에 상응하고, 나머지는 손실 에너지(lost energy)(202)이다.

수신 에너지(201)의 분량(fraction)을 증가시키기 위하여, 마이크로파 복사를 복사하는 반사판이 운반수단(6) 아래에 배치될 수 있다.

통상의 기술자는 식품(2)에 의해 방출된 전체 복사의 어느 분량이 수신 에너지(201)에 해당하는 것이며 어느 분량이 손실 에너지(202)에 해당하는 것인지를 지향성(200)이 결정한다는 점을 인정한다. 그래서, 지향성(200)을 변화시킴으로써, 예컨대, 어레이 안테나의 안테나들의 위상 쉬프트(phase shift)들을 조절함으로써, 수신 에너지(201)의 분량이 변할 수 있는데, 특히 수집되는 입체각 및/또는 수신 에너지(201)의 양(amount)이 변할 수 있다.

도 6은 본 발명의 추가적인 예시적 실시예에 따른 온도검출장치의 개략적 측면도를 도시한다. 여기서, 어레이 안테나는 누설파 결합 타입(leaky wave coupled type)의 개방형 도파관(13)을 포함하는데, 이것은 운반수단(6) 아래에 배치되어서, 측정되고 있는 식품(2) 아래에 배치된다.

여기서, 개방형 도파관(13)은 스파이럴하게(spirally) 제공되고, 예컨대 파장의 약 20배의 길이를 포함한다. 개방형 도파관(13)은 어레이 안테나의 안테나로서 기능하거나, 예컨대 어레이 안테나의 안테나들에 상응하는 도파관 루프(waveguide loop)(14)들을 가지고 그 자체로 어레이 안테나를 구성할 수 있다.

도 5를 참조하여 논의되는 바와 같은 반사판은 식품(2) 위에 배치될 수 있다. 개방형 도파관(13)은 동축 케이블(16)을 통하여 분석 전자장치에 연결될 수 있다.

도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 특히 도 6을 참조하여 논의된 실시예에 따른 온도검출장치의 단면의 세부사항을 도시한다. 개방형 도파관(13)은 여러 개의 도파관 루프(14)들을 포함하고, 예컨대 파장, 즉 어레이 안테나가 작동되는 중심파장의 4분의 1에 해당하는 거리 d에 배치된다.

개방형 도파관(13)은 진행 전자파(traveling electromagnetic wave)(15)를 안내한다. 개구에서, 소멸파들 및/또는 누설파들(17)이 도파관 루프(14)들로부터 떨어져 나와서 퍼져 나간다. 이 누설파(17)들은 개구로부터의 거리가 증가함에 따라 지수적으로 감쇠한다.

만일 개방형 도파관(13)이 그리고 그 결과 어레이 안테나가 식품(2)에 충분히 가깝게 배치되면, 그것의 마이크로파 복사가 감지될 수 있는데, 즉 이 복사가 누설파(17)들을 간섭한다.

개방형 도파관(13)의 지향성(200) 및 치수들을 조절함으로써, 어레이 안테나의 분해능이 제어될 수 있다. 지향성(200)은, 예컨대 주파수/파장을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

도 8 내지 10은 본 발명에 따른 온도검출장치의 상이한 실시예들의 개략적 평면도들을 도시한다. 도 8에 도시된 실시예에 따라서, 온도검출장치(1)(도시되지 않음)는 온도검출장치(1)가 바람직하게는 실질적으로 운반수단(6)의 전체 폭을 가로질러 식품(2, 2')(도시되지 않음)의 중심부 온도를 측정할 수 있도록 복수의 제1 검출 영역(100)들을 포함하며, 운반수단(6) 중에서 약간의 영역만이 도시된다.

이것은, 예컨대 복수의 어레이 안테나들을 포함하는 온도검출장치(1)에 의해서 달성되며, 이들 각각은 작은 포커스(small focus), 즉 제1 검출 영역(100)을 포함한다.

각각의 제1 검출 영역(100)은 예컨대 x 및 y 방향으로의 높은 수평분해능 및 예컨대 z 방향으로의 높은 수직분해능을 포함한다.

그래서, 본 실시예에 따라서, 식품(2 ,2')의 중심부 온도는 실질적으로 운반수단(6)의 폭을 따라 존재하는 임의의 지점에서 모든 공간적 차원들에 대해 높은 분해능을 가지고 측정될 수 있다.

대안적인 실시예가 도 9에서 도시된다. 여기서, 온도검출장치(1)의 어레이 안테나는 상대적으로 작은 포커스, 즉 제1 검출 영역(100)을 포함한다. 이 검출 영역은 더 넓은 영역을 가로질러 스캐닝되는데, 예컨대, 여기서 도시된 바와 같이 운반수단(6)의 폭을 따라서 스캐닝된다.

그래서, 중심부 온도는 운반수단(6)의 전체 폭을 따라서도 실질적으로 측정되지만, 예컨대 하나의 어레이 안테나만이 필요하다. 어레이 안테나의 동작 파라미터(operating parameter)들을 제어함으로써, 예컨대 어레이 안테나를 구성하는 안테나들의 위상차들을 조절함으로써, 스캐닝이 실시될 수 있다. y-축에 평행한 방향을 따라서 수행되는 1차원 스캔이 여기서 도시되지만, 다른 스캐닝 경로들도 고려될 수 있다. 예를 들어, 운반수단(6)의 속도가 낮은 경우에는 구불구불한 경로가 가능할 수 있을 것이다.

만일 예컨대 모든 식품들(2,2')의 중심부 온도가 측정되는 것을 보장하기 위하여 예컨대 여러 개의 식품들(2, 2')이 실질적으로 나란히 배치되도록 운반수단(6)의 폭이 상대적으로 크다면, 운반수단의 속도 및/또는 측정시간이 적절하게 선택되어야 한다.

대안적으로, 도 10에 도시된 실시예에 따라서, 어레이 안테나의 지향성(200)은 검출 영역이 도시된 바와 같은 제1 검출 영역(100')과 같도록 조절될 수 있는데, 예컨대 운반수단(6)의 폭을 따라서 얇은 스트라이프의 형상을 포함한다.

그래서, 운반수단(6)의 폭 위에 분포된 식품들(2, 2')의 중심부 온도는 하나의 한 번의 측정으로 측정될 수 있다. 하지만, 일반적으로 수평분해능이 상술한 실시예드에서만큼 높지는 않을 것이다.

도시된 바와 같이 제1 검출 영역(100')을 가진 단지 하나의 어레이 안테나를 사용하는 대신에, 복수의 어레이 안테나들이 사용됨으로써, 제1 검출 영역(100)들과 적어도 부분적으로 겹쳐서, 도시된 바와 같은 제1 검출 영역(100')을 생성하되, 소정의 리던던시 및 그로 인한 더 높은 분해능을 제공할 수 있다.

1 - 온도검출장치
2, 2' - 식품
3 - 적외선 카메라
4 - 열처리장치
5 - 가열수단
6 - 운반수단
7 - 차폐수단
8 - 검출수단
9 - 트래킹수단
10 - 조작수단
11 - 제어수단
12 - 반사판
13 - 개방형 도파관
14 - 도파관 루프
15 - 진행파
16 - 동축 케이블
17 - 누설파/소멸파
100, 100' - 제1 검출 영역
101 - 제2 검출 영역
200 - 지향성
201 - 수신 에너지
202 - 손실 에너지
A - 운반방향
d - 거리
x, y, z - 방향들

Claims

식품(2)의 중심부 온도(core temperature)를 측정하기 위한 온도검출장치(1)로서,
온도검출장치(1)는 마이크로파 검출 어레이 안테나(microwave detecting array antenna), 특히 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
청구항 1에 있어서,
어레이 안테나는 디키 라디오미터(Dicke radiometer)로서 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나는 개방형 도파관(open waveguide)(13), 특히 누설파 타입(leaky wave type) 개방형 도파관(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나의 측정시간은 실질적으로 0초와 10초 사이에서 또는 0.5초와 10초 사이에서 조절가능하거나, 측정시간은 실질적으로 0초인 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나는 패시브 라디에이터(passive radiator)를 포함하고, 및/또는 어레이 안테나는 패시브 안테나(passive antenna)인 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나는 1.5와 4 GHz 사이에서, 바람직하게는 2.8과 3.6 GHz 사이에서, 특히 약 3.2 GHz에서, 및/또는 바람직하게는 1.2와 2.0 GHz 사이에서, 특히 약 1.575 GHz에서 감도가 가장 좋은(sensitive) 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나의 측정 대역폭은 약 80 MHz를 포함하거나, 40 MHz와 120 MHz 사이 또는 60 MHz와 100 MHz 사이에서 조절가능한 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
어레이 안테나의 수신 애퍼처(receiving aperture)로부터 미리 정해진 거리에 있는 어레이 안테나의 제1 검출 영역(100)은 10 mm²보다 작고, 바람직하게는 1 mm²보다 작고, 특히 약 0.1 mm²인 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
상기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
장치(1)의 출력신호는 주위온도(ambient temperature)와 실질적으로 무관하고, 특히 -20℃와 90℃ 사이의 온도범위에 있는 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
청구항 1에 있어서,
식품의 표면온도를 측정하고, 및/또는 식품의 포지션(position) 및/또는 형상 및/또는 부피를 결정하기 위한 적외선 카메라(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
청구항 2에 있어서,
어레이 안테나의 수신 애퍼처로부터 미리 정해진 거리에 있는 어레이 안테나의 제1 검출 영역(100)은 미리 정해진 거리에 있는 적외선 카메라(3)의 제2 검출 영역(101)보다 작거나 제2 검출 영역(101)과 같은 것을 특징으로 하는 온도검출장치(1).
특히 오븐(oven)인 식품(2)용 열처리장치(4)로서,
열처리장치(4)는 식품(2)에 열을 가하기 위한 가열수단(heating means)(5) 및 상기 청구항들 중의 어느 한 항에 따른 온도검출장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리장치(4).
청구항 12에 있어서,
운반방향(A)을 따라서 열처리장치(4)를 통해 식품을 운반하기 위한 운반수단(transportation means)(6)을 포함하고, 운반수단(6)은 바람직하게는 벨트, 특히 엔드리스 벨트(endless belt)인 것을 특징으로 하는 열처리장치(4).
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
차폐수단(shielding means)(7)을 포함하고, 차폐수단(7)은 온도검출장치(1)가 실질적으로 식품(2) 및/또는 운반수단(6)에 의해서 방출된 복사(radiation)만을 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열처리장치(4).
청구항 12 내지 청구항 14 중의 어느 한 항에 있어서,
식품(2)의 존재를 검출하기 위한 검출수단(detection means)(8), 및/또는 식품(2)의 포지션을 트래킹하기 위한 트래킹수단(tracking means)(9), 및/또는 식품(2)을 조작하기 위한, 특히 제거하기 위한 조작수단(manipulation means)(10)을 포함하고, 검출수단(8)은 바람직하게는 운반방향(A)에서 가열수단(5)의 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 열처리장치(4).
청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 따른 온도검출장치(1)를 이용해서 식품(2, 2')의 중심부 온도를 측정하기 위한 방법으로서, 어레이 안테나는,
- 어레이 안테나의 제1 검출 영역(100)이 적어도 하나의 방향(x, y, z)으로 식품(2, 2')에 대해서 스캐닝되도록(scanned) 작동하고, 및/또는
- 어레이 안테나가 복수의 제1 검출 영역(100)들을 포함하도록 작동하고, 및/또는
- 제1 검출 영역(100)은 적어도 하나의 방향(x, y, z)으로 전체 식품(2, 2')에 걸쳐 있고(span),
제1 검출 영역(100, 100')에서 식품(2, 2')의 중심부 온도가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 따른 온도검출장치(1)를 이용해서 청구항 12 내지 청구항 15 중의 어느 한 항에 따른 열처리장치(4)를 제어하기 위한 방법으로서, 제1 단계에서는 가열수단(5)에 의해 식품(2, 2')이 열처리되고, 제2 단계에서는 온도검출장치(1)에 의해 식품(2, 2')의 중심부 온도가 측정되고, 제3 단계에서는 온도검출장치(1)에 의해 제공되는 정보에 의존하여 제어수단(11)이 가열수단(5)을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.