KR20170138473A - 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체 - Google Patents

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KR20170138473A
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KR1020177032715A
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크리스티안 린드버그-폴센
헨릭 슈나이더
토마스 안데르센
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덴마크스 텍니스케 유니버시테트
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Abstract

본원은 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체에 관한 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위한 마이크로파 안테나를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로는 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출하기 위해 RF 안테나 신호가 동작가능하게 결합되고 전력 공급 전압을 제공한다. 센서는 전력 공급 전압에 연결되어 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 하에서 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된다.

Description

마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체
본원은 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체에 관한 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 미리결정된 여기 주파수에서의 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위한 마이크로파 안테나를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로가 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출하기 위해 RF 안테나 신호에 동작가능하게 결합되고, 전력 공급 전압을 생성한다. 센서가 전력 공급 전압에 연결되고, 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 상태에서 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된다.
마이크로파오븐은 식품 내의 극성 분자가 회전하여 열에너지를 증강하도록 하는 마이크로파 스펙트럼으로 전자기 방사에 의해 식품을 데우고 조리하기 위한 잘 알려진 대중적인 주방용품이다. 마이크로파오븐은 식품을 빠르고 효율적으로 데워지게 하고, 이는 밀집된 식품 외부에 여기가 상당히 균일하기 때문이다. 마이크로파오븐은 이전에 조리된 식품을 재가열하고 다양한 음식을 조리하는데 대중적이다. 그러나, 준비 중인 식품의 온도 및 다른 물리적이거나 화학적인 특성은 알려지지 않은데, 이것은 특히 급속한 식품 준비 또는 마이크로파오븐에 의해 전형적으로 획득되는 가열의 측면에서, 그러한 온도와 같은 문제의 식품의 준비의 의도된 상태에 도달하는데 문제가 있을 수 있다.
따라서, 사용자 또는 고객이 준비 중인 식품의 특정 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하도록 마이크로파오븐의 챔버 또는 구획 내부의 액티브 센서 디바이스 또는 조립체를 위치시키는 것이 장점일 것이다. 오븐 구획 내부의 극심한 EMI 유해 환경으로 인해 오븐 챔버 내부에 액티브 센서 조립체에 전원을 공급하기 위한 배터리 또는 유사한 화학적 에너지 저장 디바이스를 위치시키는 것이 안전하지 않다. 게다가, 때때로 액티브 센서 조립체의 배터리를 대체해야 할 필요성이 외부 환경에 대해 밀폐된 조립체 또는 배터리 전력 액티브 센서 디바이스의 하우징의 구비를 어렵게 만든다.
US 4,297,557는 식품 온도를 측정하기 위해 조리 기구 내에 있는 식품 헬드 내에 내장되는 원격측정 온도 프로브(telemetric temperature probe)를 가진 마이크로파오븐을 개시한다. 온도 프로브는 전력 공급기 및 온도 응답 회로를 포함하는 전자 회로를 포함한다. 전력 공급 회로는 오븐 내의 마이크로파 에너지로부터 에너지를 수집함으로써 작동되는 공급 커패시터, 정류 다이오드 및 루프 안테나를 포함한다. 온도 신호는 온도 프로브의 유도 안테나로부터 오븐 공동 외부의 수신 유도 안테나로의 근접장 자기 커플링(near-field magnetic coupling)에 의해 무선으로 송신된다.
US 2004/0056027는 마이크로파오븐 내의 액체를 가열하도록 구성된 주전자를 개시한다. 이 주전자는 예컨대 변화하는 색에 의해 보일러의 내용물의 온도를 나타내는 간단한 온도 지시자를 구비한다. 온도계에 결합되는 전자 회로에 대해 어떠한 특정 개시도 하고 있지 않다.
US 2006/0207442는 마이크로파오븐 내에 위치되는 용기를 개시하고, 여기서 이 용기의 내용물을 식히기 위한 냉각 디바이스가 구비된다. 이 냉각 디바이스는 오븐 내의 마이크로파로부터 획득되는 에너지에 의해 구동된다.
그러나, 마이크로파오븐 내의 마이크로파 장 또는 마이크로파 전자기 방사의 세기가 종종 과도하여 마이크로파 전력 액티브 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로 또는 다른 전자 회로의 다양한 능동 또는 수동 부품를 돌이킬 수 없이 손상을 입힐 수 있다. 부품 손상은, dc 전력 공급 회로의 능동 또는 수동 부품의 최대 전압 정격(voltage rating) 및/또는 최대 전력 소요량(power rating)을 초과하는, RF 전자기 방사에 응답하여 마이크로파 전력 센서 조립체의 RF 안테나에 의해 전달된, RF 신호 전압에 의해 유발될 수 있다. 이러한 RF 신호 전압 손상은 dc 전력 공급 회로의 능동 또는 수동 부품의 파괴를 유발한다. 이는 dc 전력 공급 회로, 또한 가능하게는 추가의 전자 회로가 초미세 CMOS 반도체 기판 상에 집적되는 경우에 특히 그러한데, 반도체 기판에 형성된 능동 또는 수동 부품이 과열 또는 붕괴되지 않고 견딜 수 있는 전압 레벨 및/또는 전력 레벨로의 극심한 제한이 필요하다.
그러므로, 마이크로파오븐 내부의 과도한 레벨의 마이크로파 에너지에 노출시 RF 안테나에 의해 수집되고 마이크로파 전력 능동 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로에 공급되는 전력의 양을 제한하는 것이 유리할 것이다. 그러나, 소형의 CMOS 반도체 기판의 부품에서 대량의 전력을 흡수하거나 소비시키는 것이 불가능하거나 적어도 비현실적이기 때문에, 너무 많은 에너지가 반도체 기판에 들어가는 것을 방지하는 것이 더욱 유리할 것이다.
게다가, 식품의 가열 동안 마이크로파오븐 챔버의 외부에 식품의 특성 또는 원하는 물리적 또는 화학적 특성의 특정의 측정된 파라미터 값을 송신하는 것이 바람직하다. 이 방법으로, 사용자 또는 소비자는 식품의 준비나 요리시 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링 할 수 있고, 예컨대 원하는 값이나 타겟 값에 문제되는 파라미터 값이 도달하는 경우에 오븐을 중단할 수 있다. 송신된 파라미터 값이 데이터 신호로 디지털적으로 인코딩될 수 있고, 예컨대 식품의 현재 또는 순간 온도를 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 마이크로파오븐 챔버 내의 마이크로파 전자기장의 과도한 세기로 인해 음식 준비 동안 무선 데이터 신호를 마이크로파오븐 외부로 안전하게 송신하는 것이 일반적으로 어렵다. 마이크로파 전자기장은 무선 데이터 신호를 운반하는 일반적인 RF 신호의 모든 형태를 간섭하는 경향이 있다. 상황이 더 악화되면 마이크로파오븐의 오븐 챔버가 필수적으로 잠재적으로 유해한 마이크로파 방사가 외부에 누출되고 사용자에게 도달하는 것을 방지하기 위해 RF 신호의 어떠한 방사도 차단하도록 설계되는 페러데이 케이지(Faraday cage)로서 역할을 해야 한다.
따라서, 오븐 챔버 외부에 식품의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 현재 파라미터 값을 가진 데이터 신호를 송신하기 위해 신뢰성 있고, 유연하고 저가의 데이터 신호 송신 메커니즘이 바람직하다.
본원의 제1 측면은 마이크로파오븐을 위한 마이크로파 전력, 또는 전력가능, 센서 조립체에 관한 것이다. 이 마이크로파 전력 센서 조립체는 미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위해 미리결정된 조종 주파수를 갖는 마이크로파 안테나를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 미리결정된 신호 제한 특성에 따라 상기 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하기 위해 상기 RF 안테나 신호에 결합되어 제한된 RF 안테나 신호를 제공하는 RF 전력 리미터를 더 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로는 상기 제한된 RF 안테나 신호에 결합되어 상기 제한된 RF 안테나 신호를 정류하고 전력 공급 전압을 제공하도록 구성된다. 센서는 상기 전력 공급 전압에 연결되고 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 하에서 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 일 실시태양은 방출된 마이크로파 방사의 기본적인 915 MHz 주파수를 사용하여 산업상 유형의 마이크로파오븐을 위해 구성된다. 대안의 마이크로파 전력 센서 조립체의 실시태양은 방출된 마이크로파 방사의 기본적인 2.45 GHz 주파수를 사용하여 소비자 유형의 마이크로파오븐을 위해 구성된다. 조종 주파수 및 가능한 물리적 치수의 마이크로파 안테나는 예컨대 이러한 유형의 마이크로파 전력 센서 조립체 사이에서 상이할 수 있다. 하나의 경우에, 마이크로파 안테나는 오븐 챔버 내에 위치된 식품의 가열 동안 산업상 또는 소비자 변형의 마이크로파오븐의 오븐 챔버에서 마이크로파 방사에 의해 생성된 여기에 응답한다. 마이크로파 안테나는 RF 안테나 신호를 생성하고, dc 전력 공급 회로는 제한된 RF 안테나 신호로부터, 또는 마이크로파 전력 센서 조립체가 RF 전력 리미터를 포함하지 않은 경우에는 수신된 RF 안테나 신호로부터 직접, 에너지를 정류하고 추출한다. dc 전력 공급 회로에 의해 생성된 전력 공급 전압이 마이크로파 전력 센서 조립체의 능동 전자 회로 및 부품에 연결될 수 있고, 그에 전기적 전력을 공급한다. 능동 전자 회로 및 부품은 센서, 디지털 프로세서, 디스플레이, 광학 데이터 송신기 등을 포함할 수 있다. 그러므로, 마이크로파 전력 센서 조립체가 임의의 배터리 소스 없이, 대신에 오븐 챔버 내에서 마이크로파 방사로부터 수집된 에너지에 의존하여 작동할 수 있다.
식품이 우유, 물, 유아용 유동식, 커피, 차, 주스 또는 다른 음용 물질과 같은 액체를 포함할 수 있고, 또는 식품이 고형이거나 냉동 식품, 예컨대 빵, 고기 또는 저녁 식사를 포함한다. 식품은 오븐 챔버 내의 식품의 가열 동안 적합한 용기나 주방 도구에 배치될 수 있다. 음식 용기 또는 주방 도구는 컵, 병 또는 플레이트 등을 포함할 수 있다. 센서는 식품과 물리적 접촉을 이루어서 온도, 점도, 압력, 색, 습도, 반사율, 전도율 등과 같은 오븐 챔버 내의 가열 또는 준비 동안 식품의 물리적 특성을 측정하거나 검출할 수 있다. 센서는 문제되는 식품의 중심에서 물리적 또는 화학적 특성, 예컨대 온도를 측정하도록 배치될 수 있다. 대안으로, 센서는 예컨대 식품의 외표면에 접촉하여 식품의 표면에서 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 배치될 수 있다. 후자의 실시태양은 특정 식품의 표면이 위생 또는 살균 목적을 위한 타겟 또는 처리 온도에 도달되었는지 여부를 검출하는데 유용할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐 내에서 그것의 준비과 관련하여 식품에 삽입될 음식 프로브에 장착될 수 있다. 센서의 일부 실시태양은 식품과 물리적 접촉 없이 동작할 수 있고, 대신에 원격으로 예컨대 적외선(infrared, IR) 온도 검출기 등을 사용하여 식품의 물리적 특성을 감지/측정한다. 센서의 감지부가 대안으로 또는 추가적으로 가열 하에서 식품의 화학적 특성을, 예컨대 식품에서 함수량 또는 특정 화학 작용제인 소금, 설탕 등의 존재 및/또는 농도를 측정하거나 검출할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함하거나, 동일한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함할 수 있다. 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서는 식품의 상이한 물리적 특성 및/또는 화학적 특성을 측정하도록 구성되고, 반면에, 동일한 유형의 다수의 센서는 문제되는 식품의 상이한 위치에서, 예컨대 전술한 바와 같이 식품의 중심에서 그리고 표면에서 동시에 온도와 같은 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된다.
RF 전력 리미터는 RF 안테나 신호가 접속되는 가변적 임피던스 회로를 포함하고, 상기 가변적 임피던스 회로는 상기 전력 리미터의 입력 임피던스 및 상기 마이크로파 안테나의 임피던스 사이의 매칭을 감소시키도록 상기 미리결정된 여기 주파수에서 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력의 증가에 따라 감소하는 입력 임피던스를 보이도록 구성된다.
상기 가변적 임피던스 회로는, 임계 레벨 미만의 RF 안테나 신호의 전력 또는 진폭 레벨에서 실질적으로 변하지 않는 입력 임피던스를 보이고, 임계 레벨 초과의 RF 안테나 신호의 전력 또는 진폭 레벨에서 점진적으로 또는 급격히 감소하는 입력 임피던스를 보이도록 구성된다. 가변적 임피던스 회로의 입력 임피던스는 임계 레벨을 초과하는 RF 안테나 신호의 입력 전력의 증가에 따라 점차적으로 감소할 수 있다. 임계 레벨은 전력 임계 또는 진폭 임계일 수 있다.
수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 것처럼, 상기 가변적 임피던스 회로는 PIN 리미터 다이오드 또는 제어 FET 트랜지스터를 포함할 수 있다. 전력 공급 회로가 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 이유로 제한된 RF 안테나 신호의 정류를 위해 하나 이상의 RF 쇼트키 다이오드(들)를 포함할 수 있다.
일부 실시태양에서, 상기 마이크로파 안테나는, 마이크로파 전력 센서 조립체의 특정 실시태양을 작동하도록 사용되는 마이크로파 방사의 915 MHz 또는 2.45 GHz인, 예상되는 여기 주파수로부터 미리결정된 주파수 양으로 디튜닝될 수 있다. 마이크로파 안테나의 미리결정된 조종 주파수는 예컨대 상기 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수(915 MHz 또는 2.45 GHz)로부터 +50 % 초과 또는 -33 % 초과, 예컨대 적어도 +100 % 또는 적어도 -50 % 만큼 편차가 있을 수 있다. 이 디튜닝은 마이크로파 안테나에 의한 마이크로파 에너지의 양을 감소시키고, 따라서, RF 전력 리미터(존재한다면) 및 dc 전력 공급 회로 중에 하나에 인가된 RF 안테나 신호의 레벨을 감소시키고, 오븐 챔버 내의 가열점에 마이크로파 안테나가 위치한다면 RF 안테나 신호의 과도하게 높은 전압 또는 전력 레벨에 대항하여 후자의 회로를 보호하는 것을 도울 수 있다.
표준인 2.45 GHz(또는 915 MHz) 마이크로파 방사 주파수보다 높은 마이크로파 안테나의 조종 주파수는 마이크로파 안테나가 더 작은 물리적 치수를 가질 수 있는 추가의 장점을 제공한다. 더 작은 물리적 치수는 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 것처럼 다양한 장점을 제공한다.
마이크로파 안테나는 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 마이크로파 안테나는 마이크로파 전력 센서 조립체를 지지하는 프린트 회로 기판과 같은 기판 또는 캐리어의 배선이나 도전체 패턴으로 통합되어 형성될 수 있다. 모노폴 마이크로파 안테나는 일반적으로 소형이고 전방향성이다.
일 실시태양에서, 마이크로파 안테나의 생성 임피던스가 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수에서 RF 전력 리미터에서의 입력 임피던스보다 적어도 2배 더 크다.
마이크로파 전력 센서 조립체는 바람직하게는 하우징에 의해 둘러싸인다. 마이크로파 안테나는, 바람직하게는 마이크로파 방사가 실질적으로 상당한 감소 없이 마이크로파 안테나에 도달하고 이로써 마이크로파 에너지를 수집하도록 하는 전기적 도전 물질을 포함한다면, 하우징 외부에 배치된다. 전기적 도전성의 하우징은 마이크로파 전자기 방사에 대하여 적어도 RF 전력 리미터와 전력 공급 회로를 둘러싸고 차폐하는, 금속 시트 또는 금속 네트를 포함할 수 있다.
하우징이 오븐 챔버 내부의 유해 액체, 기체 또는 다른 오염 물질에 대항하여 내부에 둘러싸인 이러한 회로 및 센서(들)을 보호하도록 기밀하게 밀봉될 수 있다. 센서의 감지부는 식품과의 물리적 접촉을 획득하도록 하우징으로부터 돌출될 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체가 동작 전력의 수신을 위해 전력 공급 전압이 결합되는 디지털 프로세서를 포함할 수 있고, 여기서 센서는 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값의 수신을 위해 프로세서의 입력 포트를 통해 디지털 프로세서에 결합된다. 센서는 아날로그 포맷 또는 디지털 포맷으로 디지털 프로세서의 입력 포트에 측정된 파라미터 값을 전달하도록 구성될 수 있다. 디지털 프로세서의 다양한 기술에 대한 자세한 사항 및 장점이 수반되는 도면을 참조하여 설명될 것이다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 바람직한 실시태양은, 오븐 챔버의 외부에 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값의 수신 및 광 송신을 위해, 디지털 프로세서에, 또는 가능하면 센서에 직접 연결되는 광 데이터 송신기를 포함한다. 광 데이터 송신기는 디지털 포맷으로 인코딩된 측정된 파라미터 값을 포함하는 광 데이터 신호를 방출하도록 구성될 수 있다. 광 데이터 신호는 오븐 챔버의 외부에 배치되는 적합한 광 수신기에 송신될 수 있다. 통상의 기술자는 광 데이터 신호가 전술한 오븐 챔버 내부의 마이크로파 방사의 과도한 레벨에 완전히 영향을 받지 않음을 이해해야 할 것이다. 게다가, 광 데이터 송신기는 소형의 형태의 요소 및 저가로 상업적으로 이용 가능하다. 광 데이터 송신기는 적외선 스펙트럼 내의 광파 또는 가시 스펙트럼 내의 광파에 의해 광 데이터 신호를 방출하는 변조된 LED 다이오드를 포함할 수 있다. 광 데이터 송신기는 광 데이터 신호를, 특정 응용에 따라 식품의 가열 동안 규칙적인 시간 간격으로, 또는 비규칙적인 시간 간격으로, 계속하여 송신하도록 구성될 수 있다.
광 수신기는 LED와 같은 광검출기를 포함할 수 있다. 광 수신기는 유리 리드를 관통하는 광 데이터 신호의 부분을 수신하기 위해 마이크로파오븐의 유리 리드의 외표면에 부착될 수 있다. 유리 리드의 내표면이, 전술한 마이크로파오븐의 페러데이 케이지의 부분을 형성하는 금속 네트나 그리드에 의해 덮혀진다면, 광검출기는 광학파가 광검출기에 방해없이 전파되는 광 데이터 신호를 운반하도록 하는 금속 네트 또는 그리드의 개구/구멍에 위치될 수 있다. 광검출기는 전기적으로 또는 무선으로 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 결합되고, 마이크로파오븐의 제어기 또는 마이크로프로세서에, 측정된 파라미터 값을 포함하는 수신된 광 데이터 신호를 송신한다. 마이크로파오븐의 마이크로프로세서는 마이크로파오븐의 동작을 제어하도록 수신된 파라미터 값을 사용하도록 구성될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 또 다른 실시태양은 오븐 챔버의 외부에 식품의 모니터링된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 디스플레이하기 위한 파라미터 지시자를 포함한다. 파라미터 지시자는 마이크로파 전력 센서 조립체의 외부 하우징 표면 상에 배치될 수 있다. 파라미터 지시자는 LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 지시자를 포함한다. 파라미터 지시자의 기능 및 기술의 자세한 사항이 이하 수반되는 도면을 참조하여 자세히 설명된다. 그러나, 특히 일부 응용에서 파라미터 지시자로서 E-잉크 페이퍼의 사용을 선호하는데, 이는 E-잉크 페이퍼가 마이크로파오븐이 꺼진 후에 측정된 파라미터 값 또는 값들이 오랜 시간 기간 동안 사용자에 의해 검사되도록 하기 때문이다. E-잉크 페이퍼의 초저전력 소비는 마이크로파 전력 센서 조립체의 dc 전력 공급 회로의 커패시터와 같은 저장 요소의 에너지의 비교적 제한된 양만 사용하여 기능을 유지할 수 있게 한다.
전술한 것처럼, 마이크로파 전력 센서 조립체는 온도 센서 예컨대 서미스터를 포함할 수 있다.
본원의 제2 측면은 전술한 마이크로파 전력 센서 조립체 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 음식 용기에 관한 것이다. 센서, 예컨대 마이크로파 전력 센서 조립체의 온도 센서가 음식 용기의 식품과 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이루도록 배열된다. 따라서, 음식 용기가 음식 제조 장소 또는 팩토리에서 이루의 음식 충진 프로세스를 대기하여 제조된 후에 즉시 비워질 수 있다. 대안으로, 음식 용기는 마지막 사용자에 의해 수동으로 채워질 수 있다. 이러한 후속 음식 충진 프로세스 다음에, 음식 용기에 든 식품이 센서와 감각 접촉을 이룬다.
마이크로파 전력 센서 조립체는 다양한 방법으로 음식 용기와 부착되거나 통합된다. 특정 실시태양에서, 마이크로파 전력 센서 조립체가 음식 용기의 별부, 리드부 또는 하부에 부분적으로 또는 전체적으로 내장된다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 예컨대 이미 성형된 용기에 재료의 오버몰딩 또는 사출성형을 사용하여 용기가 제조되는 동안 음식 용기의 재료와 통합될 수 있다. 음식 용기는 플라스틱, 판지, 유리 및 포슬린 중 하나 이상과 같은 다양한 유형의 재료를 포함할 수 있다.
본원의 제3 측면은 마이크로파오븐 내의 가열과 관련하여 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은:
a) 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 센서를 식품과 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이루도록 위치시키는 단계;
b) 상기 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내부에 식품을 두는 단계;
c) 상기 오븐 챔버 내부에 미리결정된 여기 주파수로 전자기 방사를 제공하여 식품을 조사하고 가열하도록 마이크로파오븐을 작동시키는 단계를 포함하고, 이 방법은:
- 상기 식품의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 마이크로파 전력 센서 조립체에 디스플레이하는 단계와,
- 무선 데이터 통신 링크를 통해 상기 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 오븐 챔버 외부에 배치된 무선 수신기에 송신하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함한다.
상기 무선 데이터 통신 링크는 바람직하게는 예컨대 전술한 오븐 챔버 외부에 배열된 광 수신기에 광 데이터 송신 채널을 확실하는 것과 같이, 광 데이터 송신 채널을 포함한다. 광 데이터 송신기는 적외선 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼의 광파와 같은 광 데이터 신호를 방출하는 것이다.
식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법은 RF 전력 리미터의 미리결정된 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하는 단계를 포함한다. 신호 제한 특성은 RF 안테나 신호의 신호 파형의 왜곡 없이 자동 이득 제어(Automatic Gain Control, AGC) 기능에 의해, 또는 RF 안테나 신호의 신호 파형의 피크-클리핑(peak-clipping)에 의해 수행될 수 있다.
본원의 제4 측면은 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체에 관한 것으로, 미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위해 미리결정된 조종 주파수를 갖는 마이크로파 안테나를 포함한다. 이 조립체는 상기 RF 안테나 신호가 결합되어 상기 RF 안테나 신호를 정류하고 RF 안테나 신호에 기초하여 전력 공급 전압을 제공하는 dc 전력 공급 회로를 더 포함한다. 센서, 예컨대 온도 센서는 전력 공급 전압에 의해 전력이 공급되며, 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 하에서 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 측정하도록 구성된다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 추가로, 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값을 수신하고 오븐 챔버 외부에 측정된 파라미터 값의 광 송신하도록 동작가능하게 결합된 무선의, 바람직하게는 광학, 데이터 송신기를 포함한다.
본원의 제4 측면에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체는 RF 안테나 신호와 dc 전력 공급 회로 중간에 결합된 RF 전력 리미터를 추가로 포함할 수 있다. RF 전력 리미터는 RF 전력 리미터의 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하도록 구성된다. RF 전력 리미터는 dc 전력 공급 회로의 입력에 제한된 RF 안테나 신호를 제공한다. RF 전력 리미터가 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 RF 전력 리미터의 실시태양 중 임의의 실시태양, 또는 본원의 제1 측면과 관련하여 전술된 RF 전력 리미터 실시태양과 동일할 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체는 오븐 챔버의 외부에 식품의 모니터링된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 디스플레이하기 위한 파라미터 지시자를 포함할 수 있으며, 여기서 파라미터 지시자는 본원의 제1 측면에 관하여 전술한 것처럼, LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼로부터 선택되는 적어도 하나의 지시자를 포함한다.
본원의 제5 측면은 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 음식 프로브이다. 음식 프로브는 수반되는 도면을 참조하여 이하 더 자세히 설명되는 것처럼 마이크로파 전력 센서 조립체를 둘러싸고 보호하는 기다란 하우징을 포함한다.
다음의 수반되는 도면과 관련하여 더욱 자세하게 본원의 바람직한 실시태양을 설명하도록 한다:
도 1은 본원의 제1 실시태양에 따른 마이크로파오븐에 사용되는 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 2는 본원의 제2 실시태양에 따른 마이크로파오븐에 사용되는 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 3은 본원의 제3 실시태양에 따른 마이크로파오븐에 사용되는 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 4a는 본원의 제1, 제2, 또는 제3 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 실시예인 RF 전력 리미터 및 dc 전력 공급 회로의 개략적 전자 회로도이다.
도 4b는 본원의 제1, 제2, 또는 제3 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제2 실시예인 RF 전력 리미터 및 dc 전력 공급 회로의 개략적 전자 회로도이다.
도 5는 조립체에 대한 상기 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 집적형 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 유아용 유동식이 든 병을 도시한다.
도 6은 음식 용기의 벽부에 집적된 마이크로파 전력 센서 조립체를 구비한 일례의 음식 용기를 도시한다.
도 7은 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 온도 프로브를 도시한다.
도 1은 본원의 제1 실시태양에 따라 산업 또는 소비자 유형으로 마이크로파오븐(미도시)을 사용하기에 적합한 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 개략적 블록도를 도시한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)는 예컨대 800 MHz 내지 3.0 GHz의 조종 주파수에서 마이크로파 영역 내의 미리결정된 조종 주파수를 가진 마이크로파 안테나(102)를 포함한다. 마이크로파 안테나(102)는 오븐 챔버 내에 위치된 식품을 가열하는 동안 문제되는 산업상 또는 소비자 유형의 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내에서 생성되는 마이크로파 방사 또는 전자기장에 의해 생긴 여기(excitation)에 반응한다. 통상의 기술자는 마이크로파 안테나(102)의 조종 주파수가 소비자 유형의 마이크로파오븐을 위해 설계된 마이크로 전력 센서 조립체에 대해 약 2.45 GHz로 설계될 수 있고, 산업상 유형의 마이크로파오븐을 위해 설계된 마이크로파 전력 센서 조립체에 대해 915 MHz로 설계될 수 있다. 마이크로파 안테나(102)의 조종 주파수는 전술한 바와 같이 마이크로파 방사의 2.45 GHz 또는 915 MHz 중 하나인 예상되는 여기 주파수로부터 미리결정된 양으로 추가로 디튜닝될(detuned) 수 있다.
식품이 우유, 물, 유아용 유동식, 커피, 차, 주스 또는 다른 음용 물질을 포함할 수 있고, 또는 식품이 고형이거나 냉동상태일 수 있고, 빵, 고기 또는 저녁 식사를 포함한다. 식품은 컵이나 플레이트 등과 같은 오븐 챔버 내의 가열 동안 적합한 용기 또는 주방 도구 내에 정렬될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 센서(108)의 감지부는 식품과 물리적으로 접촉되어서, 온도, 점도, 압력, 색, 습도, 전도율 등과 같은 가열/준비 동안 식품의 물리적 특성을 측정하거나 검출할 수 있다. 대안으로, 센서(108)가 식품에 물리적 접촉 없이 동작할 수 있고, 대신에 원격 또는 비접촉 감지에 의해, 예컨대 적외선(infrared, IR) 온도 검출기 등을 사용하여 식품의 물리적 특성을 측정한다. 센서(108)의 감지부가 대안으로 가열 하의 식품의 화학적 특성을, 예컨대 함수량 또는 특정 화학 작용제인 소금, 설탕 등의 존재 및/또는 농도를 측정하거나 검출할 수 있다.
이 분야의 통상의 기술자는 센서가 식품의 다수의 상이한 물리적 특성 및/또는 하나 이상의 화학적 특성을 측정하거나 검출하도록 구성될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)는 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함하여, 식품의 상이한 물리적 특성 및/또는 화학적 특성을 측정할 수 있다.
마이크로파 안테나(102)는 오븐 챔버 내에서 RF 전자기 방사에 의한 여기에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성한다. RF 안테나 신호는 선택적인 RF 전력 리미터(104)의 입력에 전기적으로 접속되거나 결합된다. RF 전력 리미터(104)는 RF 전력 리미터(104)의 미리결정된 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭, 전력 또는 에너지와 같은 레벨을 제한하도록 구성된다. 이로써, RF 전력 리미터(104)가 RF 전력 리미터(104)의 출력부에서 제한된 RF 안테나 신호 VLIM를 제공한다. 미리결정된 신호 제한 특성이 예컨대 RF 안테나 신호의 비교적 작은 레벨 예컨대 특정 임계 레벨 미만의 선형 행동 및 임계 레벨보다 큰 비선형 행동을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, RF 안테나 신호의 레벨 및 제한된 RF 안테나 신호의 레벨이 임계 레벨 미만의 RF 안테나 신호에 대해 대체로 동일할 수 있고, 반면에 제한된 RF 안테나 신호의 레벨이 임계 레벨보다 큰 RF 안테나 신호의 레벨보다 작을 수 있다. 선택적인 RF 전력 리미터(104)의 상이한 종류의 신호 제한 특성을 제공하기 위한 다양한 회로의 상세한 사항 및 메커니즘이 추가적으로 이하 자세히 설명된다.
마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 RF 전력 리미터(104)는 바람직한데, 이는 리미터(104)가, 오븐 챔버 내의 RF 전자기 방사에 응답하여 RF 안테나 신호의 과도하게 큰 전력이나 진폭에 의해 생성된 과전압 상태에 대항하여, 제한된 RF 안테나 신호가 전기적으로 연결되고 결합되는 다운 스트림 dc 전력 공급 회로(106)를 보호한다. 이러한 과도한 신호 입력 상태는, 반송파에 변조된 데이터 신호를 안전하게 송신하거나 디코딩하도록 충분한 RF 전력을 획득하는 것을 종종 시도하는 일반적인 무선 RF 데이터 통신 장비의 동작과는 상당히 상반된다. 반면에, 마이크로파 전력 센서 조립체(100)는 RF 안테나 신호의 과도하게 큰 전압 및 입력 전력을 야기하는 오븐 챔버 내의 RF 전자기 방사의 소스에 매우 근접하게 위치될 수 있을 것이다. 게다가, 오븐 챔버 내의 마이크로파 방사의 강도가 정상파로 인해 챔버를 통해 상당히 가변적이다. 이러한 정상파는 마이크로파 방사의 상당히 상이한 전계 강도로 동작시 오븐 챔버 내에서 소위 "가열점(hot spot)" 및 "냉점(cold spot)"의 형성을 유발한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)가 한편으로는 냉점에 위치되는 경우에 마이크로파 안테나로부터 충분한 전력을 추출하도록 구성되어 적절한 동작을 보장하고, 다른 한편으로는 마이크로파 안테나가 가열점에 위치되는 경우에 매우 큰 진폭 RF 안테나 신호를 견딜 수 있다. 후자의 경우에, 이하 자세히 설명하는 것처럼 방사를 위해 들어오는 RF 신호 전력의 상당한 부분을 마이크로파 안테나에 다시 반사함으로써 RF 전력 리미터(104)가 이러한 큰 진폭 RF 안테나 신호가 감쇠되는 것을 보장한다.
dc 전력 공급 회로(106)가 제한된 RF 안테나 신호 VLIM를 정류하고, 그로부터 dc 전력 공급 전압 VDD 을 추출하도록 구성된다. dc 전력 공급 회로(106)가 정류 요소의 출력부에 결합된 평활 커패시터(들) 또는 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 다수의 유형의 정류 요소가 반도체 다이오드 또는 능동 제어 반도체 스위치/트랜지스터와 같이 사용될 수 있다. 일 실시태양에서, 정류 요소는 회로도(106) 상에 개략적으로 나타나는 것처럼 쇼트키 다이오드를 포함한다. 하나 이사의 필터 또는 평활 커패시터(들)이 dc 전력 공급 전압 VDD에서 전압 리플 및 노이즈를 억제하도록 제공되고, 에너지 저장소로서 더 제공될 수 있다. 에너지 저장소가 특정 시간 기간 동안 추출된 에너지를 저장하고, dc 전력 공급 전압이 이하 추가로 설명하는 바와 같이 RF 안테나 신호의 짧은 드롭 아웃(drop out) 동안 충전되거나 전력 공급되는 상태에 있음을 보장한다. 센서(108)의 입력부 또는 전력 공급단이 동작 전력의 수신을 위해 dc 전력 공급 전압 VDD에 연결된다. 센서(108)는, 적절히 기능하도록 전력이 필요한 다양한 유형의 능동적 디지털 및/또는 아날로그 전자 회로 및/또는 디스플레이 부품을 포함할 수 있다.
바람직하게는 마이크로파 전력 센서 조립체(100)가 적어도 RF 전력 리미터(104), dc 전력 공급 회로(106) 및 센서(108)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(110)를 포함한다. 하우징(110)이 오븐 챔버 내부의 유해 액체, 기체 또는 다른 오염 물질에 대항하여 내부에 둘러싸인 이러한 회로 및 센서(들)을 보호하도록 기밀하게 밀봉될 수 있다. 전술한 센서(108)의 감지부가 하우징(110)으로부터 돌출되어, 감지부는 식품과의 물리적 접촉을 획득하도록 된다. 하우징(110)이, 작동시 마이크로파오븐에 의해 생성된 강한 RF 마이크로파 전자기장에 대항하여, 적어도 RF 전력 리미터(104) 및 전력 공급 회로(106), 그리고 선택적으로 센서(108)를 둘러싸는 전기적 도전층 또는 실드, 예컨대 금속 시트 또는 금속 네트를 포함할 수 있다. 마이크로파 또는 RF 안테나(102)는 마이크로파 방사 또는 마이크로파 장으로부터 마이크로파 에너지를 수집하도록 하는 전기적 차단 하우징(110)의 외부에 위치된다.
측정되거나 검출된 식품의 물리적 특성 및/또는 화학적 특성이 다수의 방법으로 마이크로파오븐의 사용자에게 표시될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 특정 실시예에서, 후자는 도 3에서 이하 추가로 설명되는 것처럼 마이크로파오븐의 외부에 식품의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값 또는 각각의 파라미터 값을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 대안의 실시태양에서, 후자는 도 2를 참조하여 추가로 설명되는 것처럼 마이크로파오븐의 외부에 식품의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값 또는 개별적인 파라미터 값을 송신하도록 구성된 무선 데이터 통신 송신기를 포함한다.
도 2는 본원의 제2 실시태양에 따른 산업상 또는 소비자 유형의 마이크로파오븐(미도시)에서 사용되기 위한 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 개략적 블록도이다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 및 제2 실시태양의 대응되는 요소 및 특징이 비교를 용이하게 하기 위해 대응되는 도면 부호에 할당된다. 마이크로파 전력 센서 조립체(200)가 전술한 마이크로파 안테나(102)와 동일한 특징을 가지는 마이크로파 안테나(202)를 포함한다. RF 안테나 신호가 전술한 선택적 RF 전력 리미터(104)와 동일한 특징을 갖는 RF 전력 리미터(204)의 입력부에 전기적으로 결합된다. RF 전력 리미터(204)의 출력부가 dc 전력 공급 회로(206)에 연결되고, dc 전력 공급 회로(206)는 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 제1 실시태양에 관련하여 전술한 것처럼 제한된 RF 안테나 신호 VLIM를 정류하고 그로부터 dc 전력 공급 전압 VDD를 추출하도록 구성된다.
dc 전력 공급 전압 VDD이 각각의 전력 공급단 또는 센서(208), 제어기(214) 예컨대 디지털 프로세서 및 광 데이터 송신기(218)의 입력부에 연결된다. 따라서, 이러한 회로가 동작 전력의 수신을 위해 dc 전력 공급 전압 VDD에 연결된다. 센서(208)가 적절하게 기능하도록 전력을 필요로 하는 다양한 유형의 능동 디지털 및/또는 아날로그 전자 회로 및/또는 디스플레이 구성요소를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214)가 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 다양한 미리결정된 제어 기능을 수행하도록 구성된 고정 배선(hard-wired) 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 디지털 프로세서(214)가 소프트웨어 프로그램가능한 마이크로프로세서의 프로그램 메모리 내에 저장된 실행가능한 프로그램 명령어의 세트에 따라 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 제어 기능을 수행하도록 구성된 소프트웨어 프로그램가능한 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214)가 문제되는 식품의 전술한 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값의 수신을 위해 센서(208)에 연결된 입력 포트를 포함할 수 있다. 센서(208)의 감지부가 식품과 물리적 접촉 또는 감각적 접촉 상태가 되어서 가열/준비 동안의 식품의 물리적 특성 예컨대 온도, 점도, 압력, 색, 습도, 전도율 등을 측정하거나 검출할 수 있다. 통상의 기술자는 센서(208)에 의해 측정된 파라미터 값이 센서(208)의 특성 및 센서와 집적된 임의의 신호 조건 회로(signal conditioning circuitry)에 따라 아날로그 포맷 또는 디지털 포맷으로 출력될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 파라미터 값이 디지털 포맷으로 출력된다면, 디지털 프로세서(214)의 입력 포트가 일반적인 I/O 포트 또는 산업 표준 데이터 통신 포트 예컨대 I2C 또는 SPI를 포함할 수 있다. 센서(208)에 의해 파라미터 값이 아날로그 포맷으로 출력된다면, 디지털 프로세서(214)의 입력 포트가 내부 A/D 컨버터에 연결된 아날로그 입력부를 포함하여, 수신된 파라미터 값을 디지털 포맷으로 변환하고 측정된 파라미터 값을 포함하는 대응하는 데이터 스트림 또는 데이터 신호를 생성한다. 광 데이터 송신기(218)가, 오븐 챔버의 외부에 배열된 적합한 광 수신기(미도시)로의 송신 및 광학적 변조를 위해 광 데이터 송신기(218)에 미리결정된 데이터 포맷으로 인코딩된 측정된 파라미터 값을 공급하는 디지털 프로세서(214)의 데이터 포트에 결합된다. 광 데이터 송신기(218)는 광 데이터 신호를 적외선 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼의 파장으로 방출하는 변조된 LED 다이오드를 포함할 수 있다. 광 수신기는 LED와 같은 광검출기를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214) 및 광 데이터 송신기(218)가 특정 응용에 따라 식품의 가열 동안 일정한 시간 간격으로 또는 불규칙적 시간 간격으로, 광 데이터 신호를 계속하여 송신하도록 구성될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(200)는 바람직하게는 적어도 RF 전력 리미터(204), dc 전력 공급 회로(206), 디지털 프로세서(214), 센서(208) 및 광 데이터 송신기(218)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(210)을 포함한다. 하우징(210)은 전술한 하우징(110)과 동일한 특징을 가질 수 있다.
마이크로파오븐이 오븐 챔버 외부의 외적 환경에서 동작시 오븐에 의해 방출된 마이크로파 방사의 누출을 방지하기 위해 오븐의 EMI 실드와 같이 기능하는 금속 네트 또는 그리드에 의해 덮혀진 내표면을 가진 유리 리드를 포함할 수 있다. 광검출기가 마이크로파오븐의 유리 리드의 외표면에 직접 부착될 수 있고, 따라서 광 데이터 신호가 유리 리드를 통해 광검출기에 전송된다. 광검출기는 광학파가 광검출기에 방해없이 전파되는 광 데이터 신호를 운반하도록 하는 EMI 실드의 개구에 위치될 수 있다. 광검출기는 전기적으로 또는 무선으로 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 결합되고, 마이크로파오븐의 제어기에, 측정된 파라미터 값을 포함하는 수신된 광 데이터 신호를 송신한다. 마이크로파오븐의 마이크로프로세서가 마이크로파오븐의 동작을 제어하도록 수신된 파라미터 값을 사용하도록 구성될 수 있다. 일 실시태양에서, 식품의 측정된 파라미터 값이 식품의 현재 온도를 포함할 수 있고, 마이크로파오븐의 마이크로프로세서가 식품의 현재 온도가 특정 타겟 온도에 도달하는 때에 가열을 종료하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본원의 제3 실시태양에 따른 산업상 또는 소비자 유형의 마이크로파오븐(미도시)에 사용되기 위한 마이크로파 전력 센서 조립체(300)의 개략적 블록도를 도시한다. 제2 및 제3 실시태양의 마이크로파 전력 센서 조립체의 대응되는 요소 및 특징이 비교를 용이하게 하도록 대응되는 도면 부호로 할당되었다. 현재의 마이크로파 전력 센서 조립체(300)와 전술한 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 주요 차이점은 광 데이터 송신기(218)가 디스플레이(312)에 의해 대체되었다는 것이다. 디스플레이(312)는 오븐 챔버의 외부에 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값을 디스플레이 하기 위한 파라미터 지시자로서 기능한다. 디스플레이(312)는 또한 마이크로파 전력 센서 조립체(300)의 dc 전력 공급 회로(306)에 의해 생성된 dc 전력 공급 전압 VDD에 의해 또한 전력이 공급된다. 전술한 바와 같이, dc 전력 공급 회로(306)가 제한된 RF 안테나 신호 VLIM로부터 에너지 또는 전력을 추출한다. 그러나, RF 전력 리미터(304)가 선택적 회로이며, 마이크로파 전력 센서 조립체의 다른 실시태양이 임의의 중간 RF 신호 제한 없이 dc 전력 공급 회로(306)에 직접 RF 안테나 신호를 결합할 수 있다. 디스플레이(312)는 오븐 챔버의 외부에 모니터링된 식품의 물리적 또는 화학적 특성 또는 특성들의 파라미터 값을 디스플레이 하기 위한 파라미터 지시자로서 기능한다. 디스플레이(312)는 바람직하게는 충분한 크기 및/또는 밝기로 측정된 파라미터 값을 나타내어서, 사용자가 오븐의 동작시 오븐의 유리문 또는 리드를 통해 현재의 파라미터 값을 판독하도록 할 수 있다. 디스플레이(312)가 다양한 유형의 파라미터 값 지시자 예컨대 LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼를 포함할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(300)가 바람직하게는 적어도 RF 전력 리미터(304), dc 전력 공급 회로(306), 디지털 프로세서(314), 센서(308) 및 디스플레이(312)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(210)을 포함한다. 하우징(210)이 전술한 하우징(110)과 동일한 특징을 포함할 수 있다.
도 4a는 현재 마이크로파 전력 센서 조립체의 전술한 제1, 제2 및 제3 실시태양 중 임의의 실시태양에서 사용되기에 적합한 1 실시예의 RF 전력 리미터(204, 304) 및 dc 전력 공급 회로(206, 306)의 간략한 전기 회로도를 도시한다. RF 전력 리미터는 PIN 리미터 다이오드 및 병렬 인덕터 L1를 포함한다. PIN 리미터 다이오드(D1)가 RF 안테나 신호로부터 RF 전력 리미터의 접지에 연결되고, 마이크로파 안테나(202, 302)에 가변적 션트 임피던스를 주고, 여기서 션트 임피던스가 들어오는 RF 안테나 신호의 레벨에 따라 변화한다. RF 전력 리미터가 따라서 마이크로파 안테나(202, 302)의 출력에서 생성된 RF 안테나 신호와 비교하여 제한되거나 감쇠된 RF 안테나 신호 VLIM를 생성한다. 제한된 RF 안테나 신호 VLIM가 dc 전력 공급 회로(206, 306)의 입력부, 특히 쇼트키 다이오드 D2의 형태인 정류 요소의 캐소드에 인가된다. 병렬 인덕터가 PIN 리미터 다이오드(D1)의 적절한 DC 바이어싱을 보장한다. PIN 리미터 다이오드의 임피던스는 작은 레벨인 RF 안테나 신호보다 비교적 크고, 예컨대 1000 옴(ohm)보다 크고, RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라 점진적으로 감소되어서, RF 전력 리미터의 입력 임피던스는 대응되는 방식으로 동작한다. 일례의 실시태양에서, 마이크로 안테나의 발생 임피던스는 약 1000 옴일 것이며, dc 전력 공급기의 입력 임피던스는 약 200 옴을 공급하고, PIN 리미터 다이오드의 임피던스는 적은 레벨의 RF 안테나 신호에 대하여 1000 옴을 초과한다. RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라, PIN 리미터 다이오드의 임피던스가 점진적으로 감소하여 큰 레벨의 RF 안테나 신호에 대하여 약 50 옴의 값에 도달하거나 심지어는 더 작을 수 있다. 따라서, 마이크로파 안테나와 RF 전력 리미터 사이의 임피던스 매칭이 RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라 점진적으로 감쇠된다. 결과적으로, RF 안테나 신호의 레벨이 증가하기 때문에, RF 안테나 신호의 증가하는 부분이 마이크로파 안테나에 다시 반사되고 그로부터 방출된다. 따라서, RF 안테나 신호의 높은 레벨에 대해 전술한 과전압 및/또는 과열 문제를 유발하는 과도한 RF 전압 레벨 및 전력 레벨에 대항하여 dc 전력 공급 회로의 부품을 차폐하게 된다.
도 4b는 현재 마이크로파 전력 센서 조립체의 전술한 제1, 제2 및 제3 실시태양 중 임의의 실시태양에서 사용되기에 적합한 2 실시예의 RF 전력 리미터(204, 304) 및 dc 전력 공급 회로(206, 306)의 간략한 전기 회로도를 도시한다. RF 전력 리미터는 제어가능한 MOSFET 트랜지터 M1를 포함한다. 제어가능한 MOSFET M1은 RF 안테나 신호로부터 RF 전력 리미터의 접지에 연결되어 마이크로파 안테나에 가변적 션트 임피던스를 주고, 여기서 임피던스는 들어오는 RF 안테나 신호의 레벨에 따라 변화된다. 그러나, PIN 리미터 다이오드의 임피던스 특성 및 신호 제한 특성이 PIN 다이오드 그 자체의 고유 파라미터에 의해 고정되는 반면, MOSFET M1의 신호 제한 특성은 M1의 게이트/제어단(305)의 게이트 전압을 제어하거나 조정함으로써 디지털 프로세서(214, 314)에 의해 정확히 제어될 수 있다. 이러한 특징이 RF 전력 리미터의 현재 실시태양의 임피던스 특성 및 그와 함께 신호 제한 특성을 제어하거나 적응시키는데 상당한 유연성을 제공한다. 디지털 프로세서(214, 314)는 예컨대 적합한 입력 포트를 통해 dc 전력 공급 전압 VDD의 레벨을 모니터링할 수 있다. 디지털 프로세서는 특정 기준을 만족하는 예컨대 임계 전압에 도달하는 dc 전력 공급 전압 VDD에 응답하여, M1의 게이트 전압의 조정을 통해 M1의 임피던스를 갑자기 또는 점진적으로 감소시키도록 구성될 수 있다. 후자는 정상적인 DC 전압의 공급을 나타내거나 dc 전력 공급 회로(106, 206, 306)의 완전히 충전된 상태를 나타내어서, RF 안테나 신호로부터 들어오는 전력의 양이 dc 전력 공급 회로 내의 전술한 잠재적으로 유해한 과전압 조건을 방지하도록 감소될 수 있는 것이 장점이다. 디지털 프로세서는 M1의 임피던스를 조절하여서, 미리결정된 임계 레벨 미만으로 실질적으로 유지시키고, 임계 레벨을 초과하지만 더 작은 임피던스로 감소시킨다. 미리결정된 임계 레벨을 초과하지만 더 작은 M1의 임피던스는 실질적으로 유지되거나 임피던스가 증가하는 dc 전력 공급 전압에 따라 점진적으로 감소되도록 변화될 수 있다.
도 5는 젖병을 포함하는 제1 실시예의 음식 용기를 도시한다. 젖병은 영아용 조제식(528)의 일부를 함유한다. 젖병(520)은 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 집적되는 마이크로파 전력 센서 조립체(100, 200, 300)를 포함한다. 젖병(520)은 2.45 GHz 마이크로파 방사를 사용하여 소비자 유형의 마이크로파오븐에 사용되도록 설계된다. 바람직하게는 마이크로파 전력 센서 조립체가 집적된 마이크로파 전력 센서 조립체의 전술한 회로를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱을 포함한다. 하우징은 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 제1 실시태양과 관련하여 전술한 하우징(110)과 동일한 특징을 포함할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체가 젖병(520)의 병 벽부(520)의 하부에 배열된다. 병 벽부(522)는 폴리카보네이트를 포함하고 따라서 적외선 및/또는 가시광에 상당히 투명하다. 온도 센서(526)가 마이크로파 전력 센서 조립체의 하우징으로부터 돌출되어 영아용 조제식(528)과 물리적 접촉을 달성하고 그것의 온도를 측정한다. 대안으로, 온도 센서(526)가 하우징 내부에 배열되고 적합한 재료 인터페이스를 통해 영아용 조제식(528)과 열 접촉을 획득할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 비교적 짧은 모노폴 마이크로파 안테나(502)를 포함한다. 모노폴 마이크로파 안테나(502)의 조종 주파수가 바람직하게는 마이크로파오븐의 마이크로파 방사의 2.45 GHz 방사 주파수보다 어느 정도 크다. 따라서, 모노폴 마이크로파 안테나(502)가 의도적으로 디튜닝되어서 다수의 장점을 가진다. 2.45 GHz 마이크로파 방사 주파수로의 튜닝과 비교하여 모노폴 마이크로파 안테나(502)의 더 높은 조종 주파수는 더 작은 물리적 치수의 모노폴 마이크로파 안테나(502)를 초래한다. 더 작은 물리적 치수는 더 작은 치수의 마이크로파 전력 센서 조립체 및 다양한 종류의 장비 예컨대 현재의 젖병(510)으로의 더 간단한 집적을 가능하게 한다. 또한 디튜닝은 모노폴 마이크로파 안테나(502)에 의한 마이크로파 에너지의 양을 감소시키고, 따라서, RF 전력 리미터(204, 304)(존재한다면) 및 dc 전력 공급 회로(206, 306) 중에 하나에 인가된 RF 안테나 신호의 레벨을 감소시킨다. 2.45 GHz 마이크로파 방사 주파수에 튜닝에 비교하여 모노폴 마이크로파 안테나(502)의 조종 주파수가 적어도 50 % 더 높아서 현재 실시태양에서 3.675 GHz에 또는 3.675 GHz를 초과하여 모노폴 마이크로파 안테나(502)의 주파수를 튜닝하게 된다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 제2 실시태양과 관련하여 설명한 바와 같이 광 데이터 송신기를 더 포함할 수 있다. 광 데이터 송신기는 오븐 내에서 젖병이 가열되는 동안 온도 센서(526)에 의해 제공되는 바와 같이 영아용 조제식(528)의 측정된 온도 값을 포함하는 광 데이터 신호(530)를 방출하도록 구성된다. 광 데이터 신호(530)는 적외선이고 충분히 큰 레벨 또는 전력을 가져서 병 벽부(522)를 관통하고 오븐 도어를 관통해서 전술한 바와 같이 오븐 챔버 외부에 위치된 광 수신기에 도달할 수 있다. 통상의 기술자는 광 데이터 송신기가 전술한 바와 같이 디스플레이(312)와 같은 디스플레이에 의해 대체되거나 보충될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 디스플레이는 영아용 조제식(528)의 측정된 온도 값을 나타낼 수 있고, 영아용 조제식의 미리프로그램된 특정 타겟 온도가 오븐 챔버의 외부에 도달하는 것을 간단히 나타낼 수 있다. 사용자는 가열 동안 디스플레이 상의 온도 지시를 판독하여 영아용 조제식의 현재 온도를 모니터링하고 원하는 온도가 도달되는 때에 오븐을 수동으로 중단시킬 수 있다. 대안으로, 전술한 마이크로파오븐의 마이크로프로세서는 원하는 온도가 도달되는 때에 마이크로파오븐의 가열을 자동으로 중단하도록 구성될 수 있다. 이것은 마이크로파 전력 센서 조립체에 의해 송신된 광 데이터 신호가 전술한 오븐 도어 상에 탑재된 광검출기를 통해 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 결합되는 것을 요구한다.
도 6은 제2 실시예인 음식 용기(620), 예컨대 젖병 형태인 음식 용기를 도시한다. 음식 용기(620)는 전술한 실시태양(100, 200, 300) 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체(600)를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(600)는 용기 재료의 벽부(622) 또는 가능하다면 다른 용기 부분에 부분적으로, 또는 전체적으로 내장된다. 마이크로파 전력 센서 조립체(600)는 사출 몰딩 또는 오버몰딩과 같은 제조 기술을 사용하여 음식 용기(620)의 벽부(615) 내에 내장되었다. 음식 용기(620)는 다양한 유형의 사출 몰딩 양립가능 재료를 포함할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(600)의 센서(626), 예컨대 온도 센서나 화학 센서가 음식 용기(620) 내에 있는 식품(628)(예, 유아용 유동식)과 물리적 접촉을 획득하도록 배열된다. 마이크로파 전력 센서 조립체(600)를 둘러싸는 벽부(622)의 줌된 도면 부분(650)은 식품(628)과 물리적 접촉을 이루도록 센서(626)가 벽부 재료의 내표면의 외부로 적어도 부분적으로 돌출되는 방법을 도시한다.
도 7은 전술한 실시태양(100, 200, 300) 중 임의의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 일례의 온도 프로브(740)를 도시한다. 온도 프로브(740)는 다양한 사용이 가능하며, 예컨대 식품(728)의 마이크로파 가열과 관련하여 컵, 병 등과 같은 음식 용기(720)에 있는 식품(728)에 삽입될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체가 메인부(700) 및 메인부(700)로부터 물리적으로 분리되어 배열된 센서부(726)를 포함한다. 분리된 센서부(726)가 하나 이상의 전기 도전체 또는 와이어를 통해 메인부(700)에 전기적으로 연결될 수 있다. 대안으로, 센서부(726)와 메인부(700)가 무선 데이터 통신 링크를 통해 연결될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 바람직하게는 온도 프로브(740)의 하우징 또는 케이싱(734) 예컨대 기다란 실린더형 하우징 내에 둘러싸이거나 배열되어 사용자 조작 및 처리를 가능하게 한다. 온도 프로브(740)는 사용시 식품(728)에 삽입되어서, 적어도 센서부(726)가 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 동안 식품(728)의 적절한 물리적 및/또는 화학적 특성을 정확히 측정하도록 식품(728) 내에 삽입된다.

Claims (18)

  1. 미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위해 미리결정된 조종 주파수를 갖는 마이크로파 안테나;
    미리결정된 신호 제한 특성에 따라 상기 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하기 위해 상기 RF 안테나 신호가 결합되어 제한된 RF 안테나 신호를 제공하는 RF 전력 리미터;
    상기 제한된 RF 안테나 신호가 결합되어 상기 제한된 RF 안테나 신호를 정류하고 전력 공급 전압을 제공하도록 구성된 dc 전력 공급 회로; 및
    상기 전력 공급 전압이 연결되고 마이크로파오븐 챔버 내의 가열 하에서 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된 센서
    를 포함하는,
    마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전력 리미터가 상기 RF 안테나 신호가 접속되는 가변적 임피던스 회로를 포함하고,
    상기 가변적 임피던스 회로는 상기 전력 리미터의 입력 임피던스 및 상기 마이크로파 안테나의 임피던스 사이의 매칭을 감소시키도록 상기 미리결정된 여기 주파수에서 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력의 증가에 따라 감소하는 입력 임피던스를 보이도록 구성되는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가변적 임피던스 회로는,
    임계 레벨 미만의 RF 안테나 신호의 전력 레벨에서 실질적으로 변하지 않는 제1 입력 임피던스를 보이고,
    임계 레벨 초과의 RF 안테나 신호의 전력 레벨에서 점진적으로 감소하는 입력 임피던스를 보이도록 구성되는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가변적 임피던스 회로는 PIN 리미터 다이오드 또는 제어 FET 트랜지스터를 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 상기 제한된 RF 안테나 신호의 정류를 위해 하나 이상의 RF 쇼트키 다이오드를 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나의 상기 미리결정된 조종 주파수는 상기 마이크로파 방사의 상기 미리결정된 여기 주파수(915 MHz 또는 2.45 GHz)로부터 +50 % 초과 또는 -33 % 초과 만큼 편차가 있는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나의 미리결정된 조종 주파수는 상기 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수(915 MHz 또는 2.45 GHz)보다 50 % 이상 높은 것인, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 중 적어도 하나를 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나의 생성 임피던스가 상기 마이크로파오븐 챔버 내의 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수에서 상기 RF 전력 리미터의 입력 임피던스보다 적어도 두배 큰 것인, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로파 전자기 방사에 대항하여 적어도 상기 RF 전력 리미터와 상기 전력 공급 회로를 둘러싸고 차폐하는 금속 시트 또는 금속 네트와 같은 전기 도전성 하우징을 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    동작 전력의 수신을 위해 전력 공급 전압이 결합되는 디지털 프로세서를 더 포함하고,
    상기 디지털 프로세서는 식품의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값의 수신을 위해 입력 포트를 통해 센서에 결합되는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 식품의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 수신하고 상기 마이크로파오븐 챔버의 외부에 광학적 송신을 하기 위해 상기 디지털 프로세서에 결합되는 광 데이터 송신기를 더 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파오븐 챔버의 외부에 상기 식품의 모니터링된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 디스플레이하기 위한 파라미터 지시자를 포함하고,
    상기 파라미터 지시자는 LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼로부터 선택되는 적어도 하나의 지시자를 포함하는, 마이크로파오븐용 마이크로파 전력 센서 조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 음식 용기로서,
    상기 마이크로파 전력 센서 조립체의 센서가 상기 음식 용기의 식품과의 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이루도록 배치되는, 음식 용기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 음식 용기의 벽부, 리드부 또는 하부에 부분적으로 또는 전체적으로 내장되는 것인, 음식 용기.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 음식 프로브.
  17. 마이크로파오븐 내의 가열과 관련하여 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법으로서,
    a) 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 센서를 식품과 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이루도록 위치시키는 단계;
    b) 상기 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내부에 식품을 두는 단계;
    c) 상기 오븐 챔버 내부에 미리결정된 여기 주파수로 전자기 방사를 제공하여 식품을 조사하고 가열하도록 상기 마이크로파오븐을 작동시키는 단계; 및
    - 상기 식품의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 마이크로파 전력 센서 조립체에 디스플레이하는 단계와,
    - 무선 데이터 통신 링크를 통해 상기 식품의 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 오븐 챔버 외부에 배치된 무선 수신기에 송신하는 단계 중 적어도 하나의 추가 단계
    를 포함하는,
    식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 무선 데이터 통신 링크는 광학 데이터 송신 채널을 포함하는, 식품의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법.
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