WO2015146600A1 - 凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置 - Google Patents

凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置 Download PDF

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WO2015146600A1
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internal temperature
state
resonance
food
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晋治 河野
一裕 服部
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株式会社前川製作所
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    • G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object
    • G—PHYSICS
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    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for measuring the internal temperature of a frozen object and a device for measuring the internal temperature of the frozen object that measure the internal temperature of the frozen object such as frozen frozen food.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 When using an infrared sensor, the surface temperature of the frozen object can be measured, but the internal temperature of the frozen object cannot be measured. Moreover, when packaging materials, such as a wrap, exist, the surface temperature of food cannot be measured accurately. In addition, those using the change in capacitance described in Non-Patent Documents 1 and 2 not only use a special measurement device, but also have detailed measurement conditions, and subject the object to be frozen to an accurate condition. In the freezing process of food, 100% inspection of food temperature is not suitable.
  • the thing using the electromagnetic wave of patent document 1 irradiates the electromagnetic wave of the predetermined frequency radiated
  • the wireless tag receives the transmitted electromagnetic wave, the wireless tag transmits a response signal to the communication means.
  • How much electromagnetic waves are absorbed and transmitted by moisture varies greatly depending on whether the moisture is liquid phase water or solid phase ice or gas phase water vapor, and the communication means is connected to the wireless tag accordingly. Whether communication is possible or not changes abruptly. For this reason, it is possible to determine whether or not moisture has undergone phase transition based on whether the communication unit can communicate with the wireless tag.
  • At least some embodiments of the present invention measure the internal temperature of a frozen object that can measure the internal temperature of the frozen object such as frozen frozen food using a microwave resonator. It is an object of the present invention to provide a method and a device for measuring the internal temperature of a frozen object.
  • a method for measuring the internal temperature of a frozen object includes: A method for measuring the internal temperature of a frozen object, An arrangement step of arranging the object to be frozen in a microwave resonant magnetic field generated using a microwave resonator; A state detection step of detecting a resonance state of the frozen object in a frozen state using the microwave resonator, and detecting an internal temperature of the frozen object using a temperature measuring device, A calibration curve calculating step for calculating a calibration curve by performing a regression analysis using the resonance state detected in the state detection step as an explanatory variable, and using the internal temperature of the frozen object detected by the temperature measuring device as a target variable; Applying the resonance state detected in the detection step to the calibration curve calculated in the calibration curve calculation step, a temperature calculation step of calculating the internal temperature of the frozen object in the frozen state; It is comprised so that it may comprise.
  • the inventor of the present application greatly changes the absorption and transmission of the microwave to the frozen object depending on whether the water of the frozen object is liquid phase water or solid phase ice. Based on the characteristics that the resonance frequency and resonance peak voltage of the resonator change, we found that there is a correlation between the resonance peak voltage and the internal temperature of the object to be frozen. From this discovery, the inventor of the present application determines the internal temperature of the frozen object corresponding to the detected resonance peak voltage by preliminarily determining the correlation between the resonance peak voltage and the internal temperature of the frozen object.
  • the inventors of the present application when predicting the internal temperature of the object to be frozen, are calculated by performing regression analysis using the resonance state of the object to be frozen as an explanatory variable and the internal temperature of the object to be frozen as an objective variable. It was found that the internal temperature of the frozen object can be predicted from the calibration curve. Thus, by applying the resonance state detected in the state detection step to the calibration curve, the internal temperature of the frozen object in the frozen state can be calculated. Therefore, the internal temperature measurement method of the frozen object which can measure the internal temperature of the frozen object such as frozen food can be realized using the microwave resonator.
  • the projected area of the microwave resonator is set to be smaller than the projected area of the object to be frozen so that the resonance magnetic field region of the microwave generated by the microwave resonator covers the entire area of the object to be frozen. Configured.
  • the projected area of the microwave resonator is smaller than the projected area of the object to be frozen, microwaves detected by the microwave generated by the microwave resonator without passing through the object to be frozen can be eliminated. . For this reason, the resonance state of the frozen object can be reliably detected.
  • the object to be frozen is a solid food packed with contents
  • the resonance state detected in the state detection step is a resonance peak voltage of the frozen object in a frozen state
  • the temperature calculating step applies the resonance peak voltage detected in the state detecting step to the calibration curve calculated in the calibration curve calculating step to predict an internal temperature of the frozen object in a frozen state. Configured as follows.
  • the state detection step further includes a resonance frequency detection step of detecting a resonance frequency of the frozen object using the microwave resonator,
  • the calibration curve calculating step applies the resonance frequency detected in the resonance frequency detection step to a second calibration curve that defines the correlation between the internal temperature of the object to be frozen and the resonance frequency.
  • a frozen state determining step for determining whether or not the object is in a frozen state, In the temperature calculating step, the detected value of the resonance peak voltage when the frozen object is determined to be in the frozen state in the frozen state determining step is used as a correlation between the internal temperature of the frozen object and the resonance peak voltage. Is applied to a first calibration curve that defines the internal temperature of the object to be frozen.
  • the inventor of the present application greatly changes the absorption and transmission of the microwave to the frozen object depending on whether the water of the frozen object is liquid phase water or solid phase ice. Based on the characteristics that the resonance frequency and resonance peak voltage of the resonator change, we found that there is a correlation between the resonance frequency and the internal temperature of the object to be frozen when moisture is in the phase transition state. This correlation has such a relationship that the internal temperature of the object to be frozen is constant until a certain resonance frequency, and the internal temperature is lowered for a while when the resonance frequency is higher than a certain resonance frequency.
  • the inventor of the present application has found that, based on the correlation between the resonance frequency and the internal temperature of the object to be frozen, the object to be frozen is in a frozen state when the internal temperature exceeds the resonance frequency that starts to decrease for a while. . Therefore, in the temperature calculation step of the invention according to claim 4, the detected value of the resonance peak voltage when the frozen object is determined to be in the frozen state in the frozen state determining step is applied to the first calibration curve, Since the internal temperature of the frozen object is calculated, the calculated internal temperature is for the frozen object in the frozen state, and the internal temperature of the frozen object in the frozen state can be accurately calculated.
  • the frozen object is a frozen food conveyed by a conveyance line
  • the resonance peak voltage is detected using the microwave resonator for the frozen food being conveyed by the conveyance line
  • the temperature calculation step an internal temperature of the frozen food being transported by the transport line is calculated.
  • the object to be frozen is frozen food transported by the transport line
  • the resonance peak voltage is detected using a microwave resonator for the frozen food being transported by the transport line
  • the temperature calculation step the internal temperature of the frozen food being transported by the transport line is calculated, so that it is possible to inspect all the food temperatures of the frozen food transported by the transport line in the frozen food freezing step. Therefore, the management accuracy of the internal temperature in the freezing process of frozen food can be further increased.
  • the resonance peak voltage of the frozen food in an unwrapped state or a state packaged by a member that transmits microwaves is detected.
  • the resonance peak voltage of the frozen food in the unwrapped state or the state packaged by the member that transmits microwaves is detected, so that the resonance peak voltage of the packaged frozen food can be detected.
  • the resonance peak voltage of the frozen food in an unwrapped state before being packaged can be detected. For this reason, the resonance peak voltage of frozen food can be detected during the freezing process of frozen food.
  • the thickness of the frozen object in the microwave irradiation direction is configured to be 50 mm or less.
  • the object to be frozen begins to freeze from the outside, so that the inside of the object to be frozen is difficult to freeze. For this reason, if the internal temperature of the frozen object can be measured, the frozen state of the frozen object can be predicted. For this reason, when the distance that the microwave can reach the center of the frozen object to be frozen is 25 mm, the thickness of the frozen object in the microwave irradiation direction is preferably 50 mm or less. Therefore, in the invention described in claim 7, since the thickness of the object to be frozen in the microwave irradiation direction is 50 mm or less, the microwave can be incident on the center of the object to be frozen, The internal temperature can be measured reliably.
  • the object to be frozen is thawed from the outside of the object to be frozen and the inside is thawed last, so when water is generated on the outside after thawing, the microwave is absorbed by the water and inside the object to be frozen. Not reach. For this reason, the internal temperature measurement method of the present application cannot be applied in the thawing step of the object to be frozen.
  • the frozen object is a plurality of frozen frozen foods formed into small granules
  • a filling step of filling a plurality of the above frozen frozen foods into a container
  • the resonance state detected in the state detection step is a resonance peak voltage and a resonance frequency of the frozen object in the frozen state
  • the temperature calculating step applies the resonance peak voltage and the resonance frequency detected in the state detecting step to the calibration curve calculated in the calibration curve calculating step, so that the internal temperature of the frozen frozen food in the frozen state
  • the container filled with the plurality of frozen frozen foods when a value indicating a degree of correlation between the predicted internal temperature of the frozen frozen foods and the actually measured internal temperature of the frozen frozen foods is smaller than a predetermined value. And refilling the plurality of frozen frozen foods to increase the density.
  • the object to be frozen is a plurality of frozen frozen foods formed into small granules. Therefore, when the gap between the frozen frozen foods is larger than that of the solid food, the microwave passing through the gap is microwave resonators. , The frozen state of the object to be frozen may not be detected. Therefore, the inventor of the present application selects a plurality of frozen frozen foods when the value indicating the degree of correlation between the predicted internal temperature of the frozen frozen food and the measured internal temperature of the frozen frozen food is smaller than a predetermined value. A refilling step for refilling the filled containers with the plurality of frozen frozen foods to increase the density was further provided. For this reason, there is no gap between frozen frozen foods, and it is possible to detect the frozen state of a plurality of frozen frozen foods. Therefore, the internal temperature measurement method of the frozen object which can measure the internal temperature of the frozen food using the microwave resonator can be realized.
  • the internal temperature measurement device of the frozen object according to some embodiments of the present invention, An internal temperature measuring device for a frozen object, A microwave resonator for detecting a resonance state of the frozen object in a frozen state; The resonance detected by the microwave resonator in the calibration curve calculated by performing regression analysis with the resonance state of the frozen object in the frozen state as an explanatory variable and the internal temperature of the frozen object as the objective variable A temperature calculation unit configured to calculate an internal temperature of the frozen object in a frozen state by applying a state; and The projected area of the microwave resonator is set to be smaller than the projected area of the object to be frozen.
  • the inventor of the present application greatly changes the absorption and transmission of the microwave to the frozen object depending on whether the water of the frozen object is liquid phase water or solid phase ice. Based on the characteristics that the resonance frequency and resonance peak voltage of the resonator change, we found that there is a correlation between the resonance peak voltage and the internal temperature of the object to be frozen. From this discovery, the inventor of the present application determines the internal temperature of the frozen object corresponding to the detected resonance peak voltage by preliminarily determining the correlation between the resonance peak voltage and the internal temperature of the frozen object.
  • the inventors of the present application when predicting the internal temperature of the object to be frozen, are calculated by performing regression analysis using the resonance state of the object to be frozen as an explanatory variable and the internal temperature of the object to be frozen as an objective variable. It was found that the internal temperature of the frozen object can be predicted from the calibration curve. Thus, by applying the resonance state detected by the microwave resonator to the calibration curve, the internal temperature of the frozen object in the frozen state can be calculated. Therefore, the internal temperature measurement apparatus of the frozen object which can measure the internal temperature of frozen objects, such as frozen food, is realizable using a microwave resonator.
  • the microwaves detected by the microwave generated by the microwave resonator without passing through the object to be frozen can be eliminated. For this reason, the resonance state of the frozen object can be reliably detected.
  • the object to be frozen is a solid food packed with contents
  • the microwave resonator is configured to detect a resonance peak voltage of the frozen object in a frozen state;
  • the temperature calculation unit applies the resonance peak voltage detected by the microwave resonator to a first calibration curve that defines a correlation between an internal temperature of the frozen object in a frozen state and a resonance peak voltage.
  • the internal temperature of the frozen object in the frozen state is calculated.
  • the microwave resonator is configured to detect a resonance frequency of the frozen object; Whether the object to be frozen is in a frozen state by applying the resonance frequency detected by the microresonator to a second calibration curve that defines the correlation between the internal temperature of the object to be frozen and the resonance frequency
  • a freezing state determination unit configured to determine whether or not, The temperature calculating unit is in a frozen state by applying the detected value of the resonance peak voltage when the frozen object determining unit determines that the frozen object is in a frozen state to the first calibration curve. An internal temperature of the object to be frozen is calculated.
  • the inventor of the present application greatly changes the absorption and transmission of the microwave to the frozen object depending on whether the water of the frozen object is liquid phase water or solid phase ice. Based on the characteristics of the resonant frequency and resonant peak voltage of the microwave resonator, when the moisture is in the phase transition state, we found that there is a correlation between the resonant frequency and the internal temperature of the object to be frozen did. This correlation has such a relationship that the internal temperature of the object to be frozen is constant until a certain resonance frequency, and the internal temperature is lowered for a while when the resonance frequency is higher than a certain resonance frequency.
  • the temperature calculation unit of the invention applies the detected value of the resonance peak voltage when the frozen state determination unit determines that the object to be frozen is in the frozen state to the first calibration curve, Since the internal temperature of the frozen object is calculated, the calculated internal temperature is for the frozen object in the frozen state, and the internal temperature of the frozen object in the frozen state can be accurately calculated.
  • the frozen object is a frozen food conveyed by a conveyance line
  • the microwave resonator is configured to detect the resonance peak voltage of the frozen food being conveyed by the conveyance line;
  • the said temperature calculation part is comprised so that the internal temperature of the said frozen food currently conveyed in the said conveyance line may be calculated.
  • the object to be frozen is frozen food conveyed by the conveyance line
  • the microwave resonator detects the resonance peak voltage of the frozen food being conveyed by the conveyance line
  • the temperature calculation unit is conveyed by the conveyance line. Since the internal temperature of the frozen food inside is calculated, it is possible to inspect all the food temperatures of the frozen food conveyed by the conveyance line in the freezing process of the frozen food. Therefore, the management accuracy of the internal temperature in the freezing process of frozen food can be further increased.
  • the microwave resonator is configured to detect the resonance peak voltage of the frozen food in a non-wrapped state or a state packaged by a member that transmits microwaves.
  • the microwave resonator detects the resonance peak voltage of the frozen food in an unwrapped state or in a state packaged by a member that transmits microwaves. Therefore, the microwave resonator can detect the resonance peak voltage of the packaged frozen food. In addition, it is possible to detect the resonance peak voltage of the frozen food in an unwrapped state before being packaged. For this reason, the resonance peak voltage of frozen food can be detected during the freezing process of frozen food.
  • the frozen object is a plurality of frozen frozen foods formed into small granules
  • the microwave resonator is configured to detect a resonance peak voltage and a resonance frequency of the frozen object in a frozen state;
  • the temperature calculation unit calculates a calibration curve by performing regression analysis using the resonance peak voltage and resonance frequency detected by the microwave resonator as explanatory variables, and using the internal temperature of the object to be frozen as an objective variable, By applying the resonance peak voltage and resonance frequency detected by the microwave resonator to the line, the internal temperature of the frozen frozen food in a frozen state is predicted, and the predicted internal temperature of the frozen frozen food, In order to increase the density of the plurality of frozen frozen foods in the container that accommodates the plurality of frozen frozen foods when the value representing the degree of correlation with the internal temperature of the frozen frozen foods is smaller than a predetermined value. Is configured to refill the plurality of frozen frozen foods.
  • the object to be frozen is a plurality of frozen frozen foods formed into small particles. Therefore, when the gap between the frozen frozen foods stored in the container is larger than that of the solid food, the micro object passing through the gap is used. If a wave is detected, the frozen state of the frozen frozen food may not be detected. Therefore, the inventor of the present application selects a plurality of frozen frozen foods when the value indicating the degree of correlation between the predicted internal temperature of the frozen frozen food and the measured internal temperature of the frozen frozen food is smaller than a predetermined value. In order to increase the density of the plurality of frozen frozen foods in the container to be stored, the plurality of frozen frozen foods are refilled.
  • an internal temperature measuring device for an object to be frozen that can measure the internal temperature of a frozen frozen food using a microwave resonator.
  • the thickness of the frozen object in the microwave irradiation direction is configured to be 50 mm or less.
  • the object to be frozen begins to freeze from the outside, so that the inside of the object to be frozen is difficult to freeze. For this reason, if the internal temperature of the frozen object can be measured, the frozen state of the frozen object can be predicted. For this reason, when the distance that the microwave can reach the center of the frozen object to be frozen is 25 mm, the thickness of the frozen object in the microwave irradiation direction is preferably 50 mm or less. Therefore, in the invention described in claim 15, since the thickness of the object to be frozen in the microwave irradiation direction is 50 mm or less, the microwave can be incident on the center of the object to be frozen. The internal temperature can be measured reliably.
  • the object to be frozen is thawed from the outside of the object to be frozen and the inside is thawed last, so when water is generated on the outside after thawing, the microwave is absorbed by the water and inside the object to be frozen. Not reach. For this reason, the internal temperature measuring device of the present application cannot be applied in the thawing process of the object to be frozen.
  • a method for measuring an internal temperature of an object to be frozen and an apparatus for measuring the internal temperature of the object to be frozen that can measure the internal temperature of the object to be frozen such as frozen frozen food are provided. Can do.
  • It is a schematic block diagram of the microwave cavity resonator which is a part of internal temperature measuring apparatus. It is a graph for demonstrating the resonance characteristic in the case where the sample is put in the microwave cavity resonator, and when it is not put. It is the graph which showed the calibration curve which prescribes
  • the figure (a) is the schematic block diagram which filled the granular frozen food (rose frozen food) in the container to the microwave cavity resonator, and the figure (b) is a state where granular frozen food has a high density.
  • FIG. 2C is a schematic configuration diagram of a state in which granular frozen food is stored in the container in a low density state. It is a flowchart for calculating
  • the frozen food is, for example, one in which gratin is stored in a paper container, and the thickness of the gratin in the microwave irradiation direction is 50 mm or less.
  • the frozen food may be a rice cake, hamburger, scallops, peas or the like packaged with resin.
  • the internal temperature measuring device 1 for a frozen object includes a microwave oscillator 3 that transmits a microwave, a circulator 5, attenuators 7 and 8, a microwave resonator 10 that brings the microwave into a resonance state, A microwave detector 30 for detecting a microwave and a data processor 40 are included.
  • the microwave transmitted from the microwave oscillator 3 is supplied to the circulator 5 through the coaxial cable 50a.
  • the circulator 5 has a function of restricting the reflected microwave from propagating to the microwave oscillator 3 side in order to prevent the microwave transmitted from the microwave oscillator 3 from being reflected and damaging the microwave oscillator 3. have.
  • the microwave output from the circulator 5 is supplied to the attenuator 7 through the coaxial cable 50b to remove noise.
  • the microwave from which the noise has been removed is supplied to the microwave resonator 10 via the coaxial cable 50c.
  • the frozen food 60 (gratin) accommodated in the container 61 is mounted on the microwave resonator 10.
  • the container 61 is made of paper and is formed in a dish shape, and can transmit microwaves.
  • the container 61 is not limited to a dish shape, and may be a bag-like or non-metallic tray that can store the frozen food 60 therein.
  • the microwave When a microwave is introduced into the thus configured microwave resonator 10 via the coaxial cable 50 c, the microwave resonates at a frequency that is reflected in the microwave resonator 10.
  • the resonance peak voltage changes and the resonance frequency changes (f 0 ⁇ f 1 ) as shown in FIG.
  • the vertical axis indicates the resonance peak voltage
  • the horizontal axis indicates the resonance frequency f.
  • the microwave output from the microwave resonator 10 is supplied to the attenuator 8 through the coaxial cable 50d to remove noise.
  • the microwave from which the noise has been removed is detected by the microwave detector 30.
  • the microwave detection signal detected by the microwave detector 30 is sent to the data processor 40.
  • the data processor 40 is an electronic computer such as a personal computer, for example, and includes a frozen state determination unit 41 and a temperature calculation unit 43.
  • the frozen state determination unit 41 applies a microwave resonator to a second calibration curve 51 indicated by a solid line that defines the correlation between the internal temperature (measured internal temperature) of the object to be frozen and the resonance frequency.
  • the resonance frequency detected by 10 see FIG. 1
  • the internal temperature of the object to be frozen is an actually measured internal temperature when the internal temperature of the object to be frozen is actually measured.
  • the internal temperature does not change with respect to the frequency change until the resonance frequency is around 2.2 to 2.3 MHz. It is assumed that it passed through the tropics. That is, it is predicted that a phase transition has occurred in the vicinity of the resonance frequency of 2.2 to 2.3 MHz, and it is considered that the phase transition can be determined by using this index.
  • Data of the second calibration curve 51 is prepared in advance for the same object as the object to be frozen (frozen food) to be measured and stored in the data processor 40 (see FIG. 1).
  • the frozen state determination unit 41 has a resonance frequency fr corresponding to a point at which the resonance frequency starts to change with respect to the temperature at which the phase transition of the object to be frozen is completed (hereinafter referred to as “freezing point R”).
  • freezing point R a resonance frequency fr corresponding to a point at which the resonance frequency starts to change with respect to the temperature at which the phase transition of the object to be frozen is completed.
  • the frozen state determination unit 41 determines that the object to be frozen is in an unfrozen state when the measured resonance frequency is smaller than the resonance frequency fr corresponding to the freezing point R.
  • the temperature calculation unit 43 (see FIG. 1) generates a first calibration curve 53 that defines the correlation between the internal temperature (measured internal temperature) of the frozen object in the frozen state and the resonance peak voltage.
  • the resonance peak voltage detected by the microwave resonator 10 the internal temperature of the frozen object in the frozen state is obtained (estimated).
  • the internal temperature of the frozen object in the frozen state is an actually measured internal temperature when the internal temperature of the frozen object is actually measured.
  • ⁇ indicates actual measurement values of different objects to be frozen having the same contents (for example, gratin), and the solid line indicates the first calibration curve 53.
  • the first calibration curve 53 is provided so as to pass through a substantially average value of a plurality of actually measured values.
  • the data of the first calibration curve 53 is prepared in advance for the same frozen object (frozen food) as the measurement object and stored in the data processor 40 (see FIG. 1).
  • the internal temperature of the object to be frozen is measured by using, for example, an optical fiber thermometer and setting the tip of the thermometer at the center of the object to be frozen.
  • the internal temperature of the object to be frozen can be obtained by applying the resonance peak voltage detected by the microwave resonator 10 to the first calibration curve 53.
  • the resonance peak voltage is 3.0 mV
  • the internal temperature of the object to be frozen is estimated to be about ⁇ 9.3 ° C.
  • the inventor of the present application greatly changes the absorption and transmission of microwaves to the frozen object depending on whether the water of the frozen object is liquid phase water or solid phase ice. Based on the characteristics of the resonant frequency and resonant peak voltage of the microwave resonator changing, the relationship between the resonant peak voltage and the internal temperature of the object to be frozen was investigated. Therefore, as shown in FIG. 6, when the object to be frozen is in a non-frozen state (when the internal temperature is about ⁇ 2.5 ° C. or higher), the resonance peak voltage and the internal temperature of the object to be frozen are between. There is no correlation, but when the object to be frozen is frozen (when the internal temperature is about ⁇ 2.5 ° C.
  • the inventor of the present application determines the internal temperature of the frozen object corresponding to the detected resonance peak voltage by preliminarily determining the correlation between the resonance peak voltage and the internal temperature of the frozen object. It was found that it was possible to calculate the internal temperature of
  • an internal temperature measurement method for measuring the internal temperature of the object to be frozen by the internal temperature measuring apparatus 1 for the object to be frozen will be described with reference to FIGS.
  • a method for obtaining a first calibration curve and a second calibration curve will be described.
  • the same inspection object (frozen food) as the inspection object (frozen food 60) is installed in the microwave resonator 10, and the microwave transmitted from the microwave oscillator 3 is microwaved. Irradiate the frozen food 60 in the wave resonator 10 (step 100).
  • Microwaves transmitted waves that have passed through the frozen food 60 after being irradiated with microwaves are detected by the microwave detector 30 through the coaxial cables 50d and 50e.
  • a resonance peak voltage and a resonance frequency are obtained from the detected microwave by an operator or the like (step 101).
  • step 101 a plurality of frozen foods 60 are prepared, the resonance peak voltage and the resonance frequency are obtained for each frozen food 60 by the method described above, and the actual internal temperature is measured.
  • an optical fiber thermometer is used for measuring the internal temperature.
  • a first calibration curve 52 (see FIG. 4) is created from the obtained resonance frequency and measured internal temperature, with the resonance frequency as the horizontal axis and the internal temperature as the vertical axis (step 102).
  • a second calibration curve 51 (see FIG. 5) is created from the obtained resonance peak voltage and the actually measured internal temperature with the resonance peak voltage as the vertical axis and the actually measured internal temperature as the horizontal axis (step 103).
  • the second calibration curve 51 is created in step 102 and the first calibration curve 53 is created in step 103.
  • the first calibration curve 53 is created in step 102 and step 103 is performed.
  • the second calibration curve 51 may be created.
  • frozen food 60 (see FIG. 2) is installed in the microwave resonator 10, and the microwave transmitted from the microwave oscillator 3 is converted into the frozen food 60 in the microwave resonator 10. (Step 200).
  • step 201 is referred to as a resonance peak voltage detection step (state detection step) and a resonance frequency detection step.
  • the frozen state determination unit 41 of the data processor 40 applies the resonance peak frequency obtained in the resonance peak voltage detection step (state detection step) in step 201 to the second calibration curve 51 (see FIG. 4), thereby It is determined whether or not the food 60 is in a frozen state (step 202, frozen state determination step). If it is determined in the frozen state determination step that the frozen food 60 is in a frozen state, the process proceeds to step 204. If it is determined in the frozen state determination step that the frozen food 60 is in an unfrozen state, the process proceeds to step 203. Thus, the fact that the frozen food 60 is in a non-frozen state is notified.
  • the notification may be displayed, for example, on a display unit (not shown) provided in the data processor 40 or may be notified by voice from a speaker (not shown) provided in the data processor 40.
  • the first calibration curve 53 is frozen by applying the resonance peak voltage detected in the resonance peak voltage detection step (state detection step).
  • state detection step The internal temperature of the frozen food 60 in the state is obtained (step 204, temperature calculation step). For this reason, the internal temperature can be estimated with high accuracy in a non-destructive manner without piercing the frozen frozen food 60 in the frozen state.
  • the resonance peak voltage detected in the resonance peak voltage detection step is applied to the first calibration curve 53 that defines the correlation between the internal temperature of the frozen food 60 in the frozen state and the resonance peak voltage.
  • the internal temperature of the frozen food 60 in the frozen state can be calculated. Therefore, the internal temperature measurement method of the frozen object which can measure the internal temperature of the frozen object such as the frozen frozen food 60 can be realized.
  • the detected value of the resonance peak voltage when the frozen food 60 is determined to be frozen in the frozen state determining step is applied to the first calibration curve 53, and the internal temperature of the frozen food 60 is determined. Since the calculation is performed, the calculated internal temperature of the frozen food 60 in the frozen state is symmetrical, and the internal temperature of the frozen food 60 in the frozen state can be accurately calculated.
  • the microwave can be incident on the inner center of the frozen food 60, and the microwave can be further transmitted and transmitted. . Therefore, the measurement accuracy of the internal temperature of the frozen food 60 can be improved.
  • the frozen food 60 (gratin) that is the object to be frozen is transported by the transport line, and in the resonance peak voltage detection step (state detection step), the microwave is applied to the frozen food 60 being transported by the transport line.
  • the resonance peak voltage may be detected using the resonator 10, and in the temperature calculation step, the internal temperature of the frozen food 60 being transported by the transport line may be calculated.
  • the freezing process of the frozen food 60 it is possible to inspect all the food temperatures of the frozen food transported by the transport line. Therefore, it becomes possible to improve the management accuracy of the internal temperature in the freezing process of the frozen food 60.
  • a microwave cavity resonator is used as the microwave resonator 10 .
  • a microwave is transmitted in a state in which the tip portion is in contact with the object to be frozen to the object to be frozen.
  • a probe-type microwave resonator that can receive microwaves that are irradiated and reflected may be used.
  • FIG. 10 shows a case where the frozen frozen food 60 covered with the nylon package 62 is disposed on the microwave resonator 10.
  • the packaging 62 may be any material that can transmit microwaves, and is, for example, linear / low density polyethylene, stretched nylon, K-coated nylon, non-stretched nylon, biaxially stretched polypropylene, polyester, or K-coated polyester.
  • the size of the frozen frozen food 60 is larger than the resonant magnetic field region of the microwave generated by the microwave resonator 10, and the height dimension h of the frozen frozen food 60 is 50 mm or less.
  • FIG. 11 when the internal temperature of the frozen frozen food 60 (freezing object) in a frozen state packaged using the first calibration curve 53 (see FIG. 5) is estimated from the detected resonance peak voltage.
  • a graph showing the relationship between the predicted internal temperature and the actually measured internal temperature obtained by actually measuring the actual internal temperature of the frozen food 60 (the object to be frozen) is described. From this graph, it can be seen that the predicted internal temperature and the measured internal temperature substantially coincide.
  • FIG. 12 shows a case where a frozen hamburger frozen food 60 is placed on the microwave resonator 10. Hamburg's frozen food 60 is not packaged.
  • the size of the hamburger frozen food 60 is larger than the resonance magnetic field region of the microwave generated by the microwave resonator 10, and the dimension h in the height direction of the hamburger frozen food 60 is 50 mm or less.
  • FIG. 13 shows the predicted internal temperature when the internal temperature of the frozen hamburger frozen food 60 (freezing object) is estimated from the detected resonance peak voltage using the first calibration curve 53 (see FIG. 5). And a graph showing the relationship between the actually measured internal temperature of the frozen food 60 (the object to be frozen) and the actually measured internal temperature. From this graph, it can be seen that the predicted internal temperature and the measured internal temperature substantially coincide.
  • FIG. 14 shows a case where a frozen scallop frozen food 60 (an object to be frozen) is placed on the microwave resonator 10.
  • the scallop frozen food 60 is not packaged.
  • the size of the frozen scallop frozen food 60 is larger than the microwave resonant magnetic field generated by the microwave resonator 10, and the dimension h in the height direction of the scallop is 50 mm or less.
  • FIG. 15 shows the predicted internal temperature when the internal temperature of the frozen frozen hamburger food 60 (freezing object) is estimated from the detected resonance peak voltage using the first calibration curve 53 (see FIG. 5). And a graph showing the relationship between the actual measured internal temperature of the frozen hamburger food 60 and the measured internal temperature. From this graph, it can be seen that the predicted internal temperature and the measured internal temperature substantially coincide.
  • FIG. 16 (a) a plurality of frozen peas foods 60 (freezing objects) in a frozen state are placed in a bottomed cylindrical container 65 having an upper opening on the microwave resonator 10.
  • the container 65 is formed of a material that can transmit microwaves (for example, preethylene, polyester, or the like).
  • the frozen food 60 an object to be frozen
  • the frozen food 60 is a plurality of frozen frozen foods (pea beans) formed into small granules.
  • the plurality of peas frozen foods 60 housed in the container 65 are in a state in which the plurality of peas frozen foods 60 are in a lower density than the above-described solid foods such as gratin and hamburg.
  • the gap between the peas becomes large, and the microwave passing through the gap is detected, so that the frozen state of the frozen peas food 60 can be detected.
  • the inventor of the present application fills the container 65 with a plurality of frozen peas 60 in a high density state (see FIG. 16B), and in this state, freezes the frozen peas in a frozen state.
  • Resonant state (resonance frequency, resonance peak voltage) of food 60 is used as an explanatory variable, and peas are obtained from a calibration curve calculated by performing multiple regression analysis using the internal temperature of frozen food 60 of frozen peas as an objective variable. It was found that the internal temperature of the frozen food 60 can be predicted.
  • FIG. 17 shows a flowchart for obtaining a calibration curve (prediction formula) by multiple regression analysis.
  • a measurement object (frozen peas food 60) was placed in the microwave resonator 10 and transmitted from the microwave oscillator 3.
  • Microwaves are irradiated to the frozen food 60 in the microwave resonator 10 (step 300).
  • the frozen food 60 of peas which is the measurement object, is filled in the container 65 so as to increase the density.
  • the projected area of the microwave resonator is smaller than the projected area of the frozen object, the microwave detected by the microwave generated by the microwave resonator without passing through the measurement object can be eliminated. For this reason, the resonance state of the measurement object can be reliably detected.
  • the microwave (transmitted wave) that has passed through the frozen food 60 after being irradiated with microwaves is detected by the microwave detector 30 through the coaxial cables 50d and 50e.
  • a resonance peak voltage and a resonance frequency are obtained from the detected microwave by an operator or the like (step 301).
  • a plurality of containers 65 containing frozen foods 60 (a plurality of peas) are prepared, and the resonance peak voltage and the resonance frequency are obtained for the frozen foods 60 in the respective containers by the method described above.
  • the actual internal temperature is measured.
  • an optical fiber thermometer is used for measuring the internal temperature.
  • a calibration curve (prediction formula) is calculated by performing multiple regression analysis using the resonance peak voltage and resonance frequency detected by the microwave resonator 10 as explanatory variables and the internal temperature of the object to be frozen as an objective variable (step 302). Calibration curve calculation step).
  • a plurality of frozen peas frozen foods 60 are filled into the container 65 (step 400, filling step). And the container 65 is installed in the microwave resonator 10, and the microwaves transmitted from the microwave oscillator 3 are irradiated to the frozen food 60 of a plurality of peas beans in the microwave resonator 10 (step 401, arrangement). Step).
  • the microwaves (transmitted waves) that are transmitted through the microwaves irradiated to the frozen foods 60 of the plurality of peas are detected by the microwave detector 30.
  • a resonance peak voltage and a resonance frequency are obtained from the detected microwave by an operator or the like (step 402, state detection step, resonance frequency detection step).
  • FIG. 19 shows the predicted internal temperature when the internal temperature of the frozen frozen food 60 (peas) in the frozen state is estimated by multiple regression analysis, and the actually measured internal temperature of the actual internal temperature of the frozen object.
  • the internal temperature of the frozen frozen food can be measured with high accuracy in a state where a plurality of granular frozen frozen foods (for example, peas) are accommodated.
  • the internal temperature of the frozen gratin may be estimated using regression analysis.
  • a calibration curve is calculated by performing regression analysis using the resonance peak voltage of the gratin as an explanatory variable and the internal temperature of the gratin as an objective variable.
  • the internal temperature of a gratin can be estimated by applying the detected resonance peak voltage to a calibration curve.

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Abstract

凍結した冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置を提供する。凍結対象物の内部温度測定方法は、マイクロ波共振器を用いて生成されるマイクロ波の共振磁場に前記凍結対象物を配置する配置ステップと、前記マイクロ波共振器を用いて凍結状態の前記凍結対象物の共振状態を検出するとともに、温度測定器を用いて前記凍結対象物の内部温度を検出する状態検出ステップと、前記状態検出ステップで検出される共振状態を説明変数とし、前記温度測定器で検出される前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出する検量線算出ステップと、前記検量線算出ステップで算出された前記検量線に、前記検出ステップで検出された共振状態を当てはめて、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出する温度算出ステップを備える。

Description

凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置
　本開示は、凍結した冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定する凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置に係る。
　冷凍食品等の凍結工程を管理する上で、凍結対象物の内部温度を把握することは極めて重要な項目である。そこで、従来より、針型の温度センサを凍結対象物の内部に差し込んで計測する方法や、赤外センサで凍結対象物の表面温度を計測する方法や、水の物理状態変化に伴う電気容量の変化を利用した計測方法が提案されている（非特許文献１参照、非特許文献２参照）。また、凍結対象物内の水分が相転移したか否かについて、マイクロ波帯の電磁波を用いて判定する方法も提案されている（特許文献１参照）。
　針型の温度センサを用いる場合には、事前に温度センサを凍結対象物に差し込む必要がある。また、凍結対象物が固形食品である場合には、差し込み位置に針穴が残り、異物の混入や衛生面から検査した食品を製品として出荷することができなくなる。このため、針型の温度センサでは、食品の凍結工程において食品内部温度の全数検査が不可能である。
　赤外センサを用いる場合には、凍結対象物の表面温度を計測することができるが、凍結対象物の内部温度を計測することができない。また、ラップ等の包装材が存在する場合には、食品の表面温度を正確に計測することができなくなる。また、非特許文献１および２に記載の電気容量の変化を利用するものは、特殊な計測装置を利用するだけでなく、計測条件が詳細に既定されており、凍結対象物を正確な条件下にて設置・計測しなければならず、食品の凍結工程において食品温度の全数検査は不向きである。
　また、特許文献１に記載の電磁波を利用するものは、通信手段から発信される所定の周波数の電磁波を、水分を含む物体に照射し、照射された電磁波のうち物体を透過する電磁波を無線タグで受信するように構成し、この透過した電磁波を無線タグが受信すると、無線タグは応答信号を通信手段に発信するように構成されている。電磁波が水分にどの程度吸収されどの程度透過するかは、水分が液体相の水であるか固体相の氷や気体相の水蒸気であるかによって大きく変化し、それに応じて通信手段が無線タグと通信可能であるか否かが急激に変化する。このため、通信手段が無線タグと通信可能であるかに基づいて、水分が相転移したか否かを判定することができる。
日本食品科学工学会誌、2003、Vol.50、No8、p.356－360 日本冷凍空調学会論文集、1999、Vol.16、p.23－35 特開２００６－２６６６８８号
　しかしながら、特許文献１に記載の相転移の判定方法では、通信手段が無線タグと通信可能であるかに基づいて、物質内の水分の相転移の有無の判定をすることができるが、物質内の温度を知ることは難しい。特に、凍結した冷凍食品等の凍結工程を管理する上で、凍結対象物の内部温度の把握を実現するためには、新たな内部温度測定方法及び内部温度測定装置の開発が望まれている。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、マイクロ波共振器を利用して、凍結した冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置を提供することを目的とする。
　本発明の幾つかの実施形態に係わる凍結対象物の内部温度測定方法は、
　凍結対象物の内部温度測定方法であって、
　マイクロ波共振器を用いて生成されるマイクロ波の共振磁場に前記凍結対象物を配置する配置ステップと、
　前記マイクロ波共振器を用いて凍結状態の前記凍結対象物の共振状態を検出するとともに、温度測定器を用いて前記凍結対象物の内部温度を検出する状態検出ステップと、
　前記状態検出ステップで検出される共振状態を説明変数とし、前記温度測定器で検出される前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出する検量線算出ステップと、
　前記検量線算出ステップで算出された前記検量線に、前記検出ステップで検出された共振状態を当てはめて、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出する温度算出ステップと、
　を備えるように構成される。
　本願の発明者は、凍結対象物の水分が液体相の水であるか固体相の氷であるかによって、凍結対象物へのマイクロ波の吸収・透過が大きく変化し、これに応じてマイクロ波共振器の共振周波数や共振ピーク電圧が変化する特性に基づいて、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との間に相関があることを発見した。この発見から、本願の発明者は、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との相関を予め定めておけば、検出される共振ピーク電圧に対応する凍結対象物の内部温度を、凍結対象物の内部温度として算出することが可能になることを見出した。また、この発見から、本願の発明者は、凍結対象物の内部温度を予測するにあたり、凍結対象物の共振状態を説明変数とし、凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って算出される検量線から凍結対象物の内部温度を予測することができることを見出した。そこで、検量線に、状態検出ステップで検出された共振状態を当てはめることで、凍結状態にある凍結対象物の内部温度を算出することができる。よって、マイクロ波共振器を利用して、冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法を実現できる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記マイクロ波共振器により生成されるマイクロ波の共振磁場域が前記凍結対象物の全域を覆うように、前記凍結対象物の投影面積より前記マイクロ波共振器投影面積が小に設定されているように構成される。
　この場合、凍結対象物の投影面積より前記マイクロ波共振器投影面積が小さいので、マイクロ波共振器により生成されるマイクロ波が凍結対象物を透過せずに検出されるマイクロ波を無くすことができる。このため、凍結対象物の共振状態を確実に検出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、中身が詰まった中実食品であり、
　前記状態検出ステップで検出される前記共振状態は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧であり、
　前記温度算出ステップは、前記検量線算出ステップで算出される前記検量線に、前記状態検出ステップで検出される前記共振ピーク電圧を当てはめて、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を予測するように構成される。
　この場合、検量線に、状態検出ステップで検出される共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態の中身が詰まった中実食品の内部温度を予測することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記状態検出ステップは、前記マイクロ波共振器を用いて、前記凍結対象物の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップ、をさらに備え、
　前記検量線算出ステップは、前記凍結対象物の内部温度と共振周波数との相関を規定する第２の検量線に、前記共振周波数検出ステップで検出された前記共振周波数を当てはめることで、前記凍結対象物が凍結状態にあるか否かを判定する凍結状態判定ステップ、をさらに備え、
　前記温度算出ステップでは、前記凍結状態判定ステップにおいて前記凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの前記共振ピーク電圧の検出値を、前記凍結対象物の内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線に当てはめることで、前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成される。
　本願の発明者は、凍結対象物の水分が液体相の水であるか固体相の氷であるかによって、凍結対象物へのマイクロ波の吸収・透過が大きく変化し、これに応じてマイクロ波共振器の共振周波数や共振ピーク電圧が変化する特性に基づいて、水分が相転移状態にある場合には、共振周波数と凍結対象物の内部温度との間に相関があることを発見した。この相関は、ある共振周波数までは凍結対象物の内部温度は一定となり、ある共振周波数よりも高い共振周波数になると、内部温度が暫時低くなるような関係を有している。このため、本願の発明者は、共振周波数と凍結対象物の内部温度との相関に基づいて、内部温度が暫時低くなり始める共振周波数を超えると、凍結対象物は凍結状態であることを見出した。そこで、請求項４に記載の発明の温度算出ステップでは、凍結状態判定ステップにおいて凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの共振ピーク電圧の検出値を第１の検量線に当てはめて、凍結対象物の内部温度を算出するので、算出される内部温度は、凍結状態にある凍結対象物が対象となり、凍結状態にある凍結対象物の内部温度を正確に算出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、
　前記状態検出ステップでは、前記搬送ラインによって搬送中の前記冷凍食品に対して前記マイクロ波共振器を用いた前記共振ピーク電圧の検出を行い、
　前記温度算出ステップでは、前記搬送ラインで搬送中の前記冷凍食品の内部温度を算出する。
　この場合、凍結対象物は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、状態検出ステップでは、搬送ラインによって搬送中の冷凍食品に対してマイクロ波共振器を用いた共振ピーク電圧の検出を行い、温度算出ステップでは、搬送ラインで搬送中の冷凍食品の内部温度を算出するので、冷凍食品の凍結工程において、搬送ラインによって搬送される冷凍食品の食品温度の全数検査を可能にすることができる。よって、冷凍食品の凍結工程の内部温度の管理精度をより高めることができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記状態検出ステップでは、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出する。
　この場合、状態検出ステップでは、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における冷凍食品の共振ピーク電圧を検出するので、包装された冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができるとともに、包装される前の非包装状態の冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができる。このため、冷凍食品の凍結工程の途中において、冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さは、５０ｍｍ以下であるように構成される。
　凍結対象物の凍結工程では、凍結対象物は外側から凍結し始めるので、凍結対象物の内部は凍結しにくい。このため、凍結対象物の内部温度を測定することができれば、凍結対象物の凍結状態を予測することができる。このため、マイクロ波が凍結状態の凍結対象物の中心部に到達可能な距離を２５ｍｍとすると、凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さを、５０ｍｍ以下とすることが好ましい。よって、請求項７に記載の発明は、凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さを５０ｍｍ以下とするので、凍結対象物の内部の中心にマイクロ波を入射させることができ、凍結対象物の内部温度を確実に測定することができる。なお、凍結対象物の解凍は、凍結対象物の外側から解凍し始めて内側が最後に解凍するので、解凍して外側に水が生じると、マイクロ波は水に吸収されて凍結対象物の内部に届かない。このため、凍結対象物の解凍工程においては、本願の内部温度測定方法は適用できない。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であり、
　複数の前記バラ凍結食品を容器内に充填する充填ステップを備え、
　前記状態検出ステップで検出される共振状態は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧及び共振周波数であり、
　前記温度算出ステップは、前記検量線算出ステップで算出された前記検量線に、前記状態検出ステップで検出された前記共振ピーク電圧及び共振周波数を当てはめて、凍結状態にある前記バラ凍結食品の内部温度を予測し、
　この予測された前記バラ凍結食品の内部温度と、実測された前記バラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに前記複数のバラ凍結食品を充填した前記容器に該複数のバラ凍結食品を再充填して密度を高める再充填ステップを更に備えるように構成される。
　この場合、凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であるので、中実物と比較して、バラ凍結食品間の隙間が大きくなると、隙間を通るマイクロ波がマイクロ波共振器で検出されて、凍結対象物の凍結状態を検出できなくなる虞がある。そこで、本願の発明者は、予測されたバラ凍結食品の内部温度と、実測されたバラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに複数のバラ凍結食品を充填した容器に該複数のバラ凍結食品を再充填して密度を高める再充填ステップを更に設けた。このため、バラ凍結食品間の隙間が無くなり、複数のバラ凍結食品の凍結状態の検出が可能になる。よって、マイクロ波共振器を利用して、バラ凍結食品の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法を実現できる。
　また、本発明の幾つかの実施形態に係わる凍結対象物の内部温度測定装置は、
　凍結対象物の内部温度測定装置であって、
　凍結状態の前記凍結対象物の共振状態を検出するためのマイクロ波共振器と、
　凍結状態にある前記凍結対象物の共振状態を説明変数とし、前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って算出された検量線に、前記マイクロ波共振器によって検出された前記共振状態を当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成された温度算出部と、を備え、
　前記マイクロ波共振器の投影面積が前記凍結対象物の投影面積よりも小に設定されているように構成される。
　本願の発明者は、凍結対象物の水分が液体相の水であるか固体相の氷であるかによって、凍結対象物へのマイクロ波の吸収・透過が大きく変化し、これに応じてマイクロ波共振器の共振周波数や共振ピーク電圧が変化する特性に基づいて、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との間に相関があることを発見した。この発見から、本願の発明者は、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との相関を予め定めておけば、検出される共振ピーク電圧に対応する凍結対象物の内部温度を、凍結対象物の内部温度として算出することが可能になることを見出した。また、この発見から、本願の発明者は、凍結対象物の内部温度を予測するにあたり、凍結対象物の共振状態を説明変数とし、凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って算出される検量線から凍結対象物の内部温度を予測することができることを見出した。そこで、検量線に、マイクロ波共振器で検出された共振状態を当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出することができる。よって、マイクロ波共振器を利用して、冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定装置を実現できる。また、凍結対象物の投影面積よりマイクロ波共振器投影面積が小さいので、マイクロ波共振器により生成されるマイクロ波が凍結対象物を透過せずに検出されるマイクロ波を無くすことができる。このため、凍結対象物の共振状態を確実に検出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、中身が詰まった中実食品であり、
　前記マイクロ波共振器は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧を検出するように構成され、
　前記温度算出部は、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線に、前記マイクロ波共振器によって検出された前記共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成されている。
　この場合、検量線に、マイクロ波共振器で検出される共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態の中身が詰まった中実食品の内部温度を予測することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記マイクロ波共振器は、前記凍結対象物の共振周波数を検出するように構成され、
　前記凍結対象物の内部温度と前記共振周波数との相関を規定する第２の検量線に、前記マイクロ共振器によって検出された前記共振周波数を当てはめることで、前記凍結対象物が凍結状態にあるか否かを判定するように構成された凍結状態判定部、をさらに備え、
　前記温度算出部は、前記凍結状態判定部によって前記凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの前記共振ピーク電圧の検出値を前記第１の検量線に当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成されている。
　この場合、本願の発明者は、凍結対象物の水分が液体相の水であるか固体相の氷であるかによって、凍結対象物へのマイクロ波の吸収・透過が大きく変化し、これに応じてマイクロ波共振器の共振周波数や共振ピーク電圧が変化する特性に基づいて、水分が相転移状態にある場合には、共振周波数と凍結対象物の内部温度との間に相関があることを発見した。この相関は、ある共振周波数までは凍結対象物の内部温度は一定となり、ある共振周波数よりも高い共振周波数になると、内部温度が暫時低くなるような関係を有している。このため、本願の発明者は、共振周波数と凍結対象物の内部温度との相関に基づいて、内部温度が暫時低くなり始める共振周波数を超えると、凍結対象物は凍結状態であることを見出した。そこで、請求項１１に記載の発明の温度算出部は、凍結状態判定部によって凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの共振ピーク電圧の検出値を第１の検量線に当てはめて、凍結対象物の内部温度を算出するので、算出される内部温度は、凍結状態にある凍結対象物が対象となり、凍結状態にある凍結対象物の内部温度を正確に算出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、
　前記マイクロ波共振器は、前記搬送ラインによって搬送中の前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出するように構成され、
　前記温度算出部は、前記搬送ラインで搬送中の前記冷凍食品の内部温度を算出するように構成されている。
　この場合、凍結対象物は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、マイクロ波共振器は、搬送ラインによって搬送中の冷凍食品の共振ピーク電圧を検出し、温度算出部は、搬送ラインで搬送中の冷凍食品の内部温度を算出するので、冷凍食品の凍結工程において、搬送ラインによって搬送される冷凍食品の食品温度の全数検査を可能にすることができる。よって、冷凍食品の凍結工程の内部温度の管理精度をより高めることができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記マイクロ波共振器は、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出するように構成されている。
　この場合、マイクロ波共振器は、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における冷凍食品の共振ピーク電圧を検出するので、包装された冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができるとともに、包装される前の非包装状態の冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができる。このため、冷凍食品の凍結工程の途中において、冷凍食品の共振ピーク電圧を検出することができる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であり、
　前記マイクロ波共振器は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧及び共振周波数を検出するように構成され、
　前記温度算出部は、前記マイクロ波共振器で検出される共振ピーク電圧及び共振周波数を説明変数とし、前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出し、該検量線に前記マイクロ波共振器で検出された前記共振ピーク電圧及び共振周波数を当てはめて、凍結状態にある前記バラ凍結食品の内部温度を予測し、この予測された前記バラ凍結食品の内部温度と、実測された前記バラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに前記複数のバラ凍結食品を収容する容器内での該複数のバラ凍結食品の密度を上げるために前記複数のバラ凍結食品を再充填させるように構成される。
　この場合、凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であるので、中実物と比較して、容器内に収容されたバラ凍結食品間の隙間が大きくなると、隙間を通るマイクロ波が検出さて、バラ凍結食品の凍結状態を検出できなくなる虞がある。そこで、本願の発明者は、予測されたバラ凍結食品の内部温度と、実測されたバラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに複数のバラ凍結食品を収容する容器内での該複数のバラ凍結食品の密度を上げるために複数のバラ凍結食品を再充填させるようにした。このため、バラ凍結食品間の隙間が小さくなり、隙間を通るマイクロ波が検出される虞がなくなる。よって、マイクロ波共振器を利用して、バラ凍結食品の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定装置を実現できる。
　また、幾つかの実施形態では、
　前記凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さは、５０ｍｍ以下であるように構成される。
　凍結対象物の凍結工程では、凍結対象物は外側から凍結し始めるので、凍結対象物の内部は凍結しにくい。このため、凍結対象物の内部温度を測定することができれば、凍結対象物の凍結状態を予測することができる。このため、マイクロ波が凍結状態の凍結対象物の中心部に到達可能な距離を２５ｍｍとすると、凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さを、５０ｍｍ以下とすることが好ましい。よって、請求項１５に記載の発明は、凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さを５０ｍｍ以下とするので、凍結対象物の内部の中心にマイクロ波を入射させることができ、凍結対象物の内部温度を確実に測定することができる。なお、凍結対象物の解凍は、凍結対象物の外側から解凍し始めて内側が最後に解凍するので、解凍して外側に水が生じると、マイクロ波は水に吸収されて凍結対象物の内部に届かない。このため、凍結対象物の解凍工程においては、本願の内部温度測定装置は適用できない。
　本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、凍結した冷凍食品等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係わる凍結対象物の内部温度測定装置の構成を説明する構成図である。 内部温度測定装置の一部であるマイクロ波空洞共振器の概略構成図である。 マイクロ波空洞共振器内に試料を入れた場合と入れない場合における共振特性を説明するためのグラフである。 凍結対象物の実測内部温度と共振周波数との相関を規定する検量線を示したグラフである。 凍結状態にある凍結対象物の実測内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線を示すグラフである。 凍結状態及び非凍結状態にある凍結対象物の実測内部温度と共振ピーク電圧との関係を示すグラフである。 凍結状態にある凍結対象物の実測内部温度と第１の検量線から予測された予想内部温度との関係を示すグラフである。 第１の検量線及び第２の検量線を求めるためのフローチャートである。 凍結対象物の内部温度を求めるためのフローチャートである。 マイクロ波空洞共振器に包装容器で覆われた餡かけの冷凍食品を配置した概略構成図である。 凍結状態にある餡かけの冷凍食品の実測内部温度と第１の検量線から予測された予想内部温度との関係を示すグラフである。 マイクロ波空洞共振器に凍結状態にあるハンバーグの冷凍食品を配置した概略構成図である。 凍結状態にあるハンバーグの冷凍食品の実測内部温度と第１の検量線から予測された予想内部温度との関係を示すグラフである。 マイクロ波空洞共振器に凍結状態にあるホタテ貝柱の冷凍食品を配置した概略構成図である。 凍結状態にあるホタテ貝柱の冷凍食品の実測内部温度と第１の検量線から予測された予想内部温度との関係を示すグラフである。 同図（ａ）は、マイクロ波空洞共振器に粒状の冷凍食品（バラ凍結食品）を容器内に充填した概略構成図であり、同図（ｂ）は、粒状の冷凍食品が密度の高い状態で容器内に充填された状態の概略構成図であり、同図（ｃ）は、粒状の冷凍食品が密度の低い状態で容器内に収容された状態の概略構成図である。 回帰分析により検量線（予測式）を求めるためのフローチャートである。 回帰分析により求めた検量線（予測式）を用いて粒状の冷凍食品の内部温度を求めるためのフローチャートである。 凍結状態にある粒状の冷凍食品の実測内部温度と第１の検量線から予測された予想内部温度との関係を示すグラフである。
　以下、添付図面に従って本発明の凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置の実施形態について、図１～図１９を参照しながら説明する。本実施形態は、凍結対象物を冷凍食品とした場合の内部温度測定方法及び内部温度測定装置について、以下説明する。冷凍食品は、例えば、グラタンを紙製の容器内に収容されたものであり、グラタンのマイクロ波照射方向における厚さは、５０ｍｍ以下とする。また、冷凍食品は、樹脂で包装された餡かけ、ハンバーグ、ホタテ貝柱、えんどう豆等でもよい。なお、この実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。先ず、本発明の凍結対象物の内部温度測定方法を説明する前に、凍結対象物の内部温度測定装置について説明する。
　凍結対象物の内部温度測定装置１は、図１に示すように、マイクロ波を発信するマイクロ波発振器３、サーキュレータ５、減衰器７，８、マイクロ波を共振状態にするマイクロ波共振器１０、マイクロ波を検出するマイクロ波検出器３０、データ処理器４０と、を有して構成される。
　マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波は、同軸ケーブル５０ａを介してサーキュレータ５に供給される。サーキュレータ５は、マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波が反射してマイクロ波発振器３を損傷させる虞を防止するために、反射するマイクロ波がマイクロ波発振器３側へ伝播するのを規制する機能を有している。サーキュレータ５から出力されたマイクロ波は、同軸ケーブル５０ｂを介して減衰器７に供給されてノイズが除去される。ノイズが除去されたマイクロ波は、同軸ケーブル５０ｃを介してマイクロ波共振器１０に供給される。
　本実施形態では、図２に示すように、マイクロ波共振器１０上に容器６１内に収容された冷凍食品６０（グラタン）が載置される。容器６１は紙製であって皿状に形成され、マイクロ波の透過が可能である。なお、容器６１は皿状に限るものではなく、冷凍食品６０を内部に収容可能な袋状または非金属製トレイでもよい。
　このように構成されたマイクロ波共振器１０内に同軸ケーブル５０ｃを介してマイクロ波を導入すると、マイクロ波はマイクロ波共振器１０内で反射してある周波数で共振する。このマイクロ波の共振磁場に冷凍食品６０を挿入すると、図３に示すように、共振ピーク電圧が変化するとともに、共振周波数が変化（ｆ0→ｆ1）する。この共振ピーク電圧及び共振周波数が変化したマイクロ波を測定することで、詳細は後述するが、冷凍食品の内部の凍結状態や内部温度を推定することができる。なお、図３は、縦軸が共振ピーク電圧を示し、横軸が共振周波数ｆを示している。
　マイクロ波共振器１０から出力されるマイクロ波は、図１に示すように、同軸ケーブル５０ｄを介して減衰器８に供給されてノイズが除去される。ノイズが除去されたマイクロ波は、マイクロ波検出器３０によって検出される。マイクロ波検出器３０で検出されたマイクロ波の検出信号は、データ処理器４０に送られる。
　データ処理器４０は、例えばパーソナルコンピュータ等の電子計算機であり、凍結状態判定部４１と、温度算出部４３とを備える。凍結状態判定部４１は、図４に示すように、凍結対象物の内部温度（実測内部温度）と共振周波数との相関を規定する実線で示した第２の検量線５１に、マイクロ波共振器１０（図１参照）によって検出された共振周波数を当てはめることで、凍結対象物が凍結状態にあるか否かを判定する。ここで、凍結対象物の内部温度とは、凍結対象物の内部温度を実際に測定したときの実測内部温度である。
　図４から、共振周波数が２．２～２．３ＭＨｚ付近までは周波数変化に対して内部温度が変化していないが、この領域を通過した付近より急激に温度変化が生じていることより、潜熱帯を通過したものと推察される。即ち、共振周波数が２．２～２．３ＭＨｚ付近までに相転移が生じていると予測され、この指標を用いることで相転移判別が可能であると考えられる。第２の検量線５１のデータは、測定対象となる凍結対象物（冷凍食品）と同一物に対して予め準備されてデータ処理器４０（図１参照）内に記憶される。
　凍結状態判定部４１（図１参照）は、凍結対象物の相転移が完了する温度に対して共振周波数が変化し始める点（以下、「凍結点Ｒ」と記す。）に対応する共振周波数ｆｒに対して、測定された共振周波数が同じ大きさか又は大きい場合に、凍結対象物が凍結状態にあると判定する。また、凍結状態判定部４１（図１参照）は、凍結点Ｒに対応する共振周波数ｆｒに対して、測定された共振周波数が小さい場合に、凍結対象物が非凍結状態にあると判定する。
　温度算出部４３（図１参照）は、図５に示すように、凍結状態にある凍結対象物の内部温度（実測内部温度）と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線５３に、マイクロ波共振器１０によって検出された共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態にある凍結対象物の内部温度を求める（推定する）。ここで、凍結状態にある凍結対象物の内部温度とは、凍結対象物の内部温度を実際に測定したときの実測内部温度である。なお、図５において、□は同一内容物（例えば、グラタン）の異なる凍結対象物の実測値を示し、実線が第１の検量線５３を示している。第１の検量線５３は複数の実測値の略平均値を通るように設けられている。この第１の検量線５３のデータは、測定対象となる凍結対象物（冷凍食品）と同一物に対して予め準備されてデータ処理器４０（図１参照）内に記憶される。凍結対象物の内部温度の測定は、例えば、光ファイバー温度計を用い、この温度計の先端部を凍結対象物の中心部に設置して測定する。
　凍結対象物の内部温度は、マイクロ波共振器１０によって検出された共振ピーク電圧を第１の検量線５３に当てはめることで求められる。例えば、共振ピーク電圧が３．０ｍＶである場合には、凍結対象物の内部温度は約－９．３℃と推定される。
　なお、本願の発明者は、凍結対象物の水分が液体相の水であるか固体相の氷であるかによって、凍結対象物へのマイクロ波の吸収・透過が大きく変化し、これに応じてマイクロ波共振器の共振周波数や共振ピーク電圧が変化する特性に基づいて、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との間の関係を調べた。従って、図６に示すように、凍結対象物が非凍結状態である場合（内部温度が約－２．５℃以上の場合）には、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との間に相関がないが、凍結対象物が凍結状態である場合（内部温度が約－２．５℃以下の場合）には、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との間に相関があることを発見した。この発見から、本願の発明者は、共振ピーク電圧と凍結対象物の内部温度との相関を予め定めておけば、検出される共振ピーク電圧に対応する凍結対象物の内部温度を、凍結対象物の内部温度として算出することが可能になることを見出した。
　なお、図７には、検出された共振ピーク電圧から第１の検量線５３を用いて凍結対象物の内部温度を推定したときの予測内部温度と、凍結対象物の実際の内部温度を実測した実測内部温度との関係を示すグラフが記載されている。このグラフから予測内部温度と実測内部温度が略一致することが解る。
　次に、凍結対象物の内部温度測定装置１によって、凍結対象物の内部温度を測定する内部温度測定方法について、図８及び図９を参照しながら説明する。先ず、凍結対象物の内部温度測定方法を説明する前に、第１の検量線及び第２の検量線を求める方法について説明する。図１及び図８に示すように、検査対象物（冷凍食品６０）と同じ検査対象物（冷凍食品）をマイクロ波共振器１０内に設置し、マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波をマイクロ波共振器１０内の冷凍食品６０に照射する（ステップ１００）。
　冷凍食品６０にマイクロ波が照射されて透過したマイクロ波（透過波）は、同軸ケーブル５０ｄ、５０ｅを通ってマイクロ波検出器３０によって検出される。この検出されたマイクロ波から作業者等によって共振ピーク電圧と共振周波数が求められる（ステップ１０１）。なお、ステップ１０１では、複数の冷凍食品６０を準備し、それぞれの冷凍食品６０に対して前述した方法で共振ピーク電圧と共振周波数を求めるとともに、実際の内部温度を測定する。内部温度の測定は、例えば、光ファイバー温度計を使用する。
　そして、共振周波数を横軸とし内部温度を縦軸として、求められた共振周波数及び実測内部温度から第１の検量線５２（図４参照）を作成する（ステップ１０２）。そして、共振ピーク電圧を縦軸とし実測内部温度を横軸として、求められた共振ピーク電圧及び実測内部温度から第２の検量線５１（図５参照）を作成する（ステップ１０３）。なお、前述した実施形態では、ステップ１０２で第２の検量線５１を作成し、ステップ１０３で第１の検量線５３を作成したが、ステップ１０２で第１の検量線５３を作成し、ステップ１０３で第２の検量線５１を作成するようにしてもよい。
　次に、凍結対象物の内部温度測定装置による凍結対象物の内部温度測定方法について説明する。図１及び図９に示すように、冷凍食品６０（図２参照）をマイクロ波共振器１０内に設置し、マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波をマイクロ波共振器１０内の冷凍食品６０に照射する（ステップ２００）。
　冷凍食品６０にマイクロ波が照射されて透過したマイクロ波（透過波）は、マイクロ波検出器３０によって検出される。この検出されたマイクロ波から作業者等によって共振ピーク電圧と共振周波数が求められる（ステップ２０１）。なお、説明の都合上、ステップ２０１を、共振ピーク電圧検出ステップ（状態検出ステップ）及び共振周波数検出ステップと記す。
　データ処理器４０の凍結状態判定部４１は、ステップ２０１の共振ピーク電圧検出ステップ（状態検出ステップ）で求められた共振ピーク周波数を第２の検量線５１（図４参照）に当てはめることで、冷凍食品６０が凍結状態にあるか否かを判定する（ステップ２０２、凍結状態判定ステップ）。凍結状態判定ステップで冷凍食品６０が凍結状態にあると判定されると、ステップ２０４に移行し、凍結状態判定ステップで冷凍食品６０が非凍結状態にあると判定されると、ステップ２０３に移行して、冷凍食品６０が非凍結状態にある旨が告知される。告知は、例えばデータ処理器４０に設けられた表示部（図示せず）に表示されたり、データ処理器４０に設けられたスピーカ（図示せず）から音声で知らせたりしてもよい。
　凍結状態判定ステップで冷凍食品６０が凍結状態にあると判定されると、第１の検量線５３に、共振ピーク電圧検出ステップ（状態検出ステップ）で検出された共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態にある冷凍食品６０の内部温度が求められる（ステップ２０４、温度算出ステップ）。このため、凍結状態の冷凍食品６０に温度センサを刺すことなく、非破壊にて内部温度を高い精度で推定することができる。
　このように、凍結状態にある冷凍食品６０の内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線５３に、共振ピーク電圧検出ステップ（状態検出ステップ）で検出された共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態にある冷凍食品６０の内部温度を算出することができる。よって、凍結した冷凍食品６０等の凍結対象物の内部温度を測定可能な凍結対象物の内部温度測定方法を実現できる。
　また、温度算出ステップでは、凍結状態判定ステップにおいて冷凍食品６０が凍結状態にあると判定されたときの共振ピーク電圧の検出値を第１の検量線５３に当てはめて、冷凍食品６０の内部温度を算出するので、算出される内部温度は、凍結状態にある冷凍食品６０が対称となり、凍結状態にある冷凍食品６０の内部温度を正確に算出することができる。
　また、冷凍食品６０（グラタン）のマイクロ波照射方向における厚さは５０ｍｍ以下であるので、冷凍食品６０の内側の中心にマイクロ波を入射させるとともに、さらにマイクロ波を進ませて透過させることができる。よって、冷凍食品６０の内部温度の計測の精度を向上させることができる。
　なお、凍結対象物である冷凍食品６０（グラタン）は、搬送ラインによって搬送されるものとし、共振ピーク電圧検出ステップ（状態検出ステップ）では、搬送ラインによって搬送中の冷凍食品６０に対してマイクロ波共振器１０を用いた共振ピーク電圧の検出を行い、温度算出ステップでは、搬送ラインで搬送中の冷凍食品６０の内部温度を算出するようにしてもよい。この場合には、冷凍食品６０の凍結工程において、搬送ラインによって搬送される冷凍食品の食品温度の全数検査を可能にすることができる。よって、冷凍食品６０の凍結工程における内部温度の管理精度をより高めることが可能になる。
　また、前述した実施形態では、マイクロ波共振器１０としてマイクロ波空洞共振器を用いた場合を示したが、凍結対象物に先端部を接触させた状態でマイクロ波を発信して凍結対象物に照射し、反射するマイクロ波を受信可能なプローブ型のマイクロ波共振器を用いてもよい。
　また、前述した実施形態では、冷凍食品６０として紙製の容器内に収容されたグラタンを示したが、プラスチック系包装材料で包装された餡かけ、ハンバーグ、ホタテ貝柱でもよい。図１０は、ナイロン製の包装６２で覆われた餡かけの冷凍食品６０がマイクロ波共振器１０上に配置された場合を示している。包装６２は、マイクロ波を透過可能な材料であればよく、例えば、リニヤ・低密度ポリエチレン、延伸ナイロン、Ｋコートナイロン、無延伸ナイロン、二軸延伸ポリプロピレン、ポリエステル、Ｋコートポリエステルである。また、餡かけ冷凍食品６０の大きさは、マイクロ波共振器１０により生成されるマイクロ波の共振磁場域よりも大きく、餡かけ冷凍食品６０の高さ方向の寸法ｈは５０ｍｍ以下である。
　図１１には、検出された共振ピーク電圧から第１の検量線５３（図５参照）を用いて包装された凍結状態の餡かけの冷凍食品６０（凍結対象物）の内部温度を推定したときの予測内部温度と、冷凍食品６０（凍結対象物）の実際の内部温度を実測した実測内部温度との関係を示すグラフが記載されている。このグラフから予測内部温度と実測内部温度が略一致することが解る。
　また、図１２には、凍結状態のハンバーグの冷凍食品６０がマイクロ波共振器１０上に配置された場合を示している。ハンバーグの冷凍食品６０は包装されていない。ハンバーグの冷凍食品６０の大きさは、マイクロ波共振器１０により生成されるマイクロ波の共振磁場域よりも大きく、ハンバーグの冷凍食品６０の高さ方向の寸法ｈは５０ｍｍ以下である。
　図１３には、検出された共振ピーク電圧から第１の検量線５３（図５参照）を用いて凍結状態のハンバーグの冷凍食品６０（凍結対象物）の内部温度を推定したときの予測内部温度と、冷凍食品６０（凍結対象物）の実際の内部温度を実測した実測内部温度との関係を示すグラフが記載されている。このグラフから予測内部温度と実測内部温度が略一致することが解る。
　また、図１４には、凍結状態のホタテ貝柱の冷凍食品６０（凍結対象物）がマイクロ波共振器１０上に配置された場合を示している。ホタテ貝柱の冷凍食品６０は包装されていない。ホタテ貝柱の冷凍食品６０の大きさは、マイクロ波共振器１０により生成されるマイクロ波の共振磁場域よりも大きく、ホタテ貝柱の高さ方向の寸法ｈは５０ｍｍ以下である。
　図１５には、検出された共振ピーク電圧から第１の検量線５３（図５参照）を用いて凍結状態のハンバーグの冷凍食品６０（凍結対象物）の内部温度を推定したときの予測内部温度と、ハンバーグの冷凍食品６０の実際の内部温度を実測した実測内部温度との関係を示すグラフが記載されている。このグラフから予測内部温度と実測内部温度が略一致することが解る。
　また、図１６（ａ）には、マイクロ波共振器１０上に上部が開口した有底筒状の容器６５内に凍結状態にある複数のえんどう豆の冷凍食品６０（凍結対象物）を入れた様子が示されている。容器６５は、マイクロ波を透過可能な材料（例えば、プリエチレン、ポリエステル等）で形成されている。冷凍食品６０（凍結対象物）は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品（えんどう豆）である。このように容器６５内に収容された複数のえんどう豆の冷凍食品６０は、前述したグラタンやハンバーグ等の中実物と比較して、複数のえんどう豆の冷凍食品６０が密度の低い状態で容器６５内に収容されると（図１６（ｃ）参照）、えんどう豆間の隙間が大きくなり、隙間を通るマイクロ波が検出されて、えんどう豆の冷凍食品６０の凍結状態を検出できなくなる虞がある。そこで、本願の発明者は、複数のえんどう豆の冷凍食品６０を密度が高い状態で容器６５内に充填し（図１６（ｂ）参照）、この状態で、凍結状態のえんどう豆の冷凍食品６０の共振状態（共振周波数、共振ピーク電圧）を説明変数とし、凍結状態のえんどう豆の冷凍食品６０の内部温度を目的変数として重回帰分析を行って算出される検量線からえんどう豆の冷凍食品６０の内部温度を予測可能であることを見出した。
　図１７は、重回帰分析により検量線（予測式）を求めるためのフローチャートを示している。検量線（予測式）を求めるには、図１７に示すように、測定対象物（えんどう豆の冷凍食品６０）をマイクロ波共振器１０内に設置して、マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波をマイクロ波共振器１０内の冷凍食品６０に照射する（ステップ３００）。ここで、測定対象物であるえんどう豆の冷凍食品６０は、密度が高くなるように容器６５内に充填される。また、凍結対象物の投影面積よりマイクロ波共振器投影面積が小さいので、マイクロ波共振器により生成されるマイクロ波が測定対象物を透過せずに検出されるマイクロ波を無くすことができる。このため、測定対象物の共振状態を確実に検出することができる。
　冷凍食品６０にマイクロ波が照射されて透過したマイクロ波（透過波）は、図１に示すように、同軸ケーブル５０ｄ、５０ｅを通ってマイクロ波検出器３０によって検出される。この検出されたマイクロ波から作業者等によって共振ピーク電圧と共振周波数が求められる（ステップ３０１）。なお、ステップ３０１では、冷凍食品６０（複数のえんどう豆）が入れられた容器６５を複数準備し、それぞれの容器内の冷凍食品６０に対して前述した方法で共振ピーク電圧と共振周波数を求めるとともに、実際の内部温度を測定する。内部温度の測定は、例えば、光ファイバー温度計を使用する。
　そして、マイクロ波共振器１０で検出された共振ピーク電圧及び共振周波数を説明変数とし、凍結対象物の内部温度を目的変数として重回帰分析を行って検量線（予測式）を算出する（ステップ３０２、検量線算出ステップ）。
　次に、重回帰分析で算出された検量線（予測式）に基づいて測定対象物の内部温度を測定する内部温度測定方法について、図１８を参照しながら説明する。凍結状態の複数のえんどう豆の冷凍食品６０（図２参照）を容器６５内に充填する（ステップ４００、充填ステップ）。そして、容器６５をマイクロ波共振器１０内に設置し、マイクロ波発振器３から発信されたマイクロ波をマイクロ波共振器１０内の複数のえんどう豆の冷凍食品６０に照射する（ステップ４０１、配置ステップ）。
　複数のえんどう豆の冷凍食品６０にマイクロ波が照射されて透過したマイクロ波（透過波）は、マイクロ波検出器３０によって検出される。この検出されたマイクロ波から作業者等によって共振ピーク電圧と共振周波数が求められる（ステップ４０２、状態検出ステップ、共振周波数検出ステップ）。
　そして、前述した検量線（予測式）に、検出された共振ピーク電圧及び共振周波数を当てはめることで、冷凍食品６０の内部温度を推定する（ステップ４０３、温度算出ステップ）。そして、予測されたバラ凍結食品の予測内部温度と、実測されたバラ凍結食品の実測内部温度との相関の程度を表す値（例えば、決定係数Ｒ２）が所定値（例えば、決定係数Ｒ２＝0.9）より小さい場合には（ステップ４０４）、複数のバラ凍結食品を収容する容器６５内のバラ凍結食品の密度を上げるためにバラ凍結食品を容器６５に再充填させる（ステップ４０５、再充填ステップ）。具体的には、容器６５に振動等を与えてバラ凍結食品を密に充填する。そして、前述したステップ４０１以降を実施する。
　なお、図１９には、重回帰分析によって凍結状態の冷凍食品６０（えんどう豆）の内部温度を推定したときの予測内部温度と、凍結対象物の実際の内部温度を実測した実測内部温度との関係を示すグラフが記載されている。このグラフから予測内部温度と実測内部温度が略一致（決定係数Ｒ２＝0.957）することが解る。
　このように、粒状のバラ凍結食品（例えば、えんどう豆）を複数収容した状態で、バラ凍結食品の内部温度を高い精度で測定することができる。
　なお、凍結したグラタンの内部温度を、回帰分析を利用して推定してもよい。この場合には、グラタンの共振ピーク電圧を説明変数とし、グラタンの内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出する。そして、検出された共振ピーク電圧を検量線に当てはめることで、グラタンの内部温度を推定することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。例えば、上述した各種実施形態を適宜組み合わせてもよい。
　　１　凍結対象物の内部温度測定装置
　　３　マイクロ波発振器
　　５　サーキュレータ
　　７、８　減衰器
　１０　マイクロ波共振器
　４０　データ処理器
　４１　凍結状態判定部
　４３　温度算出部
　５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ　同軸ケーブル
　５１　第２の検量線
　５３　第１の検量線
　６０　冷凍食品
　６１　容器
　６２　包装
　６５　容器
　　Ｒ　凍結点

Claims (15)

  1. 　凍結対象物の内部温度測定方法であって、
    　マイクロ波共振器を用いて生成されるマイクロ波の共振磁場に前記凍結対象物を配置する配置ステップと、
    　前記マイクロ波共振器を用いて凍結状態の前記凍結対象物の共振状態を検出するとともに、温度測定器を用いて前記凍結対象物の内部温度を検出する状態検出ステップと、
    　前記状態検出ステップで検出される共振状態を説明変数とし、前記温度測定器で検出される前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出する検量線算出ステップと、
    　前記検量線算出ステップで算出された前記検量線に、前記検出ステップで検出された共振状態を当てはめて、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出する温度算出ステップと、
    　を備えることを特徴とする凍結対象物の内部温度測定方法。
  2. 　前記マイクロ波共振器により生成されるマイクロ波の共振磁場域が前記凍結対象物の全域を覆うように、前記凍結対象物の投影面積より前記マイクロ波共振器投影面積が小に設定されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  3. 　前記凍結対象物は、中身が詰まった中実食品であり、
    　前記状態検出ステップで検出される前記共振状態は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧であり、
    　前記温度算出ステップは、前記検量線算出ステップで算出される前記検量線に、前記状態検出ステップで検出される前記共振ピーク電圧を当てはめて、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を予測する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  4. 　前記状態検出ステップは、前記マイクロ波共振器を用いて、前記凍結対象物の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップ、をさらに備え、
    　前記検量線算出ステップは、前記凍結対象物の内部温度と共振周波数との相関を規定する第２の検量線に、前記共振周波数検出ステップで検出された前記共振周波数を当てはめることで、前記凍結対象物が凍結状態にあるか否かを判定する凍結状態判定ステップ、をさらに備え、
    　前記温度算出ステップでは、前記凍結状態判定ステップにおいて前記凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの前記共振ピーク電圧の検出値を、前記凍結対象物の内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線に当てはめることで、前記凍結対象物の内部温度を算出する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  5. 　前記凍結対象物の前記中実食品は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、
    　前記状態検出ステップでは、前記搬送ラインによって搬送中の前記冷凍食品に対して前記マイクロ波共振器を用いた前記共振ピーク電圧の検出を行い、
    　前記温度算出ステップでは、前記搬送ラインで搬送中の前記冷凍食品の内部温度を算出する
    　ことを特徴とする請求項３又は４に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  6. 　前記状態検出ステップでは、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  7. 　前記凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さは、５０ｍｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  8. 　前記凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であり、
    　複数の前記バラ凍結食品を容器内に充填する充填ステップを備え、
    　前記状態検出ステップで検出される共振状態は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧及び共振周波数であり、
    　前記温度算出ステップは、前記検量線算出ステップで算出された前記検量線に、前記状態検出ステップで検出された前記共振ピーク電圧及び共振周波数を当てはめて、凍結状態にある前記バラ凍結食品の内部温度を予測し、
    　この予測された前記バラ凍結食品の内部温度と、実測された前記バラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに前記複数のバラ凍結食品を充填した前記容器に該複数のバラ凍結食品を再充填して密度を高める再充填ステップを更に備える
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の凍結対象物の内部温度測定方法。
  9. 　凍結対象物の内部温度測定装置であって、
    　凍結状態の前記凍結対象物の共振状態を検出するためのマイクロ波共振器と、
    　凍結状態にある前記凍結対象物の共振状態を説明変数とし、前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って算出された検量線に、前記マイクロ波共振器によって検出された前記共振状態を当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成された温度算出部と、を備え、
    　前記マイクロ波共振器の投影面積が前記凍結対象物の投影面積よりも小に設定されている
    　ことを特徴とする凍結対象物の内部温度測定装置。
  10. 　前記凍結対象物は、中身が詰まった中実食品であり、
    　前記マイクロ波共振器は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧を検出するように構成され、
    　前記温度算出部は、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度と共振ピーク電圧との相関を規定する第１の検量線に、前記マイクロ波共振器によって検出された前記共振ピーク電圧を当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項９に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
  11. 　前記マイクロ波共振器は、前記凍結対象物の共振周波数を検出するように構成され、
    　前記凍結対象物の内部温度と前記共振周波数との相関を規定する第２の検量線に、前記マイクロ共振器によって検出された前記共振周波数を当てはめることで、前記凍結対象物が凍結状態にあるか否かを判定するように構成された凍結状態判定部、をさらに備え、
    　前記温度算出部は、前記凍結状態判定部によって前記凍結対象物が凍結状態にあると判定されたときの前記共振ピーク電圧の検出値を前記第１の検量線に当てはめることで、凍結状態にある前記凍結対象物の内部温度を算出するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
  12. 　前記凍結対象物の前記中実食品は、搬送ラインによって搬送される冷凍食品であり、
    　前記マイクロ波共振器は、前記搬送ラインによって搬送中の前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出するように構成され、
    　前記温度算出部は、前記搬送ラインで搬送中の前記冷凍食品の内部温度を算出するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
  13. 　前記マイクロ波共振器は、非包装状態又はマイクロ波を透過する部材によって包装された状態における前記冷凍食品の前記共振ピーク電圧を検出するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
  14. 　前記凍結対象物は、小さな粒状に形成された複数のバラ凍結食品であり、
    　前記マイクロ波共振器は、凍結状態の前記凍結対象物の共振ピーク電圧及び共振周波数を検出するように構成され、
    　前記温度算出部は、前記マイクロ波共振器で検出される共振ピーク電圧及び共振周波数を説明変数とし、前記凍結対象物の内部温度を目的変数として回帰分析を行って検量線を算出し、該検量線に前記マイクロ波共振器で検出された前記共振ピーク電圧及び共振周波数を当てはめて、凍結状態にある前記バラ凍結食品の内部温度を予測し、この予測された前記バラ凍結食品の内部温度と、実測された前記バラ凍結食品の内部温度との相関の程度を表す値が所定値よりも小さいときに前記複数のバラ凍結食品を収容する容器内での該複数のバラ凍結食品の密度を上げるために前記複数のバラ凍結食品を再充填させる
    　ことを特徴とする請求項９に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
  15. 　前記凍結対象物のマイクロ波照射方向における厚さは、５０ｍｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項９から１４の何れか一項に記載の凍結対象物の内部温度測定装置。
     
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