Устройство регистрации температуры и устройство для тепловой обработки
Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к устройству регистрации температуры для измерения температуры сердцевины пищевого продукта и способу управления таким устройством. Устройство для тепловой обработки, прежде всего печь, для пищевого продукта содержит нагревательное средство для приложения тепла к пищевому продукту и устройство регистрации температуры, содержащее регистрирующую микроволны антенную решетку, прежде всего фазированную антенную решетку. Таким конструктивным решением обеспечивается точное измерение температуры сердцевины пищевого продукта. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству регистрации температуры для измерения температуры сердцевины пищевого продукта, а также к устройству для тепловой обработки пищевого продукта с нагревательным средством для приложения тепла к пищевому продукту и с устройством регистрации температуры.
Подобные устройства для тепловой обработки известны из уровня техники. В производстве пищевых продуктов такие устройства для тепловой обработки используются для приготовления пищи в непрерывном режиме, то есть с проходящей через печь системой лент, на которые помещаются пищевые продукты. Медико-санитарные правила требуют, чтобы эти пищевые продукты нагревались выше заданной температуры для того, чтобы убить патогенные микроорганизмы, которые потенциально присутствуют в пищевом продукте.
Следовательно, необходимо обеспечить, что выше заданной температуры нагревается весь продукт, а не только части или области пищевого продукта, такие, например, как поверхность. Если, например, пищевой продукт содержит кости, то гомогенное распределение тепла не может быть гарантировано. Кроме того, устройство для тепловой обработки может преднамеренно иметь неравномерное распределение температуры. В то же время, перегрев или пережаривание пищевого продукта является нежелательным, так как это оказывает отрицательное влияние на внешний вид и/или вкус пищевого продукта.
Поэтому желательно измерять температуру пищевого продукта насколько возможно точно. Из уровня техники известно использование термочувствительных камер. Эти камеры имеют высокое разрешение по плоскости, то есть в направлении x и y, но могут измерять только температуру поверхности, что не является надежным параметром, так как, например, масляная пленка на пищевом продукта может иметь более высокую температуру по сравнению температурой в центре пищевого продукта, то есть температурой сердцевины. Для измерения температуры сердцевины из уровня техники известно использование щупов, которые прокалывают пищевой продукт. Такое прокалывание нежелательно, так как оно отказывает отрицательное влияние на структурную целостность и/или внешний вид и/или вкус пищевого продукта. В дополнение, такой щуп может измерять температуру только локально, и он может блокироваться более твердыми элементами, такими как кости и им подобное.
Поэтому целью изобретения была разработка устройства регистрации температуры, которое точно измеряет температуру сердцевины пищевого продукта неинвазивно, а также устройства для тепловой обработки, содержащего такое устройство регистрации температуры.
Цель достигнута с помощью устройства регистрации температуры для измерения температуры сердцевины пищевого продукта, причем устройство содержит антенную решетку для регистрации микроволнового излучения, прежде всего фазированную антенную решетку.
Такие антенные решетки известны из мобильных телекоммуникационных сетей или радаров, и делают возможным точное управление направленностью антенны путем регулирования разности фаз фазированных антенных решеток. Антенные решетки не использовались для измерения температур, прежде всего, пищевых продуктов.
Устройство регистрации температуры согласно настоящему изобретению обеспечивает бесконтактное или неинвазивное измерение температуры сердцевины пищевого продукта. Кроме того, посредством этого, предпочтительным образом, можно обеспечить высокое вертикальное разрешение, то есть в направлении z, прежде всего при сохранении высокого разрешения по плоскости, делая возможным, таким образом, точное измерение температуры сердцевины пищевого продукта.
Посредством этого можно, предпочтительным образом, создать антенну, направленность которой может точно регулироваться, в то время как она, предпочтительно, экранирована от окружающей среды, имеет высокую эффективность антенны и высокую чувствительность. Кроме того, такое устройство регистрации температуры является гигиеничным, устойчивым к температуре, имеет лишь низкий уровень шумов и может быть сфокусировано на малой поверхности. В дополнение, посредством этого можно измерять температуру сердцевины пищевого продукта в разных местах продукта с помощью одной антенны и/или измерять температуру сердцевины в сильно сфокусированной области.
Предпочтительно, пищевой продукт является содержащим протеин продуктом, прежде всего мясом и/или рыбой и/или им подобным. Более предпочтительно, пищевой продукт является молочным продуктом и/или овощами и/или фруктами и/или им подобным. Пищевой продукт может содержать кости или рыбьи кости. Еще более предпочтительно, пищевой продукт является обработанным, например рубленым, маринованным, сдобренным специями и/или покрытым, предпочтительно, в кляре.
Предпочтительно, подлежащие измерению пищевые продукты в основном имеют одинаковую форму и/или размер. Более предпочтительно, формы и/или размеры пищевых продуктов могут различаться.
Предпочтительно, антенная решетка выполнена так, что она работает как модуляционный радиометр (радиометр Дикке). Посредством этого, предпочтительным образом, можно измерять даже слабые сигналы, прежде всего сигналы, которые слабее, чем шумовые сигналы. Специалист в данной области техники понимает, что модуляционный радиометр основан на быстром переключении между сигналом антенны и опорным источником шума.
Следовательно, электроника схемы антенной решетки, предпочтительно, содержит опорный источник шума и переключатель для быстрого переключения между опорным источником шума и сигналом антенны.
В контексте этой заявки электроника может относиться к электронике для управления устройством регистрации температуры, прежде всего антенной решеткой, и/или анализирующей электроникой, которая преобразует сигнал антенной решетки в температуру.
Предпочтительно, антенная решетка содержит открытый волновод, прежде всего открытый волновод вытекающей волны. Альтернативно или дополнительно, устройство регистрации температуры содержит антенну с открытым волноводом, прежде всего антенну вытекающей волны. Более предпочтительно, устройство регистрации температуры содержит отражательную пластину, причем пищевой продукт, температура сердцевины которого должна быть измерена, располагается между антенной и отражательной пластиной. Специалист в данной области техники понимает, что описанные ниже варианты осуществления, относящиеся к антенной решетке, могут быть также применены к антенне с открытым волноводом.
Антенна вытекающей волны является антенной бегущей волны, в которой электромагнитная волна направляется в волновод. Если используется открытый волновод, то электромагнитная волна вытекает, то есть излучается, из отверстия, прежде всего, в виде затухающей волны, которая угасает экспоненциально с увеличением расстояния от отверстия.
Предпочтительно, время измерения антенной решетки является регулируемым между 0,5 с и 10 с или между, по существу, 0 с и 10 с. Специалист в данной области техники понимает, что если пищевые продукты перемещаются, предпочтительно, непрерывно, то время измерения должно становиться меньше с увеличивающейся скоростью пищевых продуктов или транспортировочного средства, транспортирующего пищевые продукты, для поддержания заданной правильности и/или точности измерения. Время измерения может соответствовать времени, требуемому для измерения температуры сердцевины в определенном месте, или оно может соответствовать времени, требуемому для измерения вдоль, по меньшей мере, части ширины, предпочтительно всей ширины, транспортировочного средства, например ленты, по меньшей мере, в нескольких отдельных местах или положениях. Специалист в данной области техники понимает, что время измерения в идеальном случае должно быть бесконечно малым, но что вследствие физических и технических ограничений всегда имеется минимальное время измерения. Альтернативно, время измерения антенной решетки является постоянной величиной, предпочтительно в диапазоне между 0,5 с и 10 с. Например, время измерения может быть 0,5 с, 1 с, 2,5 с, 5 с и/или 10 с.
Предпочтительно, антенная решетка содержит пассивный излучатель и/или антенная решетка является пассивной антенной. Альтернативно, антенная решетка является активной антенной. Специалист в данной области техники понимает, что активная антенна активно посылает сигнал и получает обратный сигнал, связанный с посланным сигналом, тогда как пассивная антенна не выполнена для испускания излучения, то есть сигнала, но только принимает излучение. Предпочтительно, пассивный излучатель не содержит узел активного возбудителя.
Предпочтительно, антенна связана с электроникой через коаксиальный кабель и/или любой другой тип волновода или технологию передачи данных.
Предпочтительно, антенная решетка обладает наибольшей чувствительностью между 1,5 и 4 ГГц, предпочтительно, между 2,8 и 3,6 ГГц, прежде всего около 3,2 ГГц и/или, предпочтительно, между 1,2 и 2,0 ГГц, прежде всего около 1,575 ГГц. Более предпочтительно, центральная частота антенны, соответствующая центральной длине волны, является перестраиваемой в заданном частотном диапазоне. В контексте настоящей заявки центральную частоту следует понимать как частоту, для которой антенная решетка обладает наиболее чувствительностью. Специалист в данной области техники понимает, что это обычно соответствует максимуму чувствительности. В идеальном случае, эта центральная частота может соответствовать частоте микроволн, испускаемых из центра или сердцевины, предпочтительно, в направлении z, пищевого продукта, чья температура сердцевины должна быть измерена.
Специалист в данной области техники понимает, что разные частоты в микроволновом режиме соответствуют разной глубине проникновения в пищевой продукт, так что пищевой продукт при данной температуре будет испускать электромагнитное излучение, прежде всего микроволновое излучение, имеющее определенное распределение по частоте.
Глубину проникновения следует понимать как определенное длину от поверхности объекта в направлении его внутреннего объема, предпочтительно, с направлением, перпендикулярным его поверхности. Прежде всего, глубина проникновения обозначает расстояние от поверхности до точки, из которой испускается излучение. Глубина проникновения зависит, например, от температуры объекта, от его материала и от длины волны. Например, низкие частоты, прежде всего в микроволновом режиме, могут соответствовать температурам в центре пищевого продукта, то есть температурам сердцевины, тогда как высокие частоты, прежде всего в микроволновом режиме, могут соответствовать температурам на поверхности пищевого продукта.
Следовательно, для измерения температуры сердцевины пищевого продукта центральная частота устройства регистрации температуры, предпочтительно, настраивается так, что глубина проникновения при этой частоте соответствует, по меньшей мере, приблизительно центру, прежде всего, в вертикальном направлении, пищевого продукта. Учитывая, что центральная частота обычно содержит неопределенность, то есть определенный диапазон частот, измеренная температура сердцевины, предпочтительно, соответствует средней величине температуры вдоль вертикального протяжения пищевого продукта, то есть средней температуре сердцевины и/или разным толщинам. Альтернативно, температура сердцевины может быть определена интегрированием по определенной толщине.
Предпочтительно, частоты, для которых антенная решетка наиболее чувствительна, во время измерения изменяются. Более предпочтительно, частоты, для которых антенная решетка наиболее чувствительна, изменяются непрерывно.
Предпочтительно, измеряемая ширина полосы частот антенной решетки составляет приблизительно 500 МГц, или около 250 МГц, или около 100 МГц, прежде всего 80 МГц. Более предпочтительно, ширина полосы частот является перестраиваемой, прежде всего, путем регулирования параметров антенны и/или устройства регистрации температуры. Еще более предпочтительно, ширина полосы частот антенной решетки является перестраиваемой между 60 МГц и 100 МГц или между 40 и 120 МГц или между 10 и 200 МГц.
Предпочтительно, область регистрации антенной решетки на заданном расстоянии от приемной апертуры антенной решетки составляет менее 10 мм2, предпочтительно менее 1 мм2, прежде всего около 0,1 мм2. Специалист в данной области техники понимает, что имеется несколько способов регулирования области регистрации.
Микроволновое излучение, характеризующее температуру пищевого продукта, излучается в телесном угле. Путем изменения, например расстояния между приемной апертурой антенны и пищевым продуктом, размер первой области регистрации увеличивается или уменьшается. Например, для малого расстояния между антенной решеткой или ее приемной апертурой и пищевым продуктом область регистрации мала, тогда как для большего расстояния между антенной и пищевым продуктом область регистрации больше. Кроме того, положение, прежде всего боковое положение, первой области регистрации может изменяться путем регулирования параметров антенны. Например, путем соответствующего регулирования разности фаз между отдельными антеннами, образующими, антенную решетку, направленность антенны может быть отрегулирована так, что область регистрации изменяется. Прежде всего, может быть изменено направление фокуса антенны.
Специалист в данной области техники понимает, что фокус антенны подразумевает специфическую направленность. Например, направленность в форме карандаша может иметь фокус, тогда как направленность в форме конуса может не иметь фокуса. Предпочтительно, первая область регистрации отрегулирована так, что перекрывается площадь, параллельная главной плоскости протяжения транспортировочного средства, прежде всего, в этом положении, и с максимальным протяжением в направлении, перпендикулярном направлению транспортировки, и параллельном главной плоскости протяжение транспортировочного средства, и, предпочтительно, с протяжением в направлении транспортировки, меньшем относительно его главного протяжения.
Предпочтительно, расстояние между антенной решеткой и пищевым продуктом является как можно малым, прежде всего около четверти длины волны антенной решетки. Более предпочтительно, расстояние между антенной решеткой и пищевым продуктом равно или меньше чем 10 см, или 50 см, или 1 м, или 3 метра.
Предпочтительно, выходной сигнал устройства регистрации температуры является по существу независимым от температуры окружающей среды, прежде всего в диапазоне температур между -20°C и 90°C или в любом диапазоне температур с верхним пределом меньшим или равным 90°C и нижним пределом большим или равным -20°C. Более предпочтительно, устройство регистрации температуры и/или антенная решетка являются калибруемыми и/или конфигурируемыми, прежде всего, в отношении их температурной зависимости. Еще более предпочтительно, устройство регистрации температуры и/или антенная решетка является самокалибрующимся.
Предпочтительно, устройство регистрации температуры содержит инфракрасную камеру для измерения температуры поверхности пищевого продукта и/или для определения положения и/или формы и/или объема пищевого продукта. Посредством этого, предпочтительным образом, можно улучшить разрешение по площади устройства регистрации температуры путем комбинирования сигналов антенной решетки и инфракрасной камеры. В дополнение, посредством этого, предпочтительным образом, можно обеспечить техническую избыточность путем комбинирования обоих сигналов. Альтернативно или дополнительно, посредством этого, предпочтительным образом, можно использовать антенную решетку с меньшим разрешением по площади, чем у инфракрасной камеры, и путем комбинирования сигналов получить распределение температуры, имеющее большее разрешение по всем трем измерениям.
Предпочтительно, устройство регистрации температуры содержит несколько инфракрасных камер. Посредством этого, предпочтительным образом, можно создать трехмерное распределение температуры и/или создать трехмерное изображение пищевого продукта.
Предпочтительно, первая область регистрации антенной решетки меньше или равна второй области регистрации инфракрасной камеры на заданном расстоянии.
Предпочтительно, первая область регистрации имеет прямоугольную или круглую форму, прежде всего форму в виде узкой полосы. Специалист в данной области техники понимает, что форма первой области регистрации может быть установлена путем установления параметров антенны и/или использования экранирующего средства между пищевым продуктом и антенной, например отверстия.
Если первая область регистрации отдельной антенной решетки или отдельной антенны антенной решетки достаточно мала, то устройство регистрации температуры может быть способным четко обнаруживать границы пищевого продукта, так как, например, транспортировочное средство или подложка, на которую помещен пищевой продукт, имеет другую температуру, чем сам пищевой продукт. Таким образом, может быть создано изображение, прежде всего даже топографическое изображение пищевого продукта. Кроме того, путем использования нескольких антенных решеток и/или нескольких антенн антенной решетки может быть достигнуто высокое разрешение по площади и, таким образом, могут быть точно определены размеры, прежде всего площадь, и/или горизонтальные размеры пищевого продукта. В таком случае инфракрасная камера, предпочтительно, может быть исключена.
Альтернативно, направленность антенной решетки может быть регулируемой так, что антенная решетка может осуществлять сканирование по поверхности, например положение первой области регистрации может изменяться непрерывно или дискретными шагами.
Специалист в данной области техники понимает, что первая и вторая области регистрации связаны, соответственно, с областью приемной апертуры антенной решетки и/или инфракрасной камеры. Средства для формирования луча, такие как апертура, или средства для регулирования параметров антенны могут приводить к различию в размере и/или форме соответствующих областей.
Еще одним предметом настоящего изобретения является устройство для тепловой обработки пищевого продукта, прежде всего печь, причем устройство для тепловой обработки содержит нагревательное средство для приложения тепла к пищевому продукту и устройство регистрации температуры согласно настоящему изобретению
Посредством этого, предпочтительным образом, можно создать устройство для тепловой обработки для обработки пищевых продуктов, которое точно измеряет температуру сердцевины и, следовательно, способно удовлетворять гигиеническим и/или относящимся к безвредности продуктов стандартам и/или медико-санитарным правилам. Также можно управлять устройством для тепловой обработки с помощью информации, собранной устройством, прежде всего устройством регистрации температуры, например путем регулирования температуры и/или влажности нагревательной среды, параметров теплопередачи и/или времени пребывания пищевого продукта в печи.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит транспортировочное средство для транспортировки пищевого продукта через устройство в направлении транспортировки, причем, еще более предпочтительно, транспортировочное средство является лентой, прежде всего бесконечной лентой.
Направление транспортировки может быть направлено в любом направлении, причем является предпочтительным, что направление транспортировки может непрерывно изменяться. Предпочтительно, транспортировочное средство транспортирует пищевой продукт по винтовому или спиральному пути или вдоль извилистого пути. Альтернативно, направление транспортировки является постоянным, прежде всего по существу параллельным горизонтальному направлению.
Транспортировочное средство может быть расположено линейно, спирально или даже извилисто. Транспортировочное средство, предпочтительно, имеет одинаковую ширину. Ширина может по существу соответствовать ширине одного пищевого продукта. Предпочтительно, ширина является большей, прежде всего такой, что на транспортировочное средство могут быть помещены бок о бок более чем один пищевой продукт. Например, ширина транспортировочного средства может быть достаточной для 2 или 3 или до 6 рядов пищевых продуктов, или даже больше. Температура сердцевины каждого пищевого продукта на транспортировочном средстве, предпочтительно, измеряется индивидуально по меньшей мере в одном месте, предпочтительно, в нескольких местах в направлении x или у.
Предпочтительно, транспортировочное средство содержит материал, который отражает и/или поглощает электромагнитное излучение, прежде всего микроволновое излучение. Путем выбора отражающего микроволновое излучение материала, предпочтительным образом, возможно, что будет зарегистрировано даже излучение, испущенное пищевым продуктом, температура сердцевины которого должна быть измерена, в ином направлении, чем в направлении устройства регистрации температуры. Путем выбора поглощающего материала, предпочтительно, является возможным, что будет предотвращена регистрация устройством регистрации температуры излучения иного, чем испускаемое подлежащим измерению пищевым продуктом.
Предпочтительно, транспортировочное средство изготовлено из теплостойкого и/или неприлипающего материала, прежде всего политетрафторэтилена (так называемого тефлона) или, по меньшей мере, частично покрыто им. Посредством этого, предпочтительным образом, можно улучшить гигиенические условия устройства для тепловой обработки.
Пищевые продукты могут помещаться на транспортировочное средство произвольным образом или в определенном порядке, например рядами. Специалист в данной области техники понимает, что если несколько пищевых продуктов распределены по ширине транспортировочного средства, то результирующее распределение температуры не обязательно будет равномерным. Поэтому для правильного приписывания измеренной температуры сердцевины определенному пищевому продукту и/или даже определенному участку пищевого продукта требуется высокое разрешение по площади.
Предпочтительно, устройство регистрации температуры или антенная решетка расположены под транспортировочным средством. Альтернативно или дополнительно, устройство регистрации температуры или антенная решетка могут быть расположены над транспортировочным средством. При размещении устройства регистрации температуры под транспортировочным средством его можно, предпочтительным образом, разместить на постоянной высоте, независимо от размеров пищевого продукта. Хотя они являются наиболее общими или практичными размещениями, антенная решетка может быть также расположена на одной или обеих сторонах транспортировочного средства, или в любом сочетании вышеупомянутых размещений.
В контексте этой заявки предполагается, что антенная решетка расположена под и/или над пищевым продуктом относительно главной плоскости протяжения транспортировочного средства. Все указания относительно направления относятся к этому расположению. Это означает, что вертикальное направление соответствует направлению, поперечному главной плоскости протяжения, то есть, прежде всего, соответствует направлению z. Специалист в данной области техники понимает, как указания должны быть соответствующим образом изменены в случае другого расположения.
Устройство для тепловой обработки может быть, например печью, обжарочным аппаратом, аппаратом для размораживания или аппаратом для замораживания. Предпочтительно, устройство для тепловой обработки является печью, причем нагревательное средство нагревает пищевой продукт посредством излучения, проводимости, естественной или принудительной конвекции. При необходимости в устройство для тепловой обработки может быть добавлен пар для регулирования относительной влажности в устройстве для тепловой обработки и/или для оказания влияния не теплопередачу.
Устройство для тепловой обработки может работать непрерывно или периодически, причем предпочтительной является непрерывная работа. Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит несколько камер, в которых используются разные режимы нагревания и/или разные нагревательные средства и/или поддерживаются разные окружающие среды. Устройство для тепловой обработки, предпочтительно, содержит средства для регулирования разных параметров, таких как температура, относительная влажность и/или условия теплопередачи в устройстве для тепловой обработки. В одном предпочтительном варианте осуществления, к устройству для тепловой обработки прикладывается вакуум, прежде всего в случае, когда устройство для тепловой обработки является аппаратом для размораживания.
Предпочтительно, нагревательные средства выполнены так, что после транспортировки пищевого продукта через устройство для тепловой обработки достигается пастеризация пищевого продукта.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит экранирующее средство, выполненное так, что устройство регистрации температуры принимает в основном только радиацию, испускаемую пищевым продуктом и/или транспортировочным средством. Более предпочтительно, устройство регистрации температуры принимает в основном только радиацию, испускаемую только от первой области регистрации и/или второй области регистрации пищевого продукта.
Предпочтительно, экранирующее средство установлено, по меньшей мере, частично окружающим поперечное сечение транспортировочного средства, по меньшей мере, в области устройства регистрации температуры и/или в области нагревательного средства.
Альтернативно или дополнительно, экранирующее средство расположено частично окружающим устройство регистрации температуры, так что испускаемое пищевым продуктом излучение достигает устройство регистрации температуры только через отверстие в экранирующем средстве. Еще более предпочтительно, экранирующее средство установлено как, по меньшей мере, частично окружающим поперечное сечение транспортировочного и/или нагревательного средства, так и частично окружающим устройство регистрации температуры, прежде всего имеющим отверстие на прямой, вертикальной линии между первой областью регистрации пищевого продукта и приемной апертурой устройства регистрации температуры или антенной решетки.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит регистрирующее средство для обнаружения присутствия пищевого продукта, причем регистрирующее средство, предпочтительно, расположено перед нагревательным средством и/или устройством регистрации температуры в направлении транспортировки.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит отслеживающее средство для отслеживания положения пищевого продукта.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит манипулирующее средство для манипуляций с пищевым продуктом, прежде всего его удаления.
Предпочтительно, устройство для тепловой обработки содержит управляющее средство для управления по меньшей мере одним средством, предпочтительно, содержащим управляющие устройства для линейного управления или управления с обратной связью. Более предпочтительно, управляющее средство выполнено так, что оно управляет устройством регистрации температуры и/или нагревательным средством в зависимости от информации, поставляемой средством отслеживания и/или регистрирующим средством. Еще более предпочтительно, управляющее средство выполнено для увеличения и/или уменьшения времени пребывания и/или температуры и/или влажности. Посредством этого, предпочтительным образом, возможно, что, например, нагревательное средство и/или устройство регистрации температуры выключается или переключается в режим более низкого потребления энергии до тех пор, пока регистрирующее средство и/или отслеживающее средство не обнаруживает пищевой продукт совсем или вблизи нагревательного средства и/или устройства регистрации температуры.
Альтернативно или дополнительно, управляющее средство выполнено так, что оно управляет манипулирующим средством и/или нагревательным средством в зависимости от информации, поставляемой регистрирующим температуру средством и/или отслеживающим средством. Посредством этого, предпочтительным образом, возможно, что, например, пищевой продукт, прежде всего, измеренная температура сердцевины которого ниже, чем заданное значение, удаляется или нагревается при более высоких температурах.
Управляющее средство может, например, управлять скоростью транспортировки, температурой нагрева и/или влажностью.
Предпочтительно, устройство регистрации температуры установлено перед и/или после нагревательного средства в направлении транспортировки.
Предпочтительно, устройства регистрации температуры установлены перед и после нагревательного средства в направлении транспортировки, а управляющее средство содержит замкнутую петлю, так что нагревательное средство регулируется в зависимости от измеренной температуры сердцевины пищевого продукта перед и/или после прохождения мимо нагревательного средства.
Предпочтительно, устройство регистрации температуры расположено так, что первая область регистрации и вторая область регистрации перекрывают всю ширину транспортировочного средства. Альтернативно, несколько первых областей регистрации перекрывают всю ширину транспортировочного средства или, по меньшей мере, области по ширине транспортировочного средства, на который помещены пищевые продукты. Специалист в данной области техники понимает, что первая область регистрации может обозначать область, прежде всего минимальную область, в которой регистрируется температура сердцевины пищевого продукта, и что несколько антенн, прежде всего антенная решетка, могут иметь несколько первых областей регистрации.
Предпочтительно, первые области регистрации расположены бок о бок по ширине транспортировочного средства. Альтернативно, первые области регистрации расположены на расстоянии друг от друга так, что устройство регистрации температуры берет пробы температуры сердцевины по ширине транспортировочного средства.
Еще одним предметом настоящего изобретения является способ измерения температуры сердцевины пищевого продукта с использованием устройства регистрации температуры согласно настоящему изобретению, причем антенная решетка управляется так, что первая область регистрации антенной решетки сканируется по пищевому продукту по меньшей мере в одном направлении и/или антенная решетка содержит несколько первых областей регистрации и/или первая область регистрации простирается по всему пищевому продукту по меньшей мере в одном направлении, причем измеряется температура сердцевины пищевого продукта в первой области регистрации.
Раскрытие, сделанное в отношении этого предмета настоящего изобретения применимо также к другим предметам настоящей заявки, и наоборот.
Посредством этого, предпочтительным образом, можно измерять температуру сердцевины пищевого продукта простым, тем не менее, быстрым и точным образом. Способ, особо предпочтительным образом, позволяет быть адаптированным к разным требованиям. Так, например, может использоваться одна антенная решетка, что снижает стоимость изготовления устройства регистрации температуры. Однако использование только одной антенной решетки, выполняющей сканирование по пищевому продукту или пищевым продуктам, может требовать низкую скорость пищевого продукта относительно устройства регистрации температуры и/или малую длину сканирования.
Если, альтернативно или дополнительно, первая область регистрации простирается по всему пищевому продукту, например, имея форму узкой полосы, то разрешение по плоскости может быть ниже.
Альтернативно, если устройство регистрации температуры содержит несколько первых областей регистрации, например, имея несколько антенных решеток, причем каждая имеет первую область регистрации, то скорость измерения и разрешения распределения температуры могут быть высокими, однако для этого может потребоваться также устройство регистрации температуры, имеющее высокую стоимость изготовления.
Еще одним предметом настоящего изобретения является способ управления устройством для тепловой обработки согласно настоящему изобретению путем использования устройства регистрации температуры согласно настоящему изобретению, причем на первом шаге пищевой продукт подвергают тепловой обработке посредством нагревательного средства, причем на втором шаге измеряют температуру сердцевины пищевого продукта посредством устройства регистрации температуры, причем на третьем шаге управляющее средство управляет нагревательным средством в зависимости от информации, поставляемой устройством регистрации температуры.
Раскрытие, сделанное в отношении этого предмета настоящего изобретения применимо также к другим предметам настоящей заявки, и наоборот.
Посредством этого, предпочтительным образом, можно управлять устройством для термообработки согласно изобретению более эффективно. Кроме того, посредством этого, предпочтительным образом, можно улучшить вкус пищевого продукта и/или соответствие медико-санитарным правилам, правилам безопасности, требованиям к безопасности пищевых продуктов и гигиеническим требованиям. Если после того как пищевой продукт был подвергнут тепловой обработке посредством нагревательного средства, измеренная температура сердцевины находится вне установленного температурного диапазона, то нагревательное средство может быть автоматически отрегулировано, что улучшает процесс тепловой обработки и делает возможной по существу полностью автоматическую работу устройства для тепловой обработки.
Теперь изобретение будет разъяснено со ссылкой на фиг. 1-8. Эти разъяснения подразумеваются всего лишь как примеры и не ограничивают объем изобретения. Фигуры предназначены для иллюстрирования признаков изобретения и поэтому могут изображать элементы на рисунке не в масштабе и/или в разных масштабах.
Фиг. 1 показывает схематическое изображение антенной решетки.
Фиг. 2 показывает схематический вид сверху устройства для тепловой обработки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 показывает схематический вид сверху устройства для тепловой обработки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 показывает схематический вид сбоку устройства регистрации температуры согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 показывает на схематическом виде сбоку принцип работы антенной решетки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 показывает схематический вид сбоку устройства регистрации температуры согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 показывает в поперечном сечении подробности устройства регистрации температуры согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8-10 показывают схематические виды сверху разных вариантов осуществления концепции согласно изобретению.
На фиг. 1 показано схематическое изображение антенной решетки. Антенная решетка состоит из нескольких антенн, в данном случае шести, которые электронно соединены и управляются, предпочтительно индивидуально, так, что их разность фаз может регулироваться. В показанном случае, все антенну имеют одинаковую фазу, то есть разность фаз равна нулю. В этом случае, сигналы от каждой антенны будут структурно интерферировать так, что, начиная с определенного расстояния, волновое излучения от антенны оказывается плоской волной.
Альтернативно, если используется фазированная антенная решетка, то фазы антенн могут быть установлены так, что их сигналы интерферируют таким образом, что создается в высшей степени остронаправленная диаграмма направленности антенны. Так, направленность 200 фазированной антенной решетки может регулироваться, делая возможным фокусирование на очень малом участке, например порядка нескольких мм2.
На фиг. 2 схематически показан вид сверху устройства 4 для тепловой обработки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 4 для тепловой обработки может быть печью, и обычно содержит корпус, который не показан для наглядности. Дополнительно, устройство 4 для тепловой обработки содержит нагревательное средство 5, которое прикладывает тепло к пищевым продуктам 2, 2', которые проходят мимо нагревательного средства 5. Такие пищевые продукты 2, 2' являются, например, мясными продуктами или любым другим содержащим протеин продуктом, которые требуется пастеризовать для улучшения их вкуса и/или для соответствия требованиям к безопасности пищевых продуктов и/или правилам безопасности и/или гигиеническим требованиям.
Пищевые продукты 2, 2' помещаются на транспортировочное средство 6, посредством которого они транспортируются через устройство 4 для тепловой обработки в направлении А транспортировки. Некоторые пищевые продукты 2 могут быть расположены на транспортировочном средстве 6 произвольно, в то время как другие пищевые продукты 2' (в одном и том же или в разных вариантах осуществления) могут быть расположены в определенном порядке, в данном случае рядами и бок о бок по ширине транспортировочного средства 6. Устройство 4 для тепловой обработки содержит по меньшей мере одно устройство 1 регистрации температуры, которое на фиг. 2 не показано. Устройство 1 регистрации температуры выполнено так, что оно измеряет температуру сердцевины пищевого продукта 2, 2', то есть температуру в центре пищевого продукта 2, 2' относительно направления z, которое проходит перпендикулярно плоскости проекции на рисунке согласно фиг. 2. Это достигается измерением микроволнового излучения, испускаемого пищевым продуктом 2, 2', например, с центральной частотой 3,2 ГГц и шириной полосы частот 80 МГц.
Устройство 1 регистрации температуры, предпочтительно, выполнено так, что оно измеряет температуру сердцевины в первой области 100 регистрации, которая, предпочтительно, перекрывает всю ширину транспортировочного средства 6. Для обеспечения высокого разрешения по плоскости, то есть в направлении x, устройство 1 содержит антенную решетку, причем каждая антенная решетка и/или каждая антенна антенной решетки перекрывает небольшую область регистрации, так что первая область 100 регистрации содержит несколько областей регистрации.
Альтернативные варианты осуществления в отношении первой области 100 регистрации обсуждаются ниже со ссылкой на фиг. 8-10.
На фиг. 3 показан схематический вид сверху устройства 4 для тепловой обработки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Показанный вариант осуществления по существу соответствует варианту осуществления, обсужденному со ссылкой на фиг. 2. Согласно показанному здесь варианту осуществления, устройство 4 для тепловой обработки дополнительно содержит экранирующее средство 7, которое может быть встроено в корпус устройства 4 для тепловой обработки, и изолирует устройства 1 регистрации температуры от внешних источников излучения или даже от излучения, испускаемого другими пищевыми продуктами 2 или областями пищевого продукта 2, которые в данный момент не находятся в первой области 100 регистрации. Экранирующее средство 7 полностью окружает поперечное сечение транспортировочного средства.
Устройство 4 для тепловой обработки содержит два устройства 1 регистрации температуры, причем одно расположено перед нагревательным средством 5 в направлении А транспортировки, а другое расположено после нагревательного средства 5 в направлении А транспортировки. Таким образом, нагревательное средство может управляться в зависимости от начальной температуры сердцевины пищевого продукта 2, и температура сердцевины проверяется, например, по соображениям безопасности, после процесса нагрева. Если пищевой продукт 2 после нагревания имеет температуру сердцевины ниже заданного значения, то манипулирующее средство 10, которое не изображено, может удалять пищевой продукт 2 с транспортировочного средства 6 и утилизировать его, что показано штриховым кругом.
Кроме того, устройство 4 для тепловой обработки может содержать регистрирующее средство 8 и/или отслеживающее средство 9.
Регистрирующее средство 8 является, например, фотодатчиком, тогда как отслеживающее средство 9 может быть CCD-камерой. Регистрирующее средство 8 обнаруживает присутствие пищевого продукта 2 и, например, если не обнаружено никакого пищевого продукта 2, оно снижает мощность нагревательного средства 5 или даже его отключает. Альтернативно или дополнительно, устройство 1 регистрации температуры, прежде всего антенная решетка, также может быть регистрирующим средством 8. Например, некоторое минимальное значение температуры может быть установлено как пороговое значение для обнаружения присутствия пищевого продукта, таким образом, например, различая транспортировочное средство 6 и пищевой продукт 2, 2'.
Предпочтительно, в качестве регистрирующего средства используются несколько инфракрасных камер, например, измеряя форму и/или положение и/или объем пищевого продукта. Таким образом, может быть получено 3-мерное изобретение пищевого продукта.
Отслеживающее средство 9 отслеживает положение или размеры пищевого продукта 2, прежде всего, по ширине транспортировочного средства 6, или положение или размеры в плоскости проекции, и устанавливает соответствие полученной информации с температурой сердцевины, измеренной устройством 1 регистрации температуры. Таким образом, может быть создано комбинированное изображение, содержащее информацию о распределении температуры, что делает возможным лучшее управление процессом нагрева.
Регистрирующее средство 8 может содержать, по меньшей мере, частично такие же элементы, как и отслеживающее средство 9, и/или регистрирующее средство 8 может быть выполнено так, что он также выполняет функции отслеживающего средства 9, например, определяя размеры пищевого продукта вдоль по меньшей мере одного направления (то есть направления z, у и/или z).
На фиг. 4 показан схематический вид сбоку устройства 1 регистрации температуры согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 регистрации температуры содержит антенную решетку и инфракрасную камеру 3, которые имеют первую область 100 регистрации и вторую область 101 регистрации, соответственно. Как показано, вторая область 101 регистрации может быть больше, чем первая область 100 регистрации. Альтернативно, вторая область 101 регистрации равна первой области регистрации.
Инфракрасная камера 3 дает распределение температуры по поверхности с очень высоким разрешением. Путем объединения разрешения по поверхности инфракрасной камеры 3 с распределением температуры по сердцевине антенной решетки, может быть получено точное, трехмерное распределение температуры. Это, прежде всего, полезно в случае, когда разрешение по площади антенной решетки низкое по сравнению с инфракрасной камерой. Все же, если разрешение по поверхности антенной решетки или объединенное разрешение по поверхности по меньшей мере двух антенных решеток достаточно высокое, то такая инфракрасная камера 3 для получения распределения температуры с хорошим разрешением может быть не нужной.
Хотя согласно показанным вариантам осуществления устройство 1 регистрации температуры располагается над пищевым продуктом 2 и транспортировочным средством 6, является предпочтительным, что устройство 1 регистрации температуры располагается под транспортировочным средством. Оно может также располагаться в любом другом положении.
На фиг. 5 показан схематический вид сбоку принципа работы антенной решетки согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, устройство 1 регистрации температуры содержит несколько антенн или даже несколько антенных решеток. Устройство 1 регистрации температуры имеет направленность 200.
Показанное размещение служит только цели пояснения. Предпочтительно, антенная решетка или устройство регистрации температуры располагается под пищевым продуктом и транспортировочным средством.
Таким образом, изотропное микроволновое излучение, указывающее на температуру сердцевины пищевого продукта 2, регистрируется лишь частично. Как показано, только часть излучения соответствует принятой энергии 201, в то время как остальное является потерянной энергией 202.
Для увеличения доли принятой энергии 20, под транспортировочным средством 6 может быть установлена отражательная пластина, отражающая микроволновое излучение.
Специалист в данной области техники понимает, что направленность 200 определяет, какая доля суммарного излучения, испускаемого пищевым продуктом 2, соответствует принятой энергии 201, и какая доля соответствуют потерянной энергии 202. Таким образом, изменением направленности 200, например регулированием сдвига фаз в антеннах антенной решетки, доля принятой энергии 201 может измеряться, прежде всего, телесный угол, в котором она собирается, и/или количество принятой энергии 201.
На фиг. 6 показан схематический вид сбоку устройства регистрации температуры согласно еще одному приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. В данном случае антенная решетка содержит открытый волновод 13 вытекающей волны связанного типа, который расположен под транспортировочным средством 6 и, таким образом, под измеряемым пищевым продуктом 2.
Открытый волновод 13 в данном случае спиральный, и имеет, например, длину примерно в 20 раз длиннее длины волны. Открытый волновод 13 может действовать как антенна или антенная решетка или может сам по себе образовывать антенную решетку, например, с его петлями 14 волновода, соответствующими антеннам антенной решетки.
Отражательная пластина, как обсуждено со ссылкой на фиг. 5, может быть расположена над пищевым продуктом 2. Открытый волновод 13 может быть соединен с анализирующей электроники через коаксиальный кабель 16.
На фиг. 7 показаны в поперечном сечении подробности устройства регистрации температуры согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения, прежде всего согласно варианту осуществления, обсужденному со ссылкой на фиг. 6. Открытый волновод 13 имеет несколько петель 14 волновода и расположен, например, на расстоянии d, соответствующей четверти длины волны, то есть центральной длины волны, на которой работает антенная решетка.
Открытый волновод 13 направляет электромагнитную волну 15. На отверстии выходящие и/или вытекающие волны 17 излучаются из петель 14 волновода. Эти вытекающие волны 17 экспоненциально затухают с увеличивающимся расстоянием от отверстия.
Если открытый волновод 13 и, следовательно, антенная решетка, расположен достаточно близко к пищевому продукту 2, его микроволновое излучение может быть воспринято, то есть излучение интерферирует с вытекающими волнами 17.
Путем настройки направленности 200 и размеров открытого волновода 13, может регулироваться разрешение антенной решетки. Направленность 200 может регулироваться, например, путем изменения частоты/длины волны.
На фиг. 8-10 показаны схематические виды сверху разных вариантов осуществления устройства регистрации температуры согласно настоящему изобретению. Согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 8, устройство 1 регистрации температуры (не показано) имеет несколько первых областей 100 регистрации так, что устройство 1 регистрации температуры может измерять температуру сердцевины пищевого продукта 2, 2' (не показаны), предпочтительно, по существу по всей ширине транспортировочного средства 6, от которого показана только небольшая область.
Это, например, достигается посредством устройства 1 регистрации температуры, содержащего несколько антенных решеток, каждая из которых небольшой фокус, а именно первую область 100 регистрации.
Каждая область 100 регистрации имеет высокое разрешение по площади, например в направлении x и y, а также высокое вертикальное разрешение, например в направлении z.
Таким образом, согласно этому варианту осуществления, температура сердцевины пищевого продукта 2, 2' может быть измерена по существу в любой точке по ширине транспортировочного средства 6 с высоким разрешение во всех пространственных направлениях.
Альтернативный вариант показан на фиг. 9. В данном случае антенная решетка устройства 1 регистрации температуры имеет относительно малый фокус, то есть первую область 100 регистрации. Эта область регистрации сканируется по всей площади, например, как показано здесь, она сканируется по ширине транспортировочного средства 6.
Таким образом, температура сердцевины также измеряется по существу по всей ширине транспортировочного средства 6, но требуется, например, только одна антенная решетка. Путем регулирования рабочих параметров антенной решетки, например путем установки разности фаз антенн, образующих антенную решетку может осуществляться, сканирование. Даже хотя здесь показано одномерное сканирование вдоль направления, параллельного оси у, возможны также другие траектории сканирования. Например, может быть возможной извилистая траектория, например, в случае низкой скорости транспортировочного средства 6.
Если ширина транспортировочного средства 6 относительно велика, например, такая, что несколько пищевых продуктов 2, 2' помещаются по существу бок о бок, то для обеспечения того, что будет измерена температура сердцевины всех пищевых продуктов 2, 2', скорость транспортировочного средства и/или время измерения должны выбираться соответствующим образом.
Альтернативно, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 10, направленность 200 антенной решетки может быть установлена так, что область регистрации равняется, как показано, первой области 100' регистрации, то есть имеет форму узкой полосы по ширине транспортировочного средства 6.
Таким образом, температура сердцевины пищевого продукта 2, 2', распределенная по ширине транспортировочного средства 6, может быть измерена в ходе одного измерения. Однако обычно разрешение по плоскости не будет таким высоким, как в описанных выше вариантах осуществления.
Вместо использования только одной антенной решетки с первой областью 100' регистрации, могут быть использованы несколько антенных решеток, по меньшей мере, с частично перекрывающимися областями 100 регистрации, создающими, таким образом, как показано, первую область регистрации 100', но обеспечивающими определенную избыточность и, следовательно, более высокое разрешение.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 устройство регистрации температуры
2, 2' пищевой продукт
3 инфракрасная камера
4 устройство для тепловой обработки
5 нагревательное средство
6 транспортировочное средство
7 экранирующее средство
8 регистрирующее средство
9 отслеживающее средство
10 манипулирующее средство
11 управляющее средство
12 отражательная пластина
13 открытый волновод
14 петля волновода
15 бегущая волна
16 коаксиальный кабель
17 вытекающая/выходящая волна
100, 100' первая область регистрации
101 вторая область регистрации
200 направленность
201 принятая энергия
202 потерянная энергия
А направления транспортировки
d расстояние
x, y, z направления
1. Устройство (4) для тепловой обработки, прежде всего печь, для пищевого продукта (2), причем устройство (4) для тепловой обработки содержит нагревательное средство (5) для приложения тепла к пищевому продукту (2) и устройство (1) регистрации температуры для измерения температуры сердцевины пищевого продукта (2), отличающееся тем, что устройство (1) содержит регистрирующую микроволны антенную решетку, которая является фазированной антенной решеткой.
2. Устройство (4) для тепловой обработки по п. 1, отличающееся тем, что антенная решетка выполнена так, что она работает как модуляционный радиометр.
3. Устройство (4) для тепловой обработки по п. 1, отличающееся тем, что антенная решетка содержит открытый волновод (13), прежде всего открытый волновод (13) вытекающей волны.
4. Устройство (4) для тепловой обработки по п. 1, отличающееся тем, что время измерения антенной решетки является регулируемым между 0,5 и 10 с.
5. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что антенная решетка содержит пассивный излучатель и/или что антенная решетка является пассивной антенной.
6. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что антенная решетка наиболее чувствительна между 1,5 и 4 ГГц, предпочтительно между 2,8 и 3,6 ГГц, прежде всего около 3,2 ГГц и/или предпочтительно между 1,2 и 2,0 ГГц, прежде всего около 1,575 ГГц.
7. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что измеряемая полоса частот антенной решетки составляет приблизительно 80 МГц или является регулируемой между 40 и 120 МГц или между 60 и 100 МГц.
8. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что первая область (100) регистрации антенной решетки на заданном расстоянии от приемной апертуры антенной решетки составляет менее 10 мм2, предпочтительно менее 1 мм2, прежде всего около 0,1 мм2.
9. Устройство (4) для тепловой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит инфракрасную камеру (3) для измерения температуры поверхности пищевого продукта и/или для определения положения, и/или формы, и/или объема пищевого продукта.
10. Устройство (4) для тепловой обработки по п. 9, причем первая область (100) регистрации антенной решетки меньше или равна второй области (101) регистрации инфракрасной камеры (3).
11. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, 9, 10, отличающееся тем, что оно содержит транспортировочное средство (6) для транспортировки пищевого продукта через устройство (4) вдоль направления (А) транспортировки, причем транспортировочное средство (6) является предпочтительно лентой, прежде всего бесконечной лентой.
12. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, 9, 10, отличающееся тем, что оно содержит экранирующее средство (7), выполненное так, что устройство (1) регистрации температуры принимает, по существу, только излучение, испускаемое пищевым продуктом (1) и/или транспортировочным средством (6).
13. Устройство (4) для тепловой обработки по одному из пп. 1-4, 9, 10, отличающееся тем, что оно содержит регистрирующее средство (8) для обнаружения присутствия пищевого продукта (2), причем регистрирующее средство (8) предпочтительно расположено перед нагревательным средством (5) в направлении (А) транспортировки, и/или отслеживающее средство (9) для отслеживания положения пищевого продукта (2), и/или манипулирующее средство (10) для манипуляций с пищевым продуктом (2), прежде всего его удаления.
14. Способ управления устройством (4) для тепловой обработки по любому из пп. 1-13, причем на первом шаге пищевой продукт (2, 2') с помощью нагревательного средства (5) подвергают тепловой обработке, причем на втором шаге с помощью устройства (1) регистрации температуры измеряют температуру сердцевины пищевого продукта (2, 2'), причем на третьем шаге управляющее средство (11) управляет нагревательным средством (5) в зависимости от информации, поставляемой устройством (1) регистрации температуры.
