СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ПРОДУКТА ПИТАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H05B1/02 G01K11/22 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка представляет собой заявку на национальной фазе США согласно 35 U.S.C. §371 международной заявки No. PCT/IB2013/061372, поданной 27 декабря 2013 года, по которой испрашивается приоритет китайской заявки № PCT/CN2012/087650, поданной 27 декабря 2012 года. Эти заявки включены сюда путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к анализу продуктов питания и, в частности, к способу и устройству для определения температуры внутри пищевого продукта.

Уровень техники

Кулинарная степень готовности или готовность пищевого продукта относится к состоянию пищевого продукта в процессе его приготовлении, когда достигается хороший баланс между сохранением питательных свойств и повышением вкусовых качеств. Как недостаточная тепловая обработка, так и чрезмерная тепловая обработка пищевых продуктов приводит к негативным последствиям в этих двух аспектах, а также в аспекте безопасности пищевого продукта. Пищевой продукт, который подвергается недостаточной тепловой обработке, может вызвать у его потребителей болезни, передаваемые с продуктами питания, причем для уничтожения вредных бактерий или паразитов, особенно во внутренней части пищевого продукта, недостаточно повышения температуры и/или времени ее подержания. С другой стороны, чрезмерная тепловая обработка влияет на вкус и структуру пищевого продукта, например из-за чрезмерной потери влажности, и возможно разрушает структуру некоторых питательных веществ, что приводит к снижению их пользы для здоровья.

Ключ к решению этой проблемы состоит в том, чтобы контролировать внутреннюю температуру/температуру внутри пищевого продукта во время приготовления. Для обнаружения температуры внутри приготовляемого пищевого продукта используют игольчатый термометр, который втыкается в пищевой продукт, и измерение температуры происходит в том месте, где находится кончик иглы. Однако этот способ является разрушающим и ненадежным и до сих пор требует значительного количества ручного труда.

Другие основные способы измерения температуры включают в себя электромагнитную радиометрию (в микроволновом или инфракрасном диапазоне длин волн), магнитно-резонансную термометрию и ультразвуковую термометрию. Эти способы являются неразрушающими, и некоторые из них позволяют измерять температуру в объекте на глубине нескольких сантиметров. Однако они либо требуют сложной установки и, таким образом, имеют высокую стоимость, либо подвергаются различным возмущающим факторам, тем самым делая измерение ненадежным.

Раскрытие изобретения

Ввиду вышеизложенных проблем было бы выгодно выполнить способ и устройство для определения температуры внутри пищевого продукта. Было бы также выгодно выполнить способ и устройство для определения температуры внутри пищевого продукта, которое имеет низкую стоимость, является простым в реализации, достаточно точным и пригодным для приложений, связанных с потребительскими товарами.

Тепло может передаваться различными способами, например, посредством теплопроводности, конвекции и теплоизлучения. Возьмем в качестве примера процесс нагревания в печи. Во-первых, включается источник нагрева, который нагревает воздух вокруг себя за счет теплоизлучения и теплопроводности. Между тем внутренние стенки печи, которые в настоящее время часто изготавливаются из цинковых пластин, нагреваются также за счет теплоизлучения от источника нагрева и тепла, которое переносится воздухом посредством конвекции. Затем за счет теплоизлучения происходит нагревание пищевого продукта как от источника тепла и нагретых цинковых пластин, так и от тепла, которое переносит воздух посредством конвекции.

Тепло спонтанным образом переносится от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. Когда пищевой объект размещается в предварительно нагретой печи, после короткого переходного периода повторно устанавливается устойчивое стационарное тепловое состояние с помощью механизма регулирования. В этом стационарном тепловом состоянии температура вокруг пищевого продукта поддерживается постоянной, поскольку тепло, создаваемое источниками нагрева, равняется теплу, которое переносится в пищевой продукт и рассеивается в другом месте, что можно выразить следующим образом.

(1)

где , и представляют собой общее количество тепла, выработанное источником нагрева, тепло, переносимое в пищевой объект, и потери тепла (например, утечка из печи), соответственно.

В стационарном тепловом состоянии во время нагревания температура T_a печи (то есть внутренняя температура печи) остается постоянной вплоть до непосредственной близости к поверхности пищевого продукта, из которого существует отрицательный градиент температуры по направлению к центру пищевого продукта. Измерение внутренней температуры окружающей среды печи, даже очень близко к поверхности пищевого продукта, обеспечивает постоянное считывание данных, но не позволяет отразить внутреннюю температуру/изменение внутренней температуры пищевого продукта

Однако как только падает мощность нагрева, выработанного тепла не хватает для компенсации тепла, которое рассеивается, и в результате температура печи начинает снижаться. Скорость падения зависит от общей тепловой энергии, которую имеет вся внутренняя окружающая среда печи вначале падения мощности нагрева, где полная тепловая энергия включает в себя то, что находится в пищевом продукте и, таким образом, зависит от объема и температуры пищевого продукта. Температура печи изменяется в зависимости от времени как

, (2)

где – момент времени, когда уменьшается мощность нагрева, представляет собой пространственное распределение температуры пищевого продукта при , и – тепло, выработанное после уменьшения мощности (таким образом ). Когда пищевой продукт является в значительной степени регулярным с точки зрения геометрии, например, имеет форму приблизительно сферы, цилиндра, куба или эллипсоида, а также является однородным и хорошо структурированным (например, многослойным) с точки зрения своих тепловых свойств, уравнение (2) можно уменьшить до

, (3)

где – температура пищевого продукта в его геометрическом центре (то есть внутренняя температура) при , что означает, что температура печи может быть однозначно связана с температурой внутри пищевого продукта. В момент времени , где - достаточно короткий период времени (например, от нескольких единиц до нескольких десятков секунд), функцию можно линеаризовать в виде

, (4)

где определяет скорость падения температуры в зависимости от . Аналитическая форма h определяется в основном с помощью , и, таким образом, относится к тепловой мощности при , а также к параметрам пищевого продукта, таким как тепловые свойства и геометрия. Учитывая размер и тип пищевого продукта, h можно определить экспериментальным путем.

Как можно выяснить из приведенного выше обсуждения, при уменьшении мощности нагрева падает внутренняя температура печи. Скорость падения внутренней температуры печи тесно связана с температурой внутри пищевого продукта, то есть, чем выше температура внутри пищевого продукта, тем ниже скорость падения внутренней температуры печи. Таким образом, скорость падения внутренней температуры печи можно использовать для получения температуры внутри пищевого продукта.

На основании вышеуказанных проблем, в одном аспекте согласно одному варианту осуществления изобретения выполнен способ определения температуры внутри пищевого продукта в закрытом контейнере, причем способ содержит этапы, на которых: регулируют мощность нагрева, подаваемую в контейнер для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени; получают информацию, связанную с изменением внутренней температуры контейнера; и определяют температуру внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

Так как соотношения между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта предварительно получаются, например, в ходе эксперимента, а также температуру, которая относится к внутренней температуре, можно легко получить во время приготовления без разрушения пищевого продукта, способ изобретения обеспечивает более эффективный и желательный путь определения температуры внутри пищевого продукта по сравнению с традиционными способами.

В качестве примера, информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и этап получения содержит подэтапы, на которых: измеряют множество значений внутренней температуры контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в контейнере; и вычисляют скорость изменения внутренней температуры контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

В качестве примера, информация, связанная изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и этап получения содержит подэтап, на котором: измеряют предельное значение изменения внутренней температуры контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в контейнере.

В качестве примера, этап регулировки содержит: уменьшение мощности нагрева, подаваемой в контейнер для того, чтобы обеспечить уменьшение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени. В связи с этим, скорость изменения внутренней температуры контейнера равна скорости падения внутренней температуры контейнера; при этом предельное значение изменения внутренней температуры контейнера равно предельному значению уменьшения внутренней температуры контейнера.

В качестве примера, этап регулировки содержит: увеличение мощности нагрева, подаваемой в контейнер для того, чтобы увеличить внутреннюю температуру контейнера в пределах заданного периода времени. В этом случае, скорость изменения внутренней температуры контейнера равна скорости увеличения внутренней температуры контейнера; при этом предельное значение изменения внутренней температуры контейнера равно предельному значению увеличения внутренней температуры контейнера.

В другом аспекте согласно одному варианту осуществления изобретения выполнено устройство обработки пищевых продуктов, содержащее: закрытый контейнер, выполненный с возможностью приема пищевого продукта; нагреватель, связанный с контейнером и выполненный с возможностью нагревания пищевого продукта в контейнере; датчик, размещенный в контейнере на заданном расстоянии от пищевого продукта и выполненный с возможностью измерения значения внутренней температуры контейнера; и контроллер, связанный с нагревателем и датчиком и выполненный с возможностью выполнять набор операций: управление мощностью нагрева нагревателя для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени; получают информацию, связанную с изменением внутренней температуры контейнера на основании по меньшей мере одного значения внутренней температуры, которую измеряет датчик в течение заданного периода времени; и определение температуры внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

Преимущественно, информация, связанная изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и датчик выполнен с возможностью измерения множества значений внутренней температуры контейнера в течение заданного периода времени, и контроллер выполнен с возможностью приема множества значений внутренней температуры из датчика и вычисления скорости изменения внутренней температуры контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

Преимущественно, информация, связанная изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и датчик выполнен с возможностью измерения предельного значения изменения внутренней температуры в течение заданного периода времени, и контроллер выполнен с возможностью приема предельного значения изменения внутренней температуры и датчика.

Преимущественно, контроллер выполнен с возможностью регулировки мощности нагрева нагревателя для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени.

Преимущественно, контроллер выполняет операции после того, как пищевой продукт в контейнере приготовлен, в течение первого заданного периода времени.

Преимущественно, контроллер периодически выполняет набор операций.

Преимущественно, увеличивается частота набора операций, выполняемых контроллером.

В другом аспекте согласно одному варианту осуществления изобретения выполнено устройство для определения температуры внутри пищевого продукта в закрытом контейнере, причем устройство содержит: блок регулировки, выполненный с возможностью регулировки мощности нагрева, подаваемой в контейнер, для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени; блок получения, выполненный с возможностью получения информации, связанной с изменением внутренней температуры контейнера; и блок определения, выполненный с возможностью определения температуры внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие задачи и признаки настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания, рассмотренного в связи с сопроводительными чертежами, на которых:

на фиг.1 показано устройство обработки пищевых продуктов согласно одному варианту осуществления изобретения;

на фиг.2a показан один пример кривой мощности нагрева, которую можно применить к устройству обработки пищевых продуктов (фиг.1) для определения температуры внутри пищевого продукта;

на фиг.2b показан другой пример кривой мощности нагрева, которую можно применять к устройству обработки пищевых продуктов (фиг.1) для определения температура внутри пищевого продукта;

на фиг.3a показан пример кривой мощности нагрева, которую можно использовать для получения предварительно определенных соотношений между скоростями падения внутренней температуры контейнера и температурами внутри пищевого продукта;

на фиг.3b показан пример кривых температуры внутри пищевого продукта и внутренней температура контейнера при мощности нагрева, показанной на фиг.3a;

на фиг.4 показаны кривые температуры внутри рисового пирога и внутренней температуры хлебопекарной печи;

на фиг.5 показана связь между скоростью падения внутренней температуры хлебопекарной печи и температурой внутри рисового пирога;

на фиг.6 показано устройство для определения температуры внутри пищевого продукта согласно одному варианту осуществления изобретения; и

на фиг.7 показана блок-схема последовательности операций способа определения температуры внутри пищевого продукта согласно одному варианту осуществления изобретения.

На всем протяжении указанных чертежей одинаковые ссылочные позиции следует рассматривать как ссылки на одинаковые, аналогичные или соответствующие признаки или функции.

Осуществление изобретения

Теперь будет сделана ссылка на варианты осуществления изобретения, один или более примеров которого проиллюстрированы на фигурах. Варианты осуществления выполнены путем объяснения изобретения, и их не следует рассматривать как ограничение изобретения. Например, признаки, иллюстрированные или описанные в виде части одного варианта осуществления, можно использовать с другим вариантом осуществления, чтобы получить еще дополнительный вариант осуществления. Предполагается, что изобретение охватывает эти и другие модификации и вариации, которые подпадают под объем и сущность изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует устройство 100 обработки пищевых продуктов. Устройство 100 обработки пищевых продуктов содержит контейнер 102 для приема пищевого продукта 101, который можно изготовить из металла, стекла или других материалов с хорошей теплопроводностью. Преимущественно, контейнер 102 может образовывать закрытое пространство во время работы устройства 100 для обработки пищевых продуктов таким образом, чтобы можно было повысить точность определения температуры внутри пищевого продукта 101.

Любые подходящие типы пищевых продуктов применимы здесь для того, чтобы определить температуру внутри пищевого продукта во время приготовления. Преимущественно, пищевые продукты можно разбить на различные категории, причем каждая категория, соответствует одному набору соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта этой категории, которые можно получить заранее в ходе эксперимента и которые будут описаны подробно позже. В одном примере, пищевые продукты можно разделить на различные категории, исходя из его типа и размера, например, причем категории могут представлять собой "тип: рыба; размер: маленький", "тип: хлеб; размер: средний" и "тип: цыпленок; размер: большой". В других вариантах осуществления пищевой продукт можно разделить на различные категории по их типу, форме и размеру.

В других вариантах осуществления каждый вид пищевого продукта может соответствовать одному набору соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта этого вида. В этом случае требуется больше наборов соотношений по сравнению с ситуациями, где пищевые продукты разбиты на различные категории.

Как показано на фиг.1, устройство 100 для обработки пищевых продуктов дополнительно содержит нагреватель 103, выполненный с возможностью нагревания пищевого продукта 101 в контейнере 102. Нагреватель 103 может быть расположен в любом подходящем положении, в котором тепло, вырабатываемое нагревателем 103, может переноситься к пищевому продукту 101 за счет теплопроводности, и/или конвекция и/или теплоизлучения, например, располагаться на дне контейнера 102 и/или на верху контейнера 102. В данном случае можно использовать различные типы нагревателей, например, нагревательную трубку, нагревательную пластину и т.д.

Устройство 100 для обработки пищевых продуктов дополнительно содержит датчик 104, выполненный с возможностью измерения значений внутренней температуры контейнера 102. В данном случае для выполнения такого измерения температуры можно использовать различные виды датчиков, например, термоэлектрический датчик, датчик инфракрасного излучения и т.д. Датчик 104 можно расположить в любом подходящем месте, где можно измерить внутреннюю температуру контейнера 102. Преимущественно, датчик 104 можно разместить в контейнере 102 на таком заданном расстоянии от пищевого продукта 101, чтобы достигнуть хорошего баланса между отношением сигнал/шум датчика 104 и удобства использования. Например, заданное расстояние может находиться в диапазоне 10–20 см.

Устройство 100 для обработки пищевых продуктов дополнительно содержит контроллер 105, электрически соединенный с нагревателем 103 и датчиком 104. Контроллер 105 может представлять собой, например, микропроцессорный блок управления (MCU). Чтобы достичь цели определения температуры внутри пищевого продукта 101, применяется стратегия динамического нагрева, например, мощность нагрева нагревателя 103 регулируется с помощью контроллера 105 в некоторые моменты времени во время всего процесса приготовления пищевого продукта 101. Чтобы упростить процедуру управления контроллера 105 и достичь хорошей эффективности нагрева, преимущественно могут осуществляться регулировки мощности нагрева нагревателя 103 после приготовления пищевого продукта 101 в течение первого заданного периода времени, например, это может произойти на последней стадии приготовления (то есть на стадии, на которой температура внутри пищевого продукта 101 повышалась до некоторого уровня), поскольку существует большое сильное желание определить температуру внутри пищевого продукта 101, и, таким образом, готовность пищевого продукта 101 на последней стадии приготовления по сравнению с более ранней стадией приготовления.

Число регулировок мощность нагрева зависит от требований пользователя к определению температуры внутри пищевого продукта 101. Обычно, множество регулировок мощности нагрева нагревателя 103 можно выполнить таким образом, чтобы температуру внутри пищевого продукта 101, и таким образом, готовность пищевого продукта 101, можно было контролировать внутри реального времени. Множество регулировок мощности нагрева нагревателя 103 может быть, например, периодическим, как показано на фиг.2a. Альтернативно, регулировки мощности нагрева нагревателя 103 могут быть непериодическими, например, частота регулировок может постепенно увеличиваться с течением времени приготовления, как показано на фиг.2b. Следует отметить, что число регулировок мощности нагрева может быть также равно числу регулировок, удовлетворяющих различным требованиям.

Регулировки мощности нагрева нагревателя 103 могут принимать различные формы. В одном примере контроллер 105 может периодически уменьшать мощность нагрева нагревателя 103 от первого уровня Р₁ до второго уровня P₂ на более поздней стадии приготовления, как показано на фиг.2a, и, в результате, внутренняя температура контейнера 102 падает во время каждого периода времени, где мощность нагрева находится на втором уровне P₂. С течением времени приготовления постепенно повышается температура внутри пищевого продукта 101; при этом чем выше температура внутри пищевого продукта 101, тем ниже будет скорость падения внутренней температуры контейнера 102. Поэтому скорость падения внутренней температуры контейнера 102 можно использовать для получения температуры внутри пищевого продукта 101.

В другом примере, контроллер 105 может периодически повышать мощность нагрева нагревателя 103 от первого уровня до второго уровня, и, в результате, внутренняя температура контейнера 102 повышается во время каждого периода времени, где мощность нагрева находится на втором уровне. С течением времени приготовления температура внутри пищевого продукта 101 постепенно повышается; причем, чем выше температура внутри пищевого продукта 101, тем будет больше скорость повышения внутренней температуры контейнера 102. В связи с этим, скорость повышения внутренней температуры контейнера 102 можно также использовать для получения температуры внутри пищевого продукта 101.

Далее будет подробно описана процедура контроля контроллера 105 с использованием периодических уменьшений мощности нагрева нагревателя 103 в качестве примера регулировок мощности нагрева.

Как показано на фиг.2a, контроллер 105 периодически уменьшает мощность нагрева нагревателя 103 от первого уровня Р₁ до второго уровня P₂ на более поздней стадии приготовления. Для каждого цикла C продолжительность второго уровня P₂ можно предварительно определить таким образом, чтобы достичь хорошего компромисса между точностью измерения и временем нагревания (то есть потребляемой мощностью и удобством пользователя). Во время продолжительности второго уровня такого цикла (который в дальнейшем упоминается как "период низкой мощности"), контроллер 105 управляет датчиком 104, чтобы измерить множество значений внутренней температуры контейнера 102. После измерения контроллер 105 принимает множество значений внутренней температуры из датчика 104 и вычисляет скорость падения внутренней температуры контейнера 102 на основании множества значений внутренней температуры. Вычисление скорости падения внутренней температуры контейнера 102 будет описано позже. После этого контроллер 105 определяет температуру внутри пищевого продукта 101 на основании вычисленной скорости падения внутренней температуры контейнера 102 и один набор предварительно определенных соотношений между скоростями падения внутренней температуры контейнера и температурами внутри пищевого продукта того же самого вида/категории, как и пищевой продукт 101. Предварительно определенные соотношения можно предварительно сохранить, например, в памяти контроллера 105. В качестве альтернативы, предварительно определенные соотношения можно также сохранить во внешней памяти, и контроллер 105 может получать их, при необходимости, из внешней памяти. Чтобы сделать устройство 100 для обработки пищевых продуктов применимым к продуктам питания различных категорий, в памяти или во внешней памяти контроллера 105 можно предварительно сохранить различные наборы предварительно определенных соотношений, соответствующих различным категориям пищевых продуктов, и контроллер 105 может выбрать набор предварительно определенных соотношений, который соответствует пищевому продукту 101 при определении температуры внутри пищевого продукта 101.

Следует отметить, что в других вариантах осуществления, датчик 104 может периодически поддерживать измерение значений внутренней температуры контейнера 102 на протяжении всего процесса приготовления пищевого продукта 101. В этом случае, контроллер 105 может сначала отсортировать эти значения внутренней температуры контейнера 102, соответствующие периоду низкой мощности нагревания, и затем выполнить вычисление.

Предварительно определенные соотношения между скоростями падения внутренней температуры контейнера (который в нижеследующем тексте упоминается также как "контейнер с образцом") и температурами внутри пищевого продукта того же самого вида/категории, как и пищевой продукт 101 (который в нижеследующем тексте упоминается также как "образец пищевого продукта") могут быть получены, например, экспериментальным путем. Один вариант осуществления получения предварительно определенных соотношений описан ниже со ссылкой на фиг.3 и 3b.

На фиг.3a можно увидеть, что в течение всего процесса приготовления образца пищевого продукта, мощность нагрева нагревателя контейнера с образцом регулировалась периодическим уменьшением от Р₁ до P₂. На фиг.3b кривая представляет внутреннюю температуру контейнера с образцом, и кривая представляет собой температуру внутри образца пищевого продукта.

Во-первых, в течение первого цикла (то есть между и ) получают множество значений внутренней температуры, соответствующих периоду низкой мощности нагревания (то есть между и ), контейнера с образцом, в котором приготавливается образец пищевого продукта.

Во-вторых, подбор кривых на полученном множестве значений внутренней температуры проводится с помощью шаблонной функции. Выбор подходящего шаблона в основном зависит от тепловых свойств образца пищевого продукта, продолжительности и используемого контейнера с образцом. Самым простым выбором является линейная функция в том случае, если качество подбора является удовлетворительным, как показано с помощью приведенного выше уравнения (4), но возможны также и другие функции, такие как полином второго порядка, экспоненциальная функция или логарифмическая функция. В случае линейной аппроксимации скорость падения определяется результирующей крутизной, то есть:

(5)

при обращении снова к приведенному выше уравнению (4). В случае аппроксимации полинома второго порядка представляет собой коэффициент при квадратичном члене; в то время как для экспоненциальной аппроксимации - коэффициент в экспоненте.

В-третьих, зависимость между скоростью падения и температурой внутри образца пищевого продукта определяют экспериментально. В случае линейной аппроксимации можно получить путем решения уравнения (5). Кроме того, если является линейной функцией, то есть

(6),

где и - константы, определенные экспериментально, то температура внутри пищевого продукта равняется

(7)

имеет отрицательный знак, так как более высокая температура внутри пищевого продукта приводит к более медленному падению внутренней температуры контейнера с образцом.

Приведенные выше три этапа повторяются в течение последующих циклов таким образом, чтобы получались соотношения между скоростями падения внутренней температуры контейнера с образцом и температурами внутри образца пищевого продукта.

Как можно увидеть на фиг.3b, предельное значение уменьшения внутренней температуры контейнера с образцом во время периода низкой мощности нагрева каждого цикла следует той же самой тенденции, как и температура внутри образца пищевого продукта; поэтому его можно также использовать для получения температуры внутри образца пищевого продукта. В связи с этим, контроллеру 105 может потребоваться только датчик 104 управления для измерения предельного значения уменьшения внутренней температуры контейнера 102 во время периода низкой мощности нагрева каждого цикла, и затем он может определить температуру внутри пищевого продукта 101 на основании принятого предельного значения уменьшения внутренней температуры контейнера 102 и набора предварительно определенных соотношений между предельными значениями уменьшения внутренней температуры контейнера и температурами внутри пищевого продукта того же самого вида/категории, как и пищевой продукт 101. Кроме того, как показано на фиг.3b, скорость повышения внутренней температуры контейнера с образцом при переключения мощности нагрева обратно на первый уровень Р₁ со второго уровня P₂, также следует той же самой тенденции, как и температура внутри образца пищевого продукта, таким образом, ее можно также использовать.

Должно быть понятно, что любой признак, полученный из кривой , которая позволяет показать температуру внутри пищевого продукта 101, подпадает под объем изобретения.

Преимущественно, после определения температуры внутри пищевого продукта 101, контроллер 105 может дополнительно управлять нагревателем 103, чтобы продолжить или прекратить нагревание пищевого продукта 101 на основании определенной температуры внутри пищевого продукта 101. Если определенная температура внутри пищевого продукта показывает, что пищевой продукт 101 является недоготовленным, то контроллер 105 может управлять нагревателем 103, чтобы продолжить нагревание пищевого продукта 101; если определенная температура внутри пищевого продукта показывает, что пищевой продукт 101 приготовлен хорошо, то контроллер 105 может управлять нагревателем 103, чтобы прекратить нагревание пищевого продукта 101.

В качестве альтернативы, устройство 100 для обработки пищевых продуктов может дополнительно содержать дисплей (не показан). После определения температуры внутри пищевого продукта 101, дисплей может отображать определенную температуру внутри пищевого продукта 101. С помощью отображаемой температуры внутри пищевого продукта 101 пользователь может выполнить последующие операции, такие как выключение нагревателя 103, если температура внутри пищевого продукта 101 показывает, что пищевой продукт 101 приготовлен хорошо.

Следует отметить, что стратегия динамического нагрева, показанная на фиг.2a, 2b и 3а, является только иллюстративной. Специалисты в данной области техники могут оценить, что период и рабочий цикл (для периодического измерения), порядок действий (для непериодического измерения), форму сигнала и величину в стратегии динамического нагрева можно оптимизировать, находя при этом компромиссное решение между точностью измерения и временем нагрева (то есть потребляемой мощностью и удобством пользователя).

Устройство 100 для обработки пищевых продуктов может представлять собой печь или другую кухонную технику.

В приведенном ниже тексте приведен пример испытаний со ссылкой на фиг.4 и 5.

Испытание проводилось с помощью бытовой хлебопекарной печи. В ходе испытания, рисовый пирог размером 14,5×10×7 см (длина × ширина × высота) нагревался приблизительно в центре печи. Температура была установлена на 250°C. Цикл нагрева составлял приблизительно 6 минут, в течение которого мощность нагрева отключалась на 1 минуту.

В этих одноминутных периодах времени регистрировалась скорость падения внутренней температуры печи, и исследовалась ее зависимость от температуры внутри рисового пирога. Термоэлектрический датчик использовался для измерения внутренней температуры печи и температуры в геометрическом центре (то есть температуры внутри рисового пирога). Измеренные температуры графически изображены на фиг.4, где части спада кривой соответствуют периодам отключения мощности нагрева.

После выполнения этапов обработки, описанных выше, в качестве шаблона подбора кривых была выбрана экспоненциальная функция, то есть

чтобы аппроксимировать части спада температуры кривой , и затем получить скорость падения внутренней температуры печи для каждого цикла. Для создания модели прогнозирования была применена линейная регрессия, чтобы связать полученные скорости падения внутренней температуры печи с измеренными температурами внутри рисового пирога. Результат показан на фиг.5. Зависимость между скоростью падения внутренней температуры печи и температуры внутри рисового пирога можно очень хорошо представить в виде линейной функции

с коэффициентом Пирсона 0,9344, который подразумевает очень хорошую аппроксимацию.

Фиг.6 иллюстрирует устройство 200 для определения температура внутри пищевого продукта в закрытом контейнере. Устройство 200 содержит блок регулировки 201, блок 202 получения и блок 203 определения. Устройство 200 может входить в состав устройства для обработки пищевых продуктов, например, устройства 100 для обработки пищевых продуктов, как показано на фиг.1.

Далее описана работа устройства 200 в связи с фиг.7. На этапе 701 блок регулировки 201 выполнен с возможностью регулировки мощности нагрева, подаваемой в контейнер, для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени. Затем на этапе 702 блок 202 получения выполнен с возможностью получения информации, связанной с изменением внутренней температуры контейнера. Далее на этапе 703 блок 203 определения выполнен с возможностью определения температуры внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

В одном примере, информация, связанная изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и блок 202 получения может содержать первый блок измерения, выполненный с возможностью измерения множества значений внутренней температуры контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в контейнере; и блок вычисления, выполненный с возможностью вычисления скорость изменения внутренней температуры контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

В качестве примера, информация, связанная изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и блок получения может содержать второй блок измерения, выполненный с возможностью измерения предельного значения изменения внутренней температуры контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в контейнере.

Следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления приведены для описания, а не ограничения изобретения, и следует понимать, что к модификациям и вариациям можно прибегнуть без отклонения от масштаба и объема изобретения, как могут легко понять специалисты в данной области техники. Такие модификации и вариации следует рассматривать в пределах объема изобретения и прилагаемой формулы изобретения. Объем защиты изобретения ограничен сопроводительной формулой изобретения. Кроме того, любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничение формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и его спряжений не исключает присутствия элементов этапов, отличных от тех, которые указаны в пункте формулы изобретения. Форма единственного числа элемента не исключает наличия множества таких элементов.

Предложен способ определения температуры внутри пищевого продукта в закрытом контейнере, причем способ содержит этапы, на которых: регулируют мощность нагрева, подаваемую в контейнер для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры контейнера в пределах заданного периода времени; получают информацию, связанную с изменением внутренней температуры контейнера; и определяют температуру внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры контейнера, и температурой внутри пищевого продукта. В изобретении также предложено устройство для определения температуры внутри пищевого продукта и устройство для обработки пищевых продуктов. Изобретение обеспечивает простые в реализации, достаточно точные и имеющие низкую стоимость способ и устройство определения температуры внутри продукта. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ определения температуры внутри пищевого продукта в закрытом контейнере, причем способ содержит этапы:

- регулируют мощность нагрева в заданных пределах, определяемых требованиями пользователя к определению температуры внутри пищевого продукта, подаваемую в закрытый контейнер для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры закрытого контейнера в пределах заданного периода времени;

- получают информацию, связанную с изменением внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени; и

- определяют температуру внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры закрытого контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

2. Способ по п. 1, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и этап получения содержит этапы, на которых:

- измеряют множество значений внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в закрытом контейнере; и

- вычисляют скорость изменения внутренней температуры закрытого контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

3. Способ по п. 1, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и этап получения содержит этап, на котором:

- измеряют предельное значение изменения внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в закрытом контейнере.

4. Способ по п. 1, в котором этап регулировки содержит этап, на котором: уменьшают мощность нагрева, подаваемую в закрытый контейнер для того, чтобы обеспечить уменьшение внутренней температуры закрытого контейнера в пределах заданного периода времени.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором: отображают определенную температуру внутри пищевого продукта; или управляют мощностью нагрева, подаваемой в закрытый контейнер, для того, чтобы продолжить/остановить нагревание пищевого продукта на основании определенной температуры внутри пищевого продукта.

6. Устройство для обработки пищевых продуктов, содержащее: закрытый контейнер, выполненный с возможностью приема пищевого продукта;

нагреватель, соединенный с закрытым контейнером и выполненный с возможностью нагревания пищевого продукта в закрытом контейнере; датчик, размещенный в закрытом контейнере на заданном расстоянии от пищевого продукта и выполненный с возможностью измерения значений внутренней температуры закрытого контейнера;

контроллер, соединенный с нагревателем и датчиком и выполненный с возможностью выполнять набор операций:

управления мощностью нагрева нагревателя в заданных пределах, определяемых требованиями пользователя к определению температуры внутри пищевого продукта для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры закрытого контейнера в пределах заданного периода времени; получения информации, связанной с изменением внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени на основании по меньшей мере одного значения внутренней температуры, которую измеряет датчик в течение заданного периода времени; и

определения температуры внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры закрытого контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

7. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и датчик выполнен с возможностью измерения множества значений внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени, и контроллер выполнен с возможностью приема множества значений внутренней температуры из датчика и вычисления скорости изменения внутренней температуры закрытого контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

8. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и датчик выполнен с возможностью измерения предельного значения изменения внутренней температуры в течение заданного периода времени, и контроллер выполнен с возможностью приема предельного значения изменения внутренней температуры из датчика.

9. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором контроллер выполнен с возможностью регулировки мощности нагрева нагревателя для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры закрытого контейнера в пределах заданного периода времени.

10. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором контроллер выполняет операции после того, как пищевой продукт в закрытом контейнере приготовлен, в течение первого заданного периода времени.

11. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором контроллер периодически выполняет набор операций.

12. Устройство для обработки пищевых продуктов по п. 6, в котором увеличивается частота набора операций, выполняемых контроллером.

13. Устройство для определения температуры внутри пищевого продукта в закрытом контейнере, причем устройство содержит:

блок регулировки, выполненный с возможностью регулировки мощности нагрева, в заданных пределах, определяемых требованиями пользователя к определению температуры внутри пищевого продукта, подаваемой в закрытый контейнер, для того, чтобы обеспечить изменение внутренней температуры закрытого контейнера в пределах заданного периода времени;

блок получения, выполненный с возможностью получения информации, связанной с изменением внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени; и

блок определения, выполненный с возможностью определения температуры внутри пищевого продукта на основании информации, связанной с изменением внутренней температуры, и предварительно определенных соотношений между информацией, связанной с изменением внутренней температуры закрытого контейнера, и температурами внутри пищевого продукта.

14. Устройство по п. 13, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит скорость изменения внутренней температуры, и блок получения содержит:

первый блок измерения, выполненный с возможностью измерения множества значений внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в закрытом контейнере;

блок вычисления, выполненный с возможностью вычисления скорости изменения внутренней температуры закрытого контейнера на основании множества значений внутренней температуры.

15. Устройство по п. 13, в котором информация, связанная с изменением внутренней температуры, содержит предельное значение изменения внутренней температуры, и блок получения содержит:

второй блок измерения, выполненный с возможностью измерения предельного значения изменения внутренней температуры закрытого контейнера в течение заданного периода времени на заданном расстоянии от пищевого продукта в закрытом контейнере.