CN105165118A - 通过微波炉优先将电磁能量对准物体的偏冷区域进行加热 - Google Patents

Abstract

本文提供了优先对准物体的偏冷区域发射电磁能的系统和/或技术。通过微波炉进行至少部分的热处理时，需要获得物体的温度测量值来识别物体的偏冷区域。微波炉在加热物体时往往是非均匀的。例如，玉米卷饼的外表面可能摸上去很烫，但玉米卷饼的核心仍然处于冰冻状态。

Description

通过微波炉优先将电磁能量对准物体的偏冷区域进行加热

相关申请

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请服务第61/802,189号的优先权和权利；根据美国专利和商标局的指示，由SHA1哈希值为c0168e4b165192348a36b522f423e793455a45db的文件生成的名为“2all-rejectedbypto.pdf”的893页的文档，和SHA1哈希值为7a271c60be78e0f42a1ad30d07fcdbdd2e5933b8的“2all.pdf”文档已经于美国东部夏令时间2013年3月15日以电子方式提交至美国专利和商标局；还有433页名为“说明书”的61/802,189号电子扫描文档，加盖“最佳副本可用”印章，已经于美国东部标准时间2013年3月15日面交美国专利和商标局客户服务窗口；以上每个文件以引用的方式并入本文。

背景技术

微波炉在加热物体时往往是非均匀的。例如，玉米卷饼的外表面可能摸上去很烫，但玉米卷饼的核心仍然处于冰冻状态。另一个例子，玉米卷饼的左侧可能是热的，而右边却几乎一点也不热。这种问题的常规解决办法是将物体旋转起来，尝试更均匀地将物品暴露在电磁能量中进行热处理。

美国专利申请公开2007/0007283，美国专利7,514,658和美国专利4,553,011描述了相关的微波炉技术，此处以引用方式并入。

附图说明

公开的特征可以根据以下详细描述，同时阅读所附的图纸而理解。应当了解附图中的元件和结构不一定是按比例绘制的。因此，为了清晰地讨论，各种部件的尺寸是可以任意增加或减少的。

图1为微波炉示例。

图2为通过微波炉优先将电磁能量对准物体的偏冷区域进行热处理的装置的组件框图。

图3为通过微波炉优先将电磁能量对准物体的偏冷区域进行热处理的示例方法流程图。

具体实施方式

附图中所示的实施方案或实例，通过特定语言公开如下。然而应当了解的是，实施方案或示例并非旨在限定。针对已公开实施方案的任何改动和修改，和任何对本文中已公开的原则的进一步应用，相关领域的普通技术人员被认为通常都能想到。

微波炉使用电磁能，或更为具体的微波来加热物体，如食物。通常情况下，一台微波炉对准物体发射微波，使得物体中的水分子发生振动。水分子的振动引起水分子间产生摩擦热，摩擦热使得物体变热。

当微波发射和/或从烹调腔内壁反射时，移动的微波和反射的微波重合，微波炉内形成的电磁场分成了强区和弱区。由于电磁场分布不一致，物体通常受热不均匀。一种缓解这种不均匀的技术，就是在热处理过程中移动或旋转烹调腔中的物体。例如，物体可以置于旋转工作台上，使其在烹调腔中旋转。但是，这种方法需要机械组件，通常会占用部分烹调腔体积，也未必能使物体受热均匀。

因此，本文提供了优先对准物体的偏冷区域发射电磁能的系统和/或技术。通过微波炉进行至少部分的热处理时，需要获得物体的温度测量值来识别物体的偏冷区域。偏冷区域是指一个温度比一个或多个相邻区域低的区域，温度低于物体平均温度的区域，和/或温度低于所需温度的区域。例如，物体的左侧可能测得是45℃，而物体右侧测得是0℃。因此，右侧就会被识别为偏冷区域，因为相对于物体的左侧而言，物体的右侧低45℃。再举例来说，物体核心部位可能低于平均温度15℃，那么核心部位就可以当作偏冷区域。

在一些实施方案中，优先对准物体的偏冷区域发射电磁能，包括相对于偏热区域，向偏冷区域提供更高强度的电磁能(也称电磁辐射)。利用这种方式，偏冷区域内部包含的水分子比偏热区域内部包含的水分子振动更快，使得偏冷区域升温更快。用这种方式，物体偏冷区域的温度升高直到与物体的温度基本一致，和/或符合其他停止标准(例如，已达到热处理的时长)。

参照图1，示例展示了微波炉100。微波炉100包括烹调腔102，用于加热物体，例如一种食物，和内部安装有各种电气设备的电气设备外壳104。

烹调腔102由上板105、底板106、侧板108，和背板组成。烹调腔102的正面通常是开放的，便于放置物品到烹调腔102内。在热处理过程中，烹调腔102正面可以关闭，减少腔外环境的电磁辐射。举例来说，在一些实施方案中，炉门112与微波炉100炉身用铰链连接，选择性地禁止进入烹调腔102，和/或抑制电磁辐射从烹调腔102经正面泄露。

电气设备外壳104通常包括位敏加热装置206，用于提供电磁能，如微波或其他高频波，至烹调腔102内部，以下将详细描述。在一些实施方案中，电气设备外壳104还包括，电源114为位敏加热装置和/或为冷却电气设备外壳104的冷却风扇供电。在一些实施方案中，电源114是一个高压变压器，为位敏加热装置提供高电压。电气设备外壳104可以还包括一个控制面板116，用于微波炉100的控制操作和/或显示微波炉100的运行状态。举例来说，在一些实施方案中，控制面板116包括多个操作按钮，可由用户选择控制微波炉的各种操作。

在一些实施方案中，电气设备外壳104还包括温度检测装置201，测量物体温度以识别物体的偏冷区域。如图所示，温度检测装置201安装在侧板108内部。例如在其他实施方案中，温度检测装置201安装于和/或贴近上板105、底板106、侧板108和/或背板。示例温度检测装置201包括光电二极管、红外传感器阵列和/或电荷耦合器件(CCDs)或其他温度传感元件。在一些实施方案中，温度传感元件由多个像素元器件组成，设置用于测量物体的部位温度。例如，各个像素元器件可以测量物体的1毫米区域。

在一些应用中，温度检测装置201可能包括多个温度传感元件。例如，温度检测装置201可包含两个或更多红外传感器阵列，配置于微波炉100内的不同部位。例如，使用多个传感元件，安装在电气设备外壳104内的不同部位(例如，第一个温度传感元件安装贴近或在上板105内部，第二个温度传感元件安装贴近或在侧板108内部，两个温度传感元件安装在接近或上板105内部的不同位置等。)可减轻食品飞溅带来的干扰。举例来说，从第一个温度传感元件的一个或多个像素元器件上读数时，由于食物飞溅到元器件上，对应物体的第一部分的读数是不准确的，从第二个温度传感元件的一个或多个像素元器件上读数时，对应物体的第一部分的读数可用于确定物体第一部分的温度。

在一些实施方案中，温度检测装置201还包括一个滤波器，从非光波长选择性过滤光波长(例如，红外波长)。举例来说，滤波器可以设于烹调腔102和温度检测装置201的电荷耦合器件(CCD)之间，来抑制光波长与CCD的相互作用。

参照图2，提供的组件框图进一步详述了微波炉的一个示例装置200，配置用以优先加热物体的偏冷区域。例如，此类组件可以设于电气设备外壳104内部。

组件包括温度检测装置201、目标识别组件202、控制器204、和位敏加热装置206。

温度检测装置201测量物体各点或区域的温度并生成温度测量值，目标识别组件202基于温度测量值识别物体的偏冷区域。举例来说，目标识别组件202可以用温度测量值创建一条物体的温度分布图。这种温度分布图可以是一维、二维、和/或三维的，可以区分物体的偏冷区域和偏热区域。举例来说，物体各区域的温度偏离平均温度指定阈值以上的可以被认为/区分为偏冷区域。再比如，物体各区域的温度偏离一个或多个相邻区域温度的规定偏差可以被认为/区分为偏冷区域。还比如，其他标准也可用于识别偏冷区域和/或相对其他区域来定义偏冷区域。

目标识别组件202同样配置用以确定偏冷区域和位敏加热装置206之间的空间关系。空间关系可能描述为偏冷区域和位敏加热装置206中心之间的一个角距，和/或可以描述为偏冷区域相对于位敏加热装置206的方向。下面将详细描述，确定偏冷区域和位敏加热装置206之间的空间关系，便于确定如何向偏冷区域发射电磁能和/或何时增加电磁能强度(例如，向偏冷区域提供更高强度的电磁能)。

在一些应用中，对于物体来说在烹调腔102内的移动和/或旋转是有利的。在这种实施方案中，微波炉100还包含旋转相关组件(未图示)，将温度分布图与物体的旋转相关联创建一条相关曲线。举例来说，当物体在第一个方向相对于温度检测装置201时创建的一个温度分布图，在物体旋转到相对于温度检测单元201的第二个方向时，可能不能准确代表物体。在一些实施方案中，为了避免重新计算各个方向的温度分布图，例如，当物体在第一个方向时，创建一个温度分布图，旋转相关组件持续或间歇地将其温度分布图与物体的旋转相关联，以创建相关曲线，这就将温度分布图与任意指定时间点的物体及时联系起来。

控制器204优先控制电磁能朝向偏冷区域的应用。尤其是，控制器204使用温度分布图和/或相关曲线以确定哪个区域优先发射电磁能。通过这种方式，控制器204使用温度分布图和/或相关曲线，不时地控制物体各个区域接受的电磁能剂量，有时偏冷区域可能比偏热区域接受的电磁能剂量更高。

在一些实施方案中，控制器204改变位敏加热装置206输出的电磁能强度，电磁能优先向偏冷区域发射。举例来说，当偏冷区域贴近于位敏加热装置206和/或位于位敏加热装置206发射的电磁辐射光路内时，控制器204可以提供更高的电压给位敏加热装置206(例如，增加电磁辐射强度)。例如，当偏冷区域在空间上不贴近位敏加热装置206和/或位于光路内部时，控制器204可以提供较低的电压给位敏加热装置206，以减少电磁辐射对物体的偏热区域的照射。

在其他实施方案中，控制器204使得电磁能的强度分布各异(例如，移动光路方向)。举例来说，控制器204可以改变强度分布情况来使得电磁辐射对准偏冷区域。

位敏加热装置206包含一个或多个磁控管，由控制器204控制，且有时，电磁辐射优先向偏冷区域发射。在一些实施方案中，磁控管沿着基本固定路径发出电磁辐射，物体相对于磁控管旋转。在这种实施方案中，当物体的偏冷区域与光路在空间上不一致时，控制器204可能会使得磁控管输出第一种强度的电磁辐射(例如，低强度)。在其他时候，例如，当物体的偏冷区域与光路在空间上重合时，控制器204可能会使得磁控管输出第二种强度的电磁辐射(例如，更高强度)。通过这种方式，改变辐射的强度，偏冷区域比偏热区域获得的电磁辐射剂量更大。

在一些实施方案中，位敏加热装置206包括至少两个固定波束磁控管(例如，如第一个磁控管贴近烹调腔102的上板105，第二个磁控管贴近烹调腔102的侧板108)，可由控制器204分别独立控制。举例来说，控制器204可以在偏冷区域接近第一个磁控管时，使第一个磁控管增加电磁能输出强度，和/或在偏冷区域接近第二个磁控管时，使第二个磁控管增加电磁能输出强度。在物体设置为旋转的实施例中，应当了解的是，某些时候第一个磁控管可能向偏冷部位提供电磁能，而在其他情况下，第二个磁控管可能向偏冷部位提供电磁能。因此，当第一个磁控管向偏冷部位发射电磁能量时，控制器204可以使第一个磁控管增加输出强度，当二个磁控管向偏冷部位发射电磁能量时，控制器204可以使第二个磁控管增加输出强度。例如，通过这种方式，由不同磁控管输出不同强度的电磁辐射，偏冷区域比偏热区域接收到更高剂量的电磁辐射。

在其它实施方案中，位敏加热装置206包含一个相控阵磁控管，如NaokiShinohara和HiroshiMatsumoto在“具备相位和幅度控制磁控管的相位阵技术用于微波功率传输”中所述，同时也出现在第四届太空中 的太阳能国际会议SPS’04论文集中。在这种实施方案中，配置控制器204以控制由相控阵磁控管发射的电磁辐射的光路方向，和/或可以设置用来控制这种电磁辐射的强度。举例来说，控制器204可以调整相控阵的强度分布，使光路在空间上与偏冷区域一致和/或强化偏冷区域的加热。

在一些实施方案中，在配置物体旋转的情况下，控制器204可能会使相控阵磁控管移动光路至空间上与旋转部分的偏冷区域一致(例如，使光路与偏冷区域基本同步旋转)。

图3阐述了在微波炉中优先向物体的偏冷区域发射电磁辐射进行热处理的示例方法300的流程图。方法300始于302，物体偏冷区域识别于304。举例来说，物体各面的温度测量值可以从温度检测装置获得，测量值可用于分析识别偏冷区域。用来定义偏冷区域的标准可以多种多样。在一些实施方案中，偏冷区域是相对于物体的其他区域而定义的。例如，偏冷区域可以定义为物体某区域的温度低于指定阈值的平均温度。再比如，偏冷区域可以定义为物体的某些偏离相邻区域温度超过指定阈值的区域。在其他实施方案中，偏冷区域被定义为绝对值的形式。例如，用户烹饪一块肉时可以指定肉的最低温度为160°F。低于160°F的区域可被定义为偏冷区域，因为该区域未被加热到最低温度。此外，如上述例子所述，用于定义偏冷区域的标准可以由用户输入和/或在制造时被编程入控制器。

在一些实施方案中，采集的温度测量值可以方便温度分布图的生成，如1D、2D、或3D温度分布图。分布图可以描述偏冷区域在物体中的位置，和/或可以描述偏冷区域和烹调腔102和/或位敏加热装置206的空间关系(例如，位敏加热装置206和偏冷区域之间的角距)。此外，如图2所述，温度分布图可以由控制器204运用以确定如何向物体优先发射电磁能(例如，使偏冷区域的温度更接近偏热区域的温度)。

在示例方法300中的306，电磁能优先对准偏冷区域。通过这种方式，相对于应用于偏热区域的电磁能剂量，应用于偏冷区域的电磁能剂量是增加的(例如，使得偏冷区域的温度变化速率高于偏热区域的温度变化速率，和/或减少偏冷区域和偏热区域的温差)。

如图2所述，各种技术均优先考虑向偏冷区域发射电磁能。举例来说，在一些实施方案中，由位敏加热装置(例如，磁控管)输出的电磁辐射强度发生改变，当偏冷区域在电磁辐射光路内时，输出更高强度的电磁辐射，和/或磁控管贴近偏冷区域时，输出更高强度的电磁辐射。当偏冷区域并未位于光路内时(例如，由于物体的旋转)，电磁辐射的强度则会降低以减少提供给偏热区域的电磁辐射剂量。在其他实施方案中，调节强度分布，以调整电磁辐射的光路(例如，使得光路与偏冷区域相交。)

应当了解，示例方法300可以用于加热处理的仅仅某一部分或者用于持续时间的加热处理。举例来说，假定用户想要加热冷冻的玉米卷饼。在第一分钟的热处理时，电磁辐射可以使用常规方法(例如，电磁辐射不优先应用于偏冷区域)。在达到1分钟时，温度检测装置可测量玉米卷饼各面的温度，以确定玉米卷饼的偏冷区域(例如，哪里需要额外加热)。如果偏冷区域已识别出，可优先向偏冷区域发射电磁能直到满足停止标准(例如，偏冷区域的温度达到偏热区域可容忍的温度范围内时，指定的加热处理时间结束等)。

示例方法300结束于308。

虽然本主题已经用语言对特定的结构特征和/或方法进行了描述，但是应当理解，所附权利要求的主题并不一定限于上述特定特征或方法。相反，上述具体特征和方法是作为实现权利要求的示例形式被公开的。

本文提供了实施方案的各种操作。在其中的一些或全部操作中说明的顺序不应被解释为暗示这些操作一定是顺序依赖的。本领域技术人员根据本文描述的内容可以理解备选排序。此外，应当了解的是，并非所有的操作都必须存在于本文提供的每个实施方案中。

此外，除非另有说明，“第一”，“第二”等并不旨在暗示时间方面，空间方面，排序等。相反，这些术语仅仅用作特征、元件、物品等的标识符、名称等。例如，一个第一通道和第二通道通常对应于通道A和通道B或两个不同或相同的通道或同一个通道。

应该理解的是，层、特征、元件等本文所描绘的是相对于彼此的特定尺寸，如结构尺寸和/或方向，例如，为了简单起见和便于理解，本文中阐述的一些实施方案中的尺寸与实际尺寸有很大的不同。

此外，“示范”在本文中表示用作示例、实例、例证等，但不一定是有优势的。在本申请中使用的“或”意在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。另外，在本申请中使用的“一”和“一个”，一般被解释为表示“一个或多个”，除非另有指定或从上下文清楚看出是单数形式。此外，A和B中的至少一种和/或类似的表达，通常表示A或B，或A和B两者。此外，在详细描述或权利要求中使用的“包括”、“具有”、“有”、“带有”或其变体，这些术语在一定程度上是旨在表达类似于术语“包含”的意思。

同样，虽然本公开已经显示并描述了有关的一个或多个实施方案，本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解可以想出等效的改动和修改。本公开内容包括所有这样的改动和修改，并且仅由以下权利要求的范围来限定。

Claims (25)

1.一种微波炉，包含：

一个位敏加热装置，能够优先将电磁能对准物体的偏冷区域。

2.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，包含一个控制器以便位敏加热装置输出不同强度的电磁能。

3.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，其位敏加热装置包含一个磁控管。

4.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，其位敏加热装置包含两个或更多磁控管。

5.根据权利要求4所述的微波炉，其特征在于，两个或更多磁控管中的第一根磁控管位于贴近微波炉的第一表面，两个或更多磁控管中的第二根磁控管位于贴近微波炉的第二表面。

6.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，其位敏加热装置包含一个相控阵磁控管。

7.根据权利要求6所述的微波炉，其特征在于，包含一个用于调节相控阵强度分布的控制器，以强化偏冷区域的加热。

8.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，包含一个目标识别组件，以确定位敏加热装置和偏冷区域的空间关系。

9.根据权利要求9所述的微波炉，其特征在于，其位敏加热装置沿着基本固定光路和由固定光路与偏冷区域之间的角度关系定义的空间关系发射电磁能。

10.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，包含一个温度检测装置。

11.根据权利要求10所述的微波炉，其特征在于，其温度检测装置包括一个光电二极管。

12.根据权利要求10所述的微波炉，其特征在于，其温度检测装置包括两个或多个红外传感器阵列。

13.根据权利要求10所述的微波炉，其特征在于，其温度检测装置包括一个电荷耦合器件。

14.根据权利要求10所述的微波炉，其特征在于，其温度检测装置包括一个从非光波长选择性地过滤光波长的滤波器。

15.根据权利要求10所述的微波炉，其特征在于，包含一个目标识别组件，将温度检测装置测出的温度值创建一个物体温度分布图。

16.根据权利要求15所述的微波炉，其特征在于，其中的温度分布图是一维温度分布图。

17.根据权利要求15所述的微波炉，其特征在于，其中的温度分布图是二维温度分布图。

18.根据权利要求15所述的微波炉，其特征在于，其中的温度分布图是三维温度分布图。

19.根据权利要求15所述的微波炉，其特征在于，包含一个旋转关联组件，将温度分布图与物体的旋转相关联以创建一条相关曲线。

20.根据权利要求19所述的微波炉，其特征在于，配备位敏加热装置以便利用相关曲线，向偏冷区域优先发射电磁能。

21.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，物体包含食物。

22.一种向物体的偏冷区域优先发射电磁能的方法，包括：

在微波炉中识别物体的偏冷区域并进行热处理；以及

向偏冷区域优先发射电磁能。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，识别偏冷区域包括：

创建物体的温度分布图。

24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，向偏冷区域优先发射电磁能，包括：

增加用于偏冷区域的电磁能强度。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，增加用于偏冷区域的电磁能强度，至少包括以下一种方式：

调节应用于磁控管发射电磁能的电压，当偏冷区域在电磁辐射光路内部时，不时增加电磁能的强度，当偏冷区域在光路内时，或

调节光路方向以增加用于偏冷区域的电磁能强度。