EP2938161A1 - Method and household appliance - Google Patents
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- EP2938161A1 EP2938161A1 EP15161558.0A EP15161558A EP2938161A1 EP 2938161 A1 EP2938161 A1 EP 2938161A1 EP 15161558 A EP15161558 A EP 15161558A EP 2938161 A1 EP2938161 A1 EP 2938161A1
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
Definitions
- the present invention relates to a method for operating a household appliance and a domestic appliance with at least one heating device for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment room.
- at least one measuring system with at least one processing device is provided.
- electromagnetic resonances When using microwave radiation in domestic appliances for heating up the treated material, electromagnetic resonances generally form in the treatment room.
- the resonances can be described as vibration modes with a spatial distribution of field strength fluctuations with maximum amplitude, so-called bellies, and field strength fluctuations with minimal amplitude, so-called nodes.
- the common modes of treatment room and material to be treated essentially correspond to an electromagnetic field distribution whose appearance describes the possible spatial power input into the material to be treated.
- the microwave power is thus distributed unevenly due to the resonance modes.
- the known approaches make the heating of the cooking product more uniform, so that an averaging of the power input takes place over time.
- Either the food to be cooked is moved through the areas of the modes over time or the modes themselves are changed in chronological succession.
- the problem with such methods is that the actual resonances and field strengths in the treatment room are generally unknown are. This results in a temporal overlay or change of modes, but not all modes occur or must be evenly distributed. This can lead to a performance distribution that is not optimal in terms of uniformity.
- the inventive method is suitable for operating a household appliance.
- At least one heating device is provided for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment space.
- At least one measuring system generates at least temporarily electromagnetic measuring radiation.
- the measuring system sends the measuring radiation at least temporarily with at least one transmitting device in the treatment room.
- At least temporarily, the measuring radiation sent into the treatment room is received again by at least one receiving device of the measuring system.
- the measuring system detects at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation.
- At least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space is determined with at least one processing device on the basis of the change in the wave property of the received measuring radiation with respect to the transmitted measuring radiation.
- the method according to the invention has many advantages.
- a considerable advantage is that a measuring system is provided, with which a measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space is determined.
- the distribution of the radiation power in the treatment room and in the material to be treated can be determined particularly reliably.
- On the basis of this measure can be determined, for example, where in the treatment room nodes and bellies occur and how the resonance modes are spatially distributed.
- a changed distribution of the resonances, for example by introduced treated can be detected.
- This information can be used particularly advantageously, for. B. to achieve a very uniform heating of food and to control the heater optimally, since the actual existing modes are taken into account.
- the detected by the measuring system size preferably describes a wave property such. As phase, amplitude, frequency, wavelength and / or polarization. Also possible are other common in high-frequency technology or radar magnitudes for the detection of signals.
- the quantity detected by the measuring system is determined in particular as a function of the frequency and / or as a function of time.
- the change of the received measuring radiation in relation to the transmitted measuring radiation is preferably determined by the change of at least one of the at least one variable detected by the measuring system.
- the change relates in particular to the phase and / or the amplitude of the measuring radiation.
- the change in the received measuring radiation with respect to the transmitted measuring radiation relates to the frequency and / or the wavelength and / or the polarization and / or the angle of rotation or at least one other common size of the high-frequency technology.
- the change is preferably detected and / or described by at least one scatter parameter or S parameter.
- the radiation power absorbed by the material to be treated and / or the corresponding scattering parameter is taken into account as a function of the frequency.
- the item to be treated is preferably an object which is introduced into the treatment room essentially for treatment. This can be, for example, an object to be cleaned and / or dried and / or a food or an object to be heated. It is also possible that the material to be treated is also introduced into the treatment room and / or only to determine the spatial power distribution.
- Material to be treated in the sense of this application can also be any object in the treatment room which, in particular, has been introduced into the treatment room together with the object to be treated, in particular as an alternative.
- a cooking vessel a laundry bag or a solvent or the like. It is possible that the spatial power distribution is determined together with the auxiliary material to be treated and / or separately from the auxiliary material to be introduced.
- the spatial power distribution is determined after the introduction of the material to be treated into the treatment room.
- the determination can also be made repeatedly and / or regularly after the introduction of the material to be treated.
- the spatial power distribution within the material to be treated is determined and taken into account.
- the determination takes place during the treatment process.
- the heating device can be set in a sleep mode, in which substantially no radiant power is sent to heat the material to be treated.
- the measuring system and the heating device can also be operated in parallel at least temporarily.
- the measure of the spatial power distribution of the radiation to be supplied into the treatment room without material to be treated is preferably determined before the introduction of the material to be treated. This can already be done in the factory.
- the measured values can be stored, for example, in a memory device as reference values. It is also possible that the values are recorded when the device is switched on by a user for the treatment of items to be treated or when a specific operating mode and / or a specific program mode is selected. It is also possible that a service mode is activated, in which a determination of the spatial power distribution is performed.
- the determined power distribution describes at least one mode for the electromagnetic field distribution in the treatment room.
- the determined power distribution can also describe at least one electromagnetic resonance or cavity resonance of the deliverable radiation in the treatment room.
- the mode describes a distribution of field strength fluctuations with maximum amplitude, so-called bellies, and field strength fluctuations with minimal amplitude, so-called nodes.
- the determined spatial power distribution preferably describes at which position electromagnetic resonance resonances are present in the treatment space and / or such a node or abdomen is located.
- the heater can be controlled accordingly to achieve optimum heating of the material to be treated. For example, the expected duration of treatment can be calculated and the heater can be controlled accordingly.
- the material to be treated can also be aligned according to the distribution of power in the treatment room.
- the material to be treated is aligned in the treatment space as a function of the determined power distribution by at least one positioning device.
- the orientation can be changed over time, so that different residence times of the material to be treated in certain field strength zones are possible.
- the power distribution is determined repeatedly and the alignment is adjusted repeatedly.
- the material to be treated can be aligned such that essential areas are positioned in nodes and / or bellies of the cavity resonance.
- the positioning device may comprise at least one motor-driven rotary and / or pivoting device, such as. B. a turntable.
- the heating device has at least one adjustable transmission device for the directed introduction of the electromagnetic radiation into the treatment space.
- the transmission device is set in particular as a function of the determined power distribution.
- the transmission device can be set so that a cavity resonance is present in the treatment room, which has nodes or bellies in desired areas of the material to be treated.
- the transfer device can be adjusted over time in order to expose the material to be treated to different field strengths and to achieve a certain power input over time.
- the adjustable transmission device comprises z. B. at least one Stirrer or a rotating antenna.
- the transmission device may also include a transmitting antenna.
- the transmission device and / or the positioning device are preferably set by a control device.
- the control device is in particular operatively connected to the measuring system and takes into account the determined values.
- the power of the electromagnetic radiation sent by the heating device is adjusted as a function of the determined power distribution by at least one control device.
- the level of the supplied power and / or the duration of the power supply is set.
- the average power output is set over a certain period of time.
- a clocked power output of the heating device is provided. It is also possible to set a number of heating devices and / or thermal heat sources.
- the heating device is designed in particular as a microwave heating device.
- the measuring radiation comprises at least two frequencies differing by at least 100 MHz between 10 megahertz and 1 terahertz.
- a plurality and in particular a plurality of different frequencies are provided.
- the measuring radiation may have a frequency width of at least 10% of the center frequency of the frequency band used. Also possible is a frequency width of at least 10% of the arithmetic mean of lower and upper limit frequency of the frequency band used. A frequency width of at least 20% of the corresponding arithmetic mean value is preferred.
- the frequency width comprises at least 250 megahertz and preferably at least 500 megahertz and / or at least one gigahertz and / or at least 5 gigahertz, and more preferably more than 10 gigahertz. Also possible are 20 gigahertz or more.
- the frequencies are preferably in a frequency band with a bandwidth that is wider than the ISM band of a conventional Mikrowellengarilles marers (about 2.4 GHz - 2.5 GHz). Also possible are several bands. In particular, at least two bands are provided, the center frequencies of which have a spacing of at least one gigahertz and in particular at least five gigahertz and preferably ten or more gigahertz.
- the spatial power distribution is determined for at least two frequencies.
- the spatial power distribution can also be determined as a function of the frequency.
- the power distribution is determined in particular at frequencies which lie in a comparable frequency range as the radiation emitted by the heating device. This has the advantage that, for example, the cavity resonances determined at least approximately correspond to the cavity resonances in the heating mode.
- the heating device can emit electromagnetic radiation in an at least partially adjustable frequency range.
- the frequency range of the heating device can be set as a function of the determined spatial power distribution for at least one frequency by at least one control device. By adjusting the frequency certain resonances cavities can be realized, so that, for example, a particularly uniform heating of the material to be treated is possible.
- the heating device may comprise at least one high-frequency oscillator and / or at least one high-frequency amplifier.
- At least one frequency is determined at which the material to be treated in the treatment room has a certain power consumption.
- the material to be treated has the highest possible power consumption.
- the emitted frequencies of the heating device are preferably adjusted on the basis of the determined frequency.
- the determined power distribution is matched with at least one reference parameter stored in at least one memory device.
- the power supply to the item to be treated is adjusted as a function of the adjustment. For example, it is set at which cavity resonances in the treatment room power is emitted and / or how long radiation power is emitted in a cavity resonance.
- the start of the cavity resonances is done as described above and z. B. by adjusting the positioning or the transmission device or the transmission frequency of the heater.
- the reference parameters may have been determined, for example, by simulations and / or measurements in advance or work. Regulations can also be stored in the memory device, which specify to the control device how the heating device and / or the positioning device and / or the transmission device are to be set as a function of the determined power distribution.
- the domestic appliance according to the invention comprises at least one heating device for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment space.
- at least one measuring system with at least one processing device is provided.
- the measuring system is suitable and designed to generate electromagnetic measuring radiation.
- the measuring system has at least one transmitting device for at least temporarily transmitting electromagnetic measuring radiation into the treatment space and at least one receiving device for at least temporarily receiving the measuring radiation transmitted into the treatment space.
- the measuring system is suitable and designed to detect at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation.
- the processing device is suitable and designed to determine at least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space based on the change in the wave property of the received measurement radiation with respect to the transmitted measurement radiation.
- the domestic appliance according to the invention has many advantages.
- a significant advantage is that a measuring system is provided for determining the spatial power distribution. With such a measuring system z.
- B. cavity resonances in the treatment room can be determined, which occur during operation of the heater. With knowledge of the cavity resonances, the material to be treated can then be exposed to specific field strengths, for example. For example, food can be positioned so that it is particularly uniform or targeted unevenly heated.
- At least one positioning device is provided.
- the positioning device is preferably suitable and designed to align the material to be treated in dependence on the determined power distribution in the treatment room.
- the heater at least one adjustable transmission device for directed Incorporation of the electromagnetic radiation in the treatment room.
- the transmission device is particularly suitable and designed to be set as a function of the determined power distribution by at least one control device.
- the positioning device and / or the transmission device are preferably designed as described above for the method.
- the heating device is in particular suitable and designed to emit electromagnetic radiation power in a frequency range that can be set as a function of the determined power distribution.
- the frequency range is adjustable by at least one control device.
- the heating device preferably comprises at least one oscillator device for generating radiation power with a specific frequency.
- at least one amplifier device is provided for amplifying the radiation power of the oscillator device.
- the transmitting device and / or the receiving device are at least partially adapted and adapted to process measuring radiation at least two different frequencies between 10 megahertz and 100 gigahertz in a frequency bandwidth of at least 10% of the center frequency of the frequency band used.
- the transmitting device and / or the receiving device are designed and suitable for transmitting or receiving ultra-wideband signals.
- the processing device is preferably designed for evaluating ultrabroadbandiger signals.
- the transmitting device is at least partially designed and suitable to emit measuring radiation as at least one pulse at least temporarily and in particular repeatedly.
- the pulse duration is shorter than a nanosecond.
- the pulse duration is preferably in the range of one hundred or less picoseconds.
- the measuring system comprises at least one ultra-wideband radar device and / or is designed as such.
- the ultra-wideband radar device is preferably adapted and configured to transmit and receive ultra-wideband signals.
- an ultrashort pulse can be emitted which comprises the widest possible frequency spectrum in accordance with a corresponding Fourier transformation.
- the frequency width in particular comprises at least 250 megahertz and preferably at least 500 megahertz and / or at least one gigahertz and / or at least 5 gigahertz, and more preferably more than 10 gigahertz.
- the FIG. 1 shows a domestic appliance 1, which is designed here as a cooking appliance 100.
- the cooking appliance 100 has a treatment chamber 3 designed as a cooking chamber 13.
- a treatment device 2 is provided for the treatment of the material to be treated 200.
- the treatment device 2 comprises a thermal heating source 103 and a heating device 12.
- the heater 12 is provided for the dielectric heating of the material to be treated 200 and formed here as a Mikrowellenloomario.
- the cooking chamber 13 is closed by a door 104.
- a safety device not shown here is provided, which prevents operation of the heater 12 with the door open, so that leakage of microwave radiation is counteracted.
- further heating sources such as a OberhitzeterrorismSystem and a lower heat radiator or a Dampfloomario or the like may be provided.
- the cooking appliance 100 can be operated via an operating device 6.
- the temperature in the cooking chamber 13 can be adjusted during the treatment process.
- various other program modes and automatic functions may also be set.
- the domestic appliance 1 has a measuring system 4 shown here in highly schematic form.
- the measuring system 4 is provided for non-contact determination of various characteristic parameters of the material to be treated 200.
- the treatment device 2 is controlled as a function of the determined parameters.
- a parameter may be, for example, the internal temperature of the material to be treated 200.
- the measuring system 4 can, for. B. also determine the distribution of resonance modes at certain frequencies in the treatment room.
- the measuring system 4 comprises a transmitting device 14, a receiving device 24, a processing device 5 and a memory device 7.
- the transmitting device 14 is suitable and designed to generate electromagnetic measuring radiation and to transmit it to the treatment chamber. In this case, at least part of the measuring radiation interacts with the material 200, which is not shown here, and is reflected by it again. The reflected measuring radiation is received by the receiving device 24.
- At least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation is detected by the measuring system 4.
- the amplitude, frequency, phase or polarization or rotation angle is detected as a wave property.
- the processing device 5 determines from the change of the wave property of the received measurement radiation with respect to the transmitted measurement radiation the characteristic characteristics of the processed material 200.
- the respective wave properties of the emitted measurement radiation may be stored as corresponding reference values in the processing device 5 or detected by the measurement system 4 during emission be.
- the determined parameters are taken into account in the treatment of the material to be treated 200.
- the treatment device 2 is controlled as a function of the determined parameters.
- the treatment device 2 is operatively connected to the measuring system 4. It is possible that further control devices not shown here are provided.
- the temperature in the interior of the item to be treated 200 can be determined as a parameter. Depending on this temperature, the heating power of the thermal heat source 103 can then be adjusted accordingly.
- the heat output of the heating source 103 is regulated so that optimal temperature conditions for cooking the roast piece prevail in the cooking space 13.
- the determined parameters also predetermined by the user target parameters can be considered.
- the user z. B. pretend that he wants a very crispy roast crust.
- the temperature of the thermal heating source 103 is up-regulated or switched on a GrillMap provoke when the measuring system 4 detects a temperature inside the roast piece, which corresponds to a Fertiggarddling.
- FIG. 2 a household appliance 1 is shown in a highly schematic, sectional side view.
- the domestic appliance 1 here is a cooking device 100 with a treatment chamber 3 designed as a cooking chamber 13.
- the treatment device 2 comprises a thermal heating source 103 whose power is regulated by a control device 42.
- the control device 42 is also operatively connected to the measuring system 4.
- the measuring system 4 is designed as a reflectometer device 54, which is designed as a single-lens reflectometer.
- the transmitting device 14 and the receiving device 24 are housed together in a reflectometer, which thus also serves as a transmitter and receiver.
- the Refleometer worn 54 is also formed here as a broadband radar reflectometer.
- electromagnetic measuring radiation is generated and transmitted, which is preferably in a frequency band which is at least 10 gigahertz wide.
- the frequency band here is 15 gigahertz or 20 gigahertz or more wide.
- the measuring radiation comprises at least two frequencies and preferably a plurality of frequencies. At least two of the frequencies differ by at least 100 gigahertz or more.
- the measuring radiation may also have a frequency width of 10% or more of the center frequency of the frequency band used.
- the measuring radiation is sent by the transmitting device 14 into the treatment space 3.
- the measuring radiation inter alia interacts with the material to be treated 200 and is reflected by this.
- the reflected measuring radiation is detected by the receiving device 24.
- two independent sizes are measured here, z. B. Amount and phase.
- the processing device 5 determines, based on the detected quantities, the frequency dependence of the ratio of radiation power transmitted into the treatment space 3 to reflected radiation power.
- the measured variables can be designated, for example, with the scattering parameter S11, as are also known in vector network analyzers.
- the processing means 5 calculates from the measured, frequency-dependent scattering parameter S11 (as complex numbers, containing two independent measurands) for each Measurement frequency, first, the real part components and the imaginary part components of the complex permittivity epsilon.
- the complex S11 can be converted into complex epsilon.
- the permittivity describes the properties of the material in interaction with the measuring radiation for the material 200 to which the measuring radiation was reflected. This interaction is dependent, inter alia, on the temperature of the material 200 to be treated, which can advantageously be used to determine the temperature.
- the real part and the imaginary part of the complex permittivity are computationally viewed by the processing device 5 in a Cole-Cole diagram.
- a circular arc with a center point on the axis for the real part is writable.
- the temperature of the material to be treated 200 results from the circle radius or the position of the circle center on the real part axis.
- the values for circle radius or circle center are compared by the processing device 5 with corresponding reference values which are stored in the storage device 7 of the measuring system 4.
- the reference value is, for example, a value for the radius of the circular arc or the position of the circle center on the real part axis of a known substance at defined temperatures. Also possible are reference values, which have been obtained by measuring defined treatment goods or by appropriate simulations. If, for example, the item to be treated 200 is a food, reference values for water or water-containing objects, based on the typical water content of foods, provide comparable results for the temperature determination.
- the corresponding measuring points for the permittivity are as far as possible on the circle radius.
- the methods presented here and the household appliances are particularly advantageous because a broadband radar reflectometer or ultra-wideband radars are used.
- the broadband measuring radiation used in this case allows the corresponding measuring points for the permittivity to be far apart in terms of frequency, so that a corresponding accuracy and reliability of the temperature determination is possible.
- the broadband measuring radiation is that correspondingly few measuring points are sufficient for a reliable temperature determination.
- the measuring points on the circle radius are so far removed that a reliable construction of the center of the circle z. B. by secant formation and establishment of the perpendicular bisector is possible.
- the center of the circle lies at the intersection of the mid-perpendiculars on the secant.
- the center of the circle can also result from the average of the intersections of all mid-perpendiculars on the secants with the axis for the real part of the permittivity.
- the additional information is used that the center point on the real part axis must lie. It is also possible to fit a circle into all existing measuring points for the permittivity or to calculate them approximately. The center or circle radius is then calculated from this circle.
- a reliable temperature determination of water or aqueous products 200 by means of measured values from a frequency band of only 10 gigahertz is possible.
- the method requires only a correspondingly low technical complexity, so that an application in commercial household appliances is economically possible.
- Another advantage of viewing in a Cole-Cole diagram is that it is relatively safe to deduce the circle from a comparatively small pitch circle segment because it is known that it is a circle, not an ellipse or even a circle more indefinite function course.
- the reflectometer device 54 may also be formed as a two-port or multi-port reflectometer device 54.
- further transmitting devices 14 or receiving devices 24 can be provided.
- the principle of transmission measurement is also possible. This can be particularly advantageous in certain geometric conditions in the treatment space 3.
- the transmission through the material to be treated 200 is also accessible to the measurement.
- the scattering parameters S11 the scattering parameters S12, S21 and S22 can also be determined.
- two or more reflectometer antennas can be provided. For more than two antennas, a variant is to operate them in pairs and to determine reflection and transmission for each pair.
- the domestic appliance 1 shown here can also be designed as an alternative to the reflectometer device 54 with an ultra-wideband radar device 44, as described, for example, in US Pat. B. in the Fig. 3 is described.
- the transmitting device 24 is opened only for a specific time window.
- the processing device 5 only takes into account measurement radiation from a specific time window.
- the time window preferably comprises only the duration of the reflex of the material to be treated 200.
- the receiving device 24 or the processing device 5 is synchronized with the transmitting device 14 for generating the pulse.
- Such a method and the household appliance 1 designed for such a method enable a very reliable and non-contact temperature determination of the item to be treated 200.
- a particular advantage is that the temperature inside an object or item 200 can be measured without contact. With knowledge of the internal temperature or the volume temperature, the treatment process and the treatment device 2 can be influenced in a particularly targeted manner.
- the heating source 103 is controlled such that an optimum temperature for the respective treatment is present in the item to be treated 200.
- the volume temperature usually correlates very closely with the required cooking time of a food. This allows a very reliable control of automatic functions.
- the FIG. 3 time a domestic appliance 1 in a highly schematic side view.
- the domestic appliance 1 is designed here as a cooking appliance 100.
- the treatment chamber 3 is a cooking chamber 13 and can be heated by a treatment device 2 designed as a thermal heating source 103.
- the heating source 103 is operatively connected to a control device 42 and can be regulated by this.
- the measuring system 4 is provided for determining characteristic characteristics of the material to be treated 200 and is designed as an ultra-wideband radar device 44.
- the ultra-wideband radar device 44 here has two opposing antennas 440, 441.
- an antenna in each case comprises a transmitting device 14, 140 and a receiving device 24, 240.
- the antenna 440, 441 work as a transmitter and receiver.
- the bandwidth of the radar is here preferably greater than 250 megahertz, and preferably greater than 10% of the center frequency of the frequency band used.
- Particularly preferred is a frequency band which is released for such ultra-wideband applications.
- a particularly preferred frequency range is, for example, from 100 megahertz to 30 gigahertz or even 100 gigahertz.
- the measuring system 4 generates measuring radiation and sends it out to the treatment room 3 and to the material 200 to be treated. In this case, a part of the measuring radiation is reflected by the material to be treated 200 and runs back to the antenna 440, 441, from which the measuring radiation was emitted. Another part of the measuring radiation is transmitted from the material to be treated 200 and transmitted to the opposite antenna 440, 441. Thus, it is possible to detect measurement radiation reflected and transmitted by the item to be treated 200.
- the measuring system 4 detects at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation, such. As the amplitude, frequency, phase or polarization or angle of rotation. Based on the change in the wave property of the received measuring radiation in relation to the transmitted measuring radiation, the characteristic characteristic of the material to be treated 200 is determined. The change relates in particular to the phase and / or the amplitude and / or further characteristic parameters and can be described for example by corresponding scattering parameters.
- the processing device 5 calculates the real part and the imaginary part of the complex permittivity from the detected wave properties.
- the processing device 5 takes into account the frequency of the transmitted or received measuring radiation so that the complex permittivity or its real part or imaginary part can be determined as a function of the respective frequency or as a function of the frequency.
- the processing unit 5 On the basis of the complex permittivity and its frequency dependence, a wide variety of characteristic parameters for the item to be treated 200 can be calculated by the processing unit 5.
- the outer contour of the item to be treated 200, the temperature distribution or the moisture distribution in the interior of the item to be treated 200, the material composition, the density distribution and numerous other properties of the item to be treated 200 which can interact with electromagnetic measuring radiation can be represented.
- a wide variety of parameters can be spatially resolved or can be determined or represented integrated over the volume of the material 200 to be treated. So z. B. from the integral moisture content in the material to be treated 200 over the treatment time of the moisture loss of the treated 200 and thus z. B. the cooking process can be determined.
- the transmission devices 14, 140 of the ultra-wideband radar device 44 are designed here for emitting ultrashort pulses.
- the duration of the pulses is in the picosecond range.
- the pulses have correspondingly steep flanks.
- the receiving devices 24, 240 are designed to receive the broadband pulses. In this case, the receiving devices 24, 240 detect only the measuring radiation, which lies within a certain time window.
- the time window begins in an adjustable time after the transmission of the transmission pulse. Such a time window makes it possible to determine from which spatial area of the treatment space 3 or the material 200 the received measurement signal originates.
- the momentum is influenced by the interaction with the item to be treated 200 so that characteristic wave sizes such as the phase or amplitude change.
- the changes are detected by the measuring system 4 and evaluated by the processing device 5 time-dependent, so that the electrical properties of the material to be treated can be determined in exactly the spatial area from which the received measuring radiation originates.
- the spatial resolution is greater or smaller. If, for example, the spatial resolution is to be less detailed, one can work with a lower frequency bandwidth or the spatial information is averaged.
- the FIG. 4 shows a highly schematic representation of another household appliance in a side view.
- the measuring system here has an ultra-wideband radar device 44, which has pivotable transmitting device 14 and a pivotable receiving device 24. By pivoting, a spatially resolved description of characteristic parameters of the material to be treated 200 is made possible with only one transmitting device 14 and one receiving device 24.
- the receiving device 24 is preferably pivoted in a spacing grid along the material 200 to be treated.
- the transmitting device 14 retains its position. At each pivot position of the receiving device 24 measuring radiation is detected over the entire frequency band observed.
- the receiving device 24 has a time window for the reception of the measuring radiation reflected and transmitted on the material to be treated, which is preferably passed through once completely. Subsequently, the transmitting device 14 is moved, wherein at this new position, the receiving device 24 is pivoted again along the spacing grid.
- a directional characteristic is used, so that the transmitting device 14 is pivoted when the receiving device 24 receives a signal with a corresponding phase shift.
- the measurement run described above can also be repeated in a desired time grid in order to observe the temporal behavior of the parameter of the material to be treated 200.
- FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring system 4 with an ultra-wideband radar device 44.
- the measuring system presented here is equipped with movable receiving devices 24, 240.
- the transmitting device 14 is pivotable. During a measuring operation, the transmitting device 14 assumes a specific pivot position while the Receiving devices 24, 240 are moved along the specialistssguts 200. Preferably, the receiving devices 24, 240 are moved along a predetermined distance grid. Other combinations of stationary, movable and / or pivotable transmitting devices 14 or receiving devices are also possible.
- a household appliance 1 with a measuring system 4 which allows a determination of the distribution of the radiation power in the treatment room 3. Cavity resonances are determined frequency-dependent, for example.
- the treatment room is designed as a cooking chamber 13.
- the electric heater 12 is provided.
- the heating device 12 has an oscillator device 52 and an amplifier device 62, which together generate and amplify electromagnetic radiation power for heating the cooking chamber 13.
- the heater 12 is controlled by a controller 42.
- the measuring system 4 is designed here as an ultra-wideband radar device 44 and has a transmitting device 14, a receiving device 24 and a processing device 5.
- the measuring system 4 operates substantially similar to that in the FIG. 3
- the measuring system 4 shown here determines, based on the change in the wave property of the received measuring radiation with respect to the transmitted measuring radiation, a spatial power distribution of electromagnetic radiation. In this case, the power of the measuring radiation absorbed by the treatment space 3 and / or by the material to be treated 200 is determined as a function of the frequency.
- the measurement system may also include an ultra-wideband radar device 44 or a reflectometer device 54 as previously described.
- the common cavity resonances of the treatment chamber 3 and 200 treated material can be determined for this frequency.
- the ultra-short pulses emitted as measuring radiation are preferably in the range of picoseconds to nanoseconds or even microseconds.
- the frequency bandwidths associated with Fourier transformation are in particular in the range of a few 10 MHz to 1 Hz.
- the pulse duration is chosen so that the reflected measuring radiation in the treatment chamber 3 is not superimposed on the way to the receiving device 24 with the incoming pulse.
- the pulse length is selected to be so short that multiple reflections from different regions of the treatment space 3 can be discriminated from reflections at the treatment space 200.
- the time window is set as described above.
- cavity resonances Due to the frequency-dependent difference between transmitted and received power of the measuring radiation, cavity resonances appear at certain frequencies. In such Cavity resonances particularly high radiation power is absorbed by the treated 200 and treatment room 3. In this case, it is preferably assumed that the treatment area 3, which is usually metallically lined, exhibits a negligible absorption compared to the material 200 to be treated.
- the cavity resonances are in particular interpreted as describing the field distribution or the spatial distribution of electromagnetic power supply within the treatment space and in particular within the material to be treated 200.
- the cavity resonances therefore decisively determine the temperature distribution in the material to be treated 200.
- the cavity resonances thus described by the measuring system 4 can essentially also be transferred to the radiation power supplied by the heating device 12 into the treatment space 3.
- it can be predicted which cavity resonances will occur with the heater active.
- Such a measuring method thus has the advantage that the spatial distribution of the radiation powers that can be supplied by the heating device 12 can be described in detail in a treatment space 3 of a given material 200 to be treated.
- the power supply to the material 200 can be influenced in a targeted manner, for. B. by Stirrer or orientation of the material 200.
- the complex permittivity for each measurement frequency in the frequency band of the ultra-wideband radar device 44 is preferably determined.
- the absorption, reflection and transmission of electromagnetic radiation power of the respective frequency can be determined.
- the domestic appliance 1 shown here also has the advantage that the heating device 12 can be controlled in accordance with the previously determined spatial power distribution.
- the heating device 12 can be controlled in accordance with the previously determined spatial power distribution.
- radiation power can be generated at the specific frequency or in a specific frequency range.
- the oscillator device 52 is operatively connected to the control device 42 and controllable by this.
- the frequency of the radiation power emitted by the heating device can be set as a function of the power distribution or the determined cavity resonances determined by the measuring system.
- a frequency is chosen for which the item to be treated has previously shown a high or low absorption capacity in the measuring cycle. It is also possible for the heating device 12 to emit radiation power at different frequencies over time so that certain field distributions or cavity resonances can be superimposed in succession over time. With knowledge of the spatial absorption capacity of the material to be treated 200 is also possible, certain areas of the material to be treated 200 a supply high radiation power and administer a correspondingly low radiation power to other areas. For example, food can be heated more in an inner area than in an outer area.
- the FIG. 7 shows a trained as a cooking appliance 100 home appliance 1 with a measuring system 4.
- the measuring system 4 substantially corresponds to the measuring system 4, as shown in the FIG. 6 has been described.
- the heating device 12 has a transmission device 22 here.
- the transmission device 22 is connected to the heater 12 via a waveguide device 72.
- the transmission device 22 is provided here to distribute the electromagnetic radiation power generated by the heater 12 in the treatment room 3.
- the transmission device 22 may be formed, for example, as a stirrer or impeller or the like.
- metal-conducting metal sheets are provided which are moved by a motor and lead to a deflection of the radiation power emitted into the treatment chamber 3.
- different vibration modes or cavity resonances in the treatment chamber 3 are achieved depending on the position of the stirrer or the rotary vane different vibration modes or cavity resonances in the treatment chamber 3 are achieved.
- the cooking device 100 here also has a positioning device 32.
- the positioning is designed, for example, as a turntable and serves to position or move the material to be treated 200 in the treatment space 3.
- the transmission device 22 is here operatively connected to a control device 42, which in turn is operatively connected to the measuring system 4.
- the transmission device 22 can be controlled as a function of the information determined by the measuring system.
- the transfer device 22 is preferably aligned so that a desired power supply to the material to be treated 200 is achieved.
- the change in the cavity resonances in the treatment chamber 3 after changing the position of the transmission device 22 can be monitored by the measuring system 4.
- the measuring system 4 again transmits the cavity resonances when the transmission device 22 has been changed.
- the positioning device 32 is set as a function of the cavity resonances determined by the measuring system 4.
- the desired cavity resonance can also be approached by the heater 12 emits radiant power at a certain frequency, as for example for the cooking appliance 100 in the FIG. 6 has been described.
- the information contained in the weighted sum may preferably have been determined in advance by a simulation or also by tests.
- This information and other previously determined parameters of a power distribution are preferably stored as reference parameters in a memory device of the domestic appliance 1. When selecting a corresponding automatic program or another target by the user, the reference parameters are then adapted to the situation.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hausgerätes 1 sowie ein Hausgerät 1 mit wenigstens einer Heizeinrichtung 12 zur dielektrischen Erwärmung von Behandlungsgut 200 durch elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Behandlungsraum 3. Dabei ist wenigstens ein Messsystem 4 mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung 5 vorgesehen. Das Messsystem 4 ist dazu geeignet und ausgebildet, elektromagnetische Messstrahlung zu erzeugen. Das Messsystem 4 weist wenigstens eine Sendeeinrichtung 14 zum wenigstens zeitweisen Senden elektromagnetischer Messstrahlung in den Behandlungsraum 3 und wenigstens eine Empfangseinrichtung 24 zum wenigstens zeitweisen Empfangen der in den Behandlungsraum 3 gesendeten Messstrahlung auf. Das Messsystem 4 ist dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung zu erfassen. Die Verarbeitungseinrichtung 5 ist dazu geeignet und ausgebildet, anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wenigstens ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung 12 in den Behandlungsraum 3 zuführbaren Strahlung zu ermitteln.The present invention relates to a method for operating a household appliance 1 and a domestic appliance 1 with at least one heating device 12 for the dielectric heating of material 200 by electromagnetic radiation in at least one treatment space 3. At least one measuring system 4 with at least one processing device 5 is provided. The measuring system 4 is suitable and designed to generate electromagnetic measuring radiation. The measuring system 4 has at least one transmitting device 14 for at least temporarily transmitting electromagnetic measuring radiation into the treatment space 3 and at least one receiving device 24 for at least temporarily receiving the measuring radiation sent into the treatment space 3. The measuring system 4 is suitable and designed to detect at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation. The processing device 5 is suitable and designed to determine at least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be supplied by the heating device 12 into the treatment space 3 based on the change in the wave property of the received measurement radiation with respect to the transmitted measurement radiation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hausgerätes sowie ein Hausgerät mit wenigstens einer Heizeinrichtung zur dielektrischen Erwärmung von Behandlungsgut durch elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Behandlungsraum. Dabei ist wenigstens ein Messsystem mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung vorgesehen.The present invention relates to a method for operating a household appliance and a domestic appliance with at least one heating device for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment room. In this case, at least one measuring system with at least one processing device is provided.
Beim Einsatz von Mikrowellenstrahlung in Hausgeräten zum Aufheizen von Behandlungsgut bilden sich im Behandlungsraum in der Regel elektromagnetische Resonanzen aus. Die Resonanzen lassen sich als Schwingungsmoden mit einer räumlichen Verteilung aus Feldstärkeschwankungen mit maximaler Amplitude, sog. Bäuchen, und Feldstärkeschwankungen mit minimaler Amplitude, sog. Knoten, beschreiben.When using microwave radiation in domestic appliances for heating up the treated material, electromagnetic resonances generally form in the treatment room. The resonances can be described as vibration modes with a spatial distribution of field strength fluctuations with maximum amplitude, so-called bellies, and field strength fluctuations with minimal amplitude, so-called nodes.
Die gemeinsamen Moden von Behandlungsraum und Behandlungsgut entsprechen dabei im Wesentlichen einer elektromagnetischen Feldverteilung, deren Aussehen den möglichen räumlichen Leistungseintrag in das Behandlungsgut beschreibt. Die Mikrowellenleistung wird, bedingt durch die Resonanzmoden, somit ungleichmäßig verteilt. So gibt es beispielsweise in einem Garraum Orte, an denen das Gargut im Bereich eines Knotens liegt und kaum erwärmt wird sowie Orte, an denen das Gargut im Bereich eines Bauches ist und somit besonders stark erwärmt wird.The common modes of treatment room and material to be treated essentially correspond to an electromagnetic field distribution whose appearance describes the possible spatial power input into the material to be treated. The microwave power is thus distributed unevenly due to the resonance modes. Thus, for example, there are places in a cooking space where the food to be cooked is located in the area of a knot and is hardly heated, and places where the food to be cooked is in the area of a stomach and thus is heated particularly strongly.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt geworden, die Erwärmung des Garguts räumlich gleichmäßiger zu gestalten. Beispielsweise wird das Gargut mit einem Drehteller durch die vorhandenen Moden bewegt. Dabei werden durch die Positionsänderung des Garguts auch die Resonanzmoden an sich verändert. Eine weitere Möglichkeit zur gleichmäßigen Verteilung von Strahlungsleistung im Garraum bieten sog. Stirrer bzw. Flügelräder. Üblicherweise ist ein Stirrer ein elektrisch leitendes Blechteil, das von einem Motor gedreht wird und am Übergang vom Wellenkanal zum Garraum positioniert ist. Dabei beeinflusst der Stirrer die Wellenverteilung und somit auch die Verteilung der Moden im Garraum.In the prior art, various approaches have become known to make the heating of the food spatially uniform. For example, the food is moved with a turntable through the existing modes. In this case, the resonance modes are changed by the change in position of the food. Another possibility for uniform distribution of radiant power in the cooking chamber offer so-called. Stirrer or impellers. Typically, a Stirrer is an electrically conductive sheet metal part, which is rotated by a motor and is positioned at the transition from the shaft channel to the cooking chamber. The Stirrer influences the wave distribution and thus also the distribution of the modes in the cooking chamber.
Die bekannten Ansätze gestalten in der Regel die Erwärmung des Garguts dadurch gleichmäßiger, dass eine Mittelung des Leistungseintrags über die Zeit erfolgt. Entweder wird das Gargut über die Zeit durch die Bereiche der Moden bewegt oder die Moden selbst werden zeitlich aufeinander folgend verändert. Problematisch an solchen Verfahren ist allerdings, dass die tatsächlichen Resonanzen und Feldstärken im Behandlungsraum in der Regel nicht bekannt sind. Dadurch erfolgt eine zeitliche Überlagerung bzw. Veränderung der Moden, bei der aber nicht alle Moden auftreten oder gleichmäßig verteilt sein müssen. Das kann zu einer hinsichtlich der Gleichmäßigkeit nicht optimalen Leistungsverteilung führen.As a rule, the known approaches make the heating of the cooking product more uniform, so that an averaging of the power input takes place over time. Either the food to be cooked is moved through the areas of the modes over time or the modes themselves are changed in chronological succession. The problem with such methods, however, is that the actual resonances and field strengths in the treatment room are generally unknown are. This results in a temporal overlay or change of modes, but not all modes occur or must be evenly distributed. This can lead to a performance distribution that is not optimal in terms of uniformity.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Hausgerätes zur Verfügung zu stellen, womit eine gleichmäßigere Verteilung der Strahlungsleistung im Behandlungsraum ermöglicht wird.It is therefore the object of the present invention to provide a method for operating a household appliance, whereby a more uniform distribution of the radiation power in the treatment room is made possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Hausgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben eines Hausgerätes. Es ist wenigstens eine Heizeinrichtung zur dielektrischen Erwärmung von Behandlungsgut durch elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Behandlungsraum vorgesehen. Dabei erzeugt wenigstens ein Messsystem wenigstens zeitweise elektromagnetische Messstrahlung. Das Messsystem sendet die Messstrahlung wenigstens zeitweise mit wenigstens einer Sendeeinrichtung in den Behandlungsraum. Wenigstens zeitweise wird die in den Behandlungsraum gesendete Messstrahlung von wenigstens einer Empfangseinrichtung des Messsystems wieder empfangen. Das Messsystem erfasst dabei wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung. Mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung wird anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wenigstens ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung in den Behandlungsraum zuführbaren Strahlung ermittelt.The inventive method is suitable for operating a household appliance. At least one heating device is provided for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment space. At least one measuring system generates at least temporarily electromagnetic measuring radiation. The measuring system sends the measuring radiation at least temporarily with at least one transmitting device in the treatment room. At least temporarily, the measuring radiation sent into the treatment room is received again by at least one receiving device of the measuring system. The measuring system detects at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation. At least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space is determined with at least one processing device on the basis of the change in the wave property of the received measuring radiation with respect to the transmitted measuring radiation.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass ein Messsystem vorgesehen ist, mit dem ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung in den Behandlungsraum zuführbaren Strahlung ermittelt wird. Dadurch kann die Verteilung der Strahlungsleistung im Behandlungsraum und im Behandlungsgut besonders zuverlässig ermittelt werden. Anhand dieses Maßes kann beispielsweise bestimmt werden, wo im Behandlungsraum Knoten und Bäuche auftreten und wie die Resonanzmoden räumlich verteilt sind. Auch eine veränderte Verteilung der Resonanzen, beispielsweise durch eingebrachtes Behandlungsgut, kann erfasst werden. Diese Informationen können besonders vorteilhaft eingesetzt werden, z. B. um ein sehr gleichmäßiges Erwärmen von Gargut zu erreichen und die Heizeinrichtung optimal zu steuern, da die tatsächlich vorhandenen Moden berücksichtigt werden.The method according to the invention has many advantages. A considerable advantage is that a measuring system is provided, with which a measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space is determined. As a result, the distribution of the radiation power in the treatment room and in the material to be treated can be determined particularly reliably. On the basis of this measure can be determined, for example, where in the treatment room nodes and bellies occur and how the resonance modes are spatially distributed. Also, a changed distribution of the resonances, for example by introduced treated, can be detected. This information can be used particularly advantageously, for. B. to achieve a very uniform heating of food and to control the heater optimally, since the actual existing modes are taken into account.
Die vom Messsystem erfasste Größe beschreibt vorzugsweise eine Welleneigenschaft wie z. B. Phase, Amplitude, Frequenz, Wellenlänge und/oder Polarisation. Möglich sind auch andere in der Hochfrequenztechnik oder Radartechnik übliche Größen zur Erfassung von Signalen. Die vom Messsystem erfasste Größe wird insbesondere als Funktion der Frequenz und/oder als Funktion der Zeit bestimmt.The detected by the measuring system size preferably describes a wave property such. As phase, amplitude, frequency, wavelength and / or polarization. Also possible are other common in high-frequency technology or radar magnitudes for the detection of signals. The quantity detected by the measuring system is determined in particular as a function of the frequency and / or as a function of time.
Die Veränderung der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wird vorzugsweise durch die Veränderung wenigstens einer der wenigstens einen vom Messsystem erfassten Größe ermittelt. Die Veränderung betrifft insbesondere die Phase und/oder die Amplitude der Messstrahlung. Möglich ist aber auch, dass die Veränderung der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung die Frequenz und/oder die Wellenlänge und/oder die Polarisation und/oder den Drehwinkel oder wenigstens eine andere übliche Größe der Hochfrequenztechnik betrifft. Bevorzugt wird die Veränderung durch wenigstens einen Streuparameter bzw. S-Parameter erfasst und/oder beschrieben. Dabei wird insbesondere die vom Behandlungsgut absorbierte Strahlungsleistung und/oder der entsprechende Streuparameter als Funktion der Frequenz berücksichtigt.The change of the received measuring radiation in relation to the transmitted measuring radiation is preferably determined by the change of at least one of the at least one variable detected by the measuring system. The change relates in particular to the phase and / or the amplitude of the measuring radiation. However, it is also possible that the change in the received measuring radiation with respect to the transmitted measuring radiation relates to the frequency and / or the wavelength and / or the polarization and / or the angle of rotation or at least one other common size of the high-frequency technology. The change is preferably detected and / or described by at least one scatter parameter or S parameter. In particular, the radiation power absorbed by the material to be treated and / or the corresponding scattering parameter is taken into account as a function of the frequency.
Das Behandlungsgut ist vorzugsweise ein Objekt, welches im Wesentlichen zur Behandlung in den Behandlungsraum eingebracht wird. Das kann beispielsweise ein zu reinigendes und/oder zu trocknendes Objekt und/oder ein Gargut bzw. ein zu erwärmendes Objekt sein. Möglich ist aber auch, dass das Behandlungsgut auch und/oder nur zur Bestimmung der räumlichen Leistungsverteilung in den Behandlungsraum eingebracht wird.The item to be treated is preferably an object which is introduced into the treatment room essentially for treatment. This can be, for example, an object to be cleaned and / or dried and / or a food or an object to be heated. It is also possible that the material to be treated is also introduced into the treatment room and / or only to determine the spatial power distribution.
Behandlungsgut im Sinne dieser Anmeldung kann auch ein beliebiges Objekt im Behandlungsraum sein, welches insbesondere hilfsweise zusammen mit dem zu behandelnden Objekt in den Behandlungsraum eingebracht wurde, wie z. B. ein Gargefäß, ein Wäscheschutzbeutel oder ein Lösemittel oder dergleichen. Dabei ist es möglich, dass die räumliche Leistungsverteilung zusammen mit dem hilfsweise eingebrachten Behandlungsgut und/oder separat von dem hilfsweise eingebrachten Behandlungsgut ermittelt wird.Material to be treated in the sense of this application can also be any object in the treatment room which, in particular, has been introduced into the treatment room together with the object to be treated, in particular as an alternative. As a cooking vessel, a laundry bag or a solvent or the like. It is possible that the spatial power distribution is determined together with the auxiliary material to be treated and / or separately from the auxiliary material to be introduced.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bevorzugt, dass die räumliche Leistungsverteilung nach dem Einbringen des Behandlungsgutes in den Behandlungsraum ermittelt wird. Das hat den Vorteil, dass eine durch das Behandlungsgut bedingte Veränderung der räumlichen Leistungsverteilung erkannt wird. Die Ermittlung kann auch wiederholt und/oder regelmäßig nach dem Einbringen des Behandlungsgutes erfolgen. Vorzugsweise wird auch die räumliche Leistungsverteilung innerhalb des Behandlungsgutes ermittelt und berücksichtigt. Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung während des Behandlungsvorgangs. Dabei kann die Heizeinrichtung in einen Ruhemodus versetzt sein, in welchem im Wesentlichen keine Strahlungsleistung zur Erwärmung des Behandlungsgutes gesendet wird. Das Messsystem und die Heizeinrichtung können aber auch wenigstens zeitweise parallel betrieben werden.In an advantageous embodiment, it is preferred that the spatial power distribution is determined after the introduction of the material to be treated into the treatment room. This has the advantage that a change in the spatial power distribution caused by the material to be treated is recognized. The determination can also be made repeatedly and / or regularly after the introduction of the material to be treated. Preferably, the spatial power distribution within the material to be treated is determined and taken into account. Particularly preferably, the determination takes place during the treatment process. In this case, the heating device can be set in a sleep mode, in which substantially no radiant power is sent to heat the material to be treated. However, the measuring system and the heating device can also be operated in parallel at least temporarily.
Das Maß für die räumliche Leistungsverteilung der in den Behandlungsraum ohne Behandlungsgut zuführbaren Strahlung wird dabei vorzugsweise vor dem Einbringen des Behandlungsgutes ermittelt. Das kann bereits im Werk durchgeführt werden. Dabei können die gemessenen Werte beispielsweise in einer Speichereinrichtung als Referenzwerte abgelegt werden. Möglich ist auch, dass die Werte erfasst werden, wenn das Gerät zur Behandlung von Behandlungsgut von einem Benutzer eingeschaltet oder eine bestimmte Betriebsart und/oder ein bestimmter Programmbetrieb gewählt wird. Möglich ist auch, dass ein Servicemodus aktiviert wird, bei welchen eine Ermittlung der räumlichen Leistungsverteilung durchgeführt wird.The measure of the spatial power distribution of the radiation to be supplied into the treatment room without material to be treated is preferably determined before the introduction of the material to be treated. This can already be done in the factory. In this case, the measured values can be stored, for example, in a memory device as reference values. It is also possible that the values are recorded when the device is switched on by a user for the treatment of items to be treated or when a specific operating mode and / or a specific program mode is selected. It is also possible that a service mode is activated, in which a determination of the spatial power distribution is performed.
Vorzugsweise beschreibt die ermittelte Leistungsverteilung wenigstens eine Mode für die elektromagnetische Feldverteilung im Behandlungsraum. Die ermittelte Leistungsverteilung kann auch wenigstens eine elektromagnetische Resonanz bzw. Hohlraumresonanz der zuführbaren Strahlung im Behandlungsraum beschreiben. Dabei beschreibt die Mode insbesondere eine Verteilung aus Feldstärkeschwankungen mit maximaler Amplitude, sog. Bäuchen, und Feldstärkeschwankungen mit minimaler Amplitude, sog. Knoten. Vorzugsweise beschreibt die ermittelte räumliche Leistungsverteilung, an welcher Position im Behandlungsraum elektromagnetische Hohlraumresonanzen vorliegen und/oder sich ein solcher Knoten bzw. Bauch befindet.Preferably, the determined power distribution describes at least one mode for the electromagnetic field distribution in the treatment room. The determined power distribution can also describe at least one electromagnetic resonance or cavity resonance of the deliverable radiation in the treatment room. In particular, the mode describes a distribution of field strength fluctuations with maximum amplitude, so-called bellies, and field strength fluctuations with minimal amplitude, so-called nodes. The determined spatial power distribution preferably describes at which position electromagnetic resonance resonances are present in the treatment space and / or such a node or abdomen is located.
Das hat den Vorteil, dass Feldstärkeschwankungen im Behandlungsraum bzw. im Behandlungsgut erkannt und lokalisiert werden können. Zudem können daraus Frequenzen ermittelt werden, bei denen das Behandlungsgut besonders viel und/oder besonders wenig elektromagnetische Strahlungsleistung aufnehmen kann. So kann die Heizeinrichtung entsprechend gesteuert werden, um eine optimale Erwärmung des Behandlungsgutes zu erreichen. Beispielsweise kann auch die zu erwartende Behandlungsdauer berechnet werden und die Heizeinrichtung entsprechend gesteuert werden. Das Behandlungsgut kann auch entsprechend der Leistungsverteilung im Behandlungsraum ausgerichtet werden.This has the advantage that field strength fluctuations in the treatment room or in the material to be treated can be detected and localized. In addition, it can be used to determine frequencies at which the material to be treated can absorb a great deal and / or a particularly low level of electromagnetic radiation power. Thus, the heater can be controlled accordingly to achieve optimum heating of the material to be treated. For example, the expected duration of treatment can be calculated and the heater can be controlled accordingly. The material to be treated can also be aligned according to the distribution of power in the treatment room.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Behandlungsgut in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung durch wenigstens eine Positioniereinrichtung im Behandlungsraum ausgerichtet. Die Ausrichtung kann über die Zeit verändert werden, sodass verschiedene Verweilzeiten des Behandlungsgutes in bestimmten Feldstärkezonen möglich sind. Möglich ist auch, dass die Leistungsverteilung wiederholt ermittelt wird und die Ausrichtung wiederholt angepasst wird. Das Behandlungsgut kann beispielsweise so ausgerichtet werden, dass wesentliche Bereiche in Knoten und/oder Bäuchen der Hohlraumresonanz positioniert werden. Möglich ist auch eine Veränderung der Positionierung über die Zeit, sodass eine bestimmte mittlere Leistungszufuhr erreicht werden kann. Dadurch kann die Leistungszufuhr besonders gleichmäßig gestaltet werden, z. B. um ein Gargut schonender zu erwärmen. Die Positioniereinrichtung kann wenigstens eine motorgetriebene Dreh- und/oder Schwenkeinrichtung umfassen, wie z. B. ein Drehteller.In a further embodiment of the method, the material to be treated is aligned in the treatment space as a function of the determined power distribution by at least one positioning device. The orientation can be changed over time, so that different residence times of the material to be treated in certain field strength zones are possible. It is also possible that the power distribution is determined repeatedly and the alignment is adjusted repeatedly. For example, the material to be treated can be aligned such that essential areas are positioned in nodes and / or bellies of the cavity resonance. It is also possible to change the positioning over time, so that a certain average power supply can be achieved. As a result, the power supply can be made very uniform, z. B. to heat a food gently. The positioning device may comprise at least one motor-driven rotary and / or pivoting device, such as. B. a turntable.
Möglich ist auch, dass die Heizeinrichtung wenigstens eine einstellbare Übertragungseinrichtung zur gerichteten Einbringung der elektromagnetischen Strahlung in den Behandlungsraum aufweist. Dabei wird die Übertragungseinrichtung insbesondere in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung eingestellt. Beispielsweise kann die Übertragungseinrichtung so eingestellt werden, dass eine Hohlraumresonanz im Behandlungsraum vorliegt, welche Knoten bzw. Bäuche in gewünschten Bereichen des Behandlungsgutes aufweist. Die Übertragungseinrichtung kann über die Zeit verstellt werden, um das Behandlungsgut verschiedenen Feldstärken aussetzen zu können und über die Zeit einen bestimmten Leistungseintrag zu erreichen. Die einstellbare Übertragungseinrichtung umfasst z. B. wenigstens einen Stirrer oder eine Drehantenne. Die Übertragungseinrichtung kann auch eine Sendeantenne umfassen.It is also possible that the heating device has at least one adjustable transmission device for the directed introduction of the electromagnetic radiation into the treatment space. In this case, the transmission device is set in particular as a function of the determined power distribution. For example, the transmission device can be set so that a cavity resonance is present in the treatment room, which has nodes or bellies in desired areas of the material to be treated. The transfer device can be adjusted over time in order to expose the material to be treated to different field strengths and to achieve a certain power input over time. The adjustable transmission device comprises z. B. at least one Stirrer or a rotating antenna. The transmission device may also include a transmitting antenna.
Die Übertragungseinrichtung und/oder die Positioniereinrichtung werden vorzugsweise durch eine Steuereinrichtung eingestellt. Dabei ist die Steuereinrichtung insbesondere mit dem Messsystem wirkverbunden und berücksichtigt die ermittelten Werte.The transmission device and / or the positioning device are preferably set by a control device. In this case, the control device is in particular operatively connected to the measuring system and takes into account the determined values.
Es ist bevorzugt, dass die Leistung der von der Heizeinrichtung gesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung durch wenigstens eine Steuereinrichtung eingestellt wird. Insbesondere wird die Höhe der zugeführten Leistung und/oder die Dauer der Leistungszufuhr eingestellt. Beispielsweise wird die mittlere Leistungsabgabe über einen bestimmten Zeitraum eingestellt. Dabei ist insbesondere eine getaktete Leistungsabgabe der Heizeinrichtung vorgesehen. Es können auch mehrere Heizeinrichtungen und/oder thermische Heizquellen eingestellt werden. Die Heizeinrichtung ist insbesondere als eine Mikrowellenheizeinrichtung ausgebildet.It is preferred that the power of the electromagnetic radiation sent by the heating device is adjusted as a function of the determined power distribution by at least one control device. In particular, the level of the supplied power and / or the duration of the power supply is set. For example, the average power output is set over a certain period of time. In particular, a clocked power output of the heating device is provided. It is also possible to set a number of heating devices and / or thermal heat sources. The heating device is designed in particular as a microwave heating device.
Bevorzugt umfasst die Messstrahlung wenigstens zwei sich um wenigstens 100 MHz unterscheidende Frequenzen zwischen 10 Megahertz und 1 Terahertz. Vorzugsweise sind mehrere und insbesondere eine Vielzahl von verschiedenen Frequenzen vorgesehen. Dabei können auch Frequenzen und/oder Frequenzintervalle vorgesehen sein, welche aneinandergrenzen und/oder sich wenigstens teilweise überlappen.Preferably, the measuring radiation comprises at least two frequencies differing by at least 100 MHz between 10 megahertz and 1 terahertz. Preferably, a plurality and in particular a plurality of different frequencies are provided. In this case, it is also possible to provide frequencies and / or frequency intervals which adjoin one another and / or overlap at least partially.
Die Messstrahlung kann eine Frequenzbreite von wenigstens 10 % der Mittenfrequenz des eingesetzten Frequenzbandes aufweisen. Möglich ist auch eine Frequenzbreite von mindestens 10 % des arithmetischen Mittelwertes von unterer und oberer Grenzfrequenz des genutzten Frequenzbandes. Bevorzugt ist eine Frequenzbreite von mindestens 20 % des entsprechenden arithmetischen Mittelwertes. Die Frequenzbreite umfasst insbesondere wenigstens 250 Megahertz und vorzugsweise wenigstens 500 Megahertz und/oder wenigstens ein Gigahertz und/oder wenigstens 5 Gigahertz und besonders bevorzugt mehr als 10 Gigahertz. Möglich sind auch 20 Gigahertz oder mehr.The measuring radiation may have a frequency width of at least 10% of the center frequency of the frequency band used. Also possible is a frequency width of at least 10% of the arithmetic mean of lower and upper limit frequency of the frequency band used. A frequency width of at least 20% of the corresponding arithmetic mean value is preferred. In particular, the frequency width comprises at least 250 megahertz and preferably at least 500 megahertz and / or at least one gigahertz and / or at least 5 gigahertz, and more preferably more than 10 gigahertz. Also possible are 20 gigahertz or more.
Die Frequenzen liegen vorzugsweise in einem Frequenzband mit einer Bandbreite, die breiter ist als das ISM-Band eines üblichen Mikrowellengargerätes (ca. 2,4 GHz - 2,5 GHz). Möglich sind auch mehrere Bänder. Insbesondere sind dabei wenigstens zwei Bänder vorgesehen, deren Mittenfrequenzen einen Abstand von wenigstens einem Gigahertz und insbesondere wenigstens fünf Gigahertz und vorzugsweise 10 oder mehr Gigahertz aufweisen.The frequencies are preferably in a frequency band with a bandwidth that is wider than the ISM band of a conventional Mikrowellengargerätes (about 2.4 GHz - 2.5 GHz). Also possible are several bands. In particular, at least two bands are provided, the center frequencies of which have a spacing of at least one gigahertz and in particular at least five gigahertz and preferably ten or more gigahertz.
Vorzugsweise wird die räumliche Leistungsverteilung für wenigstens zwei Frequenzen ermittelt. Die räumliche Leistungsverteilung kann auch als Funktion der Frequenz ermittelt werden. Die Leistungsverteilung wird insbesondere bei Frequenzen ermittelt, die in einem vergleichbaren Frequenzbereich wie die von der Heizeinrichtung ausgesendete Strahlung liegen. Das hat den Vorteil, dass beispielsweise die ermittelten Hohlraumresonanzen wenigstens näherungsweise den Hohlraumresonanzen im Heizbetrieb entsprechen.Preferably, the spatial power distribution is determined for at least two frequencies. The spatial power distribution can also be determined as a function of the frequency. The power distribution is determined in particular at frequencies which lie in a comparable frequency range as the radiation emitted by the heating device. This has the advantage that, for example, the cavity resonances determined at least approximately correspond to the cavity resonances in the heating mode.
Es ist möglich, dass die Heizeinrichtung elektromagnetische Strahlung in einem wenigstens teilweise einstellbaren Frequenzbereich aussendet. Dabei ist der Frequenzbereich der Heizeinrichtung in Abhängigkeit der ermittelten räumlichen Leistungsverteilung für wenigstens eine Frequenz durch wenigstens eine Steuereinrichtung einstellbar. Durch die Anpassung der Frequenz können bestimmte Hohlraumresonanzen realisiert werden, sodass beispielsweise eine besonders gleichmäßige Erwärmung des Behandlungsgutes möglich ist.It is possible for the heating device to emit electromagnetic radiation in an at least partially adjustable frequency range. In this case, the frequency range of the heating device can be set as a function of the determined spatial power distribution for at least one frequency by at least one control device. By adjusting the frequency certain resonances cavities can be realized, so that, for example, a particularly uniform heating of the material to be treated is possible.
Es kann so aber auch eine gezielte ungleichmäßige Erwärmung erreicht werden, z. B. im unteren Bereich wärmer als in einem oberen Bereich. Es können über die Zeit auch verschiedene Frequenzen eingestellt werden, um beispielsweise über einen gewünschten Behandlungszeitraum einen bestimmten mittleren Leistungseintrag in das Behandlungsgut zu bekommen. Die Verweilzeit bei einer bestimmten Frequenz wird dabei insbesondere durch eine gewichtete Summe beschrieben. Die Heizeinrichtung kann wenigstens einen Hochfrequenzoszillator und/oder wenigstens einen Hochfrequenzverstärker umfassen.But it can also be a targeted uneven heating can be achieved, for. B. warmer in the lower area than in an upper area. It can be adjusted over time, different frequencies, for example, over a desired treatment period to get a certain average power input into the material to be treated. The residence time at a certain frequency is described in particular by a weighted sum. The heating device may comprise at least one high-frequency oscillator and / or at least one high-frequency amplifier.
Vorzugsweise wird anhand der ermittelten räumlichen Leistungsverteilung wenigstens eine Frequenz bestimmt, bei welcher das Behandlungsgut im Behandlungsraum eine bestimmte Leistungsaufnahme aufweist. Insbesondere weist das Behandlungsgut eine möglichst hohe Leistungsaufnahme auf. Bevorzugt werden anhand der ermittelten Frequenz die ausgesendeten Frequenzen der Heizeinrichtung eingestellt.Preferably, based on the determined spatial power distribution at least one frequency is determined at which the material to be treated in the treatment room has a certain power consumption. In particular, the material to be treated has the highest possible power consumption. The emitted frequencies of the heating device are preferably adjusted on the basis of the determined frequency.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die ermittelte Leistungsverteilung mit wenigstens einem in wenigstens einer Speichereinrichtung abgelegten Referenzparameter abgeglichen wird. Dabei wird in Abhängigkeit des Abgleichs insbesondere die Leistungszufuhr zum Behandlungsgut eingestellt. Beispielsweise wird eingestellt, bei welchen Hohlraumresonanzen im Behandlungsraum Leistung ausgesendet wird und/oder wie lange Strahlungsleistung bei einer Hohlraumresonanz ausgesendet wird.It is possible and preferred for the determined power distribution to be matched with at least one reference parameter stored in at least one memory device. there In particular, the power supply to the item to be treated is adjusted as a function of the adjustment. For example, it is set at which cavity resonances in the treatment room power is emitted and / or how long radiation power is emitted in a cavity resonance.
Das Anfahren der Hohlraumresonanzen geschieht dabei wie zuvor beschrieben und z. B. durch Einstellung der Positioniereinrichtung oder der Übertragungseinrichtung oder der Sendefrequenz der Heizeinrichtung. Die Referenzparameter können beispielsweise durch Simulationen und/oder Messungen im Vorfeld bzw. Werk bestimmt worden sein. Es können auch Vorschriften in der Speichereinrichtung hinterlegt sein, welche der Steuereinrichtung vorgeben, wie in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung die Heizeinrichtung und/oder die Positioniereinrichtung und/oder die Übertragungseinrichtung einzustellen sind.The start of the cavity resonances is done as described above and z. B. by adjusting the positioning or the transmission device or the transmission frequency of the heater. The reference parameters may have been determined, for example, by simulations and / or measurements in advance or work. Regulations can also be stored in the memory device, which specify to the control device how the heating device and / or the positioning device and / or the transmission device are to be set as a function of the determined power distribution.
Das erfindungsgemäße Hausgerät umfasst wenigstens eine Heizeinrichtung zur dielektrischen Erwärmung von Behandlungsgut durch elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Behandlungsraum. Dabei ist wenigstens ein Messsystem mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung vorgesehen. Das Messsystem ist dazu geeignet und ausgebildet, elektromagnetische Messstrahlung zu erzeugen. Das Messsystem weist wenigstens eine Sendeeinrichtung zum wenigstens zeitweisen Senden elektromagnetischer Messstrahlung in den Behandlungsraum und wenigstens eine Empfangseinrichtung zum wenigstens zeitweisen Empfangen der in den Behandlungsraum gesendeten Messstrahlung auf. Das Messsystem ist dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung zu erfassen. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wenigstens ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung in den Behandlungsraum zuführbaren Strahlung zu ermitteln.The domestic appliance according to the invention comprises at least one heating device for the dielectric heating of material to be treated by electromagnetic radiation in at least one treatment space. In this case, at least one measuring system with at least one processing device is provided. The measuring system is suitable and designed to generate electromagnetic measuring radiation. The measuring system has at least one transmitting device for at least temporarily transmitting electromagnetic measuring radiation into the treatment space and at least one receiving device for at least temporarily receiving the measuring radiation transmitted into the treatment space. The measuring system is suitable and designed to detect at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation. The processing device is suitable and designed to determine at least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be fed from the heating device into the treatment space based on the change in the wave property of the received measurement radiation with respect to the transmitted measurement radiation.
Das erfindungsgemäße Hausgerät hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass ein Messsystem zur Ermittlung der räumlichen Leistungsverteilung vorgesehen ist. Mit einem solchen Messsystem sind z. B. Hohlraumresonanzen im Behandlungsraum ermittelbar, die beim Betrieb der Heizeinrichtung auftreten. In Kenntnis der Hohlraumresonanzen kann das Behandlungsgut dann beispielsweise gezielt bestimmten Feldstärken ausgesetzt werden. Beispielsweise kann Gargut so positioniert werden, dass es besonders gleichmäßig oder auch gezielt ungleichmäßig erwärmbar ist.The domestic appliance according to the invention has many advantages. A significant advantage is that a measuring system is provided for determining the spatial power distribution. With such a measuring system z. B. cavity resonances in the treatment room can be determined, which occur during operation of the heater. With knowledge of the cavity resonances, the material to be treated can then be exposed to specific field strengths, for example. For example, food can be positioned so that it is particularly uniform or targeted unevenly heated.
Insbesondere ist wenigstens eine Positioniereinrichtung vorgesehen. Die Positioniereinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, das Behandlungsgut in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung im Behandlungsraum auszurichten. Möglich ist auch, dass die Heizeinrichtung wenigstens eine einstellbare Übertragungseinrichtung zur gerichteten Einbringung der elektromagnetischen Strahlung in den Behandlungsraum aufweist. Dabei ist die Übertragungseinrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung durch wenigstens eine Steuereinrichtung eingestellt zu werden. Die Positioniereinrichtung und/oder die Übertragungseinrichtung sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, wie es zuvor für das Verfahren beschrieben wurde.In particular, at least one positioning device is provided. The positioning device is preferably suitable and designed to align the material to be treated in dependence on the determined power distribution in the treatment room. It is also possible that the heater at least one adjustable transmission device for directed Incorporation of the electromagnetic radiation in the treatment room. In this case, the transmission device is particularly suitable and designed to be set as a function of the determined power distribution by at least one control device. The positioning device and / or the transmission device are preferably designed as described above for the method.
Die Heizeinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, elektromagnetische Strahlungsleistung in einem in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung einstellbaren Frequenzbereich auszusenden. Vorzugsweise ist der Frequenzbereich durch wenigstens einer Steuereinrichtung einstellbar. Die Heizeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Oszillatoreinrichtung zur Erzeugung von Strahlungsleistung mit bestimmter Frequenz. Vorzugsweise ist auch wenigstens eine Verstärkereinrichtung zur Verstärkung der Strahlungsleistung der Oszillatoreinrichtung vorgesehen.The heating device is in particular suitable and designed to emit electromagnetic radiation power in a frequency range that can be set as a function of the determined power distribution. Preferably, the frequency range is adjustable by at least one control device. The heating device preferably comprises at least one oscillator device for generating radiation power with a specific frequency. Preferably, at least one amplifier device is provided for amplifying the radiation power of the oscillator device.
Vorzugsweise sind die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung wenigstens teilweise dazu ausgebildet und geeignet, Messstrahlung wenigstens zwei unterschiedlicher Frequenzen zwischen 10 Megahertz und 100 Gigahertz in einer Frequenzbandbreite von wenigstens 10 % der Mittenfrequenz des eingesetzten Frequenzbandes zu verarbeiten. Besonders bevorzugt sind die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung dazu ausgebildet und geeignet, ultrabreitbandige Signale zu senden bzw. zu empfangen. Auch die Verarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise zur Auswertung ultrabreitbandiger Signale ausgebildet.Preferably, the transmitting device and / or the receiving device are at least partially adapted and adapted to process measuring radiation at least two different frequencies between 10 megahertz and 100 gigahertz in a frequency bandwidth of at least 10% of the center frequency of the frequency band used. Particularly preferably, the transmitting device and / or the receiving device are designed and suitable for transmitting or receiving ultra-wideband signals. The processing device is preferably designed for evaluating ultrabroadbandiger signals.
Bevorzugt ist auch, dass die Sendeeinrichtung wenigstens teilweise dazu ausgebildet und geeignet ist, Messstrahlung als wenigstens einen Impuls wenigstens zeitweise und insbesondere wiederholt auszusenden. Dabei ist die Impulsdauer insbesondere kürzer als eine Nanosekunde. Die Impulsdauer ist vorzugsweise im Bereich von hundert oder weniger Picosekunden.It is also preferred that the transmitting device is at least partially designed and suitable to emit measuring radiation as at least one pulse at least temporarily and in particular repeatedly. In particular, the pulse duration is shorter than a nanosecond. The pulse duration is preferably in the range of one hundred or less picoseconds.
Besonders bevorzugt umfasst das Messsystem wenigstens eine Ultrabreitbandradareinrichtung und/oder ist als eine solche ausgebildet. Die Ultrabreitbandradareinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, ultrabreitbandige Signale zu senden und zu empfangen. Dabei ist insbesondere ein ultrakurzer Puls aussendbar, welcher ein möglichst breites Frequenzspektrum gemäß entsprechender Fouriertransformation umfasst. Die Frequenzbreite umfasst insbesondere wenigstens 250 Megahertz und vorzugsweise wenigstens 500 Megahertz und/oder wenigstens ein Gigahertz und/oder wenigstens 5 Gigahertz und besonders bevorzugt mehr als 10 Gigahertz. Mit einer solchen Ultrabreitbandradareinrichtung können Radarinformationen erzeugt und ausgewertet werden, sodass sehr gut aufgelöste spektrale Informationen erhalten werden. Dadurch kann die Temperatur des Behandlungsguts entsprechend genau bestimmt werden. Auch die einzelnen Temperaturbereiche können räumlich aufgelöst dargestellt werden.Particularly preferably, the measuring system comprises at least one ultra-wideband radar device and / or is designed as such. The ultra-wideband radar device is preferably adapted and configured to transmit and receive ultra-wideband signals. In this case, in particular, an ultrashort pulse can be emitted which comprises the widest possible frequency spectrum in accordance with a corresponding Fourier transformation. The frequency width in particular comprises at least 250 megahertz and preferably at least 500 megahertz and / or at least one gigahertz and / or at least 5 gigahertz, and more preferably more than 10 gigahertz. With such an ultra-wideband radar device radar information can be generated and evaluated, so that very well resolved spectral information is obtained. This allows the temperature of the material to be treated be determined accordingly. The individual temperature ranges can also be displayed spatially resolved.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.Further advantages and features of the invention will become apparent from the embodiments, which will be explained below with reference to the accompanying figures.
In den Figuren zeigen:
Figur 1- eine stark schematisierte Darstellung eines Hausgeräts in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 2- eine stark schematisierte Darstellung eines Hausgeräts mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht;
Figur 3- ein weiteres Hausgerät mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht;
Figur 4- ein anderes Hausgerät mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht;
Figur 5- noch ein weiteres Hausgerät mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht;
Figur 6- eine weitere Ausgestaltung eines Hausgeräts mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht; und
- Fig. 7
- noch eine weitere Ausgestaltung eines Hausgeräts mit einem Messsystem in einer geschnittenen Seitenansicht.
- FIG. 1
- a highly schematic representation of a household appliance in a perspective view;
- FIG. 2
- a highly schematic representation of a domestic appliance with a measuring system in a sectional side view;
- FIG. 3
- another household appliance with a measuring system in a sectional side view;
- FIG. 4
- another home appliance with a measuring system in a sectional side view;
- FIG. 5
- yet another home appliance with a measuring system in a sectional side view;
- FIG. 6
- a further embodiment of a domestic appliance with a measuring system in a sectional side view; and
- Fig. 7
- Yet another embodiment of a household appliance with a measuring system in a sectional side view.
Die
Die Heizeinrichtung 12 ist zur dielektrischen Erwärmung vom Behandlungsgut 200 vorgesehen und hier als eine Mikrowellenheizquelle ausgebildet. Der Garraum 13 ist durch eine Tür 104 verschließbar. Dabei ist eine hier nicht gezeigte Sicherheitseinrichtung vorgesehen, welche einen Betrieb der Heizeinrichtung 12 bei geöffneter Tür verhindert, sodass einem Austreten von Mikrowellenstrahlung entgegengewirkt wird. Zum Beheizen des Garraums 104 können weitere Heizquellen, wie beispielsweise ein Oberhitzeheizkörper und ein Unterhitzeheizkörper oder eine Dampfheizquelle oder dergleichen vorgesehen sein.The
Das Gargerät 100 ist über eine Bedieneinrichtung 6 bedienbar. Dabei kann beispielsweise die Temperatur im Garraum 13 während des Behandlungsvorgangs eingestellt werden. Vorzugsweise können auch verschiedene andere Programmbetriebsarten und Automatikfunktionen eingestellt werden. Möglich ist auch eine Bedienung über eine berührungsempfindliche Oberfläche oder über einen Touchscreen oder aus der Ferne über einen Computer, ein Smartphone oder dergleichen.The
Weiterhin weist das Hausgerät 1 ein hier stark schematisiert dargestelltes Messsystem 4 auf. Das Messsystem 4 ist zur berührungslosen Ermittlung verschiedener charakteristischer Kenngrößen des Behandlungsguts 200 vorgesehen. Dabei wird die Behandlungseinrichtung 2 in Abhängigkeit der ermittelten Kenngrößen gesteuert. Eine Kenngröße kann beispielsweise die Innentemperatur des Behandlungsguts 200 sein. Das Messsystem 4 kann z. B. auch die Verteilung von Resonanzmoden bei bestimmten Frequenzen im Behandlungsraum ermitteln.Furthermore, the
Das Messsystem 4 umfasst eine Sendeeinrichtung 14, eine Empfangseinrichtung 24, eine Verarbeitungseinrichtung 5 sowie eine Speichereinrichtung 7. Die Sendeeinrichtung 14 ist dazu geeignet und ausgebildet, elektromagnetische Messstrahlung zu erzeugen und in den Behandlungsraum zu senden. Dabei wechselwirkt wenigstens ein Teil der Messstrahlung mit dem hier nicht dargestellten Behandlungsgut 200 und wird von diesem wieder reflektiert. Die reflektierte Messstrahlung wird von der Empfangseinrichtung 24 empfangen.The measuring
Dabei wird von dem Messsystem 4 wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung erfasst. Es wird beispielsweise die Amplitude, Frequenz, Phase oder Polarisation bzw. Drehwinkel als Welleneigenschaft erfasst. Die Verarbeitungseinrichtung 5 ermittelt anschließend aus der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung die charakteristischen Kenngrößen des Behandlungsguts 200. Die jeweiligen Welleneigenschaften der ausgesendeten Messstrahlung können dabei als entsprechende Referenzwerte in der Verarbeitungseinrichtung 5 abgelegt sein oder beim Aussenden vom Messsystem 4 erfasst worden sein.In this case, at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation is detected by the measuring
Die ermittelten Kenngrößen werden bei der Behandlung des Behandlungsguts 200 berücksichtigt. Dabei wird die Behandlungseinrichtung 2 in Abhängigkeit der ermittelten Kenngrößen gesteuert. Vorzugsweise ist die Behandlungseinrichtung 2 dabei mit dem Messsystem 4 wirkverbunden. Dabei ist möglich, dass weitere hier nicht gezeigte Steuereinrichtungen vorgesehen sind. Beispielsweise kann als Kenngröße die Temperatur im Inneren des Behandlungsguts 200 ermittelt werden. In Abhängigkeit dieser Temperatur kann dann die Heizleistung der thermischen Heizquelle 103 entsprechend eingestellt werden.The determined parameters are taken into account in the treatment of the material to be treated 200. In this case, the
Ist das Behandlungsgut 200 beispielsweise ein Bratenstück, wird die Heizleistung der Heizquelle 103 so geregelt, dass im Garraum 13 optimale Temperaturbedingungen für das Garen des Bratenstücks vorherrschen. Bei der Steuerung des Behandlungsvorgangs unter Berücksichtigung der ermittelten Kenngrößen können zudem auch vom Benutzer vorgegebene Zielparameter berücksichtigt werden. Im Beispiel des Bratenstücks kann der Benutzer z. B. vorgeben, ob er eine besonders knusprige Bratenkruste wünscht. In diesem Fall wird die Temperatur der thermischen Heizquelle 103 hochgeregelt oder eine Grillheizquelle zugeschaltet, wenn das Messsystem 4 eine Temperatur im Inneren des Bratenstücks feststellt, die einem Fertiggarpunkt entspricht.If the material to be treated 200 is, for example, a roast piece, the heat output of the
In der
Die Reflektometereinrichtung 54 ist hier zudem als ein Breitbandradarreflektometer ausgebildet. Dazu wird elektromagnetische Messstrahlung erzeugt und gesendet, die vorzugsweise in einem Frequenzband liegt, welches mindestens 10 Gigahertz breit ist. Beispielsweise ist das Frequenzband hier 15 Gigahertz oder 20 Gigahertz oder mehr breit. Dabei umfasst die Messstrahlung wenigstens zwei Frequenzen und vorzugsweise eine Vielzahl von Frequenzen. Wenigstens zwei der Frequenzen unterscheiden sich um wenigstens 100 Gigahertz oder mehr. Vorzugsweise kann die Messstrahlung auch eine Frequenzbreite von 10 % oder mehr der Mittelfrequenz des eingesetzten Frequenzbandes aufweisen.The
Die Messstrahlung wird von der Sendeeinrichtung 14 in den Behandlungsraum 3 gesendet. Im Behandlungsraum 3 wechselwirkt die Messstrahlung unter anderem mit dem Behandlungsgut 200 und wird von diesem reflektiert. Die reflektierte Messstrahlung wird von der Empfangseinrichtung 24 erfasst. Dabei werden hier zwei unabhängige Größen gemessen, z. B. Betrag und Phase. Die Verarbeitungseinrichtung 5 bestimmt anhand der erfassten Größen die Frequenzabhängigkeit des Verhältnisses von in den Behandlungsraum 3 gesendeter Strahlungsleistung zu reflektierter Strahlungsleistung. Die Messgrößen können beispielsweise mit dem Streuparameter S11 bezeichnet werden, wie sie auch bei Vektornetzwerkanalysatoren bekannt sind.The measuring radiation is sent by the transmitting
Die Verarbeitungseinrichtung 5 berechnet aus dem gemessenen, frequenzabhängigen Streuparameter S11 (als komplexe Zahlen, enthalten zwei unabhängige Messgrößen) für jede Messfrequenz zunächst die Realteil-Komponenten sowie die Imaginärteil-Komponenten der komplexen Permittivität Epsilon. Dabei lässt sich das komplexe S11 in komplexes Epsilon umrechnen. Die Permittivität beschreibt dabei die Eigenschaften des Materials in Wechselwirkung mit der Messstrahlung für das Behandlungsgut 200, an welchem die Messstrahlung reflektiert wurde. Diese Wechselwirkung ist unter anderen von der Temperatur des Behandlungsgutes 200 abhängig, was vorteilhaft zur Temperaturbestimmung einsetzbar ist.The processing means 5 calculates from the measured, frequency-dependent scattering parameter S11 (as complex numbers, containing two independent measurands) for each Measurement frequency, first, the real part components and the imaginary part components of the complex permittivity epsilon. The complex S11 can be converted into complex epsilon. The permittivity describes the properties of the material in interaction with the measuring radiation for the material 200 to which the measuring radiation was reflected. This interaction is dependent, inter alia, on the temperature of the material 200 to be treated, which can advantageously be used to determine the temperature.
Zur Temperaturbestimmung des Behandlungsguts 200 werden der Realteil und der Imaginärteil der komplexen Permittivität von der Verarbeitungseinrichtung 5 rechnerisch in einem Cole-Cole-Diagramm betrachtet. Dadurch ist ein Kreisbogen mit einem Mittelpunkt auf der Achse für den Realteil beschreibbar. Die Temperatur des Behandlungsgutes 200 ergibt sich dabei aus dem Kreisradius oder der Position der Kreismitte auf der Realteilachse.In order to determine the temperature of the material to be treated 200, the real part and the imaginary part of the complex permittivity are computationally viewed by the
Anschließend werden die Werte für Kreisradius oder Kreismitte von der Verarbeitungseinrichtung 5 mit entsprechenden Referenzwerten verglichen, welche in der Speichereinrichtung 7 des Messsystems 4 abgelegt sind. Der Referenzwert ist beispielsweise ein Wert für den Radius des Kreisbogens oder der Position der Kreismitte auf der Realteilachse eines bekannten Stoffes bei definierten Temperaturen. Möglich sind auch Referenzwerte, welche durch Messung von definierten Behandlungsgütern oder durch entsprechende Simulationen gewonnen worden sind. Ist das Behandlungsgut 200 beispielsweise ein Lebensmittel, liefern aufgrund des typischen Wassergehalts von Lebensmitteln Referenzwerte für Wasser oder wasserhaltige Objekte entsprechend vergleichbare Ergebnisse für die Temperaturbestimmung.Subsequently, the values for circle radius or circle center are compared by the
Für die Bestimmung des Kreisradius oder des Kreismittelpunktes ist es vorteilhaft, dass die entsprechenden Messpunkte für die Permittivität möglichst weit auf dem Kreisradius entfernt liegen. Die hier vorgestellten Verfahren sowie die Hausgeräte sind dabei besonders vorteilhaft, weil ein Breitbandradarreflektometer oder ultrabreitbandige Radare eingesetzt werden. Die dabei eingesetzte breitbandige Messstrahlung ermöglicht, dass die entsprechenden Messpunkte für die Permittivität frequenzmäßig weit auseinanderliegen, sodass eine entsprechende Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Temperaturbestimmung möglich ist.For the determination of the circle radius or the center of the circle, it is advantageous that the corresponding measuring points for the permittivity are as far as possible on the circle radius. The methods presented here and the household appliances are particularly advantageous because a broadband radar reflectometer or ultra-wideband radars are used. The broadband measuring radiation used in this case allows the corresponding measuring points for the permittivity to be far apart in terms of frequency, so that a corresponding accuracy and reliability of the temperature determination is possible.
Ein weiterer Vorteil der breitbandigen Messstrahlung ist, dass entsprechend wenige Messpunkte für eine zuverlässige Temperaturbestimmung ausreichen. Bei einer breitbandigen Messstrahlung liegen die Messpunkte auf dem Kreisradius soweit entfernt, dass eine zuverlässige Konstruktion des Kreismittelpunktes z. B. durch Sekantenbildung und Errichtung der Mittelsenkrechte möglich ist. Der Kreismittelpunkt liegt dabei im Schnittpunkt der Mittelsenkrechten auf der Sekante. Der Kreismittelpunkt kann sich auch aus dem Mittelwert der Schnittpunkte aller Mittelsenkrechten auf den Sekanten mit der Achse für den Realteil der Permittivität ergeben. Dabei wird die zusätzliche Information benutzt, dass der Mittelpunkt auf der Realteilachse liegen muss. Möglich ist auch, ein Kreis in alle vorhandenen Messpunkte für die Permittivität zu fitten bzw. näherungsweise zu berechnen. Aus diesem Kreis wird anschließend der Mittelpunkt bzw. Kreisradius berechnet.Another advantage of the broadband measuring radiation is that correspondingly few measuring points are sufficient for a reliable temperature determination. In the case of broadband measuring radiation, the measuring points on the circle radius are so far removed that a reliable construction of the center of the circle z. B. by secant formation and establishment of the perpendicular bisector is possible. The center of the circle lies at the intersection of the mid-perpendiculars on the secant. The center of the circle can also result from the average of the intersections of all mid-perpendiculars on the secants with the axis for the real part of the permittivity. In this case, the additional information is used that the center point on the real part axis must lie. It is also possible to fit a circle into all existing measuring points for the permittivity or to calculate them approximately. The center or circle radius is then calculated from this circle.
Durch die breitbandige Messstrahlung können Messpunkte erfasst werden, welche auf dem Kreisradius soweit auseinanderliegen, dass die Sekanten möglichst lang sind. Solche Verfahren haben den Vorteil, dass nicht das gesamte Frequenzband zur Abbildung des Halbkreises gescannt werden muss, sondern lediglich einige Messpunkte, aus denen anschließend der Kreis berechnet werden kann. Beispielsweise ist bei Wasser für die Abbildung eines vollständigen Halbkreises bei 0°C ein Frequenzband von etwa 1000 Gigahertz erforderlich. Messungen in einem derart breiten Frequenzband erfordern jedoch einen sehr hohen technischen Aufwand. Das zuvor vorgestellte Verfahren ermöglicht eine erheblich unaufwendigere Temperaturbestimmung, da ein schmaleres Band mit weniger zu scannenden Frequenzen eingesetzt werden kann.Due to the broadband measuring radiation measuring points can be detected, which are so far apart on the circle radius, that the secants are as long as possible. Such methods have the advantage that it is not necessary to scan the entire frequency band for imaging the semicircle, but only a few measuring points from which the circle can subsequently be calculated. For example, for water to image a complete semicircle at 0 ° C, a frequency band of about 1000 gigahertz is required. However, measurements in such a wide frequency band require a very high technical effort. The previously presented method allows a considerably less expensive temperature determination, since a narrower band with less frequencies to be scanned can be used.
So ist beispielsweise eine zuverlässige Temperaturbestimmung von Wasser bzw. wässrigen Behandlungsgütern 200 mittels Messwerten aus einem Frequenzband um lediglich 10 Gigahertz möglich. Je nach erforderlicher Genauigkeit sind auch eine geringere bzw. eine höhere Frequenzbreite möglich. Das Verfahren erfordert daher nur einen entsprechend geringen technischen Aufwand, sodass ein Einsatz auch in üblichen Hausgeräten wirtschaftlich möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Betrachtung in einem Cole-Cole-Diagramm ist, dass aus einem vergleichsweise kleinen Teilkreisabschnitt relativ sicher auf den Kreis geschlossen werden kann, weil bekannt ist, dass es sich um einen Kreis handelt, und nicht etwa um eine Ellipse oder einen noch unbestimmteren Funktionsverlauf.For example, a reliable temperature determination of water or
Die Reflektometereinrichtung 54 kann auch als eine Zweitor- oder Mehrtor-Reflektometereinrichtung 54 ausgebildet sein. Dazu können weitere Sendeeinrichtungen 14 bzw. Empfangseinrichtungen 24 vorgesehen sein. So ist beispielsweise auch das Prinzip der Transmissionsmessung möglich. Das kann bei bestimmten geometrischen Verhältnissen im Behandlungsraum 3 besonders vorteilhaft sein. Dabei wird neben der Reflexion am Behandlungsgut 200 auch die Transmission durch das Behandlungsgut 200 der Messung zugänglich. So sind neben den Streuparameter S11 auch die Streuparameter S12, S21 und S22 bestimmbar. Dazu können auch zwei oder mehr Reflektometerantennen vorgesehen sein. Bei mehr als zwei Antennen ist eine Variante, diese paarweise zu betreiben und für jedes Paar Reflexion und Transmission zu bestimmen.The
Das hier gezeigte Hausgerät 1 kann alternativ zu der Reflektometereinrichtung 54 auch mit einer Ultrabreitbandradareinrichtung 44 ausgebildet sein, wie sie z. B. in der
Es kann erforderlich sein, dass für die Messung gegen andere Reflexionen diskriminiert werden muss, z. B. an den Wänden des Behandlungsraumes. Dabei wird im Zeitbereich kein kontinuierlicher Wellenzug verwendet, sondern nur ein sehr kurzer Puls ausgesendet. Das kann dadurch erfolgen, dass tatsächlich ein Puls direkt erzeugt wird oder dass sich der erforderliche Puls durch ein Abscannen eines geeigneten Frequenzspektrums gemäß Fouriertransformation bildet. Um lediglich die Reflexion am interessierenden Behandlungsgut 200 zu berücksichtigen, wird die Sendeeinrichtung 24 lediglich für ein bestimmtes Zeitfenster geöffnet. Möglich ist auch, dass die Verarbeitungseinrichtung 5 lediglich Messstrahlung aus einem bestimmten Zeitfenster berücksichtigt. Das Zeitfenster umfasst dabei vorzugsweise nur die Dauer des Reflexes vom Behandlungsgut 200. Dabei ist die Empfangseinrichtung 24 bzw. die Verarbeitungseinrichtung 5 mit der Sendeeinrichtung 14 zur Erzeugung des Pulses synchronisiert.It may be necessary for the measurement to be discriminated against other reflections, e.g. B. on the walls of the treatment room. In this case, no continuous wave train is used in the time domain, but only a very short pulse is emitted. This can be done by actually generating a pulse directly or by forming the required pulse by scanning a suitable frequency spectrum according to Fourier transform. In order to take into account only the reflection on the
Ein solches Verfahren und das für ein solches Verfahren ausgebildete Hausgerät 1 ermöglichen eine sehr zuverlässige und berührungslose Temperaturbestimmung vom Behandlungsgut 200. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Temperatur im Inneren eines Objektes bzw. Behandlungsguts 200 berührungslos gemessen werden kann. Mit Kenntnis der inneren Temperatur bzw. der Volumentemperatur können der Behandlungsprozess und die Behandlungseinrichtung 2 besonders gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise wird die Heizquelle 103 so gesteuert, dass im Behandlungsgut 200 eine für die jeweilige Behandlung optimale Temperatur vorliegt. Ein besonderer Vorteil ist auch, dass die Volumentemperatur in der Regel sehr eng mit der erforderlichen Garzeit eines Garguts korreliert. Dadurch ist eine sehr zuverlässige Steuerung von Automatikfunktionen möglich.Such a method and the
Die
Die Ultrabreitbandradareinrichtung 44 weist hier zwei gegenüberliegende Antennen 440, 441 auf. Dabei umfasst eine Antenne jeweils eine Sendeeinrichtung 14, 140 sowie eine Empfangseinrichtung 24, 240. Dadurch kann die Antenne 440, 441 als Sender und Empfänger arbeiten. Die Bandbreite des Radars ist hier vorzugsweise größer als 250 Megahertz und vorzugsweise größer als 10% der Mittenfrequenz des genutzten Frequenzbandes. Besonders bevorzugt wird ein Frequenzband benutzt, welches für derartige Ultrabreitbandanwendungen freigegeben ist. Ein besonders bevorzugter Frequenzbereich ist beispielsweise von 100 Megaherz bis 30 Gigahertz oder auch 100 Gigahertz.The
Das Messsystem 4 erzeugt Messstrahlung und sendet diese in den Behandlungsraum 3 und zum Behandlungsgut 200 aus. Dabei wird ein Teil der Messstrahlung vom Behandlungsgut 200 reflektiert und läuft zu der Antenne 440, 441 zurück, von der die Messstrahlung ausgesendet wurde. Ein anderer Teil der Messstrahlung wird vom Behandlungsgut 200 transmittiert und zu der gegenüberliegenden Antenne 440, 441 durchgelassen. So ist eine Erfassung von vom Behandlungsgut 200 reflektierter und transmittierter Messstrahlung möglich. Das Messsystem 4 erfasst dabei wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung, wie z. B. die Amplitude, Frequenz, Phase oder Polarisation bzw. Drehwinkel. Anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wird die charakteristische Kenngröße des Behandlungsguts 200 ermittelt. Die Veränderung betrifft dabei insbesondere die Phase und/oder die Amplitude und/oder weitere charakteristische Kenngrößen und kann beispielsweise durch entsprechende Streuparameter beschrieben werden.The measuring
Die Verarbeitungseinrichtung 5 berechnet dabei aus den erfassten Welleneigenschaften den Realteil und den Imaginärteil der komplexen Permittivität. Dabei berücksichtigt die Verarbeitungseinrichtung 5 die Frequenz der gesendeten bzw. empfangenen Messstrahlung, sodass die komplexe Permittivität bzw. deren Realteil oder Imaginärteil in Abhängigkeit der jeweiligen Frequenz bzw. als Funktion der Frequenz bestimmt werden können. Anhand der komplexen Permittivität sowie deren Frequenzabhängigkeit können verschiedenste charakteristische Kenngrößen für das Behandlungsgut 200 von der Verarbeitungseinrichtung 5 berechnet werden.The
Beispielsweise können die äußere Kontur des Behandlungsguts 200, die Temperaturverteilung oder die Feuchteverteilung im Inneren des Behandlungsguts 200, die Materialzusammensetzung, die Dichteverteilung sowie zahlreiche andere Eigenschaften des Behandlungsguts 200, die in Wechselwirkung mit elektromagnetischer Messstrahlung treten können, dargestellt werden. Dabei können verschiedenste Kenngrößen räumlich aufgelöst oder über das Volumen des Behandlungsguts 200 integriert bestimmt bzw. dargestellt werden. So kann z. B. aus dem integralen Feuchtegehalt im Behandlungsgut 200 über die Behandlungszeit der Feuchteverlust des Behandlungsguts 200 und somit z. B. der Garverlauf bestimmt werden.For example, the outer contour of the item to be treated 200, the temperature distribution or the moisture distribution in the interior of the item to be treated 200, the material composition, the density distribution and numerous other properties of the item to be treated 200 which can interact with electromagnetic measuring radiation can be represented. In this case, a wide variety of parameters can be spatially resolved or can be determined or represented integrated over the volume of the material 200 to be treated. So z. B. from the integral moisture content in the material to be treated 200 over the treatment time of the moisture loss of the treated 200 and thus z. B. the cooking process can be determined.
Die Sendeeinrichtungen 14, 140 der Ultrabreitbandradareinrichtung 44 sind hier zum Aussenden ultrakurzer Impulse ausgebildet. Beispielsweise liegt die Dauer der Pulse im Picosekundenbereich. Die Pulse weisen entsprechend steile Flanken auf. So kann in der Frequenzdarstellung eine entsprechend große Bandbreite von typisch einigen GHz und z. B. von 10 oder 20 GHz oder mehr beschrieben werden. Die Empfangseinrichtungen 24, 240 sind dazu ausgebildet, die breitbandigen Pulse zu empfangen. Dabei detektieren die Empfangseinrichtungen 24, 240 nur die Messstrahlung, welche in einem bestimmten Zeitfenster liegt. Das Zeitfenster beginnt in einer einstellbaren Zeit nach dem Aussenden des Sendepulses. Ein solches Zeitfenster ermöglicht die Bestimmung, aus welchem räumlichen Gebiet des Behandlungsraumes 3 bzw. des Behandlungsgutes 200 das empfangene Messsignal stammt.The
Der Impuls wird durch die Wechselwirkung mit dem Behandlungsgut 200 so beeinflusst, dass sich charakteristische Wellengrößen wie beispielsweise die Phase oder Amplitude ändern. Die Veränderungen werden vom Messsystem 4 erfasst und von der Verarbeitungseinrichtung 5 zeitabhängig ausgewertet, sodass die elektrischen Eigenschaften des Behandlungsgutes in genau dem räumlichen Gebiet ermittelt werden können, aus dem die empfangene Messstrahlung stammt. Je nach eingesetzter Frequenzbandbreite der Messstrahlung ist die räumliche Auflösung größer oder kleiner. Soll die räumliche Auflösung beispielsweise weniger detailreich sein, so kann mit geringerer Frequenzbandbreite gearbeitet werden oder die räumlichen Informationen werden gemittelt.The momentum is influenced by the interaction with the item to be treated 200 so that characteristic wave sizes such as the phase or amplitude change. The changes are detected by the measuring
Die
Dabei wird die Empfangseinrichtung 24 vorzugsweise in einem Abstandraster entlang des Behandlungsgutes 200 verschwenkt. Dabei behält die Sendeeinrichtung 14 ihre Position. An jeder Schwenkposition der Empfangseinrichtung 24 wird Messstrahlung über das gesamte beobachtete Frequenzband erfasst. Die Empfangseinrichtung 24 hat dabei ein Zeitfenster für den Empfang der am Behandlungsgut reflektierten und transmittierten Messstrahlung, welches vorzugsweise einmal vollständig durchfahren wird. Anschließend wird die Sendeeinrichtung 14 verfahren, wobei an dieser neuen Position die Empfangseinrichtung 24 erneut entlang des Abstandsrasters verschwenkt wird.In this case, the receiving
Möglich ist auch, das mit einer Richtcharakteristik gearbeitet wird, sodass die Sendeeinrichtung 14 verschwenkt wird, wenn die Empfangseinrichtung 24 ein Signal mit entsprechender Phasenverschiebung erhält. Der zuvor beschriebene Messdurchlauf kann auch in einem gewünschten Zeitraster wiederholt werden, um das zeitliche Verhalten der Kenngröße des Behandlungsguts 200 zu beobachten.It is also possible that a directional characteristic is used, so that the transmitting
Die
In der
Das Messsystem 4 ist hier als eine Ultrabreitbandradareinrichtung 44 ausgebildet und weist eine Sendeeinrichtung 14, eine Empfangseinrichtung 24 sowie eine Verarbeitungseinrichtung 5 auf. Das Messsystem 4 arbeitet im Wesentlichen ähnlich wie das in der
Je nachdem, welche Leistung der Messstrahlung einer bestimmten Frequenz bei der Empfangseinrichtung 24 ankommt, können die gemeinsamen Hohlraumresonanzen von Behandlungsraum 3 und Behandlungsgut 200 für diese Frequenz bestimmt werden. Die als Messstrahlung ausgesendeten ultrakurzen Impulse liegen hier vorzugsweise im Bereich von Picosekunden bis Nanosekunden oder auch Mikrosekunden. Die nach Fouriertransformation zugehörigen Frequenzbandbreiten liegen insbesondere im Bereich einiger 10MHz bis 1THz. Vorteilhafterweise ist die Impulsdauer so gewählt, dass die reflektierte Messstrahlung im Behandlungsraum 3 auf dem Weg zur Empfangseinrichtung 24 nicht mit dem einlaufenden Puls überlagert wird. Die Pulslänge wird insbesondere so kurz gewählt, dass Mehrfach-Reflexionen von unterschiedlichen Bereichen des Behandlungsraumes 3 von Reflexionen am Behandlungsraum 200 diskriminiert werden können. Vorzugsweise wird dazu das Zeitfenster wie zuvor beschrieben eingestellt.Depending on which power of the measuring radiation of a certain frequency arrives at the receiving
Durch den frequenzabhängigen Unterschied von gesendeter zu empfangener Leistung der Messstrahlung zeigen sich bei bestimmten Frequenzen Hohlraumresonanzen. Bei solchen Hohlraumresonanzen wird besonders viel Strahlungsleistung vom Behandlungsgut 200 und Behandlungsraum 3 aufgenommen. Dabei wird vorzugsweise angenommen, dass der in der Regel metallisch ausgekleidete Behandlungsraum 3 eine im Vergleich zum Behandlungsgut 200 vernachlässigbare Absorption zeigt. Die Hohlraumresonanzen werden insbesondere so interpretiert, dass sie die Feldverteilung bzw. die räumliche Verteilung elektromagnetischer Leistungszufuhr innerhalb des Behandlungsraumes und insbesondere innerhalb des Behandlungsguts 200 beschreiben.Due to the frequency-dependent difference between transmitted and received power of the measuring radiation, cavity resonances appear at certain frequencies. In such Cavity resonances particularly high radiation power is absorbed by the treated 200 and
Die Hohlraumresonanzen bestimmten daher maßgeblich die Temperaturverteilung im Behandlungsgut 200. Die so durch das Messsystem 4 beschriebenen Hohlraumresonanzen lassen sich im Wesentlichen auch auf die von der Heizeinrichtung 12 zugeführte Strahlungsleistung in den Behandlungsraum 3 übertragen. Es kann also eine Vorhersage getroffen werden, welche Hohlraumresonanzen bei aktiver Heizeinrichtung auftreten werden. Ein solches Messverfahren hat somit den Vorteil, dass sich die räumliche Verteilung der durch die Heizeinrichtung 12 zuführbaren Strahlungsleistungen ein gegebenes Behandlungsgut 200 in einem Behandlungsraum 3 genau beschreiben lässt. Dadurch kann die Leistungszufuhr zum Behandlungsgut 200 gezielt beeinflusst werden, z. B. durch Stirrer oder Ausrichtung des Behandlungsguts 200.The cavity resonances therefore decisively determine the temperature distribution in the material to be treated 200. The cavity resonances thus described by the measuring
Dabei wird vorzugsweise die komplexe Permittivität für jede Messfrequenz in dem Frequenzband der Ultrabreitbandradareinrichtung 44 bestimmt. Somit lässt sich für das Behandlungsgut 200 die Absorption, die Reflexion und Transmission von elektromagnetischer Strahlungsleistung der jeweiligen Frequenz bestimmen.In this case, the complex permittivity for each measurement frequency in the frequency band of the
Das hier gezeigte Hausgerät 1 hat zudem den Vorteil, dass die Heizeinrichtung 12 entsprechend der zuvor bestimmten räumlichen Leistungsverteilung gesteuert werden kann. Dazu kann mittels der Oszillator-Einrichtung 52 Strahlungsleistung mit der bestimmten Frequenz bzw. in einem bestimmten Frequenzbereich erzeugt werden. Die Oszillator-Einrichtung 52 ist dazu mit der Steuereinrichtung 42 wirkverbunden und durch diese steuerbar. Dadurch kann die Frequenz der von der Heizeinrichtung ausgesendeten Strahlungsleistung in Abhängigkeit der vom Messsystem ermittelten Leistungsverteilung bzw. der ermittelten Hohlraumresonanzen eingestellt werden.The
Je nachdem, ob eine hohe oder niedrige Leistungszufuhr zum Behandlungsgut 200 gewünscht ist, wird eine Frequenz gewählt, für die das Behandlungsgut zuvor im Messdurchgang ein hohes oder niedriges Absorptionsvermögen gezeigt hat. Möglich ist auch, dass die Heizeinrichtung 12 über die Zeit Strahlungsleistung bei verschiedenen Frequenzen aussendet, sodass bestimmte Feldverteilungen bzw. Hohlraumresonanzen zeitlich aufeinanderfolgend überlagert werden können. In Kenntnis des räumlichen Absorptionsvermögens des Behandlungsguts 200 ist zudem möglich, bestimmten Bereichen des Behandlungsguts 200 eine hohe Strahlungsleistung zuzuführen und anderen Bereichen eine entsprechend niedrige Strahlungsleistung zu verabreichen. So kann beispielsweise Gargut in einem inneren Bereich stärker erwärmt werden als in einem äußeren Bereich.Depending on whether a high or low power supply to the material to be treated 200 is desired, a frequency is chosen for which the item to be treated has previously shown a high or low absorption capacity in the measuring cycle. It is also possible for the
Die
Das Gargerät 100 verfügt hier zudem über eine Positioniereinrichtung 32. Die Positionierung ist beispielsweise als ein Drehteller ausgebildet und dient zur Positionierung bzw. Bewegung des Behandlungsguts 200 im Behandlungsraum 3.The
Die Übertragungseinrichtung 22 ist hier mit einer Steuereinrichtung 42 wirkverbunden, welche wiederum mit dem Messsystem 4 wirkverbunden ist. Dadurch ist die Übertragungseinrichtung 22 in Abhängigkeit der vom Messsystem ermittelten Information steuerbar. Dabei wird die Übertragungseinrichtung 22 vorzugsweise so ausgerichtet, dass eine gewünschte Leistungszufuhr zum Behandlungsgut 200 erreicht wird. Dabei werden z. B. vom Benutzer eingestellte Programme oder andere Zielvorgaben berücksichtigt. Die Veränderung der Hohlraumresonanzen im Behandlungsraum 3 nach Veränderung der Position der Übertragungseinrichtung 22 kann dabei vom Messsystem 4 überwacht werden. Beispielsweise übermittelt das Messsystem 4 erneut die Hohlraumresonanzen, wenn die Übertragungseinrichtung 22 verändert wurde. Möglich ist auch, dass die Positioniereinrichtung 32 in Abhängigkeit der vom Messsystem 4 ermittelten Hohlraumresonanzen eingestellt wird.The
Durch die Übertragungseinrichtung 22 und/oder durch die Positioniereinrichtung 32 und deren Steuerung in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsverteilung können gezielt zeitlich hintereinander verschiedene Resonanzen im Behandlungsraum 3 realisiert werden. Somit sind auch verschiedene räumliche Verteilungen für den Leistungseintrag in das Behandlungsgut 200 realisierbar. Die Verweilzeiten beim Anfahren einer bestimmten Hohlraumresonanz sind insbesondere durch eine gewichtete Summe beschrieben. Dabei ist festgelegt, wie lange welche Resonanz jeweils für ein optimales Ergebnis anzufahren ist. Es kann auch festgelegt sein, wie die entsprechende Hohlraumresonanz zu realisieren ist, also z. B. durch die Positioniereinrichtung 32 oder durch eine entsprechende Einstellung der Übertragungseinrichtung 22.By means of the
Die gewünschte Hohlraumresonanz kann auch dadurch angefahren werden, dass die Heizeinrichtung 12 Strahlungsleistung bei einer bestimmten Frequenz aussendet, wie es beispielsweise für das Gargerät 100 in der
- 11
- Hausgeräthousehold appliance
- 22
- Behandlungseinrichtungtreatment facility
- 33
- Behandlungsraumtreatment room
- 44
- Messsystemmeasuring system
- 55
- Verarbeitungseinrichtungprocessing device
- 66
- Bedieneinrichtungoperating device
- 77
- Speichereinrichtungmemory device
- 1212
- Heizeinrichtungheater
- 1313
- Garraumoven
- 1414
- Sendeeinrichtungtransmitting device
- 2222
- Übertragungseinrichtungtransmission equipment
- 2424
- Empfangseinrichtungreceiver
- 3232
- Positioniereinrichtungpositioning
- 4242
- Steuereinrichtungcontrol device
- 4444
- UltrabreitbandradareinrichtungUltra-wideband radar device
- 5252
- Oszillatoreinrichtungoscillator means
- 5454
- ReflektometereinrichtungReflektometereinrichtung
- 6262
- Verstärkereinrichtungamplifier means
- 7272
- HohlleitereinrichtungWaveguide device
- 100100
- GargerätCooking appliance
- 103103
- Heizquelleheating source
- 104104
- Türdoor
- 140140
- Sendeeinrichtungtransmitting device
- 200200
- Behandlungsguttreated
- 240240
- Empfangseinrichtungreceiver
- 440440
- Antenneantenna
- 441441
- Antenneantenna
Claims (17)
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Messsystem (4) wenigstens zeitweise elektromagnetische Messstrahlung erzeugt und mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (14) in den Behandlungsraum (3) sendet und dass wenigstens zeitweise von wenigstens einer Empfangseinrichtung (24) des Messsystems (4) die in den Behandlungsraum (3) gesendete Messstrahlung wieder empfangen wird, wobei das Messsystem (4) wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung erfasst und wobei mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung (5) anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wenigstens ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung (12) in den Behandlungsraum (3) zuführbaren Strahlung ermittelt wird.Method for operating a domestic appliance (1) with at least one heating device (12) for the dielectric heating of material to be treated (200) by electromagnetic radiation in at least one treatment space (3),
characterized,
that at least one measuring system (4) temporarily generates at least electromagnetic measuring radiation and transmits at least one transmitting device (14) into the treatment chamber (3) and that at least temporarily by at least one receiving means (24) of the measuring system (4) into the treatment space (3) at least one measure of an at least one processing device (5) based on the change in the wave property of the received measurement radiation with respect to the transmitted measurement radiation spatial power distribution of the heating device (12) in the treatment chamber (3) can be supplied radiation is determined.
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Messsystem (4) mit wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung (5) vorgesehen ist und dass das Messsystem (4) dazu geeignet und ausgebildet ist, elektromagnetische Messstrahlung zu erzeugen, wobei das Messsystem (4) wenigstens eine Sendeeinrichtung (14) zum wenigstens zeitweisen Senden elektromagnetischer Messstrahlung in den Behandlungsraum (3) und wenigstens eine Empfangseinrichtung (24) zum wenigstens zeitweisen Empfangen der in den Behandlungsraum (3) gesendeten Messstrahlung aufweist und dass das Messsystem (4) dazu geeignet und ausgebildet ist, wenigstens eine charakteristische Größe für eine Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung zu erfassen und dass die Verarbeitungseinrichtung (5) dazu geeignet und ausgebildet ist, anhand der Veränderung der Welleneigenschaft der empfangenen Messstrahlung in Bezug zur gesendeten Messstrahlung wenigstens ein Maß für eine räumliche Leistungsverteilung der von der Heizeinrichtung (12) in den Behandlungsraum (3) zuführbaren Strahlung zu ermitteln.Domestic appliance (1) with at least one heating device (12) for the dielectric heating of material to be treated (200) by electromagnetic radiation in at least one treatment space (3),
characterized,
in that at least one measuring system (4) is provided with at least one processing device (5) and that the measuring system (4) is suitable and designed to generate electromagnetic measuring radiation, wherein the measuring system (4) at least one transmitting device (14) for at least temporary transmission Electromagnetic measuring radiation into the treatment room (3) and at least one receiving device (24) for at least temporarily receiving the in the treatment room (3) has transmitted measuring radiation and that the measuring system (4) is suitable and designed to detect at least one characteristic variable for a wave property of the received measuring radiation and in that the processing device (5) is suitable and designed based on the change of the wave property of the received measuring radiation With respect to the transmitted measuring radiation, at least one measure of a spatial power distribution of the radiation that can be supplied by the heating device (12) into the treatment space (3) can be determined.
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|---|---|---|---|---|
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