用于確定食物原料的尺寸信息的方法和設備與流程

本技術涉及食物制備領域，尤其涉及用于經由射頻確定食物原料的尺寸信息的方法。此技術還涉及用于執行該方法的設備、烹飪裝置和計算機可讀存儲介質。

背景技術：

目前，家庭烹飪控制很大程度上依賴于用戶的經驗來設置各種烹飪參數，諸如持續時間和加熱功率。一些已知的烹飪器具基于“平均”食物模型通過使用由用戶輸入的信息(諸如食物類型或食物尺寸)來確定烹飪過程參數。在這兩種情況下，由于來自用戶輸入的誤差或實際食物與烹飪器具使用的“平均”食物模型之間的顯著差異而經常遇到非最佳烹飪結果。

DE102012011165A1公開了具有用于發送電磁波的無線電發射器和用于檢測電磁波的無線電接收器的裝置。電磁波的衰減由評估單元來檢測。物體的特性從檢測到的衰減來確定。物體的特性從預定空間區域中物體的存在、相態、材料構成、物體的溫度或速度選擇。

US2013/027060A1公開了用于測量食物項的卡路里含量的卡路里估算裝置。此裝置包括發射器天線，發射器天線被構造為向食物項的至少一部分發送超寬帶信號。超寬帶信號被檢測和分析，以確定食物項的厚度。

JP2905017B2公開了用于降低食物項的融化無規律性(irregularity)并用于使用融化盤自動融化所述食物項的裝置。此裝置包括用于輻射紅外線的發光單元和用于接收紅外線的感光器。發光單元和感光器被構造為檢測食物項的厚度。

技術實現要素：

本公開的目的是解決或緩解上面提到的問題中的至少一個。

本發明的目的由獨立權利要求的主題來解決，其中其他實施方式包含在從屬權利要求中。

本公開的第一方面涉及確定食物原料的尺寸信息的方法。方法包括向食物原料施加具有給定射頻的電場，電場由定位為緊密接近于食物原料的源生成；測量從食物原料反射的電場的能量與由源生成的且施加于食物原料的電場的能量之間的比率；以及基于比率來確定食物原料沿著施加于食物原料的電場的方向的平均厚度。方法還包括針對電場的源與食物原料之間的多個距離，測量從食物原料反射的電場的能量與施加于食物原料的電場的能量之間的比率；識別測得的比率的幅度的相對突然變化；導出針對發生相對突然變化的電場的源與食物原料之間的對應距離；并且基于對應距離和在對應距離處輻射的電場的發散角，來確定食物原料在垂直于施加于食物原料的電場的方向的平面中的平均直徑。

通過在不需要用戶手動輸入食物原料的尺寸信息的情況下確定食物原料的平均厚度，此方法產生更方便、穩健和準確的方式來確定食物原料的平均厚度。因為確定的食物原料的平均厚度比經由上述現有技術的解決方案更接近食物原料的實際厚度，所以可以基于食物原料的尺寸信息更準確地設置用于烹飪食物原料的過程。

本公開的第二方面涉及被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備。設備包括第一單元、第二單元和第三單元。第一單元適于向食物原料施加具有給定射頻的電場，電場由定位為緊密接近于食物原料的源生成。第二單元適于測量從食物原料反射的電場的能量與由所述源生成的且施加于食物原料的電場的能量之間的比率。第三單元適于基于比率來確定食物原料沿著施加于食物原料的電場的方向的平均厚度。設備還包括第四單元、第五單元、第六單元和第七單元。第四單元適于針對電場的源與食物原料之間的多個距離，測量從食物原料反射的電場的能量與施加于食物原料的電場的能量之間的比率。第五單元適于識別由所述第四單元測得的比率的幅度的相對突然變化。第六 單元適于導出針對發生所述相對突然變化的電場的源與食物原料之間的對應距離。第七單元適于基于所述對應距離和在所述對應距離處輻射的電場的發散角來確定食物原料在垂直于施加于食物原料的電場的方向的平面中的平均直徑。

本設備實現執行根據本發明的上述方法的功能單元。

本公開的第三方面涉及烹飪裝置。烹飪裝置包括如上所述的被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備。

本公開的第四方面涉及存儲指令的計算機可讀存儲介質。當在設備上被執行時，指令使設備執行如上所述的方法的步驟。

附圖說明

現在將參照附圖基于實施方式通過示例的方式來描述技術，附圖中：

圖1圖示了根據實施方式的方法的流程圖；

圖2是圖示了食物原料的厚度與食物原料對射頻的反射率之間的關系的示例性圖；

圖3示意性地圖示了根據實施方式的被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備的框圖；以及

圖4圖示了用于測量食物原料的尺寸信息的對食物原料生成電場的源；

圖5是圖示了從電場的源到食物原料的距離與食物原料對射頻的反射率之間的關系的示例性圖；

圖6示意性地圖示了根據實施方式的被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備的框圖；

圖7示意性地圖示了根據實施方式的被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備的框圖。

具體實施方式

本文中的實施方式在下文中將參照附圖更充分地描述。然而，本 文中的實施方式可以具體實施為許多不同的形式，并且不應當被解釋為限制所附權利要求的范圍。附圖的元件不必相對于彼此按比例。相同的附圖標記通篇指相同的元件。

本文中使用的術語僅用于描述具體實施方式的目的，而不旨在限制。如本文中所使用的，單數形式“一(a)”、“一個(an)”和“該(the)”旨在還包括復數形式，除非上下文以其他方式清楚地指示。將進一步理解的是，術語“包括”和/或“包含”在本文中使用時，指定存在所陳述的特征、整件、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一個或更多個其它特征、整件、步驟、操作、元件、部件、和/或其組。

除非以其他方式限定，否則本文中使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與通常理解相同的含義。將進一步理解的是，本文中使用的術語應當被解釋為具有與它們在本說明書的上下文和相關領域中的含義一致的含義，并且將不就理想化或過度正式的意義來解釋，除非本文中清楚地這樣限定。

下面參照根據本實施方式的方法、裝置(系統)和/或計算機程序的框圖和/或流程圖圖示來描述本技術。理解的是，框圖和/或流程圖圖示的塊、和框圖和/或流程圖圖示中的塊的組合可以由計算機程序指令來實現。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機和/或其它可編程數據處理設備的處理器、控制器或控制單元，以產生機器，使得經由計算機和/或其它可編程數據處理設備的處理器執行的指令創建用于實施框圖和/或流程圖一個或多個塊中指定的功能/行為的手段。

因此，本技術可以具體實施在硬件和/或軟件(包括固件、常駐軟件、微代碼等)中。而且，本技術可以采取計算機可用或計算機可讀存儲介質上的計算機程序的形式，使計算機可用或計算機可讀程序代碼具體實施在介質中，以便由指令執行系統使用或與指令執行系統結合使用。在本文獻的上下文中，計算機可用或計算機可讀存儲介質可以是任何介質，此任何介質可以含有、存儲或適于傳達程序，該程序 用于由指令執行系統、設備或裝置使用或與指令執行系統、設備或裝置結合使用。

下面將參照附圖來描述本文中的實施方式。

圖1圖示了確定食物原料的尺寸和面積信息的方法100的流程圖。

方法100包括向食物原料施加110具有給定射頻的電場的步驟。電場由定位為緊密接近于食物原料的源生成。通常，給定射頻的范圍從1MHz至50GHz。優選地，給定射頻具有頻率和功率，使得由源生成的對應電場可以穿過食物原料。生成電場的源例如是定向天線，其發射射頻信號，以便向食物原料施加電場。尺寸信息包括食物原料的平均厚度。為了準確地確定平均厚度，期望使生成電場的源定位為盡可能地接近食物的表面。通常，生成電場的源與食物原料之間的距離使得食物原料可以被認為沿垂直于所施加的場的傳播的方向具有無限尺寸，并且由此大部分所發射的射頻能量可以被認為輻射到食物原料中。

方法還包括測量120從食物原料反射的電場的能量與由源生成的且施加于食物原料的電場的能量之間的比率R1的第一步驟。該比率例如通過散射參數(諸如，但不限于S₁₁)來量化。在這種情況下，從食物原料反射的射頻電場的能量例如由從食物原料反射的電場的幅度來表示。優選地，從食物原料反射的電場的能量由生成電場的相同源和食物原料來測量。類似地，施加于食物原料的射頻電場的能量例如由施加于食物原料的電場的幅度來表示。

方法還包括基于比率R1確定130食物原料沿著施加于食物原料的電場的方向的平均厚度d的第一步驟。如圖2圖示的，對于給定射頻，食物原料的平均厚度d與食物原料的比率R1(例如S₁₁)之間存在函數關系。也就是說，在生成給定射頻的源緊密接近于食物原料的情況下，食物原料的S₁₁和食物原料的平均厚度由給定射頻的給定關系鏈接。因此，一旦測得比率S₁₁，就可以確定平均厚度。

通過在沒有任何手動用戶輸入(諸如手動輸入食物原料的尺寸信 息)的情況下確定食物原料的平均厚度，此方法導致更方便、穩健和準確的方式來確定食物的平均厚度。因為確定的食物原料的平均厚度比經由上述現有技術的解決方案更接近食物原料的實際厚度，所以可以基于食物原料的尺寸信息更準確地設置用于烹飪食物原料的過程。

優選地，確定130的第一步驟包括由方程式(1)如下計算食物原料的平均厚度d：

其中，ε是復介電值，k是復波數，并且S₁₁是在測量120的步驟中測得的比率。

ε可以例如從食物原料的局部部分中測得的諸如S₁₁的散射參數來計算。局部散射參數可以使用諸如同軸開端探頭的接觸式射頻探頭來測量。接觸式射頻探頭可以位于食物原料的底部。具體地，ε可以由方程式如下計算：

ε是具有實部ε’和虛部ε”的復值。ε’稱為介電常數，并且ε”稱為損耗因子。在方程式中，C_p和C_g兩者是接觸式射頻探頭的特性電容器常數。Z0是探頭的線纜線路的特性阻抗常數。f是給定射頻。

因此，復波數k可以由方程式如下計算：

這里，c是真空中的光速，即3*10⁸m/s。f是給定射頻。

為此，方法還包括針對電場的源與食物原料之間的多個距離測量140從食物原料反射的電場的能量與施加于食物原料的電場的能量之間的比率R2的第二步驟。例如，如圖4所示，電場的源定位在食物的頂部上。在測量140的第二步驟中，電場的源逐漸向上移動遠離食 物原料。值h是從電場的源到食物原料的底部的距離，并且d值是食物原料的平均厚度。照此，電場的源與食物之間的間隙距離(h-d)增大。在移動中，測量140的第二步驟選擇多個間隙距離，并且在多個間隙距離中的每一個處，測量從食物原料反射的電場的能量與施加于食物原料的電場的能量之間的比率R2。比率R2例如由散射參數(諸如，但不限于S₁₁)量化。

方法還包括識別150由測量140的第二步驟測得的比率R2的幅度的相對突然變化的步驟、和導出160針對發生相對突然變化的電場的源與食物原料之間的對應距離的步驟。

如圖5所示，隨著電場的源與食物原料之間的間隙距離增大，食物原料的比率R2(即S₁₁)值也增大。然而，S₁₁值的增大幅度是不同的。如所圖示的，當間隙距離小于20mm時，增大幅度急劇，例如增大幅度高于閾值。這是因為輻射在食物原料的表面上的電場的面積隨著間隙距離增大而增大。當間隙距離大于20mm時，增大幅度平穩，例如增大幅度低于閾值。這是因為自從間隙距離達到20mm，電場的面積已經覆蓋了食物原料的整個表面。在這種情況下，當刺激食物原料的表面的電場的面積接近或等于食物原料的表面的面積時，可以確定測得的比率的幅度的相對突然變化發生。在此示例中，針對發生相對突然變化的電場的源與食物原料之間的對應距離是20mm。

方法還包括第二步驟：基于對應距離(h-d)和在對應距離處輻射的電場的發散角α，確定170食物原料在垂直于施加于食物原料的電場的方向的平面中的平均直徑D。例如，食物原料的平均直徑D可以由下面的方程式(2)來計算：

D＝2×(h-d)×tan(α) (2)

食物原料的表面的面積由此可以基于平均直徑D來計算。例如，如果食物的表面假定為圓形，則食物原料的表面的面積A是

優選地(未圖示)，方法還包括加熱180食物原料的步驟。加熱由加熱參數集來限定，該加熱參數集在由加熱功率和加熱持續時間限 定的參數集之中取得。方法還包括基于食物原料的尺寸信息來調整190加熱參數的步驟。例如，調整190的步驟使用食物原料的平均厚度d和/或食物原料的面積A作為輸入，以設置加熱功率和加熱持續時間。例如，厚度越大和/或面積A越寬，烹飪過程的持續時間越長，和/或烹飪過程期間施加于食物原料的加熱功率越高。例如，加熱功率/加熱持續時間隨著根據本發明確定的尺寸信息線性(即，成比例地)變化。

圖7示意性地圖示了根據實施方式的被構造為確定食物原料的尺寸信息的設備200的框圖。設備200包括執行上述根據發明的方法的各種步驟的各種單元。裝置200可以是獨立的或集成到烹飪裝置中。設備200包括第一單元210、第二單元220和第三單元230。將參照圖7討論各個單元的功能。

第一單元210適于向食物原料施加具有給定射頻的電場。電場由定位為緊密接近于食物原料的源生成。第二單元220適于測量從食物原料反射的電場的能量與由源生成的且施加于食物原料的電場的能量之間的比率R1。第三單元230適于基于比率R1來確定食物原料沿著施加于食物原料的電場的方向的平均厚度d。

如圖3圖示的，設備200還包括第四單元240、第五單元250、第六單元260和第七單元270。

第四單元240適于針對電場的源與食物原料之間的多個距離，測量從食物原料反射的電場的能量與施加于食物原料的電場的能量之間的比率R2。第五單元250適于識別由第四單元240測得的比率R2的幅度的相對突然變化。第六單元260適于導出針對發生相對突然變化的電場的源與食物原料之間的對應距離。第七單元270適于基于對應距離(h-d)和在對應距離處輻射的電場的發散角α，來確定食物原料在垂直于施加于食物原料的電場的方向的平面中的平均直徑D。例如，食物原料的平均直徑D可以由上面的方程式(2)來計算。

優選地，如圖6圖示的，設備200還包括第八單元280和第九單元290。

第八單元280適于加熱食物原料。加熱由加熱參數集來限定，該加熱參數集在由加熱功率和加熱持續時間限定的參數集之中取得。第九單元290適于基于食物原料的尺寸信息來調整加熱參數。例如，第九單元290使用食物原料的平均厚度d和/或食物原料的面積A作為輸入，以設置加熱功率和加熱持續時間。例如，厚度越大和/或面積A越寬，烹飪過程的持續時間越長，和/或烹飪過程期間施加于食物原料的加熱功率越高。食物原料的加熱例如經由加熱元件生成熱對流或熱輻射而進行。

本公開還涉及存儲指令的計算機可讀存儲介質。當在諸如設備200的設備上執行時，指令使裝置執行如上所述的方法的各種步驟。

雖然本文中已經圖示和描述了實施方式，但本領域技術人員將理解可以做出各種變化和修改，任何等同物可以取代其元件，而不脫離本技術的真實范圍。另外，可以進行許多修改，以適于本文中的具體情況和示教，而不脫離其中心范圍。因此，旨在的是，本實施方式不限于被公開為設想用于執行本技術的最佳模式的具體實施方式，而是本實施方式包括落入所附權利要求的范圍內的所有實施方式。