感測食材的特性的設備和方法以及沖泡咖啡的機器和方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及食物處理并且特別涉及咖啡沖泡。
【背景技術】
[0002] 在當前的消費者級別食物處理機器中，用于處理食物的方案具有有限的靈活性。 以家庭/辦公室咖啡沖泡機作為示例，對于所選擇的口味，例如濃咖啡或卡布奇諾，總是預 先存儲例程用于沖泡該選擇的口味。這種例程可考慮一些用戶輸入，例如咖啡的體積或咖 啡的濃度。
【發明內容】
[0003] 在咖啡沖泡的領域中，在研磨和沖泡之前烘烤咖啡豆。根據由人眼感知的烘烤豆 或磨碎粉的顏色，還可將烘烤的程度標記為淺、中等淺、中等、中等深、深或非常深。較深的 烘烤一般更強烈，因為它們具有較少的纖維含量和更甜的味道。較淺的烘烤具有來自芳香 油和酸(其否則被較長的烘烤時間破壞)的更復雜以及因此被感知為更濃的味道。不同的供 貨商可將咖啡豆烘烤到不同的烘烤程度。甚至在研磨之后，咖啡粉仍然反映咖啡豆的烘烤 程度并且給消費者帶來不同的咖啡口味。
[0004] 在另一示例中，磨碎咖啡粉的細度也影響口味。一般，更細的磨碎咖啡粉有助于可 口的濃咖啡，然而如果其太細，則得到的咖啡沖泡品可能較苦。另一方面，如果磨碎咖啡粉 太粗，則沖泡品可能太淡，并且缺乏醇厚并且豐富的濃咖啡味道。再次，磨碎咖啡粉的細度 不同。不同供應商可能將豆研磨成不同的細度。假如用戶通過使用家庭研磨機研磨咖啡豆， 則研磨機在使用長時間后將被磨損，因此導致磨碎咖啡粉的不穩定細度。因此，由消費者使 用的磨碎咖啡粉的細度不總是相同并且影響最終咖啡口味。
[0005] 基于以上事實，可看到，根據具有特定特性(例如對于制造商特定的某個烘烤程度 和某個研磨細度）的咖啡粉來設計沖泡例程。這些特定特性可能在日常使用中很可能不被 滿足。因此，沖泡例程當在家庭/辦公室中使用時將很可能使咖啡具有與期望不同的或偏 離期望的口味。對于其他應用情形，例如豆奶制作，大豆制作，存在類似的問題。
[0006] 在工業環境中，通過經由NIR光譜學（其利用分光儀系統用于檢測）檢測咖啡粉 的顏色來實施測量烘烤程度。NIR的波長范圍通常是1000nm-2400nm。需要使用適合NIR 1000nm-2400nm的光源和傳感器。例如，需要采用能夠檢測NIR波的InGaAs陣列，并且該 InGaAs陣列是昂貴的并且維護起來復雜。因此，NIR分光儀系統難以被集成到家用咖啡機 中用于感測烘烤程度。
[0007]因此，有利的是實現能夠感測食材(例如咖啡粉）的特性的低成本解決方案。還有 利的是，在各種咖啡粉的日常使用中具有沖泡咖啡的適應性解決方案。
[0008]為了更好解決這些問題中的一個或多個，本發明的實施例的基本理念是使用在可 見帶和鄰近可見帶的近紅外帶的波來檢測食材的特性。并且本發明的實施例的另一基本理 念是通過考慮咖啡粉的特性來控制咖啡的研磨/沖泡。
[0009] 在本發明的第一方面中，提出了一種感測食材的特性的設備，其包括：波源，其被 配置為發射波到所述食材，所述波的波長范圍包括所選擇的鄰近可見帶的近紅外帶；檢測 器，其被配置為檢測由所述食材反射的波的強度；以及分析模塊，其被配置為根據所檢測的 反射波的強度來確定所述特性。
[0010] 在該第一方面中，鄰近可見帶的近紅外帶被用于檢測食材的特性。消費者級別的 波源和檢測器對于該帶是足夠的，因此該方面是低成本的并且適合家庭/辦公室使用。根 據實驗，在該帶中的檢測可滿足在家庭器械級別中的精度要求。
[0011] 在優選實施例中，所述近紅外帶包括780nm到lOOOnm的波長范圍。
[0012] 在該實施例中，進一步規定近紅外帶。能夠在該帶中發射和檢測的設備相對于 1000nm-2400nm帶的那些成本更低，因此該實施例可實現適合家庭/辦公室使用的低成本 解決方案。
[0013] 在優選實施例中，所述波的所述波長范圍進一步包括可見帶的至少部分。
[0014] 在該實施例中，包含在可見帶中的信息還被檢測以確定食材的特性。精度被進一 步改進。
[0015] 在優選實施例中，所述可見帶包括500nm到780nm的波長范圍。
[0016] 在該實施例中，可見帶被進一步規定。根據實驗，在這些帶中的檢測可滿足在家庭 器械級別中的精度要求。
[0017] 在優選實施例中，所述檢測器包括基于硅的傳感器。
[0018] 在該實施例中，基于硅的檢測器(例如CMOS傳感器(其是便宜的并且在數碼相機 和移動電話中廣泛使用）)可被用于檢測反射波。在該實施例中，成本是低的。附加地，該實 施例還使能設備到具有相機的便攜設備中的可行的集成。
[0019] 在優選實施例中，設備進一步包括：濾波器，其被配置為對反射波進行濾波，并且 獲得在所述波長范圍內的預定子帶中的波子集；所述檢測器被配置為檢測包括在所述波子 集中的每個子帶波的強度的強度子集；并且所述分析模塊被配置為根據所檢測的強度子集 確定所述特性。
[0020] 在該實施例中，僅在預定子帶中的波，而不是全帶，被檢測和處理以確定食材的特 性。首先，該解決方案可減小系統復雜性，由于用于檢測子帶波的部件在結構上較不復雜并 且處理這些子帶信號比處理全帶信號更快。其次，實驗已證明，預定子帶中的檢測還可確保 感測的精度處于家庭器械的可接收級別。
[0021] 在優選實施例中，設備進一步包括存儲用于根據強度子集計算食材的特性的模型 的存儲器；并且所述分析模塊進一步被配置為將所檢測的強度子集輸入模型中并且獲得由 模型輸出的食材的特性。
[0022] 在該實施例中，食材的特性和子帶波的強度通過例如制造商從在先實驗中獲得。 在先實驗使用具有各種參考特性的食材，并且它們的相應的子帶波的強度的強度子集被用 于建立模型或所謂的分類器。在日常使用期間，實際檢測的子帶波的強度被輸入模型中，并 且模型將計算檢測的食材的特性。感測精度對于家庭使用是高和足夠的。
[0023] 在優選實施例中，所述濾波器包括以下中任一個：具有多個濾波透鏡的濾波器輪， 所述透鏡對應于子帶中的每個，該輪被配置為被旋轉以獲得每個子帶波；以及被配置為將 每個子帶波與反射波分離的光柵。
[0024] 該實施例提出濾波器的兩個實施方式。濾波器輪解決方案可與時分檢測一起使 用，其中濾波器輪被旋轉以每次輸出一個子帶波。并且光柵解決方案可與空分檢測一起使 用，其中多個傳感器被部署在不同位置中，它們中的每個用于接收由光柵折射的一個子帶 波。
[0025] 在優選實施例中，食材包括咖啡粉，并且特性包括以下中的至少任一個：咖啡粉的 烘烤程度；以及咖啡粉的研磨細度。
[0026] 該實施例提出了本發明在咖啡沖泡中的應用，并且對于家庭/辦公室使用的咖啡 機是尤其有利的。
[0027] 在本發明的第二方面中，提出了一種沖泡咖啡的機器，其包括：第一設備，其被配 置為根據咖啡粉的烘烤程度確定沖泡咖啡的參數；和/或第二設備，其被配置為根據咖啡 粉的研磨細度確定沖泡咖啡的參數。
[0028] 在該方面中，咖啡機可進一步根據咖啡粉的特性(例如烘烤程度(還反映為顏色） 和研磨細度）來確定沖泡參數，因此提供可調節咖啡沖泡解決方案。
[0029] 本發明的這些和其它方面將根據下文描述的（多個）實施例而變得清楚明白并且 將參考下文描述的(多個）實施例而被闡明。
【附圖說明】
[0030] 通過在附圖的幫助下閱讀非限制性實施例的以下描述，本發明的特征、方面和優 點將變得明顯。
[0031] 圖1示出根據本發明的實施例的設備的示意性結構； 圖2示出本發明的實施例的高通濾波器的截止波長； 圖3示出根據本發明的另一實施例的沖泡咖啡的流程圖； 圖4示出具有根據本發明的實施例的設備的咖啡機的示意性結構； 圖5示出根據本發明的實施例感測研磨細度的精度。
【具體實施方式】
[0032] 如在圖1中示意性示出的，根據本發明的第一方面，提供了感測食材的特性的設 備。該設備包括：波源20,其被配置為發射波到所述食材，所述波的波長范圍包括所選擇的 鄰近可見帶的近紅外帶；檢測器26,其被配置為檢測由所述食材反射的波的強度；以及分 析模塊28,其被配置為根據所檢測的反射波的強度來確定所述特性。
[0033] 盡管在確切波長值中存在微小差別，可見帶一般被認為從大約340nm到大約 780nm。在該情況下，近紅外帶包括780nm到lOOOnm的波長范圍。與具有高于lOOOnm的波長 范圍的當前NIR感測解決方案相比，該實施例的優點是該設備可使用適合780nm到lOOOnrn