控制能量的装置与方法

文档序号:6002153阅读:789来源:国知局
专利名称:控制能量的装置与方法
技术领域
在本申请的一些实施方案中,本申请总体上涉及电磁(EM)能量在负载中的耗散, 并且更具体地但非排他的,涉及RF加热,例如使用微波或UHF能量用于融化、加热和/或烹饪。
背景技术
有很多使用高频辐射的加热对象,并且包括常用的家用微波(MW)炉,以及使用MW 能量主要结合其他的加热方式如蒸汽、热空气及红外加热元件的商用炉。在与已知的丽炉相关联的许多问题中是加热不均勻,这常常在炉腔中导致反射驻波的热点和冷点。改进在这种装置中的均勻性的许多尝试包括增加在炉腔中的模式数目 (例如在加热过程中搅拌和/或移动负载的模式)。在一些情况中,其中使用了多个频率,这些装置被配置为测量以不同的发射频率传输能量到炉腔的效率,并且然后仅以具有相对高效率的频率传输能量到负载,其旨在这会增加到负载的能量传输效率。加热一个对象改变了其在不同的频率下的耗散特征。例如,在加热之前负载中以一个速率耗散的频率在负载的某种加热或移动发生之后能够以不同的速率(更高或更低)耗散。发明概述根据一些实施方案,提供了一种用于辐射具有频率的辐射频谱的设备和方法。辐射是通过在不同的频率下发射不同量的能量来执行的。在每个频率下发射的能量的量是至少通过改变在发射相应的频率期间的对应的持续时间所控制的。根据本实施方案的一个方面,提供了一种辐射负载的方法,其中,通过改变在发射相应的频率期间的对应的持续时间在不同的频率供应不同量的能量。因此从其中要求的较多能量的频率发射更长的时间量,而从其中要求的较少能量的频率发射更短的时间量。对负载进行辐射可以在一个共振腔中执行。可以对负载的辐射进行控制用于获得负载中的预先确定能量耗散模式。对负载进行辐射可以在固定功率发射水平执行。
可以分别针对发射频率中的每一个在最大功率发射水平执行负载辐射。使放大器持续工作在设计最大功率允许使用更便宜的放大器。可以控制负载的辐射用于限制在不同频率中的每一个下提供的能量的最大量。可以控制负载的辐射为限制在不同的频率提供的持续一个发射周期的能量的总量。发射周期可以是一个发射循环或一个负载循环。可以控制负载的辐射为限制在发射单个频率期间的总持续时间。可以控制负载的辐射为将在所发射的频率中的每一个下的可能功率最大化。至少两个频率在至少两个不同的非零功率发射。该方法可以包括以频率的辐射频谱辐射负载;测量所产生的反射和耦合频谱(RC频谱);根据RC频谱推断负载的当前耗散信息;以及根据耗散信息设定频率的辐射频谱,其中该设定包括通过改变在发射相应的频率期间的对应的持续时间在不同的频率发射不同的能量的量。该方法可以包括以频率的辐射频谱辐射负载,以便让负载吸收能量;测量所产生的RC频谱;根据所测量的RC频谱推断负载的当前耗散信息;以及根据耗散信息修改频率的辐射频谱,其中该修改包括通过改变在发射相应的频率期间的对应的持续时间在不同的频率发射不同的能量的量。可以连续地安排这些频率以形成一个负载循环。该方法可以包括重复地执行该负载循环。这些频率可以在负载循环内改变。该方法可以包括在负载循环的重复中不同地打开或关闭频率以改变在辐射负载的对应的频率的辐射的总持续时间。在该方法中,通过为某些循环关闭频率或为某些循环将频率切换到更低的功率可以实现不同的切换。根据本实施方案的一个第二方面,提供了一种用频率的辐射频谱辐射负载的方法,该负载具有随着负载的能量耗散状态而改变的耗散信息,该方法包括根据耗散信息的改变修改频率的辐射频谱,其中该修改包括改变在发射相应的频率期间的对应的持续时间。根据本实施方案的一个第三方面,提供了一种用于辐射负载的设备,包括a. 一个能量馈源,其功能为发射能量到腔,以在存在负载的情况下在多个频率中共振;以及b. 一个控制器,其功能为改变在发射相应的频率过程中的对应的持续时间。在一个实施方案中,该控制器被配置为重复地执行改变。在一个实施方案中,该控制器被配置为根据对应的持续时间以频率的辐射频谱辐射负载,测量所产生的反射和耦合频谱(RC频谱),根据RC频谱推断负载的当前耗散信息,并且根据耗散信息设定频率的辐射频谱。在一个实施方案中,该控制器被配置为在频率的负载循环中不同地打开或关闭频率,从而改变在辐射负载中对应的频率的总持续时间。一些示例性实施方案可以包括一种用于施加EM能量到负载的设备。该设备可以包括至少一个处理器,该处理器被配置为接收指示对于多个调制空间元件(将在以下对该术语进行详细描述)中的每一个由负载所耗散的能量的信息。该处理器还可以被配置为基于所接收的信息将该多个调制空间元件中的每一个与相应的功率应用持续时间相关联。该处理器还可以被配置为调节施加到负载的能量以便对于多个调制空间元件中的每一个而言在相应的功率应用持续时间施加功率到负载。其他的示例性实施方案可以包括一种用于施加EM能量到负载的设备。该设备可以包括至少一个处理器,该处理器被配置为确定与负载相关联的多个耗散指示符的值。该处理器还可以被配置为基于多个耗散指示符的值设定调制空间元件/功率/时间三者。该处理器可以被配置为调节调制空间元件/功率/时间三者以施加能量到负载。其他的示例性实施方案可以包括一种用于施加EM能量到负载的方法。该方法可以包括接收对于多个调制空间元件中的每一个由负载所耗散的能量的信息;基于所接收的信息,将该多个调制空间元件中的每一个与相应的功率应用持续时间相关联;以及调节施加到负载的能量以便对于多个调制空间元件中的每一个而言在相应的功率应用的持续时间施加功率到负载。在本公开中,已经结合频率和/或调制空间元件描述了许多概念。在一些实施方案中,频率可以包括在用于确定或操纵一个调制空间元件的一个或多个参数之中。总之,因此,根据频率描述的与本公开的实施方案相关的概念还可以更总体上延伸到包括使用调制空间元件的实施方案。除非以其他方式定义,在本文中使用的所有技术和科学术语对于本发明所属的本领域普通技术人员的共同理解具有相同的意思。在本文中提供的材料、方法、及示例仅是示意性的并不旨在限制。在本文中使用的单词“示例性”意思为“用作一个示例、例子或图示”。描述为“示例性”的任何实施方案不必认为相对于其他的实施方案是优选的或有利的和/或从其他的实施方案排除特征的合并。在本文中使用的单词“可选地”意思是“在一些实施方案中提供而不在其他的实施方案中提供”。本发明的任何具体实施方案可以包括多个“可选的”的特征,除非这些特征相冲突。本发明的实施方案的方法和/或系统的实现方式可以涉及手动、自动、或其组合执行或完成所选择的任务。这具体地是指涉及如微波、烘干器及类似的设备的控制的任务。 此外,根据本发明的方法和/或系统的实施方案的实际仪器和设备,可以通过硬件、软件、 或通过固件、或通过其组合使用一种操作系统来实施几个所选择的任务。例如,根据本发明的实施方案可以将所选择的任务的硬件实施为芯片或电路。如软件,根据本发明的实施方案的所选任务可以被实现为使用任何合适的操作系统由计算机执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施方案中,根据如本文描述的方法和/或系统的示例性实施方案的一个或多个任务由一个数据处理器执行,如用于执行多个指令的计算平台。可选地,该数据处理器包括存储指令和/或数据的易失性存储器和/或非易失性存储器,例如磁硬盘和/或移动媒质,用于存储指令和/或数据。可选地,还提供了一种网络连接。还可选地提供了显示器和/或如键盘或鼠标的用户输入装置。附图简要说明仅通过举例并参考附图在此描述了本发明。现专门详细参考附图,应强调所述的细节仅是通过举例并且仅用于示意性地讨论本发明的优选实施方案,并且这些细节存在以提供被认为是本发明的原理和概念方面最有用和最容易理解的描述的内容。在该方面,未试图以与基本理解本发明所需的细节相比更详细地示出本发明的结构细节,结合附图的描述使得本领域技术人员明白本发明的几种形式可以在实践中如何体现。在附图中图IA是示出根据本发明的一些实施方案的一种对负载进行辐射的方法的简化的流程图。图IB是示出一种根据本发明的一些实施方案用于向负载提供受控的能量辐射的方法的简化的流程图,其中负载的耗散信息取决于负载的能量状态改变。图IC是示出根据本发明的一些实施方案的一种通过对在其中发射每个频率的时间段进行调制来控制在每个发射频率下耗散到负载中能量的量的方法的简化流程图。图2是控制通过以多个频率辐射的能量传输的示例性流程图。图3示意性地描绘了根据本发明的示例性实施方案的一个装置。图4A和4B描绘了用于示例性决定函数的功率对频率的示意图。图5是根据本发明的实施方案控制用于辐射负载的负载循环的示例性场景。图6是根据本发明的一个示例性实施方案施加电磁能量到负载的设备的图解;图7示出了根据本发明的一个实施方案的耗散率频谱(虚线)和输入能量频谱 (实线);图8示出了根据本发明的一个实施方案的耗散率频谱;图9示出了根据本发明的一个示例性实施方案的一个装置;以及

图10示出了一个示例性调制空间。示例性实施方案的详细说明本实施方案包括一种用于控制在每个被发射调制空间元件(MSE ;以下将对其进行详细描述)处控制耗散到负载中的EM能量的量的设备和方法,并且具体地涉及在这些 MSE的负载循环中通过对每个MSE其中发射的周期进行调制的此类控制。例如能量的耗散可以用于通常在无需增加温度的情况下使用能量辐射的任何形式的加热,包括融化、解冻、 升温、烹饪、烘干等中的一个或多个。术语“电磁能量”或“EM能量”如在本文中使用包括电磁频谱的任何或所有部分,包括但不限于射频(RF)、红外线(IR)、近红外、可见光、紫外线等。在一个具体的示例中,所施加的电磁能量可以包括具有在IOOkm到Imm的自由空间中的波长的RF能量,这分别是3KHz到300GHz的频率。在一些其他的示例中,频率带可以是在500MHz到1500MHz之间、或700MHz到1200MHz之间、或800MHz到IGHz之间。微波和超高频(UHF)能量例如都可以在RF范围内。即使在本文中结合RF能量的应用描述了本发明的示例,提供这些描述用于示出本文的几个示例原理,并不旨在将本发明限制为电磁频谱的任何具体的一部分。
Ben-Shmuel等人的通过引用结合在此的两个PCT专利申请号 W02007/096877 ( ‘877)和 W02007/096878 ( ‘878)(两个都在 2007 年 8 月 3 号公开)公开
了用于电磁加热的方法和装置。一些公开的方法包括以下步骤将待加热的对象放置到腔中,并且通过多个馈源在多个频率供应UHF或微波能量到腔中。在2008年8月观日公开的Ben Shmuel等人的通过引用结合在此的PCT专利申请号W02008/102,360( ‘360)尤其公开了一种用于烘干对象的方法,包括施加宽带RF能量到腔中的对象,其受控方式为将对象保持在所期望的时间温度计划表内和在所期望的空间廓线内的;并且当至少估计达到所期望的烘干水平时终止烘干。在2008年8月观日公开的Ben Shmuel等人的通过引用结合在此的PCT专利申请号W02008/102,334( ‘334)尤其公开了一种冷冻物体或物体的一部分的方法。该方法包括将物体的至少一部分暴露在具有低于物体的冷冻点的温度的冷却剂,并且同时操作电磁加热器,用于将物体的至少一部分保持在高于其冷冻点的温度;并且减少电磁加热以允许物体的至少一部分冷冻。电磁加热器包括一个谐振器;并且该物体的受热部分在谐振器内加热。‘877、‘878及‘334申请的上述方法考虑了在每个发射频率的耗散率和在频率可以在该频率发射的功率的最大量。该方法有时旨在推断有待在每个频率发射的能量的量以便仅耗散所期望的能量的量。‘877、‘878及‘334申请的上述方法进一步公开了仅(或主要)主要负载中耗散的频段中发射功率的选项。例如可以使用此类发射以避免或显著减小表面电流中或在多个馈源(即天线)之间的耗散。例如可以执行该发射以便在对象中耗散的功率对于所有发射频率而言基本上是恒定的(这可以定义为负载中的均勻的能量耗散模式)。这种发射允许负载中每个频率基本上相等的能量耗散,而不管负载的成分和/或几何形状,同时供应的功率和能量传输的效率对于不同的频率而言可以不同。根据本发明的一些实施方案,提供了一种方法,用于以多个频率或MSE的频谱辐射负载,测量所产生的反射和耦合频谱(“RC频谱”),随着其在辐射的过程中修改时从RC 频谱推断负载的频谱耗散,并且响应于改变的耗散频谱修改辐射频谱。负载的“频谱耗散” 或“耗散信息”可以理解为负载中的多个发射频率或MSE的耗散率。可替代地或附加地,通过动态地调节用于控制在一个负载循环中在每个发射频率耗散到负载中的能量的量的一个或多个参数来执行修改辐射。该调节基于从负载中获得的频谱信息。频谱信息可以包括和/或来源于RC频谱、装置的全S参数、负载的频谱耗散、负载中的发射频率或MSE的耗散率、与耗散峰值相关联的Q因数、和/或在每个此类频率或 MSE可以发射到腔中的最大功率中的一个或多个。用于控制加热的此类参数可以是或包括对每个频率分配的时间和/或对每个频率及类似分配的功率。根据本发明的一些实施方案,调节每个频率或MSE的发射时间以便在任何给定的频率或MSE耗散所期望的能量到负载中。在此类协议中,发射时间可以通过为此类频率或 MSE分配更多的时间来补偿具有相对低的能量耗散率和/或较低最大功率的情况(例如若在一个给定的循环中对于此类频率期望较高的相对能量发射)。可以控制在一个给定的频率或MSE耗散到负载中的能量以实现负载中的所期望的耗散模式。因此,期望的能量例如可以是每个频率或MSE的一个绝对值或相对值(相比较于另一个发射频率或MSE)或两者的组合。其还可以相关于在多个频率或MSE中所耗散的能量的总量和在它们之间的模式 (相对耗散率)。负载中的耗散模式意味着一个负载中需要耗散的能量的相对和/或绝对的量,该负载在每个频率或多个频率或MSE暴露于辐射。该模式可以是频率或MSE相关的 (例如通过一个频率或MSE耗散给定的或相对的量)和/或场所相关的(例如耗散给定或相对的量到负载中的一个场所)或频谱信息的另一个参数或特征(可能在整个工作频段中)。例如,耗散模式可以是均勻的(本质上通过多个频率或MSE和/或在多个场合耗散相同量的能量)。例如,对于均勻的能量耗散而言,在一个加热循环中对于每个频率的所耗散的能量值的绝大多数(例如51%或更多、60%或更多、80%或更多、或甚至95%或更多)必须是类似的(例如最大差低于平均值的40^^20^^10^5% )。在其他的模式中,可以存在不同的关系。例如,在一些可以用于融化的协议中,对于具有高耗散率的多个频率或MSE 而言负载中可以耗散相对少量(若有)的能量,而对于具有低耗散率的多个频率或MSE而言负载中可以耗散相对大量的能量。能量耗散模式可以包括以下各项中的一个或多个(a) 负载中的均勻的能量耗散,(b)负载中受控的、非均勻的能量耗散,或(c)其组合。耗散模式可以在每个辐射循环中选择或可以从多个循环或甚至在整个过程中选择。相比较于在每个频率或MSE (例如其中每个频率或MSE的发射时间是固定的)仅调节功率输入,时间调节的方法可以实现整个过程时间的减少,因为更高的功率水平(至少在一些频率或MSE中)变得可能。可选地,在所有频率或MSE发射最高功率水平(作为功率或MSE的函数),这将(对于给定的频谱情形和电源)能量耗散率最大化,因此将时间最小化。在加热过程中,例如在每个负载循环之前和/或在多个负载循环之前和/或之后可以执行一次或多次时间控制,并且可以基于从腔和/或负载获得的频谱信息或耗散信息。该控制可以包含例如在不同频率或MSE上的装置的控制以确保以按需要的功率和持续时间发射每个频率或MSE。有时,控制还包含例如在循环之间的发射模式的改变,并且有时还包含对应的计算和/或做决定过程。附加地或可替代地,在每个发射频率或MSE为该频率或MSE发射最大可能的功率, 同时为该频率或MSE控制发射周期。此类发射导致在给定的频率或MSE耗散期望的能量的量到负载。此类发射导致所耗散的功率的增加或甚至最大化(或到负载的能量传递的速率)同时实现期望的能量耗散模式。附加地或可替代地,实现了使用给定的能量耗散模式用于耗散任何给定的能量的量所需要的时间的减少或甚至最小化。出乎意料地,在频谱上仔细选择的多个频率或MSE以最大可能功率的能量传递不会对象造成损坏,尽管在一个频率或MSE的能量传递会影响随后发射频率或MSE的负载的耗散。根据本发明的一些实施方案,在动态地选择出现在每个循环中的多个频率或MSE 的同时,对于一个负载循环中的所有发射频率或MSE而言,为每个频率或MSE的发射所分配的时间是固定的,以便根据从腔和/或负载获得的频谱信息和/或耗散信息在许多循环上求和可以提供期望的耗散模式。在图5及其相关联的描述中更详细解释了本实施方案。根据本发明的一些实施方案,在一系列负载循环上动态地调节功率的同时,对于在一个负载循环中的所有发射频率或MSE而言为每个频率或MSE的发射所分配的时间是固定的,以便在一系列循环(一组预先确定的循环)上实现期望的加热模式。在此类情况中, 在该循环组内有可能重复循环发射每个频率,直到通过该频率或MSE耗散了期望的能量。 在该组循环内,对于这些循环中的至少一部分而言用于每个频率或MSE的发射功率可以是最大的,以便全部通过该频率或MSE耗散期望的能量的量。有时,这意味着在一组内的循环的一些中以最大功率和在一组内的一个或多个循环以较低的功率(或甚至一点也没有)发射频率或MSE。功率的控制可以基于从腔和/或负载获得的频谱信息和/或耗散信息。可以参考附图和所附说明更好地理解根据本发明的设备和方法的原理和操作。在详细解释本发明的至少一个实施方案之前,应理解本发明不限于在如下说明中提出或在附图中描述的构造细节和组件排列的应用。本发明能够在其他的实施方案中或以各种方式实施或执行。此外,应理解在本文中使用的短语和术语仅用于描述而不能视为限制。图IA示出了根据本发明的一个第一实施方案的一种通过一系列频率辐射负载的方法的简化示意图。根据本发明的一些实施方案,提供了一种对一系列发射频率中的每个频率的发射时间进行调节以便在该给定的频率耗散期望的能量到目标中的方法。每当频谱信息和/或耗散信息被更新时或者在每个负载循环或者在几个负载循环或甚至在一个负载循环期间,可以根据频谱信息和/或耗散信息推断(并且因此控制)针对每个频谱的发射时间量。现参考方框2,其中提供了有待发射到负载的多个频率。这些频率有时是预先确定的,但更通常地是,可以在辐射过程期间(例如基于频谱信息和/或耗散信息)对其进行动态地选择。在方框4中,确定每个所选择的频率的发射持续时间。对每个频率的发射时间进行调节,以便在给定的循环(或多个循环)期间在任何给定的频率耗散期望的能量 (绝对或相对)到负载中。在方框6中,辐射负载以便在持续时间期间发射在方框2中设置的所选择的频率中的每个频率。现参考图1B,图IB的简化流程图示出了根据本发明的一些实施方案的一种用于向负载提供受控的能量辐射的方法,并且示出了来自负载和/或腔的反馈可以如何用于设置各个频率的发射时间。通常,负载具有能量耗散信息,该能量耗散信息不是静态的而是取决于负载的当前状态而改变。更一般地,不同的材料(或具有变化的特性的材料)典型地具有可变的吸收特性 (例如由于是由具有不同相位的多种材料或一种材料组成)。此外,吸收特性通常是对象中的材料的温度和/或相位的函数。因此,随着对象的温度和/或相位改变,对象的吸收特性可以改变,并且该改变的速率和大小可以取决于在对象中的一种或多种材料的特性。此外, 对象的形状也与具体的频率下的其吸收特征相关。例如不规则形状的对象可以展现为不规则的电磁能量吸收。所有这些因素使得控制在对象中的电磁能量的吸收更困难。在方框32中,使用频率的辐射频谱来辐射腔。在方框34中,测量所产生的RC频谱。可以执行方框32和34中示出的步骤以便测量本身不会发射大量的能量到负载。这可以在将具有很少或不具有加热作用的低功率来实现,但是将足以获得反射频谱。可替代地, 可以通过以较高的功率但是在非常短的时间(例如1、10、100、或者甚至1000毫秒)期间进行发射来测量频谱信息(或者耗散信息)。反射频谱尤其指示对每个发射频率和整个发射频谱的耗散信息或特征。在方框36中,推断负载的当前的耗散信息。在方框38中,将频率的辐射频谱设置为符合之前的步骤中推断的耗散信息。该设置可以包括设置发射频率的选择和/或设置发射功率和/或时间以符合耗散信息,并且可以包括需要根据耗散信息来设置这些参数所需的必要的计算步骤。当在为这些频率设置的持续时间发射所有频率时,一个负载循环结束,而新的循环可以开始。可以认定该负载循环包括多个发射循环。之后,可以停止在方框38中的辐射并且可以重复该过程(方框32-38),从而对发射时间进行动态地重新设置,以在加热期间符合RC频谱(或耗散频谱)中的改变。因此, 可以辐射负载,以达到期望的耗散模式。响应于频段中的每个频率的对应的耗散率可以调节在不同的频率发射的能量的相对量。可替代地,响应于频段中的所有频率的耗散率的函数或微分,可以调节发射的能量的相对量,从而影响负载中的能量分布模式。现参考图1C,该简化流程图是一种通过对每个频率在其中被发射的时段进行调整来控制在每个频率负载中所耗散的能量的量的方法。在方框42中,在负载循环中使用一系列频率,通过UHF或微波辐射辐射负载。可以在非常短的发射时间期间以相对较低的功率和/或以较高的功率完成该步骤,以便该信息可以通过非常少的能量传递获得(因此,对耗散信息造成较少的影响或者不产生影响)。在方框44中,从负载获得耗散信息。在方框46 中,基于期望的能量发射模式来为每个频率选择能量水平。这可以例如基于对应的耗散水平和对该负载的总的期望的能量耗散。在方框48中,至少通过选择相应的频率在其中被发射的负载循环中的对应的持续时间来设置负载循环。典型地,给定的功率是在该频率下的最大可能的功率,并且根据对该频率的耗散率发射所设置的能量的量。在方框49中,根据负载循环来辐射负载。其后可以再次跟随具有新一轮的负载循环修改的方框42。可以从预先确定的能量耗散信息(例如基于该设备或者具有类似的负载的类似设备的先前操作用于鸡蛋或者用于加热水的期望的耗散信息)来获得最初的能量耗散信息(或者实际上整个耗散模式)。通过至少改变负载循环内的对应的频率在其中被发射的对应的持续时间对负载循环进行修改。负载循环可以包括用于辐射负载的频率和在相应的频率发射的功率。可以将每个频率的能量限制于这些循环内。该限制可以是基于经允许用于执行这些循环的对每个频率的最大累计时间功率组合,或者基于经允许的对每个频率的最大能量。如在本文其它地方指出,不是所有发射能量都是由负载实际耗散的(或吸收的)。 由负载吸收的发射能量比例通常对于不同的频率和不同的负载而改变。若存在多余的发射能量,则可以将其反馈到馈源或者耦合到另一个馈源。图2是描述对发射能量的量进行控制的示例性流程图。在方框21中,可选地对能量耗散模式进行选择。在方框22中,(例如通过如上所述发射低能量扫频)从负载获得耗散信息。在方框23中,分析耗散信息。在方框M中,选择每个有待发射的频率、频率/时间/功率(FTP)三者检测以执行所选择的配置。在下文更详细解释了一种用于选择以上三者的方法。对所有频率或多个频率而言,FTP三者中的一个或多个可以是固定的。在方框 25中,根据FTP三者来将能量发射到负载。可以在具有或不具有新的信息获取步骤和分析步骤的情况下重复方框21到25中所描述的过程。方框沈描述了可以是自动的终止。自动终止可以在设定的能量的量被耗散以后或者在给定的时间过期之后,或者基于可以是湿度/温度/体积/相位改变等的感测输入。终止也可以是手动的。在下文中,将期望在单位时间内对给定的耗散率在给定的频率下在负载中耗散的功率量定义为dpi (f)。功率意味着对每单位时间所耗散的能量。可以例如通过使用不同的峰值功率、不同的负载循环和/或以不同的速率进行发射来对不同的频率提供不同量的能量。例如,能够以给定的振幅但是不同的速率和/或脉冲之间的延迟来对不同的频率提供功率。
在功率调节的加热中,对于循环中的所有发射频率而言,分配给每个频率的发射时间是固定的,但是在频率之间功率可以改变。当期望在所有频率(或者给定的频率范围) 具有均勻的功率耗散吋,dpl(f)被选择为对于所有发射频率而言相同的。在这些情况下, 在具有不同的耗散率的不同频率发射不同的功率,以影响在对应的频率耗散的基本均勻量的能量。可以将(使用给定的电源,例如RF功率放大器)在单位时间内负载中耗散的最大功率量定义为ep(f),其是在该频率的耗散率的函数(dr(f))和在该频率可以从电源得到最大功率(Pmax)。因为(在功率调节加热中)对于所有发射频率而言分配给每个频率的发射时间是固定的,因此对于ー些频率而言,可能不能在时隙内耗散较高的期望量的能量 (即其中印(f) <dpl(f)))。选择较低的dpi (f)可以增加可以在其中耗散期望量的功率 (dpi)的频率的数量(印(f) > dpi (f)),并且因此在负载的更多部分中耗散期望量的能量。 然而,这将是以能量耗散的速度为代价的。选择较高的dpi可以增加加热的速度,这是因为在给定的时隙内耗散了更多的能量,但是也可能引起实际的能量耗散与所选择的能量耗散模式的较高偏离,其原因在于,更多的频率具有ep(f) < dpi,并且因此可以只接收最大可用的能量,对于在该情况下的那些频率而言,该最大可用的能量低于dpi。应注意,通过修改腔的特征(例如,通过移动场调节元件和/或移动负载),可以修改频谱信息和/或耗散信息,以便例如给定的dpl(f)可以在更多频率下发射,从而在给定的均勻水平实现加热速率的增加。在时间可调的加热中,分配给每个频率的发射时间在ー个循环内的发射频率之间可以是不同的,并且可选地,发射功率在频率之间也可以改变。当期望在所有或一些频率具有均勻的或基本均勻的功率耗散吋,dpi (f)被选择为对于所有发射频率而言是相同的。通过使用该方法,不同的时间可以用于以相同的和/或不同的发射功率在不同的频率进行发射,但是由于不同的耗散率,因此负载中实质上耗散了相同量的功率。因为在时间可调的加热中,分配给每个频率的发射时间可以改变,因此,例如,与在功率可调的加热相比,为了补偿ep(f)中的差別,在给定的dpi (f)更多的频率可能是有用的。实际上,当与在与功率可调的加热的类似的情况下可达到的耗散模式和时间相比吋, 在时间可调的加热中,耗散模式和时间实际上是不受限制的。还可以施加其他限制,如下文详细描述,这些限制可以防止使用具有过高或过低耗散率和/或dp(f)的频率。因此,在时间可调的协议中,例如通过移动场调节元件和/或移动负载来修改腔的特征可以用于修改频率的数量(或比例),这可以用于影响期望的耗散模式。根据ー些实施方案,可以提前设置在任意给定的发射循环中在负载中耗散的期望的能量的总量。也称为负载循环的发射循环是根据期望的能量耗散模式的ー组发射,这组发射包括在工作频段中使用的同时或者相继地发射的所有频率。在循环中,就上述的一組循环而言,可以将频率发射一次或者多于一次,以影响能量耗散模式。例如,循环可以实现为扫频,其中,每个频率被发射一次,和/或实现为脉冲,其中多个频率同时被发射或者使用本领域公知的方法和/或任何其它方法发射。循环可以是发射频谱參数的重新设置事件之间的总能量发射。单个加热协议可以实现为单个发射循环(特別是当期望的能量耗散较小吋)或者多个发射循环。根据用于时间可调的加热的ー些实施方案,可以选择发射功率的下限,以例如防止由于需要以较低的印(f)(例如最大印(f)值的50%或更小、20%或更小、10%或更小,或者甚至3%或更小)进行发射或者当印(f)低于预先确定绝对值时而造成的循环的过渡延长。该功率限制在此可以定义为bpl。tpl(f)表示可以在给定的频率由设备发射的以耗散 dpi的功率。因此,tpl(f)是dpi的函数,其为可以由设备以给定的频率和的耗散率(dr(f) 在该频率下)发射的最大功率量。与tpl(f)较高相比,(对相同的dpi (f))当tpl(f)较低时,为了具有耗散的dpi (f)所需的时间更长。在tpl(f) <bpl的情况下,加热协议可以因此被调节,以限制在这些频率耗费的时间量。例如,具有低于bpl的tpl(f)的频率可以被忽略,換言之,根本不会被发射,或者可替代地,其可以在有限的时间段内发射。因此,例如对印(f) = bpl的加热时段。根据ー些实施方案,最大发射功率量被限制,例如,以防止对设备的损坏。通过对 tpl(f)设置最大限制来执行该限制。在较低的耗散频率,该限制可能具有更大的重要性,在所述频率,发射功率的未负载中耗散的一部分较大。可以拖将保护测量添加到设备的不同部分来减小该限制的作用,例如,用于发射的功率负载的冷却方法。控制器可以被被配置为防止在发射功率负载中耗散的功率超出预先确定上限。可以通过计算返回或耦合功率或者通过测量温度或者本领域公知的任何其他装置方式来实现这种配置。根据ー些实施方案,可以给由于任何原因而被允许发射到腔内的功率水平施加上限,其包括例如防止对设备的损坏并且防止来自设备的过多辐射。该限制被称作Utpl。在表1中描述了根据该限制的发射(tpl’(f))。
权利要求
1.一种施加EM能量到负载的设备,该设备包括至少一个处理器,被配置为接收指示对于多个调制空间元件中的每一个由负载所耗散的能量的信息;基于所接收的信息,将该多个调制空间元件中的每一个与相应的功率应用持续时间相关联;以及调节施加到负载的能量,以便对于该多个调制空间元件中的每一个而言在相应的功率应用的持续时间施加功率到负载。
2.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器进一步被配置为将该多个调制空间元件中的每一个与一个功率水平值相关联,该功率水平值对应于与相同的调制空间元件相关联的功率应用的持续时间。
3.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为通过控制该多个调制空间元件中的至少一个扫频调节所施加的能量。
4.如权利要求1所述的设备,其中,该多个调制空间元件中的每一个与在一个能量应用区域中的一种场模式相关联。
5.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节所施加的能量以便在该多个调制空间元件上的功率应用过程中,功率发射的水平是基本上恒定的。
6.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节所施加的能量,以便在功率应用过程中,在每个调制空间元件处发射基本上最大水平的功率。
7.如权利要求1所述的设备,其中,指示所耗散的能量的信息包括所反射能量的一种指示。
8.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节施加到负载的能量以便限制在传输周期中在该多个调制空间元件中负载中吸收的能量的总量。
9.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节施加到负载的能量以便限制在该多个调制空间元件处发射能量的过程中总持续时间。
10.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为通过限制在该多个调制空间元件处发射的能量的总量调节施加到负载的能量。
11.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节所施加的能量以便基本上将在每个调制空间元件处发射的所施加的功率最大化。
12.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节所施加的能量以便使用至少两个不同的调制空间元件发射功率,其中每个元件在不同的非零功率水平持续非零持续时间。
13.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为调节能量以便连续地施加能量以形成一个负载循环。
14.如权利要求13所述的设备,其中,该处理器被配置为重复地执行该负载循环。
15.如权利要求14所述的设备,其中,该处理器被配置为改变具有该负载循环的多个调制空间元件。
16.如权利要求1所述的设备,其中,该至少一个处理器被配置为基于指示由负载所耗散的能量的信息确定该多个调制空间元件中的每一个的耗散率。
17.如权利要求16所述的设备,其中,该多个调制空间元件限定一组,并且其中该至少一个处理器被配置为以至少约每分钟120次的速率为该组确定耗散率。
18.如权利要求16所述的设备,其中,该多个调制空间元件限定一组,并且其中该至少一个处理器被配置为以少于约每分钟120次的速率为该组确定耗散率。
19.如权利要求1所述的设备,其中,该多个调制空间元件中的每一个是由频率值、相位值、及振幅值所定义的。
20.如权利要求1所述的设备,其中,该多个调制空间元件中的每一个仅在频率、相位及振幅之一中彼此不同。
21.如权利要求1所述的设备,其中,该多个调制空间元件中的每一个仅在频率、相位及振幅中的至少两个中彼此不同。
22.如权利要求1所述的设备,其中,在该多个调制空间元件以及相应的功率应用持续时间中,对应于与一个第一耗散率相关联的一个第一调制空间元件的功率应用的持续时间比对应于与一个第二耗散率相关联的一个第二调制空间元件的功率应用的持续时间更短, 其中该第二耗散率低于该第一耗散率。
23.如权利要求1所述的设备,其中,与该多个调制空间元件中的每一个相关联的一个功率水平值是基本上相同的。
24.如权利要求1所述的设备,其中,该处理器被配置为通过设定调制空间元件/功率 /时间的三者调节所施加的能量。
25.如权利要求1所述的设备,进一步包括一个用于接收该负载的腔和将EM能量指引到负载的至少一个辐射元件。
26.如权利要求25所述的设备,进一步包括通过该至少一个辐射元件用于供应EM能量到负载的一个EM能量发生器。
27.一种施加EM能量到负载的设备,该设备包括至少一个处理器,被配置为确定与负载相关联的多个耗散指示符的值;基于该多个耗散指示符的值设定调制空间元件/功率/时间三者;以及调节调制空间元件/功率/时间三者以施加能量到负载。
28.如权利要求27所述的设备,其中,该至少一个处理器被配置为设定MSE/功率/时间三者以便当一个第一耗散率高于一个第二耗散率时,为与第一耗散率相关联的一个调制空间元件分配的功率水平低于为与第二耗散率相关联的一个第二调制空间元件分配的功率水平。
29.如权利要求27所述的设备,其中,该至少一个处理器被配置为设定MSE/功率/时间三者以便当第一耗散率高于第二耗散率时,为与第一耗散率相关联的一个调制空间元件分配的时间短于为与第二耗散率相关联的一个第二调制空间元件分配的时间。
30.如权利要求27所述的设备,进一步包括一个用于接收负载的腔和用于将EM能量指引到负载的至少一个辐射元件。
31.如权利要求30所述的设备,进一步包括通过该至少一个辐射元件用于供应EM能量到负载的一个EM能量发生器。
32.—种施加EM能量到负载的方法,该方法包括确定与该负载相关联的多个耗散指示符的值;基于该多个耗散指示符的值设定调制空间元件/功率/时间三者;以及调节调制空间元件/功率/时间三者的应用从而施加能量到负载。
33.一种施加EM能量到负载的方法,该方法包括接收对于多个调制空间元件中的每一个由负载所耗散的能量的信息;基于所接收的信息,将该多个调制空间元件中的每一个与相应的功率应用持续时间相关联;以及调节施加到负载的能量以便对于多个调制空间元件中的每一个而言在相应的功率应用持续时间施加功率到负载。
34.如权利要求33所述的方法,其中,关联包括将该多个调制空间元件中的每一个与一个功率水平值相关联,该值对应于与相同的调制空间元件相关联的功率应用持续时间。
35.如权利要求33所述的方法,其中,调节施加到负载的能量包括控制该多个调制空间元件中的至少一个扫频。
36.如权利要求33所述的方法,其中,该多个调制空间元件中的每一个与在一个能量应用区域中的一种场模式相关联。
37.如权利要求34所述的方法,其中,指示所耗散的能量的信息包括由负载所反射的能量的指示。
38.如权利要求35所述的方法,其中,基于指示由负载所耗散的能量的信息确定该多个调制空间元件中的每一个的耗散率。
39.如权利要求38所述的方法,其中,该多个调制空间元件限定一组,其中以至少约每分钟120次的速率为该组确定该多个调制空间元件中的每一个的耗散率。
40.如权利要求38所述的方法,其中,该多个调制空间元件限定一组,其中以少于约每分钟120次的速率为该组确定该多个调制空间元件中的每一个的耗散率。
41.如权利要求33所述的方法,其中,该多个调制空间元件中的每一个是由频率值、相位值、及振幅值确定的。
42.如权利要求33所述的方法,其中,该多个调制空间元件中的每一个仅在频率、相位和振幅之一中彼此不同。
43.如权利要求33所述的方法,其中,该多个调制空间元件中的每一个仅在频率中彼此不同。
44.如权利要求33所述的方法,其中,该多个调制空间元件中的每一个仅在频率、相位和振幅中的至少两个中彼此不同。
45.如权利要求33所述的方法,其中,在该多个调制空间元件以及功率应用的相应的功率水平和持续时间中,对应于与一个第一耗散率相关联的一个第一调制空间元件的功率应用的持续时间比对应于与一个第二耗散率相关联的一个第二调制空间元件的持续时间更短,其中第二耗散率低于第一耗散率。
46.如权利要求33所述的方法,其中,与该多个调制空间元件中的每一个相关联的功率水平值是相同的。
全文摘要
用于施加EM能量到负载的设备和方法。该设备和方法包括至少一个处理器,该处理器被配置为接收指示对于多个调制空间元件中的每一个由负载所耗散的能量的信息。该处理器还可以被配置为基于所接收的信息将该多个调制空间元件中的每一个与功率应用的相应的持续时间相关联。该处理器可以进一步被配置为调节施加到负载的能量以便对于该多个调制空间元件而言在功率应用的相应的持续时间施加功率到负载。
文档编号G01R29/10GK102597792SQ201080050438
公开日2012年7月18日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年11月10日
发明者亚历山大·比尔钦斯基, 平夏斯·艾森格, 艾兰·本-什穆尔, 阿米特·拉贝尔 申请人:高知有限公司
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