具有使用场传感器的调节系统的微波炉的制作方法

专利名称：具有使用场传感器的调节系统的微波炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波加热领域，具体地说，涉及微波加热设备的调节。
背景技术：
微波加热技术涉及将微波能量供给到腔内。当通过微波加热设备加热例如食品形 式的负载时，必须考虑许多方面。这些方面中的大多数方面对于本领域技术人员来说是众 所周知的，并且包括例如期望在食品中吸收最大量的可用微波功率的同时获得食品的均勻 加热，以实现令人满意的效率程度。本领域技术人员都知道，当使用微波能量时的不均勻加热可能是由于在模式场中 存在热区和冷区。消除或减小热区和冷区的影响的传统方案是在加热过程中使用转盘来 旋转微波炉的腔中的负载或使用所谓的“模式搅拌器”来持续地改变腔内的模式型式(方 式)。这些技术的缺点在于它们在加热均勻性方面不是完全令人满意，并且它们涉及到旋转 或运动部件。可替换地，如在US5632921中所公开的，可以提供一种微波炉以在腔中产生旋转 微波方式，由此产生更加均勻的加热，所述微波炉具有第一供给孔和第二供给孔之间的二 次布置并在从第一波导供给输入的微波和从第二波导供给输入的微波之间具有90度的相 移，其中第一波导供给连接到第一供给孔，第二波导供给连接到第二供给孔。然而，缺点在 于，这种微波炉需要相当先进的结构来将微波供给到微波炉的腔中并需要腔的非标准设 计。因此，需要提供可克服这些问题的新方法和设备。

发明内容
本发明的目的在于为以上技术和现有技术提供一种改进的替代方案。总体来说，本发明的目的在于提供一种改善加热均勻性的微波加热设备。本发明的此目的和其它目的通过具有由独立权利要求限定的特征的方法和微波 加热设备来实现。本发明的优选实施例的特征在于从属权利要求的特征。因此，根据本发明的第一方面，提供一种如权利要求1限定的微波加热设备。所述 微波加热设备包括腔和用于将微波能量分别经由至少两个供给口供给到所述腔中的至少 两个微波源。所述微波加热设备还包括用于测量所述腔中的微波能量的场强的至少两个场 传感器和用于根据所测得的场强来调节所述微波源的控制单元。第一场传感器布置在第一 位置处，用于测量代表从第一供给口供给的模式的场强，第二场传感器布置在第二位置处， 用于测量代表从第二供给口供给的模式的场强。根据本发明的第二方面，提供一种如权利要求12限定的使用微波来加热负载的方法。本发明利用如下理解微波加热设备能够配备有至少两个场传感器，用于感测所 述微波加热设备的腔中特定位置处的微波场。所述第一场传感器布置在能够测量代表从所
4述第一供给口供给的模式的场强的第一位置处，而所述第二场传感器布置在能够测量代表 从所述第二供给口供给的模式的场强的第二位置处。应当明白，能够测量代表从所述第一 供给口供给的模式的场强的第一位置不对应于腔中的单个位置。这同样适用于第二位置。 换言之，所述场传感器能够布置在所述腔中的任何位置(或场所)处，使得从所述第一供给 口供给的模式的场强由所述第一场传感器测量，并使得从所述第二供给口供给的模式的场 强由所述第二场传感器测量。然后，根据利用所述场传感器所做出的测量结果来调节产生 被传输到所述腔的微波的微波源。当由场传感器获得的测量结果改变或变化时，微波加热 设备的控制单元将调节至少一个微波源的至少一个参数。本发明的方法和微波加热设备的 优点在于，能够控制由从供给口供给到所述腔中的模式产生的加热方式。具体地说，本发明 的方法和微波加热设备的优点在于能够在腔中实现均勻加热。本发明的优点还在于其不需要任何运动或旋转部件，由此提供机械上可靠的微波 加热设备。根据一个实施例，第一场传感器可以布置在腔的与从第一供给口供给的模式的最 大场强对应的区域处，第二场传感器可以布置在腔的与从第二供给口供给的模式的最大场 强对应的区域处，其优点在于，由场传感器测得的信号具有相对大的幅值(至少与在场传 感器布置在腔的与最小场强对应的区域处时测得的信号相比)，由此提高测量的精度。根据一个实施例，从所述第一供给口供给的模式可以是热中心模式，而从所述第 二供给口供给的模式可以是冷中心模式，其优点在于，其提供两种互补的加热方式，由此有 利于腔中的均勻加热。根据一个实施例，所述控制单元可以适于调节所述微波源，以便经由所述供给口 将微波顺序供给到所述腔中。尽管在本发明的微波加热设备和方法中也想到将微波同时供 给到腔中，但顺序供给的优点在于消除或至少降低腔内部不期望的频率分量的解耦合的风 险。利用例如两个不同频率的微波分别经由两个供给口进行的同时供给，这些不期望的频 率分量因相减过程而产生。此外，与同时供给相比，顺序供给的优点在于消除或至少降低腔 中场抵消的风险。许多参数可以由控制单元调节。例如，在顺序供给的情况下，针对工作周期，所述 控制单元可以适于调节用于将微波顺序供给到腔中的供给口的次序。此外，所述控制单元 可以适于调节每个微波源在所述工作周期的一部分期间的工作时间(从每个供给口进行 供给的工作时间)。此外，所述控制单元可以适于调节由所述微波源中的至少一个微波源的 输出功率水平。此外，所述控制单元可以适于调节由所述微波源中的至少一个微波源产生 的微波的频率。此外，尽管对于顺序供给来说不那么相关，但所述控制单元可以适于调节由 所述微波源产生的微波的相位。在同时供给的情况下，所述控制单元可以适于调节包括以下参数的组中的至少一 个参数由所述微波源中的至少一个微波源产生的微波的频率、输出功率水平和相位。根据一个实施例，所述微波加热设备还可以包括布置在所述腔的第三位置处的至 少一个额外的传感器，用于测量代表从所述第一供给口或所述第二供给口供给的模式中的 其中一个模式的场强，其优点在于能够判断模式失真。例如，额外的传感器可以布置在腔 中，用于测量代表从所述第一供给口供给的模式的场强。如果观测到由所述第一场传感器 测得的场强(或信号强度)发生了变化，则由第一场传感器和额外的场传感器测得的场强
5之间的差值或比较可以用于判断从所述第一供给口供给的模式是否失真。然后，所述控制 单元可以适于根据所述模式是否失真来调节所述微波源的至少一个参数，例如频率和输出 功率水平。通常，模式失真可能由例如负载的变化引起，例如由负载的几何形状、重量或状态 的变化引起。在上面的示例中，这种变化会意味着第一微波源不是在与腔中的反射最小值 或谐振对应的频率下工作。在这种情况下，所述控制单元可以适于调节所述第一微波源的 频率，使得微波源在与反射最小值对应的频率下工作(下面将更详细地描述可能的调节的 其它示例)。因此，本发明的优点还在于，其提供具有改善的能量效率的微波加热设备，因为 微波源在与反射最小值对应的频率下工作。根据一个实施例，所述额外的传感器布置在与从所述第一供给口或所述第二供给 口供给的模式的最小(或相当低)场强对应的位置处，其优点在于检测模式失真的灵敏性 得以优化或至少得到改善。例如，在模式失真的极端情况下，由第一场传感器和额外的场传 感器测得的强度会颠倒，其中，第一场传感器测量最小场强，而额外的场传感器测量最大场 强。根据另一实施例，所述微波加热设备还可以包括测量单元，用于测量从所述腔反 射的、作为从与所述第一供给口或所述第二供给口中的其中一个供给口相关联的微波源的 工作频率的函数的信号，其优点在于能够确定出所测得的场强的变化是否源自所述第一供 给口或所述第二供给口的反射特性的变化。例如，在第一场传感器处测得的场强的减小的 原因可能是从所述腔反射到所述第一供给口的信号的增大。然后，所述控制单元可以适于 相应地调节与所述第一供给口相关联的微波源。根据一个实施例，所述控制单元可以适于调节所述微波源，使得所测得的场强之 间的差值在预定值以下。可替换地，所述控制单元可以适于调节所述微波源，使得所测得的 场强之间的差值被包含在预定范围内。可替换地，所述控制单元可以适于调节所述微波源， 使得所测得的场强之间的差值保持恒定。为了调节(或调整)供给到腔中的微波的频率、输出功率水平和/或相位，微波源 优选是基于固态的微波发生器。当研究下面详细的公开内容、附图和所附权利要求时，本发明的其它目的、特征和 优点将变得明显。本领域技术人员认识到，可以将本发明的不同特征相组合，以产生与下面 描述的这些实施例不同的实施例。


通过以下参照附图对本发明的优选实施例的示例性和非限制性详细描述，将更好 地理解本发明的以上以及其它目的、特征和优点，在附图中图1示意性地示出根据本发明的实施例的微波加热设备；图2示意性地示出用于测量供给口处的反射特性的测量单元的示例；图3示出在图1中示出的双供给腔的反射特性；图4示出顺序供给的工作周期的示例；图5示出显示根据本发明实施例的微波加热设备的一般功能的框图；图6是本发明的方法的概要。
所有图都是示意性的，没有必要按比例画出，并且通常仅示出为了阐述本发明所 必需的部件，其中，其它部件可以被省略或仅是所建议的。
具体实施例方式参照图1，示出的是具有根据本发明实施例的特征和功能的微波加热设备100，例 如微波炉。微波炉100包括由围封表面限定的腔150。腔150的其中一个侧壁可以配备有用 于能够将负载(例如，食品)引入到腔150中的门155。此外，腔150设置有至少两个供给 口，即第一供给口 120和第二供给口 122，通过第一供给口 120和第二供给口 122将微波供 给到微波炉100的腔150中。腔150通常由金属制成。虽然参照图1描述的微波炉100具有矩形围封表面，但应当明白，微波炉的腔不 限于这样的形状，例如可以具有圆形剖面或具有可以在正交曲线坐标中描述的其它几何形 状。微波炉100还包括至少两个微波源110和112，这两个微波源分别通过传输线或 波导管130和132分别连接到腔150的第一供给口 120和第二供给口 122。在图1所示的 示例中，使用规则的波导管作为传输线，并且孔与波导管横截面具有相同的尺寸。然而，不 必非是这种情况，可以使用多种其它布置，比如布置在传输线和腔之间的接合处的E探针、 H回路、螺旋线、微带天线和谐振高￡主体。传输线例如可以是同轴电缆或带状线。此外，微波炉100可以包括开关(未示出)，每个开关与布置在传输线中的供给口 相关联，用于停止相应供给口的供给。通常，本发明适用于包括设计成用于支持至少两个模式场(或模式)的腔的微波 炉。通常，腔中的可用模式场的数量和/或类型取决于腔的设计。腔的设计包括腔的 物理尺寸和(多个)供给口在腔中的位置。腔的尺寸通常分别由用于高度的标号h、用于深 度的标号d和用于宽度的标号w表示，例如在设置有坐标系(x，y，z)的图1中所示。将腔 150设计成使得其支持从第一供给口 120供给的第一模式和从第二供给口 122供给的第二 模式。另外，这两种模式可选择成使得串扰被限制。为此，微波炉100可选地包括测量单 元166 (在图5中示出)，测量单元166用于对于供给口 120或122中的其中一个来说测量 或用于适于测量从腔150反射的、分别作为与该供给口相关联的微波源110或112的工作 频率的函数的信号。应当明白的是，每个供给口均可以配备有这样的测量单元。如在下面 将更加详细地描述的，传输到腔的微波可以由布置在腔中的负载吸收、由腔的元件例如壁 吸收、在腔的其它孔或口中消散掉，或从腔(或供给口)反射回来。由测量单元测量的反射 信号表示从腔150反射的能量。例如，与供给口相关联的开关可以包括用于测量从相应供 给口反射的微波功率的测量单元。通常，在总体标识成(i + 1)的供给口处测得(在例如环行器反射“分支”中)的反 射信号可以用于确定在总体标识成i的供给口的工作期间引起的串扰。然后，可以相应地 调节(通常使得在标识成(i+1)的供给口处测得的信号最小化)供给口 i的工作参数，所 述工作参数通常为微波的频率。可以在供给口 i处进行类似的测量，以调节供给口(i+1)的参数。为了理论分析的目的，可以使用所谓的散射矩阵，其中，可以将每个矩阵元素表示 为 在参照图1描述的例子中，i = 1或2，j = 1或2。根据等式1，项Sn对应于来自 第一发生器110(与第一供给口 120相关联)并返回到第一供给口 120的信号，而项S22对 应于来自第二发生器112(与第二供给口 122相关联)并返回到第二供给口 122的信号。类 似地，项S12对应于当第二供给口处于启用状态(第二发生器112 “开启”)且第一供给口处 于闲置状态(例如，第一发生器110 “关闭”和/或通过第一供给口的供给被阻挡)时在第 一供给口 120处检测到的信号。项S21对应于当第一供给口 120处于启用状态(第一发生 器110 “开启”)且第二供给口 122处于闲置状态(第二发生器112 “关闭”和/或通过第 二供给口 122的供给被阻挡)时在第二供给口 122处检测到的信号。对供给口处输入反射的测量提供了与传输线和腔之间的耦合有关的信息。如上所 述，可以在例如环行器中的反射“分支”处进行测量。然后，可以将这种测量的结果传输到控制装置或单元180 (下面更详细地进行说 明)，控制装置或单元180可以使用这些测量值来控制由相应的微波源产生的微波的频率 (例如，控制微波源的工作频率)。因此，一种控制与腔150是否存在令人满意的耦合的方法 是通过测量从供给口反射的功率(例如，在开关处)。应当明白，在供给口处反射的信号的 水平会依赖于所传输的微波的频率。图2示出在具有一个供给口例如第一供给口 120的情 况下如何可提供这种测量的优选示例，所述一个供给口包括在地平面(底面)内的槽183。 定向耦合器181被布置成与位于槽183上方(即，上游)的传输线130相邻。定向耦合器 181采用线的形式，所述线在与线130中的微波的四分之一波长对应的距离上与传输线130 平行。被反射的任何微波功率将经由定向耦合器181来检测，并可以以已知的方式顺序地 进行测量。可以将测量单元166集成为控制单元180中的子单元或布置成作为连接到控制单 元180的分立单元。通常，反射信号在工作周期开始时由测量单元166测量。然而，如在下面将更加详 细地描述的，还可以使测量单元166适于动态地即在工作周期期间监视从腔150反射的信 号。在工作期间，在工作周期开始时识别的谐振频率可以作为用于判断是否要调节传输到 腔150的微波的频率的基准值。可以使测量单元166适于在由微波源110发送脉冲之后测 量从腔150反射的信号。为了使涉及工作周期的测量或工作周期内的测量同步，微波炉还 可以包括时钟系统。参照图3，示出的是双供给腔(例如，参照图1描述的腔150)的反射特性的示例。 对于用虚线表示的反射特性，识别出反射最小值在大约2410MHz处，而对于用实线表示的 反射特性，识别出反射最小值在大约2450MHz处。有利的是，将腔设计成针对两种不同模式谐振，从而产生互补的加热方式，S卩，产 生对布置在腔中的介电负载的均勻加热。通常，具有负载的腔，例如，具有大约350g典型负载的20-25升的典型腔，支持 (或可以被设计成用于支持)两种主要模式，例如，热中心模式和冷中心模式。在这种微波
8加热设备中，如果负载在腔内居中，则采用热中心模式加热负载的中心，而负载的中心在冷 中心模式时不被加热或至少被较少地加热。相反，冷中心模式用来加热负载中心周围的区 域。原则上，供给口 120和122可以布置在腔150的任何壁上。然而，对于预定的模式， 供给口通常有最佳位置。例如，供给口可以位于腔150的侧壁处或腔150的顶壁处。在图 1所示的示例中，第一供给口 120布置在腔的内侧壁的上部，即当打开微波炉的门155时的 右手侧壁。第二供给口 122布置在腔150的后壁的上部，(即腔的面对设置有门155的前 壁的壁的上部。此外，可以想到使用两个以上的供给口来实现本发明。根据一个实施例，微波源110和112是包括例如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)部 件的基于固态的微波发生器。其它半导体部件也可适于构成微波源。除了可以控制所产 生的微波的频率以外，基于固态的微波发生器的优点还包括可以控制发生器的输出功率水 平和固有窄带特性。从基于固态的发生器发出的微波的频率通常构成窄频率范围，例如 2.4-2. 5GHz。然而，本发明不限于该频率范围，基于固态的微波源110和112可适于发出以 915MHz为中心的频率范围，例如875-955MHZ，或发出任何其它合适的频率范围(或带宽)。 例如,本发明适用于频带中心频率为915MHz、2450MHz、5800MHz和22. 125GHz的标准源。可 替换地，微波源110和112可以是频率可控的磁控管，例如在文件GB2425415中公开的磁控 管。此外，微波加热设备100包括至少两个场传感器160和162。第一场传感器160布 置在第一位置处，用于测量代表从第一供给口 120供给的模式的场强，第二场传感器162布 置在第二位置处，用于测量代表从第二供给口 122供给的模式的场强。用于测量微波场强的不同类型的场传感器对于本领域技术人员来说是已知的。本 发明不限于一种类型的微波场传感器，而是通常可以使用任何类型的微波场传感器。一个 示例可以是在适当的位置插入到腔中的电探针。有利的是，将电探针布置成使得与该探针 平行的电场分量最大。腔模式电场和传感器之间的耦合通过在腔中的电探针插入来控制。有利的是，第一场传感器160布置在腔的与从第一供给口 120供给的模式的最大 场强对应的区域中，第二场传感器162布置在腔的与从第二供给口 122供给的模式的最大 场强对应的区域中。在图1所示的示例中，第一场传感器160和第二场传感器162均布置 在顶壁上。第一场传感器160在顶壁上布置在靠近与布置有第一供给口 120的侧壁相对的 侧壁的区域中。第二场传感器162在顶壁上布置在与布置有第二供给口 122的后壁靠近的 区域中。采用这种布置，微波加热设备100对由场传感器160和162中的任一个所测量到 的信号的任何变化敏感。应当明白的是，对于特定模式，将场传感器布置在与最大场强对应 的区域中就足够了，而没有必要布置在与最大场强对应的确切位置处。例如，模式通常由沿 着腔壁的特定加热方式来表征，并且可以在该壁(例如，在参照图1描述的示例中的顶壁) 上识别出与最大场强对应的特定位置。场传感器可以布置在该特定位置处或布置在围绕该 特定位置的区域中，只要针对该特定模式由场传感器测量到的信号例如保持在该区域的特 定阈值之上或表示预定百分数的最大场强。此外，微波加热设备100包括控制单元180，控制单元180用于控制微波源110和 112，由此控制传输到腔150的微波的特性(例如频率、相位和功率)。控制单元180连接到 微波源110和112以及场传感器160和162，从而根据由场传感器160和162测量到的场强
9来调节微波源110和112。通过使用分别与两个微波源相关联的两个供给口，存在将微波供给到腔中的两种 不同方式，即，顺序供给和同时供给。下面，将更详细地描述向腔内顺序地供给微波。参照图4，为了描述顺序供给的目的，考虑将与工作周期对应的加热时间划分成称 作中周期(meso-cycle)的多个时间部分，。一个时间部分(或中周期)对应于包括第一供 给口 120的子周期和第二供给口 122的子周期的子周期对，其中，在第一供给口 120的子周 期期间首先从第一供给口 120供给微波(第二供给口不能供给，例如，第二微波发生器关闭 或阻挡第二供给口的供给)，在第二供给口 122的子周期期间从第二供给口 122供给微波 (第一供给口不能供给，例如，第一微波发生器关闭或阻挡第一供给口的供给)。工作周期 通常包括n个时间部分或者中周期。下面，在总体标识成k的子周期期间用于腔的来自总体标识成i的供给口的可用 功率表示为 P.°m (k) = pm (k) — Sft (k)(等式 2)其中，k= (1、2、3、……)，i = (1、2)，p产(k)是在子周期k期间在紧随第i个 微波发生器之后的传输线中可获得的功率，S 2(k)是在子周期k期间供给口 i的输入反射 信号的平方(如在等式1中所定义的)。将在第一子周期期间经由第一供给口 120从第一微波发生器120供给到腔150 中的输入功率表示为P产(1)，然后根据等式(2)，可以将腔150的可用功率表示为P产 (l)_Sn2(l)。由第一发生器120供应的功率可以在腔150之前的传输线130中测得，或者 通过发生器的功率源传递函数和发生器的效率来计算出。通常，在第一子周期(1)期间经由第一供给口 120传输并可用于腔150的功率在 第一供给口 120(输入反射功率3112(1))、第二供给口 122 (表示为S212(l)的功率)、对应于 第一场传感器160的口 3 (表示为S312 (1))、对应于第二场传感器162的口 4 (表示为S412 (1) 的功率)、壁损失(表示为失《的功率)和介电食品损失(表示为P^^/^的功率)之间 分配，由此产生以下表达式/f (1) — 5,2, (1) = Si, (1) + 砧(1) + 劣丨(1) + d (1) + ^ (1)(等式 3)类似地，在第一子周期(1)(即，中周期1的第二部分)期间经由第二供给口 122 传输并可用于腔150的功率可表示为If (1)—矻(1)=砧(1) + ^ ⑴ + 矻⑴ +《失⑴ + ^ (1)(等式 4)其中，P/(l)是在第一子周期期间经由第二供给口 122从第二微波发生器122供 给到腔150中的输入功率，S222 (l)是与第二供给口 122的输入反射对应的功率(输入反射 信号的平方)，S122(l)是传输到第一供给口 120的功率，S322 (l)是传输到与第一场传感器 160对应的口 3的功率，S422 (l)是传输到与第二场传感器162对应的口 4的功率，对 应于壁损失，己，^^/^对应于介电食品损失。在第一子周期期间由第一场传感器120和第二场传感器122检测到的功率分别对 应于项 s312(l)和 S422 (l)。下面，仅考虑启用了第一供给口的第一子周期(1)，即第一中周期的第一部分。应当明白，对启用了第二供给口的子周期例如第一中周期(1)的第二部分的描述是类似的。 另外，应当明白，分析第一中周期是足够的，因为对用于定义完整加热周期的剩余数量的中 周期的分析是类似的。如上所述，与本示例中的口 3对应的第一场传感器160布置在腔的用于测量从第 一供给口 120供给的模式的场强的位置处。根据等式3，第一场传感器120处的信号功率可 表示为砣(1)= /f (1)—对(1)—砣(1)-幻丨(1)-失(1)—(1)(等式 5)根据一个实施例，将第二供给口 122和布置在用于测量从第二供给口 122供给的 模式的场强的位置处的第二场传感器162布置为与第一供给口 120及其场传感器122正 交，例如在图1中所示。这种正交布置提供低交叉耦合和减小的串扰。因此，假设等式(5) 中的项S212(l)和S412(l)是可忽略的。通常，微波加热设备的腔由低损耗材料制成，并假设壁损失是恒定的(即，非耗散 的)。因此，还假设项？^^⑴是可忽略的。例如，腔的内部可以由诸如涂覆了 Zn的钢或 涂覆了 A1的钢之类的低损耗材料制成，由此减小壁中的功率损失。此外，还可以假设供给口及其相应的场传感器(例如，第一供给口 120和第一场 传感器160)是适当地解耦合的，例如通过使用专用变换器，使得输入功率不会强烈地耗散 在相应的场传感器中。因此，在第一场传感器处检测到的功率可表示为矻⑴=/f⑴-对⑴—⑴=圹⑴—⑴+对(1)](等式6)假设等式(6)描述了在时刻、时的条件，例如，第一供给口 120的第一子周期的 开始条件，取决于在时刻、(>、)时测得的信号，可以有三种主要场景。在时刻、和、之 间，功率S312(l)可以保持不变、增加或减小。下面，描述S312减小的情形。假设P产(1)在时刻、和、之间保持不变，S312的减 小可以指示i.介电负载中的损失已增加；ii.第一供给口处的反射(Sn2(l))已增加；或者iii.从第一供给口供给的第一模式失真了。应当明白，介电负载中的损失和在第一供给口处测得的反射均增加的情形在正常 情况下是不可能的。介电负载中的损失的增加通常是所期望的。然而，反射的增加和模式的失真通常 不是所期望的。下面描述用于确定S312减小的起因的方法。反射的增加可以使用用于在第一供给口处测量从腔反射的信号的测量单元例如 参照图1描述的测量单元166来检测。控制单元180可以连接到与第一供给口 120对应的 微波源110和测量单元166，使得微波源110在允许的带宽上扫描(扫频)其频率，且测量 单元166测量从腔150反射的信号。控制单元180适于根据由测量单元166测得的信号来 识别腔150中的谐振频率。在这方面，所识别的谐振频率是与所测得信号中的反射最小值 对应的频率。可选择地，控制单元180可以适于识别反射最小值在预定幅值(或阈值)以 下的谐振频率。
根据反射特性，可以采取不同的动作来减小反射。例如，如果在时刻t2时测得的与 反射特性中的反射最小值对应的频率对应于工作频率(即，时刻、时的频率)，则控制单元 180可以增大第一微波发生器120的输出功率水平和/或增加第一微波发生器120的工作 时间，并使工作频率保持不变。根据另一实施例，如果在时刻t2时测得的最佳匹配频率(即，与反射特性中的反 射最小值对应的频率)不对应于在时刻、时所选择的工作频率(在频率上稍微偏移)，并 且与时刻、时的最佳匹配频率对应的反射最小值与在先前测量期间(例如，在时刻、，工 作周期开始时)所测得的值相同，则控制单元180可以调节第一微波源120使得其工作频 率对应于最佳匹配频率并使得其输出功率水平保持不变。根据又一实施例，如果时刻t2时的最佳匹配频率与工作频率相比较大幅偏移，则 控制单元180可以适于调节第一微波发生器180，使得工作频率保持不变，并使得输出功率 水平提高，因为频率的大幅偏移会导致模式改变。根据再一实施例，如果时刻t2时的最佳匹配频率与时刻、时的工作频率相比稍微 偏移，并且与最佳匹配频率对应的反射最小值与在时刻、时所测得的工作频率的反射最小 值不同，则控制单元180可以根据与最佳匹配频率对应的反射最小值来调节第一微波发生 器110，使得工作频率稍微偏移到最佳匹配功率，并使得输出功率水平提高或降低(可替换 地，控制单元180可以增加或减少第一微波发生器110的工作时间)。S312的减小还可能源自模式失真。模式失真可能未必是与电和加热效率有关的缺 陷。然而，模式平衡的失控会导致不期望的加热方式。在最差情形的场景下，与经由第一供 给口供给的失真模式对应的加热方式会抵消从第二供给口供给的加热方式。从第一供给口供给的第一模式的失真可以通过使用至少一个额外的场传感器164 来识别，所述至少一个额外的场传感器164布置在腔150的第三位置处，用于测量代表从第 一供给口供给的第一模式的场强。可以使用多个传感器在不同位置处测量同一模式的场 强。有利的是，额外的场传感器164布置在腔的与从第一供给口供给的模式的最小场强对 应的区域中。额外的场传感器164可以布置在接近于最小场强的位置处或布置在与最小场 强对应的位置处。控制单元180可以被构造成用于分析来自这些传感器的信号之间的差 异，由此提供与任何模式失真有关的信息。有利的是，与第一供给口 120相关联的两个传感 器均是与第一供给口 120足够地解耦合的，并优选地相对于第二供给口 122以正交方式布 置。应当明白，与在第一场传感器160处检测到的功率S312的增大对应的场景与上面 描述的S312的减小的场景类似。此外，如果S312在时刻、和t2之间保持不变，则控制单元180可以被构造成用于 判断是否已经存在模式失真。模式失真的判断可以以与上面针对S312的减小的情形所描述 的方式类似的方式来执行，即，使用布置在用于测量从第一供给口 120供给的模式的场强 的位置处的额外的场传感器164。应当明白，类似的推理可以适用于在第一子周期的第二部分期间从第二供给口 122供给的微波(S卩，由第二微波源112产生的微波)的调节，即，适用于第一供给口 120处 于闲置状态且第二供给口 122处于启用状态的情形时的调节。为了调节从第二供给口 122 供给的微波，可以使用在第二场传感器162处所检测到的功率的以下表达式 为了在第一子周期的第二部分期间调节第二微波发生器122，有利的是，将在第一 子周期的第一部分期间由第一场传感器测得的信号和在第一供给口处测得的输入反射记 录并存储在存储器中。例如，如果在第二供给口处测得的反射信号非常接近于在第一子周 期的第一部分期间在第一供给口处测得的反射信号，并且由第二发生器提供的功率与由第 一发生器提供的功率相同，则由介电负载吸收的功率和在第二场传感器(如果其类似地与 供给口解耦合)处测得的信号将非常接近于在启用了第一供给口时的第一子周期的第一 部分期间由介电负载吸收的功率和在第一场传感器处测得的信号。通常，Sn2和S222可以在0和1之间变化。在对,=矻二0的极端情况下，可用于腔 的全部功率原则上由介电负载吸收(只有去往场传感器的解耦合的相对小的一部分功率 被排除)。此外，在对=砧=1的极端情况下，在介电负载和场传感器中的耗散为零。下面，更详细地描述向腔内同时供给微波。使用同时供给时，可以通过控制单元180来调节在第一场传感器和第二场传感器 处所测得的场强的差值。该差值可表示为 有利的是，跟顺序供给一样，传感器与其相应的供给口是解耦合的。根据一个实施例，控制单元适于调节微波源，使得在第一场传感器和第二场传感 器处所测得的场强的差值低于预定值。可替换地，所述差值可以被包含在预定范围内。可 替换地，所述差值可以保持不变。根据等式9，如果在供给口处测得的反射信号和微波发生 器的功率保持不变，那么在监视传感器信号之间的差值使得其保持不变时，对于第一模式 和第二模式来说，在介电负载中获得相同的能量耗散。在这种调节下，对于两种模式来说获 得几乎相等的加热(相同的能量耗散)。例如，第一和第二场传感器可以适于测量分别代表在腔内的两个特定位置处检测 到的场强的电流。控制单元180可以适于将由场传感器测量的两个值(例如，电流)相减 以进行比较，然后调节微波源使得差值为零或至少低于预定值。同时供给的缺点在于腔内部不期望的频率分量的解耦合以及场抵消。场抵消的风 险可以通过使用对腔的正交供给来减小。在同时供给的情况下，控制单元可以适于调节由至少一个微波源产生的微波的频 率、功率和/或相位。为了调节微波发生器，微波加热设备可以配备有与上面针对顺序供给 描述的微波加热设备相同的装置和特征。例如，微波加热设备可以配备有一个或多个测量 单元，用于针对特定供给口测量从腔反射的信号。应当明白，对经由供给口传输到腔中的微波的相位的调节对于同时供给来说是尤 其有利的。具体地说，控制单元可以适于调节从第一供给口传输的微波和从第二供给口传 输的微波之间的相移。对相移的调节使得能够调节合成的加热方式。举例说明，如果两个 供给口适于以相反的相位供给相同的模式，则原则上两个微波发生器将抵消其相应的加热 方式，且合成的加热方式将为零或至少不是有效的。相反，如果两个供给口适于以相同的相 位供给相同的模式，则两个微波场将相加，由此产生有效的加热方式。虽然本发明的微波加 热设备的两个供给口适于供给不同的模式，但以上示例说明了控制单元可以优选地适于调节两个模式之间的相移，以使由两个模式相加而产生的加热方式最优化。根据本发明的一个实施例，控制单元180可以适于根据预定的烹饪功能和/或预 定的负载来调节微波源的参数。本实施例的优点在于，各种烹饪功能和/或负载类型可能 需要不同类型的加热方式。可以想到，对于特定的烹饪功能来说，一些调节条件比其它调节 条件更适合。例如，作为对“将针对第一模式测得的场强和针对第二模式测得的场强之间 的差值保持为零或至少低于预定值”的替代，即，作为对“针对所述两种模式让介电负载中 具有相同的能量耗散”的替代，优选的是，可以将所述两种模式的场强保持在另一恒定值。 此外，特定的烹饪功能可以优选地使用冷中心模式而不是热中心模式来实现(或者反之亦 然)。烹饪功能或负载类型可以是用户定义的参数。为此，微波炉100可以设置有用于设定 工作参数例如烹饪功能和负载类型的普通按钮和旋钮(如图1中的190表示的)以及显示 器195。例如，在同时供给的情况下，由用户选择的烹饪功能可以自动地确定在由两个场传 感器测得的信号之间要保持的差值。可替换地，在顺序供给的情况下，预定的烹饪功能可以 确定每个供给口的参数，例如工作时间。在图5中以框图形式进一步示出本发明的微波炉100的一般功能。发生器110和 112将微波供给到腔150内。此外，两个场传感器160和162布置在腔150中，用于测量从与 第一发生器110相关联的第一供给口供给到腔内的第一模式的场强和从与第二发生器112 相关联的第二供给口供给到腔内的第二模式的场强。可选择地，额外的场传感器可以布置 在腔中，用于在其它位置处测量供给到腔内的模式的场强，所述其它位置与分别对应于第 一场传感器和第二场传感器的第一位置和第二位置不同。将来自场传感器的信号传输到控 制单元180。可选择地，对于特定的供给口而言，从腔150反射的信号可以由测量单元166 来测量，并且测得的信号可以传输到控制单元180。应当明白，虽然以上示例仅示出与第一 供给口相关联的一个测量单元，但每个供给口均可以配备有测量单元。控制单元180可以 包括处理器185，用于分析由场传感器测得的场强和/或由(多个)测量单元测得的(多 个)信号。控制单元180还包括存储介质186，用于存储在工作周期的不同时刻测得的(多 个)场强和(多个)信号，以便比较和识别工作周期的两个时刻(或时间周期)之间的任 何变化。如上所述，控制单元180还可以包括时钟系统187。在图6中概述了根据本发明的方法600的一般步骤。在适于接收负载的腔150中 执行方法600。微波分别通过至少两个供给口从至少两个微波源供给到腔内。所述方法包 括在第一位置处和在第二位置处测量610腔中的微波能量的场强，其中在第一位置处测量 腔中的微波能量的场强用以测量代表从第一供给口 120供给的模式的场强，而在第二位置 处测量腔中的微波能量的场强用以测量代表从第二供给口 122供给的模式的场强。所述方 法还包括根据测得的场强调节620微波源。根据一个实施例，对包括以下参数的组中的至少一个参数进行调节从至少一个 微波源输出的微波的频率、输出功率水平、在工作周期的一部分期间的工作时间、以及相 位。微波源可以同时或顺序地工作。根据一个实施例，所述方法还包括如下步骤判断在第一位置和/或第二位置处 工作周期的两个相继部分之间的场强是否存在变化。此外，如果识别出变化，则所述方法还包括对于从与识别出变化的位置对应的供
14给口供给的微波测量630从腔反射的信号。采用这种测量，判断测得信号的变化是否源自 反射信号的变化。可替换地或额外地，所述方法还包括判断640从与已经识别出变化的位置对应的 供给口供给的模式是否发生了失真。如前面所述，尽管没有识别出用场传感器做出的测量 有变化，但仍可以执行模式失真的判断。然后，反射信号是否存在变化和/或模式是否失真的判断结果可用来调节微波源 的参数。如上所述，最佳参数(次序、工作时间和输出功率水平)还会取决于由用户输入的 预定烹饪功能和/或预定负载类型。有利的是，将控制单元180的存储介质186实现为查 询表，在该查询表中，在微波源的优选参数与预定烹饪功能和/或预定负载之间建立对应 关系。虽然以上示例基于具有由笛卡尔坐标限定的矩形围封表面的腔，但应当明白，本 发明还可以利用具有由任意的正交曲线坐标组限定的围封表面的腔来实现。虽然本实施例的腔包括两个单独的供给口，但应当明白，本发明不限于这样的实 施例，并且应当明白包括两个以上的供给口的腔也在本发明的范围内。通常，参照以上示例，在腔的设计过程中所选择的优选模式场是产生互补加热方 式的模式场，由此改善均勻的加热。本发明可应用于使用微波进行加热的家用电器，例如微波炉。上面描述的本发明的方法还可以用计算机程序来执行，当所述计算机程序被执行 时，所述计算机程序在微波炉中执行本发明的方法。虽然已经描述了特定的实施例，但本领域技术人员应当理解，在如所附权利要求 书中限定的范围内，可以想到各种修改和替换。
权利要求
一种微波加热设备(100)，包括适于接收待加热负载的腔(150)；连接到所述腔的至少两个微波源(110、112)，用于分别经由至少两个供给口(120、122)将微波能量供给到所述腔中；适于测量所述腔中的微波能量的场强的至少两个场传感器(160、162)，其中，第一场传感器(160)布置在第一位置处，用于测量代表从第一供给口(120)供给的模式的场强，第二场传感器(162)布置在第二位置处，用于测量代表从第二供给口(122)供给的模式的场强；以及控制单元(180)，所述控制单元连接到所述微波源并适于根据所测量到的场强来调节所述微波源。
2.如权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，所述第一场传感器布置在所述腔 的与从所述第一供给口供给的模式的最大场强对应的区域中，所述第二场传感器布置在所 述腔的与从所述第二供给口供给的模式的最大场强对应的区域中。
3.如权利要求1或2所述的微波加热设备，其特征在于，从所述第一供给口供给的模式 是热中心模式，而从所述第二供给口供给的模式是冷中心模式。
4.如前述权利要求中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，所述控制单元适于 调节所述微波源，以便经由所述供给口将微波顺序供给到所述腔中。
5.如前述权利要求中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，针对工作周期，所述 控制单元适于调节以下各项中的至少一个经由所述供给口将微波顺序供给到所述腔中的 次序；所述微波源在所述工作周期的一部分期间的工作时间；由所述微波源中的至少一个 微波源产生的微波的频率；和所述微波源中的至少一个微波源的输出功率水平。
6.如前述权利要求中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，还包括布置在所述 腔的第三位置处的至少一个额外的传感器(164)，用于测量代表从所述第一供给口或所述 第二供给口供给的模式中的一个的场强。
7.如权利要求6所述的微波加热设备，其特征在于，所述额外的传感器布置在所述腔 的与从所述第一供给口或所述第二供给口供给的模式的最小场强对应的区域中。
8.如前述权利要求中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，还包括测量单元 (166)，用于测量从所述腔反射的、作为与所述第一供给口或所述第二供给口中的其中一个 相关联的微波源的工作频率的函数的信号。
9.如权利要求1-3中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，所述控制单元适于 调节所述微波源，以便将微波同时供给到所述腔中。
10.如权利要求9所述的微波加热设备，其特征在于，所述控制单元适于调节包括以下 参数的组中的至少一个参数由所述微波源中的至少一个微波源产生的微波的频率、功率 和相位。
11.如前述权利要求中的任一项所述的微波加热设备，其特征在于，所述控制单元适于 调节所述微波源，使得所测得的场强之间的差值低于预定值、包括在预定范围内或保持不变。
12.一种使用分别通过至少两个供给口(120、122)从至少两个微波源(110、112)供给 到腔(150)中的微波来加热布置在所述腔中的负载的方法，所述方法包括在第一位置处和在第二位置处测量(610)腔中的微波能量的场强，其中在第一位置处 测量腔中的微波能量的场强用以测量代表从第一供给口(120)供给的模式的场强，而在第 二位置处测量腔中的微波能量的场强用以测量代表从第二供给口(122)供给的模式的场 强；以及根据所测得的场强调节(620)所述微波源。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，对包括以下参数的组中的至少一个参数 进行调节由所述微波源中的至少一个微波源产生的微波的频率、输出功率水平、在工作周 期的一部分期间的工作时间、和相位。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述微波源同时或顺序地工作。
15.如权利要求12-14中的任一项所述的方法，还包括对于从与工作周期的两个相继部分之间的场强变化被识别出的位置之一对应的供给 口供给的微波，测量(630)从所述腔反射的信号；和/或判断(640)从所述供给口之一供给的模式是否发生了失真。
全文摘要
本发明提供一种微波加热设备和一种使用微波来加热负载的方法。微波加热设备(100)包括适于接收待加热负载的腔(150)和用于分别经由至少两个供给口(120、122)将微波能量供给到所述腔中的至少两个微波源(110、112)。所述微波加热设备还包括适于测量所述腔中的微波能量的场强的至少两个场传感器(160、162)。第一场传感器(160)布置在第一位置处，用于测量代表从第一供给口(120)供给的模式的场强，而第二场传感器(162)布置在第二位置处，用于测量代表从第二供给口(122)供给的模式的场强。所述微波加热设备还包括连接到所述微波源和所述场传感器的控制单元(180)，用于根据所测得的场强来调节所述微波源。本发明的优点在于其能够均匀地加热腔中的负载。
文档编号H05B6/68GK101860996SQ201010157439
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月7日
发明者C·哈坎, H·弗雷德里克, N·奥尔, N·尤尔夫 申请人:惠而浦有限公司