Brevet FR2669497A1 — publié le 19920522

APPAREIL CHAUFFANT A MICRO-ONDES La présente invention se rapporte à un appareil chauffant à micro-ondes. Dans un appareil chauffant à micro-ondes, une micro-onde produite à partir d'un oscillateur à micro-ondes est appliquée par l'intermédiaire d'un guide d'ondes à un objet devant être chauffé et l'objet est soumis à un chauffage diélectrique par la micro-onde. Lorsque le chauffage par micro-ondes est exécuté, le degré d'absorption de la micro-onde par un objet devant être chauffé varie avec le temps Comme par exemple avec la réduction du volume de l'objet Par conséquent l'impédance de charge varie, le taux d'ondes stationnaires (TOS) dans le guide d'ondes varie, et par conséquent il devient impossible de faire en sorte que l'énergie hyperfréquence issue de la micro-onde soit absorbée efficacement par l'objet. Afin d'empêcher la perte de rendement due à la variation du TOS, il a été d'une pratique courante qu'un opérateur ajuste manuellement un doigt de réglage prévu dans le guide d'ondes, tout en observant les données sur les puissances incidente et réfléchie de la micro-onde dans le guide d'ondes, de manière à modifier l'impédance du guide d'ondes de façon appropriée pour une adaptation d'impédance et pour maintenir par ce moyen la valeur du TOS à l'intérieur d'une fourchette prédéterminée d'excellente adaptation. Cependant, un tel ajustement manuel tel qu'il a été décrit ci-dessus présente le problème d'être gênant et de prendre beaucoup de temps et de travail, lorsque le chauffage à micro-ondes se poursuit pendant un temps particulièrement long ou lorsque le degré d'absorption de la micro-onde par un objet chauffé varie à chaque opération chauffage. Pour faire face à ce problème, il a été proposé un procédé dans lequel plusieurs sortes de modèles de variation, selon lesquels la valeur du TOS est supposée varier, sont déterminés au préalable sur la base d'une longue expérience et ils sont sélectionnés de manière appropriée en fonction d'une variation de l'impédance de charge de l'objet, de manière à modifier l'impédance du guide d'ondes et à ajuster par ce moyen la valeur du TOS. Par ce procédé, cependant, l'adaptation d'impédance peut n'être pas effectuée correctement et la perte de rendement de chauffage est inévitable, lorsque la valeur du TOS varie brutalement selon un modèle inattendu autre que les modèles préparés au préalable ou lorsque le modèle de variation sélectionné ne correspond pas à la variation réelle de l'impédance de charge de l'objet à chauffer. C'est un objectif de la présente invention que de créer un appareil chauffant à micro-ondes qui soit exempt des problèmes mentionnés cidessus et qui puisse modifier automatiquement l'impédance de guide d'ondes en fonction de la variation réelle de l'impédance de charge d'un objet à chauffer et qui ajuste la valeur du TOS de manière à ce qu'elle se trouve dans une fourchette optimale, et qui, par conséquent, permette la réalisation d'un chauffage à micro-ondes d'un rendement élevé. La présente invention propose à cet effet un appareil chauffant à microondes comprenant un oscillateur à micro-ondes, un guide d'ondes pour transmettre une micro-onde issue de l'oscillateur à micro-ondes à un objet à chauffer, des moyens de détection de la puissance délivrée dans le guide d'ondes de manière à détecter la puissance délivrée à partir de l'oscillateur à micro-ondes à l'objet à chauffer et la puissance réfléchie de la micro-onde réfléchie à partir de l'objet à chauffer, un doigt d'adaptation disposé dans le guide d'ondes, et des moyens d'entraînement du doigt d'adaptation Les moyens d'entraînement sont pourvus: de moyens pour calculer, de moteurs pour entraîner le doigt d'adaptation, et de moyens pour commander la mise en oeuvre des moteurs de manière à ce que la valeur du TOS soit maintenue à l'intérieur d'une fourchette prédéterminée. D'une manière plus précise, par exemple, la valeur du TOS est calculée en permanence, à partir des puissances d'entrée et réfléchie de la micro-onde, détectées par un wattmètre d'entrée et par un wattmètre de réflexion, chacun connecté à un coupleur directif monté au droit du guide d'ondes Le moteur est commandé chaque fois que la valeur du TOS se trouve à l'extérieur d'une fourchette prédéterminée fixée au préalable, et le doigt d'adaptation relié à ce moteur est mû par ce moyen le long d'un axe des X (dans la direction de la phase de la micro- onde dans le guide d'ondes) ou le long d'un axe des Y (dans la direction de la susceptance de la micro-onde dans le guide d'ondes) de manière à commander la position d'une charge dans le guide d'ondes ou la longueur d'introduction du doigt d'adaptation Ainsi une impédance de guide d'ondes est modifiée de façon appropriée pour réaliser l'adaptation d'impédance avec une impédance de charge. De façon plus détaillée, le doigt d'adaptation est entraîné et commandé, par exemple, selon les étapes ( 1) et ( 2) suivantes: ( 1) Lorsque la valeur du TOS calculée à partir des puissances d'entrée et réfléchie de la micro-onde est à l'extérieur d'une fourchette prédéterminée (une fourchette d'excellente adaptation), le doigt d'adaptation est d'abord déplacé le long de l'axe des X pour rechercher un point auquel la valeur du TOS est minimale; ( 2) Lorsque la valeur du TOS ne peut pas être placée à l'intérieur de la fourchette prédéterminée même par le réglage selon l'étape ( 1), le doigt d'adaptation est alors déplacé le long de l'axe des Y pour modifier la longueur d'introduction du doigt d'adaptation dans le guide d'ondes et, de cette façon, la valeur du TOS est ajustée pour être de cette manière minimale. Dans le cas o le réglage de l'étape ( 1) formulé ci-dessus est exécuté, la longueur d'introduction le long de l'axe des Y en relation avec la valeur du TOS au point auquel le doigt est amené dans l'étape ( 1) est calculée, à partir d'une table de données entrée au préalable dans un calculateur, et une commande est réalisée de manière à ce que le doigt d'adaptation soit déplacé le long de l'axe des Y de sorte que la longueur d'introduction devienne égale à celle calculée. Afin de faire en sorte que la micro-onde issue de l'oscillateur à microondes soit absorbée efficacement dans un objet à chauffer, il est nécessaire qu'une impédance de guide d'ondes soit adaptée (c'est-à-dire que la valeur du TOS soit de 1) avec une impédance de charge qui varie à tout moment. En effectuant la procédure établie ci-dessus, l'impédance de guide d'ondes peut être mise en condition d'être adaptée à l'impédance de charge. Même lorsqu'une variation soudaine et brutale se produit dans l'impédance de charge, l'adaptation d'impédance correspondant à cette variation est réalisée de manière automatique, la valeur du TOS peut être maintenue par ce moyen à l'intérieur d'une fourchette d'excellente adaptation, et il en résulte que la chute du rendement de chauffage peut être empêchée. D'autre part, puisque toutes les opérations requises pour l'adaptation d'impédance sont effectuées de manière automatique, toutes les opérations effectuées par un opérateur sont éliminées, et par conséquent une économie de travail peut être obtenue En outre, il n'est pas nécessaire d'entrer au préalable la caractéristique de variation de la valeur du TOS pour un objet à chauffer, et au contraire des cas classiques, l'impératif d'expérience préalable n'est pas nécessaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue explicative d'un appareil chauffant à micro-ondes selon un mode de réalisation de la présente invention; les figures 2 A et 2 B sont des vues explicatives d'un doigt d'adaptation utilisé dans le mode de réalisation de la présente invention; et la figure 3 est un organigramme représentant le fonctionnement réalisé dans le mode de réalisation de la présente invention. Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit ci-dessous en se référant aux dessins annexés. Dans ce mode de réalisation, deux systèmes de moyens chauffants chacun constitué d'un oscillateur à micro-ondes, d'un guide d'ondes, etc, sont prévus. Dans un appareil chauffant à micro-ondes du mode de réalisation représenté à la figure 1, une micro-onde MW produite à partir d'un oscillateur à micro-ondes 1 est délivrée par l'intermédiaire d'un guide d'ondes 2 à un récipient 3 b qui est placé sur une table tournante 3 a et qui contient un objet à chauffer Une partie de la micro-onde MW délivrée est réfléchie à partir de l'objet et est renvoyée dans le guide d'ondes 2 Le repère 3 c désigne un moteur d'entraînement de la table tournante 3 a, et le repère 3 d un capteur de détection d'une position en rotation. Au droit de la partie située du côté gauche du guide d'ondes 2, sont montés respectivement un coupleur directif 4 a de détection, à l'intérieur du guide d'ondes, de la micro-onde entrée à partir de l'oscillateur à micro-ondes 1, et un coupleur directif 4 b pour détecter la micro-onde réfléchie mentionnée ci-dessus Ces coupleurs directifs 4 a et 4 b sont connectés, respectivement, à un wattmètre d'entrée 5 a et à un wattmètre de réflexion 5 b Les valeurs des puissances d'entrée et réfléchie détectées, respectivement, par le wattmètre d'entrée Sa et par le wattmètre de réflexion 5 b, sont entrées dans un calculateur il équipé d'un afficheur, lia, d'un clavier llb, etc. Dans la partie située du côté droit du guide d'ondes 2 montrée à la figure 1, d'autre part, il est prévu un doigt d'adaptation 6 monté dans un élément d'accord coulissant. Comme cela est montré aux figures 2 A et 2 B, le doigt d'adaptation 6 est mobile dans une direction verticale (la direction de l'axe des Y) en direction de l'intérieur 2 b du guide d'ondes 2 à partir d'un trou allongé 2 a réalisé dans une partie du guide d'ondes 2 et il est également mobile dans une direction transversale (la direction de l'axe des X) dans le sens de la longueur du trou allongé 2 a, c'est-à-dire, qu'il se déplace dans les directions des axes des Y et des X en même temps que l'élément d'accord coulissant 6 a. L'élément d'accord coulissant 6 a et le doigt d'adaptation 6 sont connectés avec des limiteurs 7 a et 7 b pour limiter leur domaine de déplacement, des moteurs à impulsions 8 a et 8 b pour les entraîner dans la direction de l'axe des X ou dans la direction de l'axe des Y, des circuits de commande des moteurs à impulsions 9 a et 9 b, une unité de commande des circuits de moteur à impulsions 10, etc. Au moyen de ces composants, la commande du déplacement du doigt d'adaptation 6 dans la direction de l'axe des X ou dans la direction de l'axe des Y est exécutée en fonction d'une instruction issue du calculateur 11 connecté à l'unité de commande de circuit de moteur d'impulsions 10. Dans le calculateur 11, est mémorisé un programme nécessaire à l'exécution de chacun des traitements ou opérations qui vont être décrits dans la suite. L'opération d'adaptation dans ce mode de réalisation tel qu'il est décrit ci-dessus va être décrite ci-dessous en se référant à la figure 3. D'abord, des valeurs prédéterminées de début d'adaptation et de fin d'adaptation de la valeur du TOS sont mémorisées dans le calculateur Il au moyen de l'entrée par un clavier, ou analogue, et une fourchette d'excellente adaptation est déterminée au préalable. La micro-onde MW est appliquée à partir de l'oscillateur à micro-ondes 1 au récipient 3 b contenant un objet à chauffer, par l'intermédiaire du guide d'ondes 2. Puis la valeur de la puissance d'entrée et la valeur de la puissance réfléchie de la micro-onde sont mesurées, respectivement, par les coupleurs directifs 4 a et 4 b et les wattmètres 5 a et 5 b Ces valeurs des puissances sont entrées dans le calculateur 11 et la valeur du TOS est calculée à partir de l'équation suivante: TOS = ( 1 + a) / ( 1 a) a = puissance réfléchie/puissance d'entrée (dans laquelle a est une quantité scalaire). Ensuite, un signal de commande est sorti du calculateur 1 h vers le moteur à impulsions 8 a par l'intermédiaire de l'unité de commande de circuit de moteur à impulsions 10 et du circuit de moteur à impulsions 9 a, et par ce moyen l'élément d'accord coulissant 6 a et le doigt d'adaptation 6 solidaire de l'élément 6 a sont déplacés vers la gauche ou vers la droite le long des axes des X Après ce déplacement, une valeur du TOS est calculée à partir des valeurs des puissances d'entrée et réfléchie détectées par les wattmètres 5 a et 5 b, de la même manière que ci-dessus. A ce moment la valeur de la puissance réfléchie après le déplacement et la valeur de la puissance réfléchie au début de l'adaptation sont comparées l'une avec l'autre, et lorsque la valeur de la puissance réfléchie après le déplacement est plus petite, une comparaison de la valeur du TOS après le déplacement avec celle de début de l'adaptation est effectuée. Lorsque la valeur de la puissance réfléchie après le déplacement est plus grande, d'autre part, le doigt d'adaptation 6 est entrainé en sens inverse le long des axes des X jusqu'à une position au delà de la position d'origine en fonction d'une instruction issue du calculateur 11 Puis une valeur du TOS est calculée de la même façon que ci-dessus à partir des valeurs des puissances d'entrée et réfléchie détectées par les wattmètres 5 a et 5 b dans cette position, et ensuite une comparaison de cette valeur du TOS avec celle du début de l'adaptation est faite. Lorsque le résultat de cette comparaison montre que la valeur du TOS après l'entraînement est plus petite que celle au début de l'adaptation, un basculement s'effectue vers un mode de réglage fin Ce mode comprend un mode de réglage fin du doigt selon l'axe des X et un mode de réglage du doigt selon l'axe des Y. Dans le mode de réglage fin du doigt selon l'axe des X, le doigt d'adaptation 6 est entraîné vers la gauche ou vers la droite le long de l'axe des X, petit à petit, d'une distance plus petite que celle utilisée ci-dessus Et la même opération que ci-dessus est exécutée Dans le mode de réglage fin du doigt selon l'axe des Y, le même réglage que celui effectué dans la direction de l'axe des Y qui va être décrit plus loin est effectué par déplacement du doigt d'adaptation 6, petit à petit, vers le haut ou vers le bas le long de l'axe des Y Ces opérations sont exécutées jusqu'à ce que la valeur du TOS devienne inférieure à la valeur mentionnée ci-dessus de fin d'adaptation. Lorsque le résultat de la comparaison établi ci-dessus, des valeurs du TOS après le déplacement, montre que la valeur du TOS est la même que celle de début d'adaptation ou qu'elle est supérieure à celle de début d'adaptation, d'autre part, une comparaison entre les valeurs de la puissance réfléchie est faite Lorsque la valeur de la puissance réfléchie est la même que celle du début d'adaptation ou qu'elle est au dessus de celle du début d'adaptation, la commande est renvoyée à un "entraînement du moteur de doigt selon l'axe des X dans le sens opposé". Lorsque la valeur de la puissance réfléchie est plus petite que celle du début d'adaptation, le doigt d'adaptation 6 est déplacé en arrière d'une distance dépassant le long de l'axe des X la position de début d'adaptation, et la valeur du TOS est calculée à partir des valeurs des puissances d'entrée et réfléchie mesurées dans cette position. En se basant sur cette valeur du TOS et sur la caractéristique du doigt le long de l'axe des Y (la caractéristique de TOS en fonction de la longueur d'introduction du doigt) contenue dans une table de données qui est mémorisée au préalable dans le calculateur il, la longueur de l'introduction, le long de l'axe des Y, du doigt d'adaptation 6, dans la position actuelle le long de l'axe des X, est calculée et le doigt d'adaptation 6 est déplacé vers le bas ou vers le haut le long de l'axe des Y de manière à ce que cette longueur puisse devenir la longueur calculée. Lorsque la valeur du TOS, calculée à partir des puissances d'entrée et réfléchie, dans la position après ce déplacement est plus petite que celle de début d'adaptation, le même mode de réglage fin du doigt qui a été mentionné ci-dessus est exécuté. Dans le cas o la valeur du TOS est la même que celle du début d'adaptation, ou est plus grande que celle du début d'adaptation, il est déterminé si la boucle est la seconde boucle ou non, et les mêmes opérations d'adaptation sont effectuées à nouveau s'il s'agit de la première boucle (NON), tandis que les opérations d'adaptation dans une série sont terminées lorsqu'il s'agit de la seconde boucle (OUI). Lorsque l'adaptation de l'un des systèmes est terminée de la manière décrite ci-dessus, l'adaptation de l'autre système est exécutée de la même manière. Comme cela est évident à partir de ce qui précède, selon l'appareil chauffant à micro-ondes de la présente invention, l'adaptation de l'impédance de guide d'ondes à l'impédance de charge peut être effectuée de manière automatique et la valeur du TOS peut être maintenue dans la fourchette de bonne adaptation Par conséquent la chute du rendement de chauffage peut être empêchée. Puisque toutes les opérations sont exécutées automatiquement et que toutes les opérations par des opérateurs sont éliminées, des économies de travail et d'autres avantages peuvent être obtenus. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit et du domaine de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Appareil chauffant à micro-ondes comprenant: un oscillateur à microondes ( 1); un guide d'ondes ( 2) pour transmettre une micro-onde issue de l'oscillateur à micro-ondes ( 1) à un objet à chauffer; des moyens de détection de la puissance délivrée dans le guide d'ondes ( 2) de manière à détecter la puissance délivrée à partir de l'oscillateur à micro-ondes ( 1) à l'objet à chauffer et la puissance réfléchie de la micro-onde réfléchie à partir de l'objet à chauffer; un doigt d'adaptation ( 6) disposé dans le guide d'ondes ( 2); et des moyens d'entraînement du doigt d'adaptation ( 6), lesdits moyens d'entraînement étant pourvus: de moyens pour calculer ( 11) une valeur de taux d'ondes stationnaires (TOS) de la puissance d'entrée et de la puissance réfléchie; de moyens ( 8) d'entraînement du doigt d'adaptation ( 6); et de moyens ( 9) pour commander la mise en oeuvre de ces moyens d'entraînement de manière à ce que la valeur du TOS soit maintenue à l'intérieur d'une fourchette prédéterminée. 2 Appareil chauffant à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection de puissance comprennent un wattmètre d'entrée ( 5 a) connecté à un coupleur directif pour détecter la puissance d'entrée de la micro-onde et un wattmètre de réflexion ( 5 b) connecté à un coupleur directif pour détecter la puissance réfléchie de la micro-onde, chacun desdits coupleurs directifs étant monté sur le guide d'ondes. 3 Appareil chauffant à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement comprennent un moteur ( 8 a) d'entraînement du doigt d'adaptation dans une direction d'axe des X (dans la direction de la phase de la micro- onde dans le guide d'ondes) et un moteur ( 8 b) d'entraînement du doigt d'adaptation dans une direction d'axe des Y (dans la direction de la susceptance de la micro-onde dans le guide d'onde), la mise en oeuvre de chacun desdits moteurs étant commandée séparément par lesdits moyens de commande.