Brevet FR2758685A1 — publié le 19980724

PROCEDE DE COMMANDE DE LA DURE E DE RECHAUFFAGE ET/OU DE CUISSON DANS UN FOUR ET FOUR POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention concerne un procédé de commande de la durée de réchauffage et/ou de cuisson d'une quantité Z indéterminée d'un produit alimentaire de type donné placée dans l'enceinte d'un four comportant une source de chauffage et un capteur d'un signal caractéristique de l'état de réchauffage et/ou de cuisson du produit alimentaire. De nombreuses méthodes de commande automatique ont déjà été proposées avec différents types de capteurs susceptibles de mesurer un signal particulier caractéristique de l'état de réchauffage et/ou de cuisson de l'aliment. I1 a notamment été proposé d'utiliser une sonde à plonger directement au coeur de l'aliment pour mesurer la température interne de cet aliment. Devant les difficultés rencontrées dans certaines situations, en particulier dans le cas d'aliments congelés dans lesquels il est impossible de faire pénétrer la sonde, d'autres méthodes se sont développées préconisant l'utilisation d'un capteur mesurant un signal caractéristique sans nécessiter de contact physique avec l'aliment, ce capteur étant par exemple un détecteur mesurant l'atmosphère d'échappement (température ou humidité) de l'enceinte de cuisson, ou bien un capteur infrarouge mesurant la température superficielle de l'aliment. Le brevet FR-2 437 577 notamment décrit un four dans lequel un capteur infrarouge mesure la température superficielle de l'aliment et fonctionne soit selon un premier mode de commande dans lequel le chauffage est arrêté dès qu'une température de consigne est atteinte, soit selon un second mode de commande dans lequel on module la puissance du four en fonction de la température superficielle mesurée. La modulation de la puissance proprement dite consiste soit à réaliser des cycles successifs d'alimentation à une puissance fixe suivie d'une coupure de l'alimentation, soit à effectuer une diminution progressive par palier de la puissance. La méthode précédente permet d'apporter de l'énergie à l'aliment de manière douce. Elle n'est cependant pas optimale lorsque la source d'énergie utilisée est une source hyperfréquence, car elle va à l'encontre de l'effet recherché généralement dans les fours à micro-ondes, à savoir la rapidité de cuisson. En outre, la méthode précédente suppose que la température de l'aliment au cours d'une opération de réchauffage et/ou de cuisson suive une évolution temporelle monotone croissante, avec peu, voire pas du tout de fluctuations, comme le représente la courbe C1 de la figure 1 illustrant la variation théorique de la température T d'un aliment de type donné en fonction du temps t. Cette hypothèse se révèle être fausse en pratique, comme on peut le constater d'après la courbe C2 de la figure 1 représentant un cas réel de variation de la température T dudit aliment en fonction du temps t. L'observation de cette courbe montre qu'une mesure de température instantanée est peu significative, notamment dans la portion de courbe comprise dans l'intervalle de temps [ta ; tb]. En effet, dans cet intervalle, on peut enregistrer le temps ta comme représentant l'instant auquel la température de consigne a été atteinte, alors qu'en l'absence de fluctuations du signal (courbe C1)I on enregistrerait le temps tb comme temps nécessaire pour atteindre la consigne. On connaît par ailleurs du brevet US-4,812,606 un autre procédé de commande de la durée de cuisson d'un aliment dans un four à micro-ondes dans lequel on mesure la température de l'air dans l'enceinte de cuisson à un instant prédéterminé après le commencement de la cuisson, on détermine le temps résiduel de cuisson à partir d'une équation polynomiale pré-établie de façon empirique reliant la température mesurée audit temps résiduel, puis on stoppe l'alimentation lorsque le temps résiduel est écoulé. Là encore, ce procédé n'est efficace que si l'on considère que la température subit peu de fluctuations au cours du temps, ce qui n'est en général pas le cas dans la réalité. On conçoit donc aisément que toutes les méthodes préconisant l'utilisation d'une mesure instantanée de la température pour décider d'une action sur l'alimentation d'une source d'énergie sont peu fiables. La présente invention a pour but un nouveau procédé de commande de la durée de réchauffage et/ou de cuisson d'une quantité indéterminée Z de produit alimentaire dans un four qui permette de s'affranchir des problèmes liés à la fluctuation des signaux caractéristiques de l'état de chauffage et/ou de cuisson du produit mesurés par le capteur. Plus précisément, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à - alimenter ladite source de chauffage à un instant initial to pour qu'elle délivre une puissance constante PO prédéterminée - mesurer ledit signal caractéristique Tcar(t) à une pluralité d'instants t successifs sur un intervalle de mesure allant dudit instant initial to à un instant final tc préfixé, et calculer sur cet intervalle de mesure la valeur Szc de l'intégrale des mesures du signal caractéristique prises en valeur absolue - en déduire le temps résiduel t r de réchauffage et/ou de cuisson pour ladite quantité indéterminée Z de produit alimentaire selon une équation polynomiale prédéterminée et mémorisée reliant ledit temps résiduel t r à la valeur Szc de l'intégrale calculée, en fonction dudit type de produit alimentaire ; et - stopper l'alimentation de la source de chauffage lorsque le temps résiduel t r est écoulé. La présente invention a également pour objet un four pour la mise en oeuvre du procédé de commande, du type comportant une enceinte alimentée par une source d'énergie hyperfréquence formant la source de chauffage, un capteur infrarouge mesurant à distance la température superficielle du produit alimentaire, et des moyens de commande de la durée de réchauffage et/ou de cuisson, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont connectés au capteur infrarouge pour recevoir les mesures de la température superficielle sur l'intervalle de mesure et comportent un module de calcul de la valeur Szc de l'intégrale sur ledit intervalle des mesures de la température prises en valeur absolue, et du temps résiduel tr de réchauffage et/ou de cuisson selon ladite équation polynomiale pré-mémorisée, lesdits moyens de commande délivrant un signal de commande pour stopper l'alimentation de la source d'énergie hyperfréquence lorsque le temps résiduel t r est écoulé. L'invention ainsi que les avantages qu'elle procure seront mieux compris au vu de la description ciaprès d'un exemple de mise en oeuvre du procédé dans un four à micro-ondes décrit en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 illustre, d'une part, l'évolution théorique (courbe C1) , et d'autre part, l'évolution réelle (courbe C2) de la température superficielle d'un produit alimentaire de type donné en fonction du temps ; - la figure 2 illustre l'évolution dans le temps de la surface S située entre la courbe C2 de la figure 1 et l'axe du temps - la figure 3 représente un synoptique des étapes du procédé de commande selon l'invention en phase opérationnelle ; et - la figure 4 illustre schématiquement une vue de face en coupe d'un four à micro-ondes mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Comme cela a été expliqué précédemment en référence à la figure 1, le signal caractéristique mesuré par le capteur, par exemple la température en surface de l'aliment dans le cas de la figure 1, peut subir d'importantes fluctuations. L'originalité de l'invention réside dans le fait qu'elle propose de s'intéresser non pas à l'évolution de la valeur instantanée de la température superficielle donnée par la courbe C2, mais à l'évolution au cours du temps de la surface S engendrée par la courbe C2, située entre cette courbe C2 et l'axe des temps t. La courbe C3 illustrée sur la figure 2 représente l'évolution de cette surface. Comme on peut le constater, la surface S, qui correspond mathématiquement à chaque instant t à l'intégrale sur le temps des valeurs de température prises en valeur absolue, est une fonction strictement monotone croissante du temps, quelles que soient les fluctuations subies en réalité par la température. I1 est nécessaire, pour obtenir cette surface, de prendre les mesures du signal caractéristique en valeur absolue. En effet, dans le cas du réchauffage d'un produit congelé, les mesures sont négatives au départ du cycle de réchauffage, puis deviennent positives. Suite à cette constatation, des essais menés par la Demanderesse ont permis de montrer qu'il était possible, pour une quantité inconnue de produit alimentaire d'un type donné à réchauffer et/ou à cuire, de relier la valeur de la surface S à un instant donné à la valeur du temps résiduel nécessaire pour l'obtention d'un réchauffage et/ou d'une cuisson optimale selon une équation polynomiale pré-mémorisée, fonction du type de produit alimentaire. Le procédé selon l'invention consiste donc à effectuer les étapes minimales suivantes, décrites en référence à la figure 3 .Etape A : Une fois que la quantité Z de produit de type donné a été placée dans l'enceinte du four, on alimente, à un instant initial to, la source de chauffage pour qu'elle délivre une puissance fixe prédéfinie PO. retape B : On réalise une pluralité de mesures successives du signal caractéristique Tcar retape C : On calcule l'intégrale des valeurs mesurées, prises en valeur absolue. L'intégrale sera référencée dans la suite par Szc pour indiquer qu'elle est fonction de la quantité Z de produit alimentaire, et qu'elle est calculée sur un intervalle de temps allant jusqu'à tc. Si l'on dispose seulement d'échantillons, l'intégrale est en fait une somme au sens de l'intégration sur les échantillons pris en valeur absolue. .Etape D : On calcule le temps résiduel tr en appliquant l'équation polynomiale pré-mémorisée et fonction du type de produit alimentaire. On note que la connaissance de ce temps résiduel tr permet d'obtenir le temps total tz nécessaire à la cuisson de la quantité Z en ajoutant à tr le temps tc. .Etape E : On stoppe l'alimentation de la source de chauffage dès lors que le temps résiduel tr calculé est écoulé. Le synoptique de fonctionnement tel que représenté sur la figure 3 comporte en outre deux autres étapes D' et D" qui seront explicitées par la suite. L'équation polynomiale utilisée est de préférence établie expérimentalement lors d'une phase préalable de mise au point du four, en effectuant par exemple les étapes suivantes .On choisit deux quantités distinctes X et Y du produit alimentaire de type donné. On supposera dans la suite que la première quantité X est inférieure à la seconde quantité Y. .Pour chacune des quantités X et Y, on réalise une opération de réchauffage et/ou de cuisson en alimentant la source de chauffage de manière à ce qu'elle délivre la puissance Pg, on effectue, sur l'intervalle de mesure allant de l'instant initial to jusqu'à l'instant tc, des mesures successives du signal caractéristique et on calcule les intégrales Sxc et Syc correspondantes. .Pour chacune des quantités X et Y, on mesure les durées totales tx et ty nécessaires pour obtenir un réchauffage et/ou une cuisson optimale du produit alimentaire concerné. On démontre alors qu'il est possible, pour n'importe quelle quantité Z de produit alimentaire du même type, de calculer, au bout du temps tc à partir du début de l'opération de cuisson et/ou de réchauffage, le temps résiduel tr en appliquant, lors de l'étape D précédemment décrite, la relation linéaire La durée totale de réchauffage et/ou de cuisson pour la quantité Z est donc donnée par la relation tz = tr + tc soit De manière avantageuse, l'instant final tc, correspondant à la limite supérieure de l'intervalle de mesure sur lequel on effectue l'intégration, est choisi pour chaque type de produits alimentaires susceptibles d'être réchauffés et/ou cuits dans le four. L'équation polynomiale pour un type d'aliment donné dépend également, de préférence, de la puissance délivrée par la source de chauffage et choisie par l'utilisateur. De cette manière, pendant la phase préalable de mise au point du four, précédant la commercialisation de ce four, le constructeur établit une bibliothèque d'équations polynomiales fonctions du type d'aliments et de la puissance. En phase opérationnelle, l'utilisateur choisit uniquement le type d'aliment et la puissance de chauffage. Ces deux données suffisent pour connaître l'instant t au bout duquel l'intégration des mesures sera faite et pour choisir l'équation polynomiale associée permettant de définir le temps résiduel tr et la durée totale tz. t r Dans une variante préférée du procédé selon l'invention, on prévoit en outre de faire fonctionner la source de chauffage à la puissance PO pendant une durée minimum tmin prédéfinie, fonction avantageusement du type de produit alimentaire. Ainsi, une étape D' (Figure 3) supplémentaire consiste à identifier les cas anormaux où la durée totale tz calculée lors de l'étape D est inférieure à la durée minimum t min , et à stopper l'alimentation seulement lorsque la durée minimum est écoulée. La durée minimum tmin peut être déterminée expérimentalement pendant la phase préalable de mise au point du four en choisissant, pour la première quantité X de produit alimentaire de type donné, la plus faible quanti té de produit susceptible d'être cuite et/ou réchauffée dans le four. La durée totale tx nécessaire au réchauffage et/ou à la cuisson de ladite quantité X et mesurée pendant la phase préalable correspond alors à la durée minimum de cuisson tmin En variante, si les quantités X et Y ont été choisies de manière quelconque, en respectant toutefois la condition selon laquelle la quantité X est inférieure à la quantité Y, on effectue, lors de la phase préalable de mise au point du four, une opération de réchauffage et/ou de cuisson sur une troisième quantité W correspondant à la plus faible quantité de produit alimentaire susceptible d'être cuite et/ou réchauffée, on calcule pour cette quantité W l'intégrale Swc des mesures de température prises en valeur absolue et effectuées sur l'intervalle de mesure [to;tc], et on calcule la durée t min par application de la relation (II), à savoir avec SmaX=swc En outre, le procédé selon l'invention peut également prévoir de faire fonctionner la source de chauffage à la puissance P0 pendant une durée maximum tmax prédéfinie, fonction avantageusement du type de produit alimentaire. Ainsi, une étape D" (Figure 3) supplémentaire consiste à identifier les cas anormaux où la durée totale tz calculée lors de l'étape D est supérieure à la durée maximum tmax , et à stopper l'alimentation dès que la durée maximum est écoulée, et ce même si le temps résiduel tr calculé à l'étape D n'est pas encore écoulé. Ceci garantit une sécurité de fonctionnement pour l'utilisateur. Tout comme dans le cas de la durée minimum, la durée maximum tmax peut être déterminée expérimentalement pendant la phase préalable de mise au point du four en choisissant, pour la seconde quantité Y de produit alimentaire de type donné, la plus forte quantité de produit susceptible d'être cuite et/ou réchauffée dans le four. La durée totale ty nécessaire au réchauffage et/ou à la cuisson de ladite quantité Y et mesurée pendant la phase préalable correspond alors à la durée maximum de cuisson tmax. En variante, si les quantités X et Y ont été choisies de manière quelconque, en respectant toutefois la condition selon laquelle la quantité X est inférieure à la quantité Y, on effectue, lors de la phase préalable de mise au point du four, une opération de réchauffage et/ou de cuisson sur une troisième quantité W' correspondant à la plus forte quantité de produit alimentaire susceptible d'être cuite et/ou réchauffée, on calcule pour cette quantité W' l'intégrale Sw.c des mesures de température prises en valeur absolue et effectuées sur l'intervalle de mesure [to;t,], et on calcule la durée tmax par application de la relation (II), à savoir avec 5min=5W'c Un exemple de four mettant en oeuvre le procédé selon l'invention va maintenant être décrit en référence à la figure 4 Le four à micro-ondes représenté à titre d'exemple non limitatif sur la figure 4 comporte une enceinte de cuisson 1 délimitée par une paroi de voûte 10, une paroi de sole 11, deux parois latérales 12,13 et une paroi de fond 14. Un source de chauffage comprenant une source d'énergie hyperfréquence 2 de type magnétron située à l'extérieur de l'enceinte alimente l'intérieur de lten- ceinte de cuisson 1 en énergie micro-ondes. L'alimentation de la source de chauffage est pilotée par des moyens de commande 3 selon le procédé de la présente invention. Un capteur infrarouge 4, placé par exemple au-dessus de la paroi de voûte 10, permet de capter, par une ouverture 15 dans la paroi 10, le rayonnement infrarouge provenant d'un produit alimentaire 5 de type quelconque placé à l'intérieur de l'enceinte de cuisson 1, par exemple sur un plateau 6 entraîné en rotation par un moteur électrique non représenté, lorsque les moyens de commande 3 autorisent l'alimentation de la source de chauffage 2. Le capteur 4 effectue ainsi des mesures de la température superficielle du produit alimentaire. Selon l'invention, le capteur 10 est piloté par les moyens de commande 3 pour réaliser des mesures de la température en surface de l'aliment pendant l'intervalle de mesure [to;tc]. Les moyens de commande comportent en outre un module de calcul déterminant les différents calcul d'une part, de l'intégrale Szc, et d'autre part, des temps résiduel t r et total tz. Lorsque le temps résiduel est écoulé, les moyens de commande 3 délivrent un signal de commande permettant de stopper l'alimentation de la source d'énergie. Les moyens de commandes peuvent être réalisés par un microprocesseur comportant une mémoire pour stocker une pluralité d'équations polynomiales, et une horloge pour contrôler l'écoulement des durées. Le nouveau procédé de commande selon l'invention permet d'atteindre deux objectifs - Améliorer les résultats de réchauffage et/ou de cuisson des produits alimentaires; - Donner à l'utilisateur, suffisamment tôt dans le cycle de réchauffage et/ou de cuisson, une idée sur le temps résiduel de fonctionnement, en exploitant uniquement le signal caractéristique. En outre, dans l'application particulière à un four à microondes, on peut réaliser une opération de réchauffage et/ou de cuisson à puissance constante. L'invention peut être généralisée à tout type de source d'énergie de chauffage, et à tout type de capteur susceptible de donner une information sur l'état de réchauffage et/ou de cuisson du produit alimentaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de la durée de réchauffage et/ou de cuisson d'une quantité Z indéterminée d'un produit alimentaire (5) de type donné placée dans l'enceinte (1) d'un four comportant une source (2) de chauffage et un capteur (4) d'un signal caractéristique TCar(t) de l'état de réchauffage et/ou de cuisson du produit alimentaire, caractérisé en ce qu'il consiste à - (A) alimenter ladite source (2) de chauffage à un instant initial to pour qu'elle délivre une puissance constante P0 prédéterminée - (B) mesurer ledit signal caractéristique Tcar(t) à une pluralité d'instants t successifs sur un intervalle de mesure allant dudit instant initial to à un instant final tc préfixé, et (C) calculer sur cet intervalle de mesure la valeur Szc de l'intégrale des mesures du signal caractéristique prises en valeur absolue - (D) en déduire le temps résiduel t r de réchauffage et/ou de cuisson pour ladite quantité indéterminée Z de produit alimentaire selon une équation polynomiale prédéterminée et mémorisée reliant ledit temps résiduel t r à la valeur Szc de l'intégrale calculée en fonction dudit type de produit alimentaire ; et - (E) stopper l'alimentation de la source de chauffage lorsque le temps résiduel t r est écoulé. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps résiduel t r est calculé en appliquant l'équation polynomiale suivante dans laquelle tr représente ledit temps résiduel . Szc représente la valeur de l'intégrale calcu lée . Sxc et Syc sont les valeurs d'intégrales sur des mesures de signal caractéristique prises en valeur absolue et réalisées, dans une phase préalable de mise au point du four, sur ledit intervalle de me sure lors du réchauffage et/ou de la cuisson à la dite puissance P0 respectivement d'une première quantité X et d'une seconde quantité Y dudit pro duit alimentaire de type donné, la seconde quanti té Y étant supérieure à la première quantité X et .tx et ty sont les durées totales de réchauffage et/ou de cuisson nécessaires, mesurées dans ladite phase préalable, dans le cas respectivement de la première quantité X et de la seconde quantité Y. 3. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il prévoit (D",E) de stopper l'alimentation de la source de chauffage avant que le temps résiduel tr ne soit écoulé dès lors que la durée de fonctionnement du four depuis l'instant initial to devient égale à une durée maximum d'utilisation tmax prédéterminée. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée maximum d'utilisation tmax est prédéterminée pour chaque type de produits alimentaires susceptibles d'être réchauffés et/ou cuits dans le four. 5. Procédé de commande selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que, pour un type donné de produit alimentaire, la durée maximum t mat d'utilisation du four est déterminée expérimentalement en choisissant, pour la seconde quantité Y de produit alimentaire, la plus forte quantité dudit produit susceptible d'être réchauffée et/ou cuite dans le four, la durée totale ty nécessaire au réchauffage et/ou la cuisson pour cette seconde quantité et mesurée lors de ladite phase préalable correspondant à ladite durée maximum tmax. 6. Procédé de commande selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que, pour un type donné de produit alimentaire, la durée maximum t mat d'utilisation du four est déterminée en calculant la relation dans laquelle Smin est la valeur de l'intégrale sur des mesures du signal caractéristique prises en valeur absolue et réalisées dans la phase préalable de mise au point du four sur ledit intervalle de mesure lors du réchauffage et/ou de la cuisson à ladite puissance PO de la plus forte quantité de produit alimentaire du type donné susceptible d'être réchauffée et/ou cuite dans le four. 7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'instant final t correspondant à la limite supérieure de l'intervalle de mesure est choisi pour chaque type de produits alimentaires susceptibles d'être réchauffés et/ou cuits dans le four. 8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il prévoit en outre (D', E) de faire fonctionner l'alimentation de la source de chauffage (2) pendant une durée minimum t min pour un type donné de produit alimentaire à partir dudit instant initial to, la durée minimum tmin étant déterminée expérimentalement en choisissant, pour la première quantité X de produit alimentaire, la plus faible quantité dudit produit susceptible d'être réchauffée et/ou cuite dans le four, la durée totale tx nécessaire au réchauffage et/ou la cuisson pour cette seconde quantité et mesurée lors de ladite phase préalable correspondant à ladite durée minimum tmin. 9. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal caractéristique Tcar(t) de l'état de réchauffage et/ou de cuisson du produit alimentaire est constitué par une mesure de la température superficielle du produit alimentaire. 10. Four pour la mise en oeuvre du procédé de commande selon les revendications 1 à 9, du type comportant une enceinte (1) alimentée par une source d'énergie hyperfréquence (2) formant la source de chauffage, un capteur infrarouge (4) mesurant à distance la température superficielle du produit alimentaire, et des moyens de commande (3) de la durée de réchauffage et/ou de cuisson, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (3) sont connectés au capteur infrarouge (4) pour recevoir les mesures de la température superficielle sur l'intervalle de mesure et comportent un module de calcul de la valeur Szc de l'intégrale sur ledit intervalle des mesures de la température prises en valeur absolue, et du temps résiduel tr de réchauffage et/ou de cuisson selon ladite équation polynomiale pré-mémorisée, lesdits moyens de commande (3) délivrant un signal de commande pour stopper l'alimentation de la source d'énergie hyperfréquence (2) lorsque le temps résiduel t r est écoulé.