Brevet FR2837658A1 — publié le 20030926

pizzas. PROCEDE DE DETECTION DE LA PRESENCE OU DE LA NATURE D'UN PRODUIT DANS UN FOUR MICRO-ONDES L'utilisation de i'énergie micro-ondes est un moyen bien connu, efficace et flexible de chauffer des aliments, des matériaux organiques, des céramiques et beaucoup d'autres produits. La source la plus utilisée pour produire des micro- ondes pour des applications de chauffage est le magnétron. Il s'agit d'une sorte de tube à émission thermo-ionique o les électrons, tournant autour d'un champ magnétique, produisent un champ électromagnétique résonnant (micro-ondes), qui est émis par une antenne. Les micro-ondes peuvent être guidées vers la cible par des guides d'ondes, qui sont les conducteurs creux, généralement de forme rectang ulai re. La combinaison d'u n mag nétron, d' un guide d'ondes et d' un prod uit cible peut être assimilée à une ligne électrique composée respectivement d'une source, d'une ligne de transmission et d'une charge. Si ces trois éléments ne sont pas adaptés (pas d'adaptation d'impédance), il y a réflexion de puissance de la charge à la source. Quand l'on atteint un certain niveau de réflexion de puissance micro-onde vers le magnétron, sa durée de vie est généralement réduite en raison de la surchauffe. En cas de fort retour d'énergie, la concentration de champ électrique autour du magnétron peut mener à la production d'arcs électriques et, par conséquent, à la destruction immédiate du magnétron. Les fours à micro-ondes (Figure 1) sont constitués d'une cavité 4, ayant des parois conductrices d'électricité, et d'un guide d'onde 3 qui amène l'énergie micro-ondes produite par le magnétron 2. La cavité se comporte comme une caisse de résonance pour les micro-ondes. Plusieurs modes de résonance peuvent s'établir en fonction des dimensions de la cavité, du produit et de son état. Un changement de mode nécessite une adaptation différente. La possibilité d'utiliser une large gamme de produits dans un four micro-ondes ne permet pas d'avoir toujours une bonne adaptation entre la charge et la source. Une partie considérable de l'énergie peut être retournée au magnétron. On peut également observer un retour important de puissance dans l'utilisation de cavités résonnantes mono-mode. De tels systèmes se composent généralement d'une petite cavité o seulement un mode peut être excité. Un guide d'ondes alimente en énergie micro-ondes la cavité. L'adaptation entre la cavité (contenant le produit à chauffer) et le guide d'ondes doit être très bon. Autrement, la majeure partie de la puissance reviendra à la source (le magnétron) la détruisant. Un exemple d'un tel système mono-mode est décrit dans le brevet US 4'952'763. La particularité de cette méthode est de créer une interférence entre deux ondes qui voyagent dans des directions opposées. L'interférence de ces deux ondes produit un champ d'intensité élevée à l'emplacement du produit, avec un transfert efficace de puissance. Cependant, si le produit est absent, les deux ondes reviennent directement au magnétron, qui, par conséquent, est rapidement détruit. L'objet de la présente invention est un système simple, applicable aux fours ou aux systèmes de chauffage à micro-ondes, qui permet de détecter le niveau de puissance micro-ondes fourni par un magnétron à un produit dans une cavité. De plus, ce système peut détecter si le niveau de la puissance qui est retournée au magnétron est acceptable. Ce système permet aussi, une fois étalonné, de révéler la nature du produit qui se trouve dans le four par comparaison avec des puissances de retour de référence caractéristiques d'un type de produit donné. L'invention consiste à prévoir un orifice, ouverture ou trou de quelques centimètres, qui peut être de forme circulaire, rectangulaire ou elliptique avec la plus grande dimension, préférablement entre 1 et 30 millimètres, qui permet à une petite quantité d'énergie micro-ondes de fuire de la cavité. La fuite sera contrôlée pour ne pas dépasser les limites de sécurité. Le trou peut être également positionné sur le guide d'ondes convoyant les micro-ondes à la cavité. Par exemple, on peut utiliser comme trou de fuite dans le guide, les fentes 12, 13 utilisées pour le passage des vis 14, 15 qui permettent l'adaptation d'impédance, comme représenté sur la figure 2. La fuite est ensuite détectée par un capteur de micro-ondes, par exemple une diode Schottky haute fréquence. Le signal peut être mesuré par un simple voltmètre, par un oscilloscope ou par un système équivalent. Une autre caractéristique de l'invention est de pouvoir comparer le niveau de puissance qui n'est pas absorbé par le produit avec un seuil qui est admis comme sûr pour le retour de puissance sur le magnétron. On observe que, lorsque la cavité est vide, le signal de fuite est assez différent du signal détecté lorsqu'une cavité contient un produit. Dans la plupart des cas, le signal à cavité vide est le plus élevé. Cependant, avec quelques géométries particulières, la cavité vide produit le signal minimum. Les micro-ondes de fuite sont une image de l'énergie qui n'est pas absorbée par le produit. Cette énergie peut étre potentiellement réfléchie vers le magnétron. Par conséquent, il suffit de fixer sur le contrôle électronique du four un seuil et de le déclencher quand ce seuil est dépassé. Dans ce cas, I'intérêt du procédé selon l'invention est de permettre de mettre en évidence rapidement et sans avoir à ouvrir le four l'absence d'un produit dans le four à micro-ondes. Une autre possibilité d'application de l'invention est d'utiliser le niveau de fuite pour reconnaitre les produits qui sont introduits dans la cavité micro-ondes. On compare alors le niveau de signal détecté avec ceux d'une liste qui se réfère à une série de produits. Si chaque produit donne un signal différent on pourra le repérer avec précision. Dans d'autre cas on pourra affecter un produit à un groupe de produits donnant des signaux proches. Exemple 1: Four micro-ondes multi-modes On utilise dans cet exemple la cavité 4 d'un four à micro-ondes classique. Un petit trou circulaire 1 avec un diamètre de 5 millimètres est ouvert au centre de la paroi latérale comme illustré dans la figure 1. Un petit capteur 6, composé de quatre diodes Schottky à haute fréquence reliées en parallèle est placé à 3 millimètres du trou. Un signal redressé à la fréquence du réseau (50 Hz) est détecté aux bornes du capteur à diodes. La puissance est donnée par un magnétron 2 de 900 W. Les tensions moyennes mesurées sur une résistance de 10 Q sont données dans la table ci-dessous. Produit Veff [mVolts] Piza 200 g 120 Quiche 100 g 350 Bol d'eau 500 g 100 A vide (sans produit 800 dans la cavité) La valeur intégrée des fuites micro-ondes, mesurée à 3 mm du trou était inférieure à 0.5 mW/cm2. On observe que la valeur à vide est plus que double par rapport à la valeur la plus haute mesurée avec un produit. Exemole 2: Cavité microondes mono-mode (figure 2) Une cavité mono-mode est alimentée par un guide d'onde 9 en forme de boucle selon la méthode décrite dans le brevet US 4'952' 763. Dans une cavité rectangulaire 7, on perce sur un coté une fente rectangulaire de 8 millimètres de long et de 5 millimètres de haut. Un petit détecteur 10, composé de six diodes Schottky haute fréquence reliées en parallèle, est placé à 3 millimètres du trou. Un magnétron 16 de 1000 W est utilisé pour les essais. Les tensions efficaces mesurées sur une résistance de 10 Q sont données dans la table ci-dessous. Produit Veff [mVolts] Pizza 130 g 50 Hamburger 150 g 170 Bol d'eau 400 g 300 A vide (sans produit 1000 dans la cavité) La valeur intégrée des fuites micro-ondes, mesurée à 3 mm du trou était inférieure à 1 mW/cm2. On observe que la valeur à vide est plus que double par rapport à la S valeur la plus haute mesurée avec un produit. Exemple 3: Cavité micro-ondes mono-mode (figure 2) Même système de chauffage que dans l'exemple 2, mais avec le capteur 11 placé sur les fentes 12, 13 utilisées pour l'adaptation d'impédance par les vis coulissantes 14, 15. Produit Veff [mVoits] Piza 130 9 150 Hamburger 150 g 300 Bol d'eau 400 9 450 A vide (sans produit 1100 dans la cavité) La vaieur in16ge des fuses mlcro-ondes, message 3 mm du Lou 61al it Cn observe que la valeur aide es1 plus que double par rapped la valeur Is Bus haute measure avecun Purdue REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à détecter et à distinguer la présence ou la nature d'un produit faisant partie d'une liste dans une cavité micro-ondes d'un four, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - détecter eVou mesurer un signal micro-ondes de fuite sortant d'un trou prévu dans la paroi de la cavité ou sur le guide d'ondes alimentant la cavité, convertir le signal micro-ondes en un signal électrique, - comparer le niveau du signal obtenu à des signaux de référence, - en déduire la présence et/ou la nature de produit placé dans le four de la comparaison des signaux sus-mentionnés 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la détection et/ou la mesure du signal micro-ondes de fuite est réalisée au moyen d'une série de diodes Schottky connectées en parallèle. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de détection compare le signal d'une cavité vide et les signaux des produits à utiliser dans la cavité. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de détection détection compare les signaux des produits à utiliser dans la cavité avec ceux d'une table et permet ainsi de repérer le produit qui a été introduit. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dimension la plus grande du trou est comprise entre 1 et 30 mm. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le four ou système de chauffage est déclenché automatiquement dans le cas o la cavité est vide. 7. Four micro-ondes pour la mise en ouvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un trou de fuite vers l'extérieur du signal micro-ondes rayonné dans sa cavité ou dans le guide d'ondes, des moyens de mesure du signal de fuite, et des moyens de transformation de ce signal en un signal électrique. 8. Four selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de comparaison du signal électrique avec un signal de référence et, le cas échéant, des moyens d'alerte si la différence entre les deux signaux dépasse un certain seuil. 9. Utilisation du procédé selon la revendication 1, dans un four microondes avec une cavité multi-modes. 10. Utilisation du procédé selon la revendication 1, dans un four microondes