СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
BEVERAGE PREPARATION METHOD AND BEVERAGE PREPARATION DEVICE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится по существу к способу приготовления напитка, включающему этап нагревания напитка в чашке посредством впрыскивания пара в напиток через трубку и этап измерения температуры напитка в чашке.
Такой способ известен, например, из документа US-A1-2003/0131735. Этот известный способ осуществляется с помощью системы, содержащей удлиненную трубку для вспенивания, включающую в себя по существу трубчатую внешнюю оболочку и внутренний сердечник внутри внешней оболочки. Внутренний сердечник образует паропровод, выполненный с возможностью пропускания пара от подающего конца трубки для вспенивания к вбрасывающему концу трубки для вспенивания, выполненному с возможностью выталкивания пара в напиток. Внутренний сердечник дополнительно включает в себя соединительный механизм, выполненный с возможностью облегчения присоединения трубки для вспенивания к источнику пара устройства для приготовления напитка. Соединительный механизм может включать в себя резьбу, зажимы, канавки, быстроразъемные соединения или другие подходящие крепления, дополнительно выполненные с возможностью соединения с источником пара и позволяющие легко повторно присоединить трубку для вспенивания к источнику пара или отсоединить от него для облегчения технического обслуживания и чистки. Кроме того, внешнюю оболочку можно легко снять, чтобы облегчить чистку и ремонт. Например, внешнюю оболочку можно легко снять после приготовления напитка с одним вкусом, чтобы минимизировать риск переноса нежелательного вкуса в следующий приготавливаемый напиток. Кроме того, несколько разных внешних оболочек, индивидуально предназначенных для выполнения специальных функций, можно поочередно присоединять к трубке для вспенивания, таким образом расширяя возможности применения трубки для вспенивания. Трубка для вспенивания может включать в себя прибор для измерения температуры, который располагается вблизи центра трубки для вспенивания. Прибор для измерения температуры может представлять собой термометр, термистор или термопару для измерения температуры посредством контакта со вспененным напитком. Измеренные температуры могут быть указаны посредством визуального дисплея и/или другого визуального или звукового механизма и могут использоваться для автоматического управления работой устройства для приготовления напитка. Хотя известная система позволяет снимать трубку для вспенивания с целью чистки трубки для вспенивания, отсоединение и повторное присоединение трубки для вспенивания, включающее чистку трубки для вспенивания, в частности чистку прибора для измерения температуры, требуют много времени. В частности, с точки зрения гигиены желательно отсоединять, очищать и повторно присоединять трубку для вспенивания после каждого ее использования, что делает использование такой системы отчасти непрактичным, в результате чего пользователи системы часто воздерживаются от чистки трубки для вспенивания после ее использования, что может повлечь за собой риски для здоровья. Кроме того, загрязненная трубка для вспенивания может также загрязнить внутреннюю часть устройства для приготовления напитка, при этом внутреннее загрязнение устройства может быть сложно удалить. В частности, поскольку прибор для измерения температуры контактирует со вспененным напитком, он подвержен загрязнению и нуждается в тщательной очистке, которая является трудоемкой процедурой с учетом его положения в трубке для вспенивания.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, цель изобретения состоит в том, чтобы предложить способ приготовления напитка, включающий этап нагревания напитка посредством впрыскивания пара в напиток через трубку, в которой температуру напитка можно измерять гигиеничным образом. Кроме того, цель изобретения состоит в том, чтобы предложить альтернативный способ измерения температуры напитка в способе приготовления напитка.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения по меньшей мере одной из поставленных выше целей в изобретении предлагается способ приготовления напитка, включающий этап нагревания напитка в чашке посредством впрыскивания пара через трубку и этап измерения температуры напитка в чашке, причем этап измерения температуры напитка включает в себя этап непрерывной записи звукового сигнала от напитка во время этапа нагревания и этап определения температуры напитка по записанному звуковому сигналу. Путем записи звукового сигнала от напитка и определения температуры напитка по записанному звуковому сигналу можно измерить температуру напитка бесконтактным способом, что способствует улучшению гигиеничности способа. Изобретение дополнительно основано на понимании того, что при нагревании напитка посредством впрыскивания пара в напиток через трубку частота звука, поступающего от напитка, становится ниже по частоте по мере увеличения температуры напитка. Безотносительно к какой-либо конкретной теории изобретение основано на понимании того, что во время впрыскивания пара в напиток через трубку или соломинку на выходе из трубки или соломинки образуются пузырьки, причем пузырьки представляют собой главным образом пар с небольшим количеством воздуха. Предполагается, что, вступая в контакт с напитком, пузырьки пара схлопываются, поскольку пар конденсируется. Это схлопывание пузырьков приводит к испусканию звука из напитка, причем частота звука определяется скоростью схлопывания. Считается, что скорость схлопывания пузырьков (изменение объема отдельного пузырька) определяется площадью поверхности пузырька и разностью температур, обусловливающей конденсацию. Если предположить, что впрыскиваемый пар постоянно имеет одну и ту же температуру, разность температур между паром и нагреваемым во времени напитком будет уменьшаться по мере нагревания напитка, что приведет к уменьшению скорости схлопывания пузырьков и изменению частоты испускаемого звука. Поэтому звуковой профиль, поступающий от напитка, нагреваемого посредством впрыскивания пара, зависит от температуры напитка и, следовательно, может использоваться для измерения температуры напитка.
В варианте осуществления способа в соответствии с изобретением этап записи звукового сигнала от напитка включает в себя последовательную загрузку блоков аудиоданных. В этом случае предпочтительно, чтобы этап определения температуры по записанному звуковому сигналу включал в себя обработку каждого загруженного блока аудиоданных посредством выполнения преобразования Фурье на каждом загруженном блоке для обеспечения индикаторного значения для каждого из указанных загруженных блоков аудиоданных, причем указанное индикаторное значение коррелирует с температурой напитка.
В преимущественном варианте осуществления способа в соответствии с изобретением этап определения температуры по записанному звуковому сигналу включает в себя определение индикаторного вектора, причем указанный индикаторный вектор содержит список значений индикаторного вектора, в котором число значений индикаторного вектора равно числу загруженных блоков аудиоданных, причем каждое конкретное значение индикаторного вектора определяется суммой индикаторного значения соответствующего загруженного блока аудиоданных и значения индикаторного вектора, определенного для непосредственно предшествующего загруженного блока аудиоданных. Следует отметить, что в настоящей заявке термин «вектор» или «список» также включает в себя «столбец», «строку» или «массив».
Предпочтительно, чтобы индикаторный вектор, полученный из спектра звуковых частот, сильно коррелировал с температурой напитка. Также предпочтительно, чтобы в варианте осуществления способа в соответствии с изобретением после выполнения преобразования Фурье на каждом загруженном блоке способ включал этап определения 15-го процентиля спектра звуковых частот аудиоданных в каждом загруженном блоке данных, т. е. частоты, ниже которой на частоты приходится 15% мощности звука. После этого можно определять скользящее среднее по 15-му процентилю спектра звуковых частот для сглаживания колебаний потока пара. Дополнительный или альтернативный индикаторный вектор, полученный из спектра звуковых частот, который сильно коррелирует с температурой напитка, получают в соответствии с вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением, в котором после выполнения преобразования Фурье на каждом загруженном блоке способ включает этап определения мощности звукового сигнала в данном частотном диапазоне. Предпочтительно, чтобы указанный данный частотный диапазон представлял собой диапазон 0-750 Гц. После этого можно определять скользящее среднее по мощности звукового сигнала в указанном данном частотном диапазоне для сглаживания колебаний потока пара. Эти два индикатора, т. е. 15-й процентиль спектра звуковых частот и мощность звукового сигнала в данном частотном диапазоне, демонстрируют отличную корреляцию между температурой и входным звуковым сигналом.
В дополнительном варианте осуществления способа в соответствии с изобретением этап определения температуры по записанному звуковому сигналу включает в себя этап применения фильтра нижних частот к индикаторному вектору. Поскольку профиль звукового сигнала, поступающий от напитка, нагретого посредством впрыскивания пара, представляет собой вероятностное распределение, фильтрация с помощью фильтра нижних частот уменьшает или позволяет устранить зашумленность записанного звукового сигнала.
В еще одном варианте осуществления способа в соответствии с изобретением этап определения температуры по записанному звуковому сигналу включает в себя этап сравнения последнего значения индикаторного вектора индикаторного значения с пороговым значением и этап деактивации нагревания напитка, если последнее значение индикаторного вектора превышает это пороговое значение. Таким образом, путем правильного выбора пороговых значений можно получить максимальную среднюю температуру, не допуская перегрева напитка. В варианте осуществления способа в соответствии с изобретением пороговое значение представляет собой пороговое значение процентиля частоты 550 Гц, то есть когда на частоты ниже 550 Гц приходится 15% мощности звукового сигнала. В другом варианте осуществления способа в соответствии с изобретением пороговое значение представляет собой пороговое значение части мощности, приходящейся на частотный диапазон 0-750 Гц, то есть когда на частотный диапазон 0-750 Гц приходится 22% мощности звукового сигнала.
В еще одном варианте осуществления способа в соответствии с изобретением способ включает в себя этап задания минимального периода времени нагревания, предпочтительно периода времени 17 секунд, и этап задания максимального периода времени нагревания, предпочтительно 24 секунды. Задание минимального времени нагревания позволяет избежать недогрева, обусловленного колебаниями и неупорядоченными шумами в начале цикла нагревания. Задание максимального времени нагревания обеспечивает защиту, позволяющую избежать нагревания напитка до температуры кипения.
Изобретение дополнительно относится к устройству для приготовления напитка посредством впрыскивания пара в напиток через трубку, которое включает в себя паровую камеру, паропровод, соединяющий паровую камеру с паровым соплом, держатель трубки, размещенный с возможностью удерживания трубки по меньшей мере в рабочем положении в устройстве, в котором паровое сопло сообщается с впускным отверстием для пара трубки, контроллер, функционально соединенный с паровой камерой для управления работой паровой камеры, и датчик температуры напитка для измерения температуры напитка в чашке, причем указанный датчик температуры функционально соединен с указанным контроллером для передачи ему сигнала, указывающего на измеренную температуру напитка, причем датчик температуры напитка содержит по меньшей мере один микрофон и причем в контроллер загружена компьютерная программа для выполнения способа в соответствии с изобретением. Предпочтительно, чтобы указанный по меньшей мере один микрофон представлял собой направленный микрофон, чтобы уменьшать внешние шумовые помехи. Кроме того, преимущество может состоять в том, что устройство содержит внутреннюю звукоизоляцию для экранирования звуковых шумов, создаваемых компонентами устройства, такими как паровая камера. Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания, представленного в виде не имеющего ограничительного характера примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на Фиг. 1 схематично показан вид спереди и с частичным разделением компонентов варианта осуществления устройства для приготовления напитка в соответствии с изобретением, содержащего паровую камеру для впрыскивания пара в напиток через трубку;
на Фиг. 2 схематично показан вид сбоку части варианта осуществления, изображенного на Фиг. 1, с чашкой, помещенной на подставку для чашки;
на Фиг. 3A-3L схематично показаны этапы способа приготовления напитка, включающего в себя этап нагревания напитка посредством впрыскивания пара в напиток через трубку с помощью устройства, представленного на Фиг. 1 и 2;
на Фиг. 4 схематично показана блок-схема способа в соответствии с изобретением;
на Фиг. 5 показан пример спектра звуковой выборки, представляющей индикаторы;
на Фиг. 6 показан пример 15-го процентиля спектра частот;
на Фиг. 7 показан пример мощности в процентах, приходящейся на диапазон 0-750 Гц; и
на Фиг. 8 приводится сравнение индикаторного вектора с фильтрацией нижних частот и без фильтрации.
На Фиг. 1 схематично показан вид спереди и с частичным разделением компонентов варианта осуществления устройства 2 для приготовления напитка. В представленном варианте осуществления устройство 2 предназначено для нагревания, а также вспенивания напитка путем впрыскивания пара через трубку 3 для вспенивания, соединенную с устройством 2
Устройство 2 включает в себя паровую камеру 4, например термоблок, и паропровод 5, соединяющий паровую камеру 4 с паровым соплом 6. В устройстве 2 предусмотрен резервуар 7 для холодной воды 8, причем резервуар 7 для холодной воды соединен с паровой камерой 4 посредством канала 9 для холодной воды и насоса 10 для холодной воды для подачи холодной воды в паровую камеру 4.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, устройство 2 дополнительно содержит дозатор 11 жидкого кофе для выдачи жидкого кофе. В представленном варианте осуществления дозатор 11 жидкого кофе содержит камеру 12 для приема пакета 13 концентрированного жидкого кофе. Дозатор 11 жидкого кофе дополнительно содержит устройство 14 для дозирования кофе для дозированной подачи количества концентрированного жидкого кофе в смесительную камеру 15. Нагретая вода подается из водонагревателя 16 по каналу 17 для воды в смесительную камеру 15 для разбавления концентрированного жидкого кофе с получением жидкого кофе, обладающего более подходящей для употребления концентрацией. Выдача этого жидкого кофе в чашку (не показана на Фиг. 1) выполняется из выпускного отверстия 18 для жидкого кофе. В представленном варианте осуществления холодная вода подается в водонагреватель 16 из резервуара 7 для холодной воды по каналу 9 для холодной воды и его удлиняющей насадке 9'. В других вариантах осуществления вода может подаваться в водонагреватель 16 из источника воды, отдельного от резервуара 7 для холодной воды.
Устройство 2 дополнительно содержит держатель 19 трубки для вспенивания для удерживания трубки 3 для вспенивания с возможностью съема. Держатель 19 трубки для вспенивания размещен с возможностью удерживания трубки 3 для вспенивания по меньшей мере в рабочем положении (как показано на Фиг. 2) в устройстве 2, в котором паровое сопло 6 сообщается с впускным отверстием 20 для пара одноразовой трубки 3 для вспенивания. Держатель 19 трубки для вспенивания содержит горизонтальное гнездо 29 для удерживания трубки 3 для вспенивания. Для этого в горизонтальном гнезде 29 предусмотрено отверстие 30 для трубки для вспенивания для приема части трубки 3 для вспенивания. Держатель 19 трубки для вспенивания дополнительно содержит крышку 31, которая установлена с возможностью перемещения относительно горизонтального гнезда 29. В представленном варианте осуществления крышка 31 установлена на поворотном стержне 32 таким образом, что ее можно отвернуть от гнезда 29, так чтобы можно было поместить трубку 3 для вспенивания в отверстие 30 для трубки для вспенивания или извлечь ее из него (так называемое положение держателя 19 трубки для вспенивания для вставки трубки для вспенивания), либо повернуть к гнезду 29, чтобы зафиксировать трубку 3 для вспенивания, установленную в держателе 19 трубки для вспенивания, который затем переводят в рабочее положение.
Трубка 3 для вспенивания представляет собой одноразовую трубку для вспенивания, содержащую трубчатую стенку 21 толщиной от 0,4 до 0,6 мм, предпочтительной является толщина стенки 0,5 мм, и имеющую паровпускной конец 22, содержащий впускное отверстие 20 для пара, паровыпускной конец 23, содержащий по меньшей мере одно выпускное отверстие 24 для пара отдельно от впускного отверстия 20 для пара, и паровой канал 25 диаметром от 4 мм до 10 мм, проходящий между впускным отверстием 20 для пара и выпускным отверстием 24 для пара. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, выпускное отверстие 24 для пара проходит радиально сквозь трубчатую стенку 21. Кроме того, трубчатая стенка 21 трубки 3 для вспенивания содержит отверстие 36 для воздуха, проходящее сквозь стенку. В представленном варианте осуществления отверстие для воздуха имеет форму паза, причем паз проходит параллельно продольной оси трубчатой стенки 21. В других вариантах осуществления отверстие для воздуха может быть образовано одним или более круглыми отверстиями.
Одноразовая трубка 3 для вспенивания изготавливается из биоразлагаемого материала.
На Фиг. 2 дополнительно показано, что устройство 2 содержит подставку 26 для чашки 27 и что держатель 19 трубки для вспенивания и подставка 26 взаимно расположены таким образом, что трубка 3 для вспенивания, удерживаемая в держателе 19 трубки для вспенивания, в рабочем положении держателя трубки для вспенивания проходит в чашку 27, установленную на подставке 26. На Фиг. 2 дополнительно показано количество молока 28, используемого в качестве первого напитка, тогда как жидкий кофе в настоящем описании также именуется «вторым напитком», и то, что одноразовая трубка 3 для вспенивания имеет длину от 100 до 120 мм, предпочтительно 110 мм, так что выпускное отверстие 24 для пара расположено ниже молочного мениска.
Ниже со ссылкой на Фиг. 3A-3L описан способ приготовления напитка, включающий в себя этап нагревания напитка посредством впрыскивания пара в напиток через трубку с помощью устройства 2, представленного на Фиг. 1 и 2.
На Фиг. 3A показано исходное, или нейтральное, положение устройства 2, в котором крышка 31 закрыта. Для сокращения времени приготовления напитка паровая камера или термоблок 4 поддерживается в работающем состоянии так, чтобы поддерживать постоянную температуру воды, используемой для формирования пара, на уровне около 90 °C. На первом этапе, показанном на Фиг. 3B, крышка 31 открывается посредством поворота вокруг поворотного стержня 32, при этом держатель 19 трубки для вспенивания переводится в так называемое положение для вставки трубки для вспенивания, а чашка 27 помещается на подставку 26. Устройство выполнено таким образом, чтобы в этом положении для вставки трубки для вспенивания подача пара была отключена. Чтобы обеспечить пользователя информацией о месте размещения чашки 27, подставка содержит индикаторы 33 положения, такие как визуальные метки, указывающие центральное или нецентральное положение чашки. Центральное положение означает, что когда трубка для вспенивания удерживается в держателе 19 трубки для вспенивания, трубка для вспенивания проходит в чашку по существу по центру, в нецентральном положении трубка для вспенивания будет проходить в чашку вне центра. На втором этапе, показанном на Фиг. 3C, трубку 3 для вспенивания размещают в отверстии 30 для трубки для вспенивания держателя 19 трубки для вспенивания устройства 2 таким образом, чтобы обеспечить удерживание трубки 3 для вспенивания в держателе 19 трубки для вспенивания в по существу вертикальном положении. Кроме того, в этом так называемом рабочем положении паровое сопло 6 сообщается с впускным отверстием 20 для пара трубки 3 для вспенивания. На третьем этапе, показанном на Фиг. 3D, крышка 31 закрыта. Крышка 31 содержит уплотнительные средства 34, обеспечивающие уплотнение с верхним краем трубки 3 для вспенивания и дополнительно обеспечивающие зажатие трубки 3 для вспенивания. Следует отметить, что устройство выполнено таким образом, что подача пара возможна только после установки трубки 3 для вспенивания в держатель 19 трубки для вспенивания, а более предпочтительно - после закрытия крышки 31. На четвертом этапе, показанном на Фиг. 3E, чашка 27 наполняется первым напитком, таким как молоко 28, до индикаторной метки 35 наполнения, предусмотренной на трубке 3 для вспенивания, так чтобы выпускное отверстие 24 для пара трубки 3 для вспенивания заходило в молоко 28.
На пятом этапе, показанном на Фиг. 3F, паровая камера 4 включается и дополнительно нагревает воду с получением пара, который затем подается в и через трубку 3 для вспенивания и через выпускное отверстие 24 для пара поступает в молоко 28. Во время подачи пара холодная вода подается из резервуара 7 для холодной воды (Фиг. 1) в паровую камеру 4. Во время такой подачи пара в трубку 3 для вспенивания и через нее в пар посредством щели 36 для воздуха всасывается воздух. Подача пара обеспечивает подогрев и вспенивание молока 28 и происходит в этом варианте осуществления в течение заданного периода времени для достаточного подогрева и вспенивания молока 28. На шестом этапе, как показано на Фиг. 3G, по истечении периода времени паровая камера 4 деактивируется. Затем, на седьмом этапе (Фиг. 3H), активируется дозатор 11 жидкого кофе, и в чашку 27 в качестве второго напитка, отличного от первого напитка, добавляется кофе до завершения процесса дозирования кофе (Фиг. 3I). По желанию пользователя паровую камеру 4 можно включить еще раз, чтобы подогреть и вспенить кофейно-молочную смесь. Следует отметить, что в других вариантах осуществления выдача кофе в чашку и необязательный подогрев и вспенивание могут выполняться перед добавлением молока в чашку 27 и его подогревом и вспениванием. Следует также отметить, что в других вариантах осуществления в качестве альтернативы или дополнения к подаче воздуха через щели 36 для воздуха воздух может вводиться в пар с помощью воздушного насоса, имеющегося в устройстве 2, для введения воздуха в поток пара.
На следующем этапе крышка 31 открывается (показано стрелкой на Фиг. 3J) и окончательно переходит в положение для вставки трубки для вспенивания, тем самым высвобождая трубку 3 для вспенивания из держателя 19 трубки для вспенивания. В представленном варианте осуществления трубку для вспенивания можно вручную извлечь из держателя 19 трубки для вспенивания, как показано на Фиг. 3K. По желанию, после высвобождения трубки 3 для вспенивания трубку 3 для вспенивания можно использовать в качестве мешалки (Фиг. 3L), и пользователь может выпить приготовленный напиток, а затем утилизировать трубку 3 для вспенивания.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, трубку 3 для вспенивания утилизируют после однократного использования. Помимо прочего, в зависимости от частоты использования устройства для нагревания и вспенивания напитка, трубку 3 для вспенивания можно использовать более одного раза, но с точки зрения гигиены трубку для вспенивания предпочтительно использовать менее пяти раз.
Устройство 2 для приготовления напитка содержит контроллер 73, который функционально соединен, помимо прочего, с паровой камерой 4 для управления работой паровой камеры. Кроме того, контроллер 73 функционально соединен с насосом 10 для холодной воды для управления работой насоса для холодной воды. Устройство 2 дополнительно включает в себя датчик 87А-87С температуры напитка (Фиг. 2) для определения температуры напитка 28, на верхней поверхности которого формируется пена 28А. Датчик 87A-87C температуры функционально соединен с контроллером 73 с целью передачи ему сигнала, указывающего на измеренную температуру напитка. Датчик температуры напитка содержит по меньшей мере один микрофон (87A-87C), который может быть расположен над (87A) чашкой 27, рядом (87B) с чашкой 27 над верхним краем 27A чашки 27 или рядом (87C) с чашкой ниже верхнего края 27A чашки 27. При этом измерение температуры напитка 28 включает в себя запись звукового сигнала (звука) от напитка 28 и этап определения температуры по записанному звуковому сигналу с помощью подходящего вычислительного алгоритма, сохраненного в контроллере 73. Затем, в зависимости от измеренной температуры, в частности на основе конкретных пороговых значений, контроллер 73 может определить, деактивировать паровую камеру 4 или нет. Таким образом, контроллер 73 управляет способом нагревания, вспенивания и приготовления напитка на основании информации, полученной с помощью соответствующего микрофона (-ов) 87.
Описание алгоритма приводится ниже со ссылкой на Фиг. 4. В блоке A осуществляется инициализация. Эта инициализация алгоритма включает в себя задание параметров и инициализацию состояния устройства. Ключевыми параметрами являются значение 15-го процентиля спектра звуковых частот аудиоданных в каждом загруженном блоке данных, т. е. частоты, ниже которой на частоты приходится 15% мощности звука, для БПФ-распределения обозначается как P (т. е. 15), и пороговое значение частоты, T, которое представляет собой пороговое значение процентиля частоты 550 Гц, т. е. когда на частоты ниже 550 Гц приходится 15% мощности звукового сигнала. Инициализируемые состояния устройства (контроллера 73) включают в себя: присвоение времени значения 0, присвоение флагу ожидания значения true и задание пустого вектора данных и пустого вектора процентиля частоты.
Во время записи осуществляется последовательное добавление блоков звуковых или аудиоданных (ADB), которые заполняют список или вектор данных, как показано в блоке B. Каждый блок аудиоданных, например, соответствует заданному числу секунд (например, 0,2 секунды) записанного звука и содержит 4096 выборок. Новый блок данных добавляется в конец уже существующего списка или вектора данных. Если комбинированный вектор данных слишком длинный, из начала вектора данных удаляется эквивалентная величина. Если комбинированный вектор данных слишком короткий, система ожидает следующий блок аудиоданных (блок B1).
После заполнения списка или вектора данных осуществляется обработка вектора данных методом быстрого преобразования Фурье (БПФ), как показано в блоке С. Для всего БПФ-преобразования рассчитывается сумма абсолютных значений, которая обозначается через M. БПФ-преобразование сводится к соответствующему ему подмножеству (в соответствии с заданными параметрами алгоритма), и это значение нормализуется таким образом, чтобы его сумма равнялась нулю. Это значение обозначается FFTvec.
После этого осуществляется вычисление процентиля БПФ для каждого блока данных из списка или вектора данных, как показано в блоке D, с целью обеспечения индикаторного значения для каждого из указанных загруженных блоков аудиоданных. Следует отметить, что индикаторное значение коррелирует с температурой напитка. В этом вычислении рассчитывается значение частоты, F, так чтобы суммарный сигнал от частот ниже этого значения был равен P/100. (Это означает, что F является P-м процентилем FFTvec, причем в данном варианте осуществления P равно 15). Это выделяет основную тенденцию сдвига частоты во время нагревания и ослабляет окружающий шум.
На этом этапе, если флагу ожидания присвоено значение true, выполняется проверка начальных критериев (блок D1). Начальными критериями являются следующие: M больше минимального порогового значения (это гарантирует, что устройство включено) и F > T+C, где C представляет собой «буфер». Если начальные критерии выполняются, флагу ожидания присваивается значение false (т. е. этот критерий не нуждается в повторной проверке). Если критерии не выполняются, система дожидается следующего блока аудиоданных.
После этого осуществляется заполнение вектора или списка процентиля частоты, как показано в блоке E. К концу вектора процентиля частоты прибавляется значение F, другими словами, вектор процентиля частоты представляет собой индикаторный вектор, который содержит список значений индикаторного вектора, в котором число значений индикаторного вектора равно числу загруженных блоков аудиоданных. Каждое конкретное значение индикаторного вектора определяется суммой индикаторного значения соответствующего загруженного блока аудиоданных и значения индикаторного вектора, определенного для непосредственно предшествующего загруженного блока аудиоданных.
Весь вектор процентиля частоты подвергается фильтрации с помощью фильтра нижних частот, как показано в блоке F. Этот процесс устраняет кратковременные признаки данных (которые обычно связаны с шумом) и выделяет основную тенденцию изменения частоты во время нагревания, которая показана на Фиг. 6 и которая хорошо видна на Фиг. 8, на которой индикаторное значение с фильтрацией нижних частот обозначено пунктирной линией, а индикаторное значение без фильтрации нижних частот обозначено сплошной линией. Кроме того, применение фильтрации нижних частот предотвращает триггирование по пороговому индикаторному значению, вызванное кратковременными помехами.
Если последний элемент вектора процентиля частоты ниже, чем T (т. е. пороговое значение процентиля частоты 550 Гц, соответствующее заданной температуре), что определяется на этапе сравнения в блоке G, выполняются критерии остановки и нагревание прекращается (блок H) посредством отправки соответствующего сигнала с контроллера 73 на паровую камеру 4. Если пороговое значение не превышено (блок G1), система дожидается следующего блока аудиоданных (ADB).
Таким образом, структура алгоритма по существу включает в себя следующие этапы.
Этап 1. Последовательно загрузить блоки аудиоданных и выполнить преобразование Фурье.
Этап 2. Определить индикатор низкочастотного содержимого и составить нарастающий список или вектор индикаторов, содержащий все индикаторные значения.
Этап 3. Выполнить преобразования индикаторного вектора; и
Этап 4. Сравнить индикатор с пороговым значением для спектра «достаточно низких» частот.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения инициализация алгоритма включает в себя установку заданного частотного диапазона, в котором необходимо определить часть мощности в процентах по отношению к полному звуковому сигналу, в частности диапазон 0-750 Гц для БПФ-распределения, и установку порогового значения мощности, приходящейся на частотный диапазон, равного 22%, т. е. когда на частотный диапазон 0-750 Гц приходится 22% мощности звукового сигнала. Другие этапы способа аналогичны этапам, описанным на Фиг. 4, а итоговый график части мощности в процентах, приходящейся на частотный диапазон 0-750 Гц, показан на Фиг. 7.
На Фиг. 5 показан пример спектра звуковой выборки, представляющей индикаторы.
Следует отметить, что в обоих случаях в качестве дополнительного этапа может осуществляться определение скользящего среднего по индикатору для сглаживания колебаний потока пара. В еще одном варианте осуществления на время инициализации или в качестве постоянного параметра можно задать минимальный период времени нагревания, предпочтительно период времени 17 секунд, и максимальный период времени нагревания, предпочтительно 24 секунды.
В дополнение к измерению температуры напитка записанный звуковой сигнал можно применять для различных целей, в частности для обеспечения безопасности использования. Например, записанный звуковой сигнал можно применять для определения наличия или отсутствия чашки, поскольку частотный спектр звукового сигнала во время впрыскивания пара для ситуации, когда чашка присутствует, отличается от ситуации, когда чашка отсутствует. Записанный звуковой сигнал также можно применять для определения очень низкого уровня заполнения чашки, поскольку при очень низком уровне заполнения формируется звуковой сигнал, который отличается от звукового сигнала, формируемого при нормальном уровне заполнения, поскольку при очень низком уровне заполнения выпускное отверстие находится над поверхностью напитка. В случае определения очень низкого уровня заполнения этот факт может быть доведен до сведения пользователя, который, например, может добавить больше напитка. С другой стороны, записанный звуковой сигнал можно применять для определения очень высокого уровня заполнения, поскольку очень высокий уровень заполнения приводит к очень медленному нагреванию, и этот факт можно определить, контролируя скорость, с которой изменяется температура. В случае определения очень высокого уровня заполнения этот факт может быть доведен до сведения пользователя, который, например, может удалить часть напитка из чашки. Кроме того, записанный звук можно применять для определения высокой начальной температуры (выше 55 °C) напитка и, таким образом, можно применять для предотвращения двойного нагрева напитка или системы. Кроме того, записанный звуковой сигнал можно применять для определения износа устройства или для определения какого-либо дефекта, например отсутствия генерирования пара.