ДЕТЕКТОР МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
MICROWAVE RADIATION DETECTOR AND HEAT TREATMENT DEVICE HAVING SAME

Настоящее изобретение относится к детектору микроволнового излучения (радиометрическому датчику СВЧ диапазона) для измерения внутренней температуры образца белковосодержащего вещества, например мяса.
Пищевые продукты, в особенности белковосодержащие пищевые продукты, такие как мясо, часто подвергают тепловой обработке. В промышленных масштабах такая тепловая обработка производится в устройстве тепловой обработки, например в печи, которое включает ленту, предпочтительно бесконечную ленту, перемещающую продукты через печь, где на них воздействует тепло. Во многих случаях через печь транспортируются несколько продуктов, расположенных рядом друг с другом параллельными рядами или в произвольном порядке. Так как распределение температуры и (или) теплопередача не однородны по ширине печи, пастеризация отдельного продукта также не однородна, что однако часто нежелательно. Особенно нежелательно получать продукты со слишком низкой внутренней температурой и (или) переваренные продукты.
Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение детектора микроволнового излучения, предназначенного для измерения внутренней температуры белковосодержащего вещества.
2
Задача решается детектором микроволнового излучения для измерения внутренней температуры образца белковосодержащего вещества, имеющим чувствительную поверхность, равную 0,1-180 мм.
Настоящее изобретение относится к детектору микроволнового излучения. Такой детектор для изменения микроволнового излучения регистрирует излучение в диапазоне рабочих частот от 0,3 до 300 ГГц. Детектор и соединенные с ним электронные схемы известны, например, из документов WO 2006/070142, WO 2006/070143, WO 2006/070144, US 4650345 и US 5176146, целиком включенных в настоящее описание в качестве ссылки и, следовательно, составляющие его часть. Внутренняя температура, измеренная приведенными детекторами, недостаточно точна для того, чтобы на основе этих данных регулировать процесс.
2
Было установлено, что детектор с чувствительной поверхностью 0,1-180 мм очень точно измеряет внутреннюю температуру белковосодержащего вещества. Чувствительная поверхность представляет собой участок детектора, воспринимающий микроволновое излучение, испускаемое продуктом. Внутренняя температура - это температура, усредненная по высоте z продукта, находящегося под детектором.
Предпочтительно детектор не соприкасается с продуктом, но помещен в непосредственной близости к нему для восприятия микроволнового излучения, испускаемого продуктом.
К белковосодержащим продуктам особенно относятся пищевые, например свинина, говядина, куриное мясо, баранина, а также рыба. Пищевой продукт может содержать животные или рыбьи кости. Мясо предпочтительно обрабатывают, например пропускают через мясорубку, маринуют, добавляют специи и (или) отбивают.
2
2
2
Предпочтительно чувствительная поверхность составляет 0,1-70 мм, более предпочтительно 0,1-40 мм и наиболее предпочтительно 0,1-20 мм.
Чувствительная поверхность может быть любой формы. Однако предпочтительно чувствительная поверхность круглая. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения чувствительная поверхность имеет диаметр 0,35-15,1 мм, более предпочтительно 0,35-9,4 мм, еще более предпочтительно 0,35-7,13 мм и еще более предпочтительно 0,35-5,0 мм.
Предпочтительно детектор и соответствующие электронные схемы регистрируют и анализируют микроволновое излучение в диапазоне частот 1-7 ГГц, причем более предпочтительным является диапазон частот 2-4 ГГц, и наиболее предпочтительным - диапазон 2,8-3,2 ГГц. В еще более предпочтительном варианте выполнения частоты, принимаемые и анализируемые детектором и соответствующими электронными схемами, в процессе одного измерения изменяются, причем низкие частоты несут информацию о температуре глубоко внутри продукта, а более высокие частоты несут информацию о температуре продукта вблизи поверхности.
Предлагаемый в изобретении детектор микроволнового излучения предпочтительно составляет часть устройства тепловой обработки белковосодержащих веществ. Альтернативно возможно, что этот детектор составляет часть устройства холодной обработки белковосодержащих веществ, например поступающих из морозильной камеры.
Другим объектом настоящего изобретения является устройство тепловой обработки белковосодержащих продуктов, включающее предлагаемый в изобретении детектор микроволнового излучения.
Предпочтительно это устройство тепловой обработки представляет собой печь, нагревающую продукты за счет излучения, естественной и (или) принудительной конвекции. При необходимости в устройство тепловой обработки может быть введен пар. Эта печь может действовать непрерывно или периодически. Предпочтительно устройство тепловой обработки содержит несколько камер, в которых поддерживаются разные режимы и (или) условия тепловой обработки. Предпочтительно печь содержит средство регулирования различных параметров, таких как температура, относительная влажность и (или) режим конвекции.
Предпочтительно устройство содержит средство перемещения, например ленту, в частности бесконечную ленту, перемещающую продукты через устройство. Траектория движения устройства перемещения может быть прямой и (или) криволинейной, например направленной по меньшей мере частично по спирали. Предпочтительно устройство перемещения имеет ширину, то есть протяженность в направлении, перпендикулярном направлению перемещения, достаточно большую, чтобы помещались несколько продуктов, которые затем транспортируются параллельно через устройство тепловой обработки. Продукты могут однако размещаться на ленте в случайном порядке, например в случае ручной загрузки. Альтернативно или опционно средство перемещения содержит трубу, бункер и (или)пакет.
Предпочтительно предлагаемый в настоящем изобретении детектор размещается над средством перемещения для измерения внутренней температуры продукта, проходящего под детектором. Предпочтительно детектор неподвижен. Предпочтительно детектор располагается у выхода устройства тепловой обработки. Альтернативно или опционно детектор размещается ниже и (или) возле средства перемещения, и (или) детектор движется вместе со средством перемещения.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения над средством перемещения размещаются по меньшей мере два детектора. Эти детекторы предпочтительно измеряют внутреннюю температуру продуктов, находящихся на левой и правой сторонах средства перемещения, если смотреть относительно направления движения ленты, движимой мимо детекторов.
В другом предпочтительном варианте выполнения над каждым рядом размещается по одному детектору. Каждый из этих детекторов измеряет внутреннюю температуру проходящих последовательно продуктов, находящихся в соответствующем ряду.
Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения устройство тепловой обработки содержит средство воздействия на процесс тепловой обработки. Таким средством может быть, например, средство изменения температуры, средство, влияющее на теплопередачу, средство, создающее излучение, средство, изменяющее время нахождения продукта в печи и (или) средство изменения относительной влажности вокруг продукта. Эти средства могут использоваться для обеспечения однородности условий тепловой обработки по всей ширине средства перемещения или для обеспечения неоднородности режимов тепловой обработки по ширине средства перемещения в случае нахождения на одном участке транспортного средства нескольких продуктов, отличающихся друг от друга. В этом случае может быть желательным обеспечить большую энергию нагрева и (или) более эффективную теплопередачу на участке, где находится больше продуктов на единицу площади, чем на участке с меньшим числом продуктов на единицу площади. Действие этих средств воздействия на процесс тепловой обработки в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения регулируется по сигналу детектора. Этот детектор размещается, например, у выхода или вблизи выхода устройства тепловой обработки, например печи, и измерят внутреннюю температуру отдельного продукта. По результатам этих измерений изменяется процесс тепловой обработки для достижения оптимальной внутренней температуры.
В другом предпочтительном варианте выполнения устройство содержит средство отслеживания положения отдельного продукта. Таким средством может быть, например, система слежения по осям XY, пригодная, например, для определения, где в определенный момент времени находится отдельный продукт. Эта информация может быть использована, например, для отбраковки, например, подъемно-транспортным роботом продукта, не соответствующего определенным критериям качества, в частности по определенной внутренней температуре, то есть, если внутренняя температура или слишком высока или слишком низка, эти продукты отбраковываются подъемно-транспортным роботом. Этому роботу нужны XY координаты, чтобы этот продукт был отбракован, и именно он был снят с транспортного средства.
В другом предпочтительном варианте выполнения информация о температуре, собранная предлагаемым в изобретении детектором, накапливается в средстве запоминания. Эта информация может быть использована, например, в подпрограмме контроля качества для документирования того, как отдельный продукт был обработан в процессе тепловой обработки. Согласно другому предпочтительному варианту выполнения эта информация передается в средство запоминания с помощью, например, приемопередатчика, прикрепленного к фасовщику или аналогичному устройству, в котором происходит раскладка и упаковка продукта. Альтернативно или опционно информация передается предпочтительно через интерфейс в центральный блок памяти для дальнейшей обработки данных. В случае возникновения проблем с качеством информация может быть считана непосредственно с приемопередатчика и доступна представителю торговой фирмы или потребителю.
Согласно предпочтительному или другому варианту выполнения настоящего изобретения устройство тепловой обработки содержит средство обнаружения продукта, установленное выше устройства тепловой обработки по направлению движения. Это средство может быть использовано по меньшей мере частично для включения и выключения устройства тепловой обработки. В случае отсутствия продукта на средстве перемещения устройство тепловой обработки по меньшей мере частично выключено. Альтернативно или опционно действие устройства тепловой обработки регулируется средствами обнаружения продукта. Однако, как только эти средства обнаружения продукта идентифицируют наличие продукта, устройство тепловой обработки включается снова значительно ранее поступления к нему продукта. В этих предпочтительных или обладающих признаками изобретения вариантах выполнения может быть достигнута экономия энергии, затрачиваемой в процессе тепловой обработки.
Далее изобретение рассмотрено более подробно в виде не ограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - предлагаемый в изобретении детектор;
на фиг.2 - принцип измерения;
на фиг.3 - один из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства с двумя детекторами;
на фиг.4 - предлагаемое в изобретении устройство с одним детектором на каждый ряд;
на фиг.5 - один из вариантов выполнения с группой детекторов;
на фиг.6 - устройство идентификации продукта;
на фиг.7 - средства воздействия на процесс тепловой обработки по ширине ленты.
На фиг.1 изображен предлагаемый в изобретении детектор микроволнового излучения, имеющий чувствительную поверхность 2, обращенную к продукту 3 и воспринимающую микроволновое излучение, испускаемое продуктом. В данном случае продукт 3 представляет собой образец мяса, подвергаемый тепловой обработке. В данном варианте выполнения чувствительная поверхность круглая с диаметром, равным шесть миллиметров. Детектор электрически и электронно соединен со средством анализа, которое не показано. В данном варианте выполнения детектор и (или) соединенные с ним электронные схемы содержат фильтр, пропускающий микроволновое излучение в диапазоне 2-4 ГГц. Соединенные с детектором электронные схемы анализируют полученное микроволновое излучение и вычисляют внутреннюю температуру продукта 3, то есть температуру в центре продукта 3.
Фиг.2 иллюстрирует принцип измерения, заложенный в настоящее изобретение. На фиг.2а дан вид сверху ленты 6 транспортера, движущейся слева направо. Над лентой расположен детектор 1, чья чувствительная поверхность 2 обращена к ленте 6. На ленте 6 размещен пищевой продукт 3, перемещаемый мимо детектора 1. Детектор определяет внутреннюю температуру продукта на длине измерения. Так как чувствительная поверхность 2 детектора очень мала, измеренная температура точно соответствует внутренней температуре продукта на этой длине, а не температуре по остальной части продукта в направлении х. Как можно видеть на фиг.2б, отражающей вид сбоку относительно фиг.2а, на данной длине измерения температура измеряется в нескольких пунктах 11, в данном случае в двух, однако расстояние между которыми может быть сделано настолько малым, что измерения можно считать полунепрерывными. В каждом пункте измерения определяется средняя температура продукта под чувствительной поверхностью. Специалисту в данной области техники понятно, что в случае нескольких детекторов, помещенных рядом, может быть построена очень точная температурная карта продукта.
На фиг.3 показан пример предлагаемого в изобретении устройства, которое в данном варианте выполнения представляет собой печь (не показана), содержащую средство перемещения, здесь ленту 6 транспортера. Лента транспортера перемещает продукты вдоль устройства тепловой обработки. Эти продукты распределены по всей ширине ленты. В данном случае пять рядов 4 продукта 3 расположены рядом друг с другом по ширине ленты. Большая стрела показывает направление перемещения ленты. У выхода устройства тепловой обработки или вблизи выхода слева и справа, соответственно, размещены детекторы 1 микроволнового излучения, определяющие внутреннюю температуру находящегося на данном участке продукта. Предпочтительно устройство содержит средство воздействия на процесс тепловой обработки, которое предпочтительно регулируется по сигналам с двух детекторов 1. В случае, если предпочтительным является равномерная тепловая обработка всех продуктов, это средство управляется по сигналам с детекторов 1. В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит систему слежения по осям XY, где ось X ориентирована перпендикулярно направлению перемещения, и ось Y ориентирована в направлении перемещения. Система слежения по осям XY может представлять собой, например, часть ленты транспортера, причем координата X определяется распределением продуктов в направлении, перпендикулярном направлению перемещения. Координата по оси Y может определяться, например, с использованием датчика, реагирующего на движение ленты, например серводвигателя, непрерывно выдающего сигналы о своем угловом положении и, следовательно, информацию о перемещении ленты и действительном положении каждого продукта. В случае, если продукт не был достаточно обработан теплом или наоборот перегрет, информация, привязанная к координатам XY, может быть использована для сортировки продукта путем, например, передачи информации вместе с координатами роботу, снимающему отдельный продукт с ленты и либо направляющему его в накопитель отходов, либо направляющему его на повторную тепловую обработку.
На фиг.4 в общем представлено устройство, соответствующее фиг.2. Однако в данном варианте детекторы 1 расположены над каждым рядом 4 продукта 3. В данном случае сигнал с детекторов 1 может быть использован для управления средством 5 воздействия на процесс тепловой обработки и (или) направлен на монитор для сбора данных и (или) отображения внутренней температуры каждого продукта, обработанного в печи. Данные, полученные детектором, могут быть проанализированы один или несколько раз, так чтобы могли быть собраны данные по продукту вдоль некоторого направления и определено распределение температуры внутри продукта вдоль этого направления. Система слежения по осям XY может быть использована для привязки каждого измерения температуры к координате в продукте.
На фиг.5 представлен еще один предпочтительный вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства. Снова сделана ссылка на описания, связанные с фигурами 2 и 3. Однако в данном варианте распределение детекторов 1 по ширине ленты даже плотнее, так что каждый продукт анализируется по меньшей мере одним, если не более, детектором. Этот сигнал может быть использован для регулирования процесса и сбора данных с нескольких детекторов для одного продукта. Данные могут накапливаться. Из-за плотного размещения детекторов 1 не только единичные данные, но массив данных собирается для каждого продукта, так что может быть определено плавное распределение температуры в продукте. По этим данным можно даже построить образ продукта, так что становятся известными его размер, ориентация и (или) расположение кости в продукте.
Данные, отдельно собранные устройствами, представленными на фигурах 3 и 4, могут быть сохранены в блоке накопления данных для отслеживания качества тепловой обработки каждого отдельного продукта.
Опираясь на фигуры 3, 4, 5 и 7, специалист в данной области может понять, что детекторы 1 могут быть стационарными или могут перемещаться для получения данных в различных точках по оси X. Специалист в данной области также может понять, что детекторы не обязательно должны быть идентичными, и (или) что анализ данных, полученных каждым из детекторов, не должен быть одинаковым. Рассматривая эти фигуры, специалист в данной области может, кроме того, понять, что расположение продуктов на ленте также может быть произвольным.
На фиг.6 представлен еще один вариант выполнения настоящего изобретения. В данном случае перед печью 7 в непосредственной близости к ленте 6, транспортирующей продукт 3, расположено средство 8 обнаружения продукта. На приведенном изображении детектор 8 не обнаруживает продукта, так что он выдает сигнал, например, на выключение подвода энергии нагрева и (или) вентиляции в печи. Однако, как только следующий продукт проходит мимо детектора 8, соответствующий сигнал посылается в блок управления, включающий, например, подогрев снова, так что при поступлении продукта в печь она оказывается достаточно нагретой. Здесь снова направление движения ленты 5 обозначено большой стрелой.
Вариант выполнения, соответствующий фиг.7, в основном представляет вариант с фиг.4. Однако в данном случае изображено средство 5 воздействия на процесс тепловой обработки. На основе данных, собранных детекторами 1, действие средств 5' на левой стороне и 5" на правой стороне регулируется таким образом, чтобы усилить или ослабить тепловую обработку на данном участке, достигая равномерности тепловой обработки всех продуктов.