УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРОМАТИЧЕСКОГО СВОЙСТВА ПРОДУКТА ПИТАНИЯ
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING CHROMATIC FOOD PROPERTIES

Область изобретения
Изобретение относится к устройству, способу и приспособлению для определения хроматического свойства продукта питания и, в частности, относится, хоть и не исключительно, к устройству и способу для определения изменения цвета мучного изделия, такого как хлеб в тостере.
Предпосылки изобретения
Традиционный тостер имеет таймер, используемый для установки времени обжаривания одного или нескольких кусков хлеба. Однако оптимальное время обжаривания зависит от ряда факторов. Например, время обжаривания зависит от цвета хлеба (белый, серый или черный), типа хлеба (многозлаковый или ржаной), содержания сахара, содержания влаги и состояния хлеба (твердый, черствый и т.д.). Время обжаривания дополнительно зависит от состояния хлеба, например свежее или замороженное. Таким образом, трудно выбрать оптимальное время для обжаривания и подрумянивания хлеба.
Необходимо улучшение.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставлено устройство для определения хроматического свойства продукта питания, при этом устройство содержит:
источник света, выполненный с возможностью излучения света, имеющего по меньшей мере две длины волн или диапазона длин волн, при этом источник света дополнительно выполнен с возможностью направления света на поверхность, по меньшей мере, продукта питания; и
детектор, выполненный с возможностью обнаружения, по меньшей мере, части отраженного света и выполненный с возможностью генерирования выходного сигнала, который указывает на интенсивность обнаруженного отраженного света;
при этом устройство выполнено с возможностью генерирования соответствующих выходных сигналов для по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн и определения отношения между выходным сигналом для одного из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн и выходным сигналом для другой или еще одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн как функции температуры для корректировки воздействия температуры на обнаруженный отраженный свет, при этом отношение указывает на хроматическое свойство поверхности продукта питания.
Для простоты понимания термин «свет» использован в описании патента в качестве синонима для электромагнитного излучения, которое может включать видимый свет, а также невидимый свет.
Устройство может содержать датчик для измерения температуры.
В одном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью регулирования по меньшей мере одного из сгенерированных соответствующих выходных сигналов как функции измеренной температуры.
Устройство может дополнительно содержать контроллер, выполненный с возможностью управления изменением хроматического свойства продукта питания посредством управления источником, который выполнен с возможностью осуществления изменения хроматического свойства. Источник может, например, содержать нагревательный элемент. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления скоростью изменения хроматического свойства поверхности продукта питания. Контроллер может быть также выполнен с возможностью завершения или прекращения изменения хроматического свойства продукта питания. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью отключения источника, который выполнен с возможностью осуществления изменения хроматического свойства.
В одном варианте осуществления источник света содержит по меньшей мере два составных источника света, которые выполнены с возможностью излучения света, имеющего соответствующие длины волн или диапазоны длин волн. Например, источник света может содержать по меньшей мере два светоизлучающих диода («LED»), которые излучают свет, имеющий соответствующие длины волн или диапазоны длин волн. Источник света может быть выполнен таким образом, что продукт питания последовательно освещается светом, сгенерированным первым составным источником света, и светом, сгенерированным вторым составным источником света. В качестве альтернативы по меньшей мере два составных источника света могут быть выполнены с возможностью одновременного освещения продукта питания. Детектор может содержать по меньшей мере один соответствующий чувствительный элемент для каждого составного источника света.
В альтернативном варианте осуществления источник света является широкополосным источником света, например единственным широкополосным источником света, который выполнен с возможностью излучения света, имеющего по меньшей мере две длины волн или диапазона длин волн.
Устройство, как правило, выполнено таким образом, что диаметр области поверхности продукта питания, которая подвергается воздействию света, и/или области обнаружения составляет по меньшей мере 0,5 см, 1 см, 2,5 см, 5 см или 10 см (полная ширина на половине максимальной интенсивности).
Устройство может содержать по меньшей мере один фильтр, который выполнен с возможностью фильтрации света, так что детектор последовательно обнаруживает свет, имеющий соответствующие диапазоны длин волн или длины волн. В одном конкретном примере устройство содержит по меньшей мере два фильтра, которые выполнены с возможностью фильтрации света для предоставления света, имеющего соответствующую длину волны или диапазоны длин волн.
Устройство может дополнительно содержать оптический разветвитель для разделения света, излученного широкополосным источником света, по меньшей мере на два луча света. В этом случае устройство, как правило, выполнено таким образом, что по меньшей мере два луча света имеют соответствующие длины волн или диапазоны длин волн.
Детектор может, например, содержать анализатор оптического спектра или фотодетектор, который выполнен с возможностью одновременного или последовательного определения интенсивностей света, связанных по меньшей мере с двумя диапазонами длин волн или длинами волн. Детектор может, например, являться полупроводниковым детектором, содержащим кремниевый, InGaAs или любой другой подходящий полупроводник. Детектор может также являться любым другим светочувствительным компонентом, таким как светочувствительный резистор.
Первая длина волны или диапазон длин волн может быть выбран таким образом, что интенсивность света, отраженного от продукта питания и имеющего первую длину волны или диапазон длин волн, зависит от хроматического свойства. Например, первый диапазон длин волн может включать диапазон 450 нм – 500 нм, 500 нм – 550 нм, 550 нм – 600 нм, 650 нм – 700 нм, 750 нм – 800 нм или даже выше, и первая длина волны может являться длиной волны в пределах любого из этих диапазонов. В конкретном примере диапазон длин волн может быть выбран на основе полной ширины на половине максимума интенсивности света, излученного источником света.
Вторая длина волны или диапазон длин волн, как правило, выбран таким образом, что интенсивность отраженной части света, имеющего вторую длину волны или диапазон длин волн, в меньшей степени зависит от хроматического свойства, чем отраженный свет, имеющий первую длину волны или диапазон длин волн. В одном конкретном примере отраженная интенсивность света, имеющего вторую длину волны или диапазон длин волн, в большей степени зависит от изменения хроматического свойства.
Второй диапазон длин волн может находиться в пределах любого подходящего диапазона длин волн, включая, например, видимый, ближний инфракрасный или инфракрасный диапазон. Например, второй диапазон длин волн может включать диапазон 800 нм – 1800 нм, 800 нм – 1400 нм, 850 нм – 1150 нм или 850 нм – 950 нм, и вторая длина волны может являться длиной волны в пределах любого из этих диапазонов. Например, второй диапазон длин волн может находиться в пределах приблизительно от 750 нм до 1400 нм.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит определитель, выполненный с возможностью определения отношения между выходным сигналом для одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн и выходным сигналом для другой или еще одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн. Например, отношение может являться соотношением, разностью, сочетанием вышеупомянутого или любым другим подходящим отношением, таким как полиномиальная, логарифмическая или экспоненциальная зависимость. В частности, отношение может являться соотношением разности соответствующих выходных сигналов и суммы соответствующих выходных сигналов. Это конкретное отношение может рассматриваться в качестве относительной разности.
Кроме того, определитель может быть выполнен с возможностью определения изменения значения, связанного с выходным сигналом для одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн, относительно выходного сигнала для другой или еще одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн. В одном конкретном примере определитель выполнен с возможностью определения изменения обнаруженного света, имеющего первую длину волны или диапазон длин волн, относительно обнаруженного света, имеющего второй диапазон длин волн или длину волны.
Определитель может быть выполнен с возможностью периодического или непрерывного определения отношения и, как правило, соединен с или образует часть контроллера. Кроме того, определитель может быть выполнен с возможностью определения того, превышает ли или падает ли определенное отношение ниже заданного порогового значения, такого как заданная разность, заданное соотношение или заданная относительная разность.
Детектор может быть дополнительно выполнен с возможностью обнаружения фонового света, если источник света не излучает света, имеющего по меньшей мере две длины волн или диапазона длин волн, и генерирования выходного сигнала, указывающего на интенсивность фонового света. Фоновый свет может, например, являться окружающим светом от нагревательного элемента, окружающим комнатным светом или светом от любого другого источника. В одном варианте осуществления определитель может быть дополнительно выполнен с возможностью корректировки соответствующих выходных сигналов и/или определенного отношения с использованием сгенерированного выходного сигнала, указывающего на интенсивность фонового света.
В одном варианте осуществления детектор выполнен с возможностью обнаружения отраженного света исключительно от поверхности продукта питания. Детектор, как правило, содержит один чувствительный элемент, но в качестве альтернативы может содержать более одного чувствительного элемента, например два чувствительных элемента, которые выполнены с возможностью обнаружения частей отраженного света от поверхности продукта питания. Например, детектор может содержать чувствительный элемент для каждого компонента источника света.
Устройство может быть выполнено с возможностью освещения одной или нескольких областей поверхности продукта питания.
Устройство может дополнительно содержать элемент для защиты или отвода тепла от детектора, такой как тепловой экран или теплоотвод.
В одном варианте осуществления хроматическое свойство является цветом продукта питания. Например, устройство может быть выполнено с возможностью определения румяности мучного изделия.
В еще одном варианте осуществления устройство может являться переносным устройством для определения хроматического свойства продукта питания.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предоставлен способ определения хроматического свойства продукта питания, при этом способ включает следующие этапы:
предоставление продукта питания, имеющего поверхность;
освещение поверхности продукта питания светом, имеющим по меньшей мере две длины волн или диапазона длин волн;
обнаружение, по меньшей мере, части света, который отражен;
получение температуры;
генерирование соответствующих выходных сигналов для по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн, при этом выходной сигнал указывает на интенсивность обнаруженного отраженного света; и
определение хроматического свойства поверхности продукта питания посредством определения отношения между выходным сигналом для одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн и выходным сигналом для другой или еще одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн как функции полученной температуры для корректировки воздействия температуры на обнаруженный отраженный свет.
Этап получения температуры может включать измерение температуры.
В одном варианте осуществления способ включает этап регулировки по меньшей мере одного из сгенерированных соответствующих выходных сигналов как функции измеренной температуры.
Способ может включать этап контроля за изменением хроматического свойства поверхности продукта питания посредством управления источником, который выполнен с возможностью осуществления изменения хроматического свойства. Способ может дополнительно включать управление скоростью изменения хроматического свойства продукта питания и может также включать управление продолжительностью изменения хроматического свойства продукта питания. Этап управления изменением хроматического свойства, как правило, осуществляется как функция определенного отношения.
В одном конкретном примере соответствующие выходные сигналы сгенерированы в соответствии с первой и второй длинами волн или диапазонами длин волн. Например, способ может включать освещение поверхности продукта питания светом, имеющим первую длину волны или диапазон длин волн, и светом, имеющим вторую длину волны или диапазон длин волн, во время осуществления хроматического изменения. В этом случае способ может включать обнаружение отраженного света, включающего первую длину волны или диапазон длин волн, и отраженного света, имеющего вторую длину волны или диапазон длин волн.
Определение отношения может включать определение соотношения, разности, сочетания вышеупомянутого или любого другого подходящего отношения, такого как логарифмическая или экспоненциальная зависимость. В частности, отношение может являться соотношением разности соответствующих выходных сигналов и суммы соответствующих выходных сигналов.
Кроме того, этап определения отношения может включать определение изменения значения, связанного с выходным сигналом для одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн, относительно выходного сигнала для другой или еще одной из по меньшей мере двух длин волн или диапазонов длин волн.
Способ может дополнительно включать этап осуществления хроматического изменения поверхности продукта питания. Осуществление хроматического изменения поверхности продукта питания может включать воздействие источника на поверхность продукта питания для осуществления хроматического изменения, такого как источник нагрева. Источник может, например, содержать нагревательный элемент.
Способ может дополнительно включать этап обнаружения фонового света, если поверхность продукта питания не освещена светом, имеющим по меньшей мере две длины волн или диапазона длин волн, и этап генерирования выходного сигнала, указывающего на интенсивность фонового света. Кроме того, способ может включать этап корректировки соответствующих выходных сигналов и/или определенного отношения с использованием сгенерированного выходного сигнала, указывающего на интенсивность фонового света.
Этап определения отношения может быть повторно осуществлен последовательно. В качестве альтернативы этап определения отношения может быть осуществлен непрерывно.
В одном варианте осуществления способ осуществляется для определения первого отношения, указывающего на хроматическое свойство продукта питания, а затем для определения второго отношения или ряда отношений, указывающих на хроматическое свойство продукта питания. Например, первое и второе отношения могут быть осуществлены несмотря на осуществление изменения хроматического свойства продукта питания и способ может быть осуществлен для определения этого изменения хроматического свойства.
Способ может дополнительно включать этап измерения температуры, так что воздействие температуры на сгенерированные выходные сигналы может быть скорректировано.
В соответствии с третьим аспектом изобретения предоставлено приспособление для осуществления хроматического изменения продукта питания, при этом приспособление содержит:
источник, выполненный с возможностью осуществления хроматического изменения поверхности продукта питания; и
устройство в соответствии с первым аспектом изобретения.
Приспособление может являться любым подходящим нагревателем, таким как электроприбор или газовый прибор. Например, приспособление может являться тостером для мучных изделий, солнечной печью или обжарочным аппаратом для кофейных зерен.
Источник может являться источником нагрева, который выполнен с возможностью осуществления изменения хроматического свойства. Например, источник может содержать нагревательный элемент. В качестве альтернативы источник может быть, например, представлен в виде камеры печи.
Приспособление может дополнительно содержать контроллер, выполненный с возможностью управления изменением хроматического свойства продукта питания посредством управления источником, который выполнен с возможностью осуществления хроматического изменения. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления скоростью изменения хроматического свойства продукта питания. Контроллер может быть также выполнен с возможностью завершения или прекращения изменения хроматического свойства продукта питания. Кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью деактивации источника, который выполнен с возможностью осуществления хроматического изменения, если пороговое значение заданного отношения было достигнуто или превышено.
В одном варианте осуществления приспособление содержит интерфейс для упрощения выбора заданного пользователем отношения. Кроме того, интерфейс может быть выполнен с возможностью сообщения определенного отношения. Например, определенное отношение может быть сообщено непосредственно или косвенно посредством аудиосигнала или визуального сигнала. В качестве дополнения или альтернативы приспособление может быть выполнено с возможностью передачи определенного отношения на переносное устройство, например, по беспроводному каналу.
В качестве дополнения или альтернативы интерфейс выполнен с возможностью сообщения того, превышает ли определенное отношение заданное пороговое значение, например, посредством, аудиосигнала или визуального сигнала.
Приспособление может дополнительно содержать датчик для измерения температуры, так что воздействие температуры на сгенерированный выходной сигнал может быть скорректировано.
В еще одном варианте осуществления приспособление содержит элемент для защиты или отвода тепла от детектора. Элемент может содержать тепловой экран или теплоотвод.
Краткое описание графических материалов
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно для примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показана блок-схема компонентов устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 и 3 показаны изображения обжаренных мучных изделий и диаграммы, которые определены в соответствии с этапом способа в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 показана схематическая блок-диаграмма компонентов устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 показан способ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Описание одного из вариантов осуществления изобретения
Ссылаясь сначала на фиг. 1, показаны компоненты устройства 100 для определения хроматического свойства продукта питания. В этом конкретном примере устройство 100 встроено в тостер 102 и выполнено с возможностью определения румяности хлеба 104, которая вызвана нагревательным элементом (не показанным). Подрумянивание хлеба в тостере (или подрумянивание другого продукта питания), как правило, вызвано процессами, такими как реакция Майяра или карамелизация.
Устройство содержит широкополосный источник 106 света, который излучает свет, имеющий многочисленные диапазоны длин волн, которые образуют сплошной спектр. Источник 106 света направляет свет 108 на поверхность хлеба 104. В этом конкретном примере источник 106 света является электрической лампочкой, которая излучает белый свет 108. Свет 108 направлен через линзу 110, которая фокусирует свет 108 на области 111 поверхности хлеба 104. В этом примере и, как показано далее на фиг. 2a) и 3a), свет 108 направлен на центральную область 111 поверхности хлеба 104. На фиг. 2а) показано изображение обжаренного белого хлеба, а на фиг. 3а) показано изображение обжаренного многозлакового хлеба. Специалисту в данной области техники станет понятно, что область 111 может иметь любой подходящий размер и положение на поверхности хлеба 104.
Устройство 100 дополнительно содержит детектор 112 для обнаружения по меньше мере части отраженного света 114. В этом варианте осуществления детектор 112 представлен в виде анализатора оптического спектра, который обнаруживает часть отраженного света 114. Часть отраженного света 114, которая обнаружена детектором 112, направлена на детектор 112 посредством оптического волокна. Примеры обнаруженных спектров света показаны на фиг. 2b) и 3b). Специалисту в данной области техники станет понятно, что детектор устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения может содержать один или несколько чувствительных элементов.
Детектор генерирует соответствующие выходные сигналы для двух диапазонов длин волн широкополосного спектра света, излучаемого источником 106 света. В этом конкретном варианте осуществления соответствующие выходные сигналы объединены в одну диаграмму, как показано на фиг. 2b) и 3b). Отношение между выходным сигналом для одного диапазона длин волн и выходным сигналом для другого диапазона длин волн указывает на румяность поверхности хлеба 104. В этом примере детектор 112 генерирует два выходных сигнала 116, 117, которые указывают на обнаруженную интенсивность при соответствующих диапазонах длин волн. Отношение между двумя выходными сигналами 116, 117 при выбранных диапазонах длин волн указывает на румяность хлеба 104.
В этом варианте осуществления выбран первый диапазон длин волн, так что интенсивность отраженной части света 114, связанная с первым диапазоном длин волн, изменяется как функция румяности хлеба 104. В этом примере первый диапазон длин волн находится в пределах от 500 нм до 600 нм (например, приблизительно 550 нм).
Выбран второй диапазон длин волн, так что интенсивность отраженной части света 114, связанная со вторым диапазоном длин волн, заметно не изменяется как функция румяности хлеба 104 по сравнению с первым диапазоном длин волн. В этом примере второй диапазон длин волн находится в пределах от 850 нм до 950 нм (например, приблизительно 900 нм). Интенсивность, связанная со вторым диапазоном длин волн, предоставляет соотношение, которое заметно не изменяется как функция румяности хлеба 104.
Отношение между двумя выходными сигналами для соответствующих диапазонов длин волн дополнительно показано на фиг. 2b) и 3b), а также на фиг. 2c) и 3b).
На фиг. 2b) и 3b) показаны спектры, которые сгенерированы анализатором спектра детектора 112. Спектры 120 и 130 относятся к свету, который был отражен от хлеба 104 перед воздействием нагревательного элемента 104 на хлеб 104. Вторые спектры 121 и 131 относятся к свету, который был обнаружен после заданного времени обжаривания. На фиг. 2c) показано вычисленное соотношение между спектрами 120 и 121, а на фиг. 3c) показано вычисленное соотношение между спектрами 130 и 131.
1
2
Видно, что для сигнальной длины волны λ, которая составляет приблизительно 550 нм, выходной сигнал изменяется как функция румяности поверхности хлеба 104. Однако для опорной длины волны λ, которая составляет приблизительно 900 нм, соответствующий выходной сигнал остается в основном неизменным.
1
2
Значения, которые указывают на интенсивность при длинах волн λ и λ, затем направлены на определитель (не показанный), который выполнен с возможностью определения соотношения между значениями. В этом конкретном примере определитель представлен в виде процессора в вычислительной системе.
1
2
Посредством определения соотношения между значениями, которые указывают на интенсивность при длинах волн λ и λ, процессор может определить румяность хлеба 104. Изменение румяности может быть также дополнительно определено.
Специалисту в данной области техники станет понятно, что между двумя значениями могут быть определены другие отношения, например разность, соотношение, сочетание соотношения и разности, полиномиальная, логарифмическая или экспоненциальная зависимость или любое другое подходящее отношение.
Ссылаясь теперь на фиг. 4, показано устройство 400 в соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения. Устройство 400 встроено в тостер 402 и выполнено с возможностью определения румяности хлеба 404. Специалисту в данной области техники станет понятно, что устройство может быть встроено в любое подходящее приспособление, которое содержит источник для осуществления хроматического изменения поверхности продукта питания. Источник может, например, являться источником нагрева, который может содержать нагревательный элемент. В качестве альтернативы устройство может быть представлено в виде переносного устройства.
В конкретном варианте осуществления устройство 400 содержит два светоизлучающих диода (LED) 406 и 407, которые излучают свет 408, 409, имеющий соответствующие диапазоны длин волн. LED 406, 407 выполнены с возможностью направления света 408, 409 на область на поверхности хлеба 404, так что детектор 412 (который содержит фотодиод) может обнаружить отраженную часть света 414. В этом и других примерах LED 406, 407 направляют свет 408, 409 на одну область на поверхности хлеба 404. Область имеет достаточный размер, так что локальные изменения поверхности хлеба 404, такие как зерна, изюм, форма поверхности, дефекты поверхности или тому подобное, в основном не влияют на сгенерированные выходные сигналы. Подходящее место может иметь диаметр приблизительно 2 см FWHM по интенсивности. Кроме того, область, которая обнаружена детектором, в основном идентична месту, которое освещается LED.
Полная ширина
В этом конкретном примере LED 406 излучает свет 408 с сигнальной длиной волны, которая составляет 525 нм, что соответствует зеленому свету. LED 407 излучает свет 409 с опорной длиной волны, которая составляет 940 нм, что соответствует ближнему инфракрасному свету.
1
2
1
2
1
2
Фотодиод детектора 412 генерирует выходные сигналы для обнаруженного отраженного света, имеющего длины волн λ и λ. В этом примере фотодиод детектора 412 имеет максимальную чувствительность при 850 нм и имеет приблизительно 60% чувствительность при длинах волн λ (525 нм) и λ (940 нм). Выходной сигнал дополнительно передается на процессор 418 (который может быть также представлен в виде подходящего встроенного чипа), который выполнен с возможностью определения отношения между значениями выходных сигналов, связанными с длинами волн λ и λ. Посредством определения отношения может быть определена 404 румяность поверхности хлеба.
В этом конкретном примере детектор 412 дополнительно обнаруживает фоновый свет, если светоизлучающие диоды 406, 407 не излучают никакого света, имеющего соответствующие диапазоны длин волн. Фотодиод детектора 412 дополнительно генерирует выходной сигнал, указывающий на интенсивность фонового света. Фоновый свет может, например, являться окружающим светом от нагревательного элемента, окружающим комнатным светом или светом от любых других источников, отраженным от поверхности хлеба, отраженным от других частей тостера или непосредственно освещающим детектор 412.
1
2
В этом примере LED 406, 407 работают от импульсных генераторов 416, 417 (которые могут быть встроены в подходящий встроенный чип), которые связаны вместе посредством триггера 419. Триггер 419 выполнен таким образом, что два LED 406, 407 работают попеременно и, следовательно, фотодиод детектора 412 последовательно обнаруживает отраженный свет при длинах волн λ и λ. Подача импульсов может быть также выполнена таким образом, что существует период времени, когда ни один из двух LED не излучает свет и детектор обнаруживает вышеупомянутый фоновый свет, так что фоновый свет может быть измерен и учтен.
1
2
1
2
1
2
В этом примере процессор 418 определяет отношение между значениями, связанными с длинами волн λ и λ, посредством определения соотношения разности значений при длинах волн λ и λ и суммы значений при длинах волн λ и λ. Это отношение может быть также рассмотрено в качестве относительной разности. Относительная разность может быть определена с использованием следующего уравнения (1):
уравнение (1)
1
1
2
2
где ND – относительная разность, I – значение при длине волны λ, которое указывает на интенсивность отраженной части света, и I – значение при длине волны λ, которое указывает на интенсивность отраженной части света.
Относительная разность предоставляет относительное изменение отношения, которое, как правило, менее предрасположено к флуктуациям источников света, например LED или окружающего света. Такие флуктуации могут, например, происходить вследствие флуктуаций напряжения, флуктуаций тока возбуждения или других причин, таких как постепенное снижение излучения света, если LED достигает конца срока службы.
Процессор 418 может корректировать определенную относительную разность посредством вычитания обнаруженного фонового света. Это может быть выполнено с использованием следующего уравнения (2):
1
1
2
2
0
где ND – относительная разность, I – значение при длине волны λ, которое указывает на интенсивность отраженной части света, I – значение при длине волны λ, которое указывает на интенсивность отраженной части света, и I – значение, указывающее на интенсивность фонового света.
Специалисту в данной области техники станет понятно, что предусмотрены и другие подходящие компоновки устройства 400. Например, два LED 406 и 607 могут одновременно излучать свет на поверхность хлеба 404 и, по меньшей мере, часть отраженного света 114 может быть обнаружена посредством последовательной фильтрации света перед его обнаружением единственным детектором 112.
В качестве альтернативы детектор 412 устройства 400 может содержать более одного чувствительного элемента, например более одного фотодиода. Например, устройство может содержать чувствительный элемент для каждого светоизлучающего диода. Устройство может дополнительно содержать дополнительный чувствительный элемент для обнаружения фонового света. В случае наличия более одного чувствительного элемента чувствительные элементы могут быть направлены в основном в одном направлении для снижения эффектов фокусировки на точке с переменным расстоянием до образца.
Как проиллюстрировано на фиг. 1 и 4, устройства 100 и 400 могут быть встроены в тостер 102, 402. Однако специалисту в данной области техники станет понятно, что предусмотрены и другие приспособления. Например, приспособление может являться электроприбором или газовым прибором. В частности, прибор может быть выполнен с возможностью обжаривания мучных изделий или обжарки кофейных зерен или тому подобного.
Тостер 402 содержит нагревательный элемент, который выполнен с возможностью обеспечения румяности на поверхности хлеба 404.
В этом варианте осуществления тостер 402 дополнительно содержит датчик для измерения температуры (не показанный). Изменение температуры может влиять на выходной сигнал, сгенерированный детектором устройства, вследствие воздействия на чувствительность детектора или спектры излучения LED. Посредством измерения температуры может быть скорректирован сгенерированный выходной сигнал и/или определенное отношение. Например, датчик может быть расположен рядом с детектором или источником света, таким как LED. Корректировка воздействия изменения температуры внутри тостера 102 может быть выполнена несколькими подходящими способами. В одном примере сгенерированные выходные сигналы корректируются посредством соответствующих поправочных коэффициентов. Поправочный коэффициент, как правило, зависит от формы кривой чувствительности детектора относительно длины волны. Поправочный коэффициент может также зависеть от изменения интенсивности или спектра длин волн, излученного источником света с увеличенной температурой.
В другом примере чувствительность детектора корректируется электронным способом как функция изменения температуры. Однако предусмотрены и другие подходящие способы корректировки.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения (не показанном) тостер 402 содержит элемент для защиты или отвода тепла от детектора устройства. Таким образом, может быть снижено воздействие изменения температуры внутри тостера на детектор устройства. Элемент может содержать тепловой экран и/или теплоотвод, который расположен рядом с детектором. Тепловой экран может быть прикреплен к части детектора, которая обращена к нагревательному элементу, так что, по меньшей мере, часть тепла от нагревательного элемента может быть отражена или поглощена. Теплоотвод может быть выполнен таким образом, что, по меньшей мере, часть тепла от нагревательного элемента рассеивается вдали от детектора. В конкретном примере металлический экран расположен между детектором и нагревательным элементом, при этом металлический экран дополнительно содержит отверстие, через которое детектор может обнаружить свет.
В этом конкретном примере определитель 418 дополнительно определяет, превышает ли или падает ли определенное отношение между выходными сигналами, сгенерированными для сигнальной и опорной длин волн, ниже заданного порогового значения. Тостер 402 содержит контроллер (который может быть представлен в виде встроенного чипа), выполненный с возможностью управления тостером 402 как функция определенного отношения. Контроллер представлен в виде процессора, который деактивирует нагревательный элемент, если определенное отношение превышает заданное пороговое значение. Таким образом, прекращается изменение хроматического свойства поверхности хлеба 404. Однако специалисту в данной области техники станет понятно, что контроллер может быть также выполнен с возможностью управления элементом, который осуществляет хроматическое изменение хлеба. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью управления скоростью нагрева.
Тостер 402 содержит в этом варианте осуществления интерфейс, который упрощает выбор заданного порогового значения пользователем. Интерфейс может быть представлен в виде сенсорного экрана, который отображает величину, которая относится к определенному отношению, и может быть использован для выбора порогового темного цвета, при котором процесс обжаривания автоматически прекращается. Однако предусмотрены и другие подходящие формы интерфейса. Например, если определенное отношение превышает заданное пороговое значение, тогда пользователь может быть оповещен посредством аудиосигнала или визуального сигнала. Кроме того, может быть установлена беспроводная передача данных и беспроводная передача данных может быть использована для оповещения пользователя или может предоставить пользователю возможность управления работой устройства, например установкой заданного порогового значения.
В дополнительном примере интерфейс может быть выполнен с возможностью предоставления выходного сигнала, указывающего на хроматическое свойство или его изменение. Выходной сигнал может быть предоставлен посредством визуального или аудиосигнала. В качестве дополнения или альтернативы выходной сигнал может быть передан на переносное устройство. Отношение может быть, например, передано посредством сети Wi-Fi или технологии Bluetooth. Специалисту в данной области техники станет понятно, что предусмотрены и другие способы беспроводной или проводной передачи.
Кроме того, в целях безопасности контроллер автоматически деактивирует нагревательный элемент, если определенное отношение превышает безопасное пороговое значение, например, для предотвращения сгорания образца. В целях дополнительной безопасности контроллер может быть выполнен с возможностью деактивации нагревательного элемента после максимального периода времени.
1
2
В альтернативном варианте осуществления (не показанном) устройство содержит фильтрующие элементы, которые содержат паузы между передачами для длин волн λ и λ. Источник света может, например, генерировать белый свет, который фильтруется посредством фильтров, и устройство может быть выполнено таким образом, что отфильтрованный отраженный свет обнаруживается детектором. В этом примере источник света может содержать два составных источника света, или устройство может содержать оптический разветвитель, который разделяет свет на два парциальных луча, и свет парциальных лучей в основном является отфильтрованным. Детектор может содержать один (активный) чувствительный элемент и может быть выполнен с возможностью последовательного обнаружения отфильтрованного света. В качестве альтернативы детектор может содержать два или более чувствительных элемента, и устройство может быть выполнено таким образом, что компоненты детектора в основном одновременно обнаруживают свет, имеющий соответствующие длины волн или диапазоны длин волн.
Ссылаясь теперь на фиг. 5, проиллюстрирован способ 500 в соответствии с вариантами осуществления. На первом этапе 502 предоставлен продукт питания, имеющий поверхность. Поверхность продукта питания освещена подходящим светом 504. На следующем этапе 506 обнаружена, по меньшей мере, часть отраженного света. Сгенерирован 508 выходной сигнал, который указывает на интенсивность обнаруженной отраженной части света. Соответствующие выходные сигналы сгенерированы в соответствии с по меньшей мере двумя длинами волн или диапазонами длин волн. На следующем этапе 510 определено хроматическое свойство поверхности продукта питания посредством определения отношения между выходным сигналом для первой длины волны или диапазона длин волн и выходным сигналом для второй длины волны или диапазона длин волн.
Подразумевается, что модификации и вариации, как станет понятно специалисту в данной области техники, подпадают под объем настоящего изобретения. Например, специалисту в данной области техники станет понятно, что устройство может содержать любое подходящее количество источников света, которые излучают две или более длины волн или диапазона длин волн, и/или любое подходящее количество детекторов, которые факультативно фильтруются для обнаружения, по меньшей мере, части отраженного света. Устройство 100 может дополнительно содержать два (или более) чувствительных элемента с соответствующими фильтрами. В этом случае источник 106 света может направить свет 108 широкополосного диапазона длин волн на поверхность хлеба 104, и фильтры фильтруют отраженный свет, так что последовательно обнаруживается свет, имеющий по меньшей мере два диапазона длин волн. Один чувствительный элемент детектора 112 может быть выполнен с возможностью обнаружения отраженного и затем отфильтрованного света. В качестве альтернативы приспособление может содержать фильтры, которые фильтруют сгенерированный широкополосный свет перед отражением. Кроме того, отдельный чувствительный элемент детектора 112 может быть выполнен с возможностью обнаружения, по меньшей мере, части отфильтрованного и затем отраженного света 114.