用于控制能量的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制能量的設(shè)備和方法。一種輻射負載的方法，包括：通過改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)送的相應(yīng)的持續(xù)時間，在不同頻率處提供不同量的能量。該方法有益于任何方式的加熱，其包括：使用微波和/或RF能量進行升溫、烘干和融化。
【專利說明】用于控制能量的設(shè)備和方法
[0001]本申請是申請日為2009年11月10日，申請?zhí)枮?00980154040.9，發(fā)明名稱為“用于控制能量的設(shè)備和方法”的申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請基于119(e)要求于2008年11月10提交的第61/193，248號美國臨時專利申請和2009年10月22日提交的第61/253，893號美國臨時專利申請的權(quán)益，并且本申請涉及兩個PCT申請代理參考號:2009年11月10日提交的47408和47574，其公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]在本申請的一些實施方式中，本申請大體上涉及負載中的電磁(EM)能量的損耗，更具體地但非排他地，本發(fā)明涉及加熱，例如，使用微波或UHF能量以進行融化、加熱和/或?qū)?、飪?br>
【背景技術(shù)】
[0005]使用高頻輻射來對目標(biāo)進行加熱是普遍的，并且包括常用的家用微波(MW)爐以及商用爐，其主要與諸如蒸汽、熱空氣和紅外線加熱元件等其它加熱模塊結(jié)合使用MW能量。
[0006]與已知的欄爐相關(guān)聯(lián)的很多問題之一是缺乏加熱的均勻性，這通常導(dǎo)致在腔內(nèi)反射駐波的熱點和冷點。改進這些設(shè)備中的均勻性的很多嘗試包括(例如，通過在加熱期間進行模式混合和/或移動負載)增加腔中的模式的數(shù)量。
[0007]在使用多個頻率的一些情況下，設(shè)備被配置為測量在不同的發(fā)射頻率處進入腔內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移的效率，然后僅在具有相對較高的效率的頻率處向負載發(fā)送能量，其目的是這應(yīng)當(dāng)增加進入負載的能量轉(zhuǎn)移的效率。
[0008]對目標(biāo)進行加熱改變了其在不同的頻率處的損耗特征。例如，在加熱之前以一個速率在負載中損耗的頻率可能在負載的一些加熱或移動發(fā)生以后以不同的速率(更高或更低)損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)一些實施方式，提供了一種用于使用頻率的輻射頻譜來輻射負載的裝置和方法。通過在不同的頻率處發(fā)送不同量的能量來進行輻射。至少通過改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間，來控制在每個頻率處發(fā)送的能量的量。
[0010]根據(jù)本實施方式的一個方面，一種輻射負載的方法被提供，在該方法中，通過改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間，來在不同的頻率處提供不同量的能量。因此，從其需要大量能量的頻率被發(fā)射較長的時間，而從其需要少量能量的頻率被發(fā)射較短的時間量。
[0011]可以在共振腔中對負載進行輻射。
[0012]輻射負載的步驟可以被控制，以在負載中獲得預(yù)定能量損耗模式。
[0013]可以以固定的功率發(fā)射電平來對負載進行輻射。
[0014]可以分別針對所發(fā)射的頻率的每一個，以最大功率發(fā)射電平來對負載進行輻射。使放大器在設(shè)計最大功率處保持工作允許使用更便宜的放大器。
[0015]輻射負載的步驟可以被控制，以對在不同的頻率中的每一個頻率處提供的能量的最大量進行限制。
[0016]輻射負載的步驟可以被控制，以對在一段發(fā)射時段期間在不同的頻率處提供的能量的總量進行限制。
[0017]發(fā)射時段可以是發(fā)射循環(huán)或負載循環(huán)。
[0018]輻射負載的步驟可以被控制，以對各個頻率在其中被發(fā)射的總持續(xù)時間進行限制。
[0019]輻射負載的步驟被控制，以使發(fā)射頻率中的每一個發(fā)射頻率處的可能功率最大化。
[0020]至少兩個頻率是以至少兩個不同的非零功率來發(fā)送的。
[0021]該方法可以包括:
[0022]使用頻率的輻射頻譜來輻射負載；
[0023]測量由此產(chǎn)生的反射的且耦合的頻譜(RC頻譜)；
[0024]根據(jù)RC頻譜來推斷負載的當(dāng)前損耗信息；以及
[0025]設(shè)置頻率的輻射頻譜以符合損耗信息，其中，設(shè)置的步驟包括:通過改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間，來在不同的頻率處發(fā)送不同量的能量。
[0026]該方法可以包括:
[0027]使用頻率的輻射頻譜來輻射負載，以使能量被負載吸收；
[0028]測量由此產(chǎn)生的RC頻譜；
[0029]根據(jù)所測量的RC頻譜來推斷負載的當(dāng)前損耗信息；以及
[0030]修改頻率的輻射頻譜以符合損耗信息，其中，修改的步驟包括:通過改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間，來在不同的頻率處發(fā)送不同量的能量。
[0031]頻率可以被連續(xù)地排列以形成負載循環(huán)。
[0032]該方法可以包括重復(fù)地執(zhí)行所述負載循環(huán)。
[0033]頻率在負載循環(huán)內(nèi)是變化的。
[0034]該方法可以包括在負載循環(huán)的重復(fù)期間區(qū)別地啟動或關(guān)閉頻率，以改變負載的輻射的相應(yīng)頻率處的總輻射持續(xù)時間。
[0035]在該方法中，可以通過在所述循環(huán)中的一些循環(huán)期間關(guān)閉頻率或者在所述循環(huán)中的一些循環(huán)期間切換到較低的功率，來實現(xiàn)區(qū)別切換。
[0036]根據(jù)本實施方式的第二方面，提供了一種用于使用頻率的輻射頻譜來輻射負載的方法，負載具有基于負載的能量損耗狀態(tài)而改變的損耗信息，該方法包括:修改頻率的輻射頻譜以符合損耗信息的改變，其中，修改的步驟包括:改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間。
[0037]根據(jù)本實施方式的第三方面，提供了一種輻射負載的裝置，包括:
[0038]a.能量饋源，其功能在于向腔發(fā)送能量，以在存在負載的情況下在多個頻率中共振；以及
[0039]b.控制器，其功能在于改變相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)持續(xù)時間。
[0040]在實施方式中，控制器被配置為重復(fù)地執(zhí)行改變。
[0041]在實施方式中，控制器被配置為根據(jù)相應(yīng)的持續(xù)時間，使用頻率的輻射頻譜來輻射負載，測量由此產(chǎn)生的反射的且耦合的頻譜(RC頻譜)，根據(jù)RC頻譜來推斷負載的當(dāng)前損耗信息，以及設(shè)置頻率的輻射頻譜以符合損耗信息。
[0042]在實施方式中，控制器被配置為在頻率的負載循環(huán)的重復(fù)期間區(qū)別地啟動或關(guān)閉頻率，從而改變相應(yīng)的頻率在輻射負載期間的總持續(xù)時間。
[0043]除非另外定義，否則本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。本文提供的材料、方法和實施例僅是示例性的而不意味著是限制性的。
[0044]本文中使用的“示例性的” 一詞意味著“用作例子、例證或說明”。被描述為“示例性”的任何實施方式不應(yīng)被解釋為比其它實施方式更優(yōu)選或更具優(yōu)勢，和/或不應(yīng)被解釋為將特征的組合排除于其它實施方式之外。
[0045]本文中使用的“可選擇地” 一詞意味著“在一些實施方式中被提供，而在其它實施方式中未被提供”。除非這些特征沖突，否則本發(fā)明的任何特定實施方式可以包括多個“可選擇的”特征。
[0046]本發(fā)明的實施方式的方法和/或系統(tǒng)的實現(xiàn)可以包括手動地、自動地或通過這二者的組合來執(zhí)行或完成選擇的任務(wù)。具體地說，這涉及包括諸如微波爐、烘干機等裝置的控制的任務(wù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實施方式的實際儀器和裝置，可以通過硬件、軟件或固件或者其組合使用操作系統(tǒng)來執(zhí)行若干所選擇的任務(wù)。
[0047]例如，根據(jù)本發(fā)明的實施方式用于執(zhí)行所選擇的任務(wù)的硬件可以實現(xiàn)為芯片或電路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的所選擇的任務(wù)可以實現(xiàn)為可以通過計算機使用任何適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)執(zhí)行的多個軟件指令。在本發(fā)明的示例性實施方式中，通過諸如用于執(zhí)行多個指令的計算平臺等數(shù)據(jù)處理器來執(zhí)行根據(jù)本文所描述的方法和/或系統(tǒng)的示例性的實施方式的一個或多個任務(wù)?？蛇x擇地，數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲器和/或諸如磁性硬盤和/或可移動介質(zhì)等用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的非易失性存儲器。可選擇地，還提供了網(wǎng)絡(luò)連接。也可以可選擇地提供顯示器和/或諸如鍵盤或鼠標(biāo)等用戶輸入設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]僅通過舉例說明的方式參照附圖在本文中描述了本發(fā)明?，F(xiàn)在專門詳細地參照附圖，需要強調(diào)的是，所示的細節(jié)僅是舉例說明，并且僅用于示例性地討論本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并且這些細節(jié)被提供以呈現(xiàn)被認為是本發(fā)明的原理和概念方面的最有用的且最容易理解的描述的內(nèi)容。在這方面，不試圖以與基本理解本發(fā)明所需的細節(jié)相比更詳細地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細節(jié)，結(jié)合附圖的描述使得本領(lǐng)域技術(shù)人員明白本發(fā)明的幾種形式可以在實踐中如何體現(xiàn)。
[0049]在附圖中:
[0050]圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式用于輻射負載的方法的簡化流程圖。
[0051]圖1B是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式用于向負載提供受控的能量輻射的方法的簡化流程圖，其中，所述負載的損耗信息根據(jù)負載的能量狀態(tài)而改變。
[0052]圖1C是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式控制能量的量的方法的簡化流程圖，通過調(diào)節(jié)每個頻率在其中被發(fā)射的時段，在每個發(fā)射頻率處能量在負載中損耗。
[0053]圖2是在多個頻率中通過輻射來控制能量轉(zhuǎn)移的示例性流程圖。
[0054]圖3示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的設(shè)備。
[0055]圖4A和圖4B描繪了示例性的判定函數(shù)的功率與頻率的關(guān)系曲線的示意圖。
[0056]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式控制用于輻射負載的負載循環(huán)的示例性場景。

【具體實施方式】
[0057]本實施方式包括一種用于控制在每個發(fā)射頻率處在負載中損耗的UHF或微波能量的量的裝置和方法，具體地說，本實施方式涉及通過調(diào)節(jié)每個頻率在其中被發(fā)射的時段，具體地說頻率的負載循環(huán)，來進行控制。能量的損耗可以用于例如通常在無需溫度增加的情況下使用能量輻射的任何形式的加熱，其包括融化、解凍、升溫、烹飪、烘干等中的一個或多個。
[0058]通過引用的方式并入本文的Ben-Shmuel等人的(都于2007年8月3日公布的)第W02007/096877 (’ 877)號和第W02007/096878 (’ 878)號PCT專利申請公開了用于電磁加熱的方法和設(shè)備。一些公開的方法包括以下步驟:將要加熱的物體放置在腔內(nèi)并且經(jīng)由多個饋源在多個頻率處向腔內(nèi)饋送UHF或微波能量。
[0059]通過引用的方式并入本文的Ben-Shmuel等人的于2008年8月28日公布的第W02008/102, 360 C 360)號PCT專利申請尤其公開了一種用于烘干物體的方法，其包括:以使物體保持在期望的暫時的溫度安排內(nèi)并且使物體保持在期望的空間輪廓內(nèi)的可控方式，來向腔中的物體應(yīng)用寬帶RF能量；以及當(dāng)至少估計達到期望的烘干水平時終止烘干。
[0060]通過引用的方式并入本文的Ben-Shmuel等人的于2008年8月28日公布的第W02008/102, 334C 233)號PCT專利申請尤其公開了一種用于冷凍身體或身體的一部分的方法。該方法包括向具有低于身體的凝固點的溫度的冷凍劑暴露身體的至少一部分，并且同時操作電磁加熱器，以使身體的至少一部分維持在高于其凝固點的溫度處；以及減小電磁加熱以使身體的至少一部分凍結(jié)。電磁加熱器包括諧振器，并且物體的加熱部分是在諧振器內(nèi)被加熱的。
[0061]前面提到的’ 877、’ 878和’ 233的方法考慮了在每個發(fā)射頻率處的損耗率以及可以在該頻率處發(fā)送的最大功率。這些方法的目的有時是減小在每個頻率處將要發(fā)送的能量的量，以使僅損耗期望量的能量。
[0062]前面提到的’ 877、’ 878和’ 233的方法還公開了僅(或主要)在主要在負載中損耗的頻段中發(fā)送功率的選擇?？梢允褂眠@些發(fā)射，以例如避免或顯著減小進入表面電流或饋源之間的損耗，例如，包括多個饋源或天線的天線。例如，可以執(zhí)行發(fā)射，以使對于所有發(fā)射頻率而言物體中損耗的功率基本上恒定(其可以稱作負載中的均勻的能量損耗模式)。這種發(fā)射允許在負載中針對每個頻率的基本上相同的能量損耗，而不論負載的成分和/或幾何形狀如何，同時對于不同的頻率而言，饋送的功率和能量轉(zhuǎn)移的效率可能不同。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，提供了一種用于使用頻譜來輻射負載、測量由此產(chǎn)生的反射的且耦合的頻譜(“RC頻譜”)、當(dāng)在輻射的過程期間對輻射進行修改時根據(jù)RC頻譜來推斷負載的頻譜損耗、以及響應(yīng)于改變的損耗頻譜來修改輻射頻譜的方法。采用負載的“頻譜損耗”或“損耗信息”以意指負載中的多個發(fā)射頻率的損耗率。
[0064]可選擇地或此外,通過動態(tài)地調(diào)節(jié)一個或多個參數(shù)來對福射進行修改，以便控制在負載循環(huán)期間在每個發(fā)射頻率處在負載中損耗的能量的量。調(diào)節(jié)是基于從負載恢復(fù)的頻譜信息。頻譜信息可以包括RC頻譜中的一個或多個、設(shè)備的全S參數(shù)、負載的頻譜損耗、負載中發(fā)射的頻率的損耗率、與損耗峰值相關(guān)聯(lián)的Q因子、和/或在可以每個頻率處發(fā)送到腔中的最大功率，和/或可以根據(jù)上述內(nèi)容來獲取頻譜信息。用于控制加熱的這些參數(shù)可以是或者包括針對每個頻率分配的時間和/或分配給每個頻率的功率等等。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，針對每個頻率的發(fā)射時間被調(diào)節(jié)，使得以在任意給定的頻率處在負載中損耗期望的能量。在該規(guī)程中，發(fā)射的時間可以用于通過給這些頻率分配更多的時間(例如，如果在給定的循環(huán)中對于這些頻率而言期望較高的能量發(fā)射)來補償具有相對較低的能量損耗率和/或較低的最大功率輸入的情況。在給定的頻率處在負載中損耗的期望能量使得可以與負載中的期望損耗模式一致。因此，期望的能量可以是例如針對每個頻率的絕對值或(與另一個發(fā)射頻率相比的)相對值或者這二者的組合。它還可以與在多個頻率中應(yīng)當(dāng)損耗的總能量和它們之間的模式(相對損耗率)有關(guān)。負載中的損耗模式是指在每個頻率或多個頻率處在暴露于輻射的負載中需要損耗的相對量的能量和/或絕對量的能量。模式可以是頻率相關(guān)的(例如，通過頻率損耗給定量或相對量)和/或位置相關(guān)的(例如，在負載中的位置處損耗給定量或相對量)或者頻譜信息的另一個參數(shù)或特征(可能在整個工作頻段上)。例如，損耗模式可以是均勻的(本質(zhì)上是通過多個頻率和/或在多個位置處損耗的相同量的能量)。例如，對于均勻能量損耗而言，在加熱循環(huán)中針對每個頻率的損耗能量值的所有或絕大部分(例如，51%或更多、60%或更多、80%或更多、或者甚至95%或更多)必須相似(例如，最大差別小于均值的40%、20%、10%、5%).在其它模式中，可能存在不同的關(guān)系。例如，在一些可以用于融化的規(guī)程中，對于具有較高損耗率的頻率而言，損耗相對較少量的能量(如果有的話)，而對于具有較低的損耗率的頻率而言，損耗相對較大量的能量。能量損耗模式可以包括以下各項中的一項或多項:(a)負載中的均勻能量損耗、(b)負載中的可控的、非均勻的能量損耗，或者(C)這二者的組合?？梢葬槍γ總€輻射循環(huán)選擇損耗模式，或者可以針對多個循環(huán)或者甚至整個處理來選擇損耗模式。
[0066]與僅調(diào)節(jié)每個頻率處的功率輸入(即，在該情況下,針對每個頻率的發(fā)射時間是固定的)相比，時間可調(diào)的方法可以實現(xiàn)整個處理時間的減小，這是因為較高的功率電平(至少在一些頻率中)變得可能。可選擇地，在所有頻率處發(fā)送(作為頻率的函數(shù)的)最高的功率電平，以使(針對給定的頻譜情況和電源)能量損耗率最大化，從而使時間最小化?？梢栽诩訜崞陂g例如在每個負載循環(huán)之前和/或在多個負載循環(huán)之前和/或之后，多次執(zhí)行時間控制，并且這可以是基于從腔和/或負載恢復(fù)的頻譜信息或損耗信息。控制可以包括例如在不同的頻率處對設(shè)備的控制，例如，以保證每個頻率是以必需的功率和持續(xù)時間來發(fā)射的，但是控制有時也可以包括例如循環(huán)之間的發(fā)射模式的改變，并且有時還包括相應(yīng)的計算和/或決策過程。
[0067]此外或可選擇地，針對每個發(fā)射頻率來發(fā)送該頻率處的最大的可能功率，同時控制針對該頻率的發(fā)射時間段。這種發(fā)射導(dǎo)致在給定的頻率處在負載中損耗期望量的能量。這種發(fā)射導(dǎo)致?lián)p耗的功率(或者到負載的能量轉(zhuǎn)移的速率)的增加或者甚至最大化，同時實現(xiàn)期望的能量損耗模式。此外或可選擇地，實現(xiàn)了用于使用給定的能量損耗模式來損耗給定量的能量所需的時間的減小或者甚至最小化。令人驚訝的是，在頻譜上的仔細選擇的頻率處以最大的可能的功率的能量轉(zhuǎn)移不會對物體造成損壞，但是在一個頻率處的能量的轉(zhuǎn)移可能影響負載的因此發(fā)射的頻率的損耗。
[0068]根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，對于負載循環(huán)內(nèi)的所有發(fā)射頻率而言,分配給每個頻率的發(fā)射的時間是固定的，同時通過根據(jù)從腔和/或負載獲取的頻譜信息和/或損耗信息來動態(tài)地選擇出現(xiàn)在每個循環(huán)中的頻率，以使在多個循環(huán)上的總和提供期望的損耗模式。在圖5中更詳細地解釋該實施方式。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，對于負載循環(huán)內(nèi)的所有發(fā)射頻率而言,分配給每個頻率的發(fā)射的時間是固定的，同時在一系列負載循環(huán)期間動態(tài)地調(diào)節(jié)功率，以在這一系列循環(huán)(一組預(yù)置的循環(huán))期間達到期望的加熱模式。在這些情況下，可以在這組循環(huán)內(nèi)發(fā)送每個頻率重復(fù)的循環(huán)，直到通過該頻率損耗了期望的能量為止。在這組循環(huán)內(nèi)的至少一部分循環(huán)期間，針對每個頻率的發(fā)射功率可以是最大的，以使通過該頻率可以總共損耗期望量的能量。有時，這意味著在這組循環(huán)內(nèi)的一些循環(huán)期間以最大功率發(fā)送該頻率，并且(或者甚至根本不)在這組循環(huán)內(nèi)的一個或多個循環(huán)期間以較低的功率發(fā)送該頻率?？梢愿鶕?jù)從腔和/或負載恢復(fù)的頻譜信息和/或損耗信息來控制功率。
[0070]參照附圖和伴隨的描述可以更好地理解根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的原理和操作。
[0071]在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施方式之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于在本申請中的在下面的描述中闡述的或者在附圖中示出的部件的結(jié)構(gòu)和配置的細節(jié)。本發(fā)明具有其它實施方式的能力，或者能夠以各種方式來實現(xiàn)或?qū)嵤?。此外，?yīng)當(dāng)理解的是，本文使用的措詞和術(shù)語是用于描述的目的而不應(yīng)當(dāng)理解為限制性的。
[0072]圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式用于通過一系列頻率輻射負載的方法的簡化示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，提供了一種針對一系列發(fā)射頻率中的每個發(fā)射頻率來調(diào)節(jié)發(fā)射時間以使在給定的頻率處在目標(biāo)中損耗期望的能量的方法。每當(dāng)頻譜信息和/或損耗信息被更新時，或者在每個負載循環(huán)時，或者在幾個負載循環(huán)期間或者甚至在一個負載循環(huán)期間，可以根據(jù)頻譜信息和/或損耗信息推斷針對每個頻率的發(fā)射的時間量?，F(xiàn)在參照方框2，在方框2中，提供了要向負載發(fā)射的頻率。這些頻率有時被預(yù)定，但是更通常的是，這些頻率可以在輻射過程期間(例如，根據(jù)頻譜信息和/或損耗信息)被動態(tài)地選擇的。在方框4中，針對每個選擇的頻率的發(fā)射持續(xù)時間被確定。針對每個頻率的發(fā)射時間被調(diào)節(jié)，以使在給定的循環(huán)(或多個循環(huán))期間在任何給定的頻率處在物體中損耗期望的能量。在方框6中，負載被輻射，以在持續(xù)時間期間發(fā)射在方框2中設(shè)置的所選擇的頻率中的每個頻率。
[0073]現(xiàn)在參照圖1B，圖1B是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式用于向負載提供受控的能量輻射的方法，并且示出了來自負載和/或腔的反饋可以如何用于設(shè)置針對各個頻率的發(fā)射時間的簡化流程圖。通常，負載具有能量損耗信息，該能量損耗信息不是靜態(tài)的，而是根據(jù)負載的當(dāng)前狀態(tài)變化的。在方框16中，使用頻率的輻射頻譜來對腔進行輻射。在方框17中，測量由此產(chǎn)生的RC頻譜?？梢詧?zhí)行方框16和17中所示的步驟，以使測量本身不會向負載發(fā)送大量的能量。這可以在將具有很少或不具有加熱作用的低功率來完成，但是將足以獲得反射頻譜?？蛇x擇地，可以通過以較高的功率但是在非常短的時間(例如，1、
10、100或者甚至1000毫秒)期間進行發(fā)送，來測量頻譜信息(或者損耗信息)。反射頻譜尤其指示針對每個發(fā)射頻率和整個發(fā)射頻譜的損耗信息。在方框18中，推斷負載的當(dāng)前的損耗信息。
[0074]在方框19中，將頻率的輻射頻譜設(shè)置為符合在前面的步驟中推斷的損耗信息。該設(shè)置可以包括設(shè)置發(fā)射頻率的選擇和/或設(shè)置發(fā)射功率和/或時間以符合損耗信息，并且可以包括需要根據(jù)損耗信息來設(shè)置這些參數(shù)所需的必要的計算步驟。當(dāng)在為這些頻率設(shè)置的持續(xù)時間期間發(fā)射所有頻率時，一個負載循環(huán)結(jié)束，而新的循環(huán)可以開始。可以認為該負載循環(huán)包括多個發(fā)射循環(huán)。
[0075]之后，可以停止方框19中的輻射并且可以重復(fù)該過程(方框16至方框19)，從而對發(fā)射時間進行動態(tài)地重新設(shè)置，以在加熱期間符合RC頻譜(或損耗頻譜)中的改變。因此，可以輻射負載，以達到期望的損耗模式。響應(yīng)于頻段中的每個頻率處的相應(yīng)的損耗率，可以調(diào)節(jié)在不同的頻率處發(fā)送的相對能量?？蛇x擇地，響應(yīng)于頻段中的所有頻率處的損耗率的函數(shù)或微分，可以調(diào)節(jié)發(fā)送的能量的相對量，從而影響負載中的能量分布模式。
[0076]現(xiàn)在參照圖1C，圖1C是通過對每個頻率在其中被發(fā)射的時段進行的調(diào)整來控制在每個發(fā)射頻率處在負載中損耗的能量的量的方法的簡化流程圖。在方框11中，在負載循環(huán)中使用一系列頻率，通過UHF或微波輻射來對負載進行輻射?？梢栽诜浅６痰陌l(fā)射時間期間以相對較低的功率和/或以較高的功率完成該步驟，使得該信息可以通過非常少的能量傳遞來獲得(因此，對損耗信息造成很少的影響或者不產(chǎn)生影響)。在方框12中，從負載獲得損耗信息。在方框13中，基于期望的能量發(fā)射模式來為每個頻率選擇能量水平。這可以是例如基于相應(yīng)的損耗電平和針對該負載的總的期望能量損耗。在方框14中，至少通過選擇相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的負載循環(huán)的相應(yīng)持續(xù)時間，來設(shè)置負載循環(huán)。這些持續(xù)時間被選擇，以使發(fā)射處于給定的功率。通常，給定的功率是該頻率處的最大可能的功率，并且根據(jù)針對該頻率的損耗率，來發(fā)送設(shè)置量的能量。在方框15中，根據(jù)負載循環(huán)來輻射負載。其后可以再次跟隨具有新一輪的負載循環(huán)修改的方框11?？梢愿鶕?jù)預(yù)定的能量損耗信息來獲得最初的能量損耗信息(或者實際上整個損耗模式)，例如用于雞蛋的期望的損耗信息，或者用于加熱水的期望的損耗信息(例如，根據(jù)該設(shè)備或者具有類似的負載的類似設(shè)備的先前操作)。通過至少改變負載循環(huán)內(nèi)的相應(yīng)的頻率在其中被發(fā)射的相應(yīng)的持續(xù)時間，來對負載循環(huán)進行修改。負載循環(huán)可以包括用于輻射負載的頻率和在相應(yīng)的頻率處發(fā)送的功率。針對每個頻率的能量可以限制于這些循環(huán)內(nèi)。該限制可以是基于經(jīng)允許用于執(zhí)行這些循環(huán)的針對每個頻率的最大累計時間功率組合，或者基于經(jīng)允許的針對每個頻率的最大能量。
[0077]如在本文其它地方指出的，不是所有發(fā)送的能量都是由負載實際損耗的(或吸收的)。由所發(fā)送的能量由負載吸收的比例通常針對不同的頻率和不同的負載而改變。如果存在額外的發(fā)射能量，則可以將額外的發(fā)射能量反射回到饋源或者耦合到另一饋源。
[0078]圖2是描繪了對發(fā)送的能量的量進行控制的示例性流程圖。在方框21中，可選擇地對能量損耗模式進行選擇。在方框22中，(例如，通過如上所述發(fā)送低能量掃頻)從負載獲取損耗信息。在方框23中，分析損耗信息。在方框24中，針對要發(fā)送的每個頻率，選擇頻率/時間/功率(FTP)三重檢測，以執(zhí)行所選擇的配置。在下文中，更詳細地解釋用于選擇三重檢測的方法。對于所有頻率或多個頻率而言，F(xiàn)TP三重檢測中的一個或多個可以是固定的。在方框25中，根據(jù)FTP三重檢測來將能量發(fā)送到負載?？梢栽诰哂谢虿痪哂行畔⒉东@步驟和分析步驟的情況下來對方框21至25中所描述的過程進行重復(fù)。方框26描述了可以是自動的終止。自動終止可以在規(guī)定量的能量被損耗以后或者在給定的時間過期以后，或者根據(jù)可以是濕度/溫度/體積/相位改變等的感測輸入。終止也可以是手動的。
[0079]在下文中，將期望在單位時間內(nèi)針對給定的損耗率在給定的頻率處在負載中損耗的功率量定義為dpi (f)。功率意味著針對每單位時間損耗的能量?？梢岳缡褂貌煌姆逯倒β?、不同的負載循環(huán)和/或以不同的速率進行發(fā)送，來針對不同的頻率提供不同量的能量。例如，可以以給定幅度但是以不同的速率和/或脈沖之間的延遲來針對不同頻率提供功率。
[0080]在功率調(diào)節(jié)加熱中，對于循環(huán)中的所有發(fā)射頻率而言，分配給每個頻率的發(fā)射的時間是固定的，但是在頻率之間功率可以改變。當(dāng)期望在所有頻率(或者特定的頻率范圍)處具有均勻的功率損耗時，dpl(f)被選擇為針對所有發(fā)射頻率是相同的。在這些情況下，在具有不同的損耗率的不同頻率處發(fā)送不同的功率，以影響在相應(yīng)的頻率處損耗的基本均勻量的能量。
[0081]可以將(使用給定的電源，例如RF功率放大器)在單位時間內(nèi)在負載中損耗的最大功率量定義為ep(f)，其是在該頻率處的損耗率的函數(shù)dr (f)和在該頻率處可以從電源得到的最大功率(Pmax)。因為(在功率調(diào)節(jié)加熱中)對于所有發(fā)射頻率而言分配給每個頻率的發(fā)射的時間是固定的，因此對于一些頻率而言，可能不能在時隙內(nèi)損耗較高的期望量的能量(即，其中6?江)〈(1?1&))。選擇較低的dpl(f)可以增加可以在其中損耗期望量的功率(dpi)的頻率的數(shù)量(印(f) > dpi (f))，并且因此在負載的更多部分中損耗期望量的能量。然而，這將是以能量損耗的速度為代價的。選擇較高的dpi可以增加加熱的速度，這是因為在給定的時隙內(nèi)損耗了更多的能量，但是也可能引起實際的能量損耗與所選擇的能量損耗模式的較高偏離，其原因在于，更多的頻率具有ep(f)〈dpl，并且因此可以只接收最大可用的能量，對于在該情況下的那些頻率而言，所述最大可用的能量低于dpi。應(yīng)當(dāng)注意的是，通過修改腔的特征(例如，通過移動場調(diào)節(jié)元件和/或移動負載)，可以修改頻譜信息和/或損耗信息，以使例如給定的dpl(f)可以在更大量的頻率處傳送，從而在給定的均勻水平處實現(xiàn)加熱速率的增加。
[0082]在時間可調(diào)的加熱中，分配給每個頻率的發(fā)射的時間在循環(huán)內(nèi)的發(fā)射頻率之間可以是不同的，并且可選擇地，發(fā)射功率在頻率之間也可以改變。當(dāng)期望在所有或一些頻率處具有均勻的或基本均勻的功率損耗時，dpl(f)被選擇為對于所有發(fā)射頻率而言是相同的。通過使用該方法，不同的時間可以用于以相同的和/或不同的發(fā)射功率在不同的頻率處進行發(fā)送，但是由于不同的損耗率，因此在負載中實質(zhì)上損耗相同的功率。
[0083]因為在時間可調(diào)的加熱中，分配給每個頻率的發(fā)射的時間可以改變，因此，例如，與在功率可調(diào)的加熱中相比，為了補償ep(f)中的差別，在給定的dpi (f)處更多的頻率可能是有用的。實際上，當(dāng)與在與功率可調(diào)的加熱的類似的情況下可達到的損耗模式和時間相比時，在時間可調(diào)的加熱中，損耗模式和時間實際上是無限的。還可以施加其它限制，如下面詳細所述，這些限制可以防止使用具有過高或過低損耗率和/或ep(f)的頻率。因此，在時間可調(diào)的規(guī)程中，例如通過移動場調(diào)節(jié)元件和/或移動負載來修改腔的特征可以用于修改頻率的數(shù)量(或比例)，這可以用于影響期望的損耗模式。
[0084]根據(jù)一些實施方式，提前設(shè)置在任意給定的發(fā)射循環(huán)中在負載中損耗的期望的總能量。還稱作負載循環(huán)的發(fā)射循環(huán)是根據(jù)期望的能量損耗模式的一組發(fā)射，這組發(fā)射包括在工作頻段中使用的、同時或者相繼地發(fā)送的所有頻率。在循環(huán)中，就上面提到的一組循環(huán)而言，可以對頻率發(fā)送一次或者多于一次，以影響能量損耗模式。例如，循環(huán)可以實現(xiàn)為掃頻，其中，每個頻率被發(fā)送一次，和/或循環(huán)可以實現(xiàn)為脈沖，其中，多個頻率同時被發(fā)射或者使用本領(lǐng)域公知的方法和/或任何其它方法來發(fā)射。循環(huán)可以是發(fā)射頻譜參數(shù)的重新設(shè)置事件之間的總能量發(fā)射。單個加熱規(guī)程可以實現(xiàn)為單個發(fā)射循環(huán)(特別是當(dāng)期望的能量損耗較小時)或者多個發(fā)射循環(huán)。
[0085]根據(jù)針對時間可調(diào)的加熱的一些實施方式，發(fā)射功率的下限可以被選擇，以例如防止由于需要以較低的ep (f)(例如，最大印(f)值的50 %或更小、20 %或更小、10 %或更小，或者甚至3%或更小)進行發(fā)送或者當(dāng)ep(f)低于預(yù)定絕對值時而造成的循環(huán)的過渡延長。該功率極限在本文中被稱作bpl。tpl(f)表示可以在給定的頻率由設(shè)備發(fā)送以損耗dpi的功率。因此，tpl(f)是dpi的函數(shù)，其為可以由設(shè)備以給定的頻率和在該頻率處的損耗率dr(f)發(fā)送的最大功率。與tpl(f)較高相比，(針對相同的dpi (f))當(dāng)tpl (f)較低時，為了具有損耗的dpi (f)所需的時間更長。在tpl(f)〈bpl的情況下，加熱規(guī)程可以因此被調(diào)節(jié)，以限制在這些頻率處花費的時間量。例如，具有低于bpl的tpl (f)的頻率可以被忽略，換句話說，根本不會被發(fā)射，或者可選擇地，其可以在有限的時間段內(nèi)發(fā)射。因此，例如，針對ep(f) = bpl的加熱時段。
[0086]根據(jù)一些實施方式，最大發(fā)送功率量被限制，例如，以防止對設(shè)備的損壞。通過對tpl(f)設(shè)置最大限制來執(zhí)行該限制。在較低的損耗率頻率處，該限制可能具有更大的重要性，在所述頻率處，發(fā)射功率的未在負載中損耗的部分較大?？梢酝ㄟ^將保護測量添加到設(shè)備的不同部分來減小該限制的作用，例如，用于反射的功率負載的冷卻方法?？刂破骺梢员慌渲脼榉乐乖诜瓷涔β守撦d中損耗的功率超出預(yù)定上限?？梢酝ㄟ^計算返回或耦合功率或者通過測量溫度或者本領(lǐng)域公知的任何其它方式來實現(xiàn)這種配置。
[0087]根據(jù)一些實施方式，可以給由于任何原因而被允許發(fā)送到腔內(nèi)的功率電平施加上限，其包括例如防止對設(shè)備的損壞并且防止來自設(shè)備的過多輻射。該限制被稱作utpl。在表I中描繪了根據(jù)該限制的發(fā)射(tpl’(f))。
?ρ?'φ- (ιφ? ?ρΙφ>Μ?ρΙ
[0088]表I^攀_其它
[0089]根據(jù)一些實施方式，可以對經(jīng)允許在負載中損耗的功率電平施加上限，以防止對負載和/或設(shè)備的損壞和/或防止來自設(shè)備的過多輻射或者任何其它原因。在該情況下，上限在本文中被稱作upl。在表2中對限制進行定義，其中，gl(f)表示在每個頻率處在負載中損耗的功率，而不論upl如何，并且gl’ (f)表示當(dāng)考慮upl時在每個頻率處在負載中損耗的功率。

【權(quán)利要求】
1.一種通過一系列頻率使用微波或UHF輻射來輻射負載的方法，包括: 選擇要向所述負載發(fā)射的頻率； 根據(jù)損耗信息針對每個選擇的頻率確定發(fā)射持續(xù)時間；以及 輻射所述負載，以使來自所述選擇的頻率的每個頻率被發(fā)射被確定的所述持續(xù)時間，其中，對經(jīng)允許在所述負載中損耗的功率電平施加上限。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，調(diào)節(jié)針對每個頻率的所述持續(xù)時間，以使在給定的頻率處在所述負載中損耗期望量的能量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述頻率在所述負載的輻射期間被動態(tài)地選擇。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，還包括: 測量產(chǎn)生的反射的且耦合的頻譜；以及 根據(jù)所述反射的且耦合的頻譜來推斷所述負載的所述損耗信息。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述反射的且耦合的頻譜指示針對每個發(fā)射頻率的所述損耗信息。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中，輻射所述負載是以分別針對所發(fā)射的頻率中的每一個的最大功率發(fā)射電平來執(zhí)行的。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中，所述輻射所述負載是以固定的功率發(fā)射電平來執(zhí)行的。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中，由多個所述發(fā)射的頻率損耗基本相同量的能量。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中，調(diào)節(jié)針對多個頻率的所述發(fā)射持續(xù)時間，以使針對具有相對較低的能量損耗率的頻率確定更長的發(fā)射持續(xù)時間。
10.一種用于輻射負載(12)的裝置(10)，所述裝置包括: 至少一個能量饋源(14)，其用于以多個頻率向腔(11)發(fā)射微波或UHF輻射能量；以及 控制器(17)，其被配置為: 選擇要向所述負載(12)發(fā)射的頻率； 根據(jù)損耗信息針對每個選擇的頻率確定發(fā)射持續(xù)時間；以及 引發(fā)對所述負載(12)的輻射，以使來自所述選擇的頻率的每個頻率被發(fā)射被確定的所述持續(xù)時間，其中，所述控制器(17)被配置為對經(jīng)允許在所述負載中損耗的功率電平施加上限。
【文檔編號】H05B6/02GK104202860SQ201410404532
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2008年11月10日
【發(fā)明者】亞歷山大·比爾錢斯基, 艾蘭·本-什穆爾 申請人:高知有限公司