光纤温度传感器、微波加热装置及其加热方法
光纤温度传感器、微波加热装置及其加热方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及于家用电器领域，更具体而言，涉及一种光纤温度传感器及一种微波 加热装置及一种微波加热装置的加热方法。
【背景技术】
[0002] 微波加热食物具有加热速度快、环保等优点，随着其越来越广泛的应用，微波加热 食品的质量也越来越受到人们的重视。微波加热由于在封闭环境下完成，不能实时观测被 加热食物的加热状态，因此经常发生欠加热或过加热的情况。在被加热食物处于封闭环境 下时，可以用温度来衡量其被加热状态，因此，研宄微波场下实现温度的精准测量方法，并 通过所测量温度数据来调整微波的功率，使被加热食物质量达到最佳状态，通过所测量的 温度数据来预估剩余加热时间，使微波加热过程更可控，具有重大的现实意义。
[0003]现有微波加热装置，如微波炉的温度探测手段主要是利用置于微波炉内的温度探 针来探测温度。温度探针一般有热敏电阻式、热电偶及红外温度传感器。其中热敏电阻和 热电偶式的温度探针由于金属器件，在微波环境下出现打火，受电磁干扰，精度不高，寿命 不长等问题。而红外温度传感器只能检测食物的表面温度，且测量精度受环境影响较大。
[0004] 同时，现有的烤箱内使用单点测温探针，而在微波加热不均匀的条件下，单点测温 不能反应被加热食物的整体加热状态。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一 种光纤温度传感器及一种微波加热装置及一种微波加热装置的加热方法。
[0006] 一种用于微波加热装置的光纤温度传感器，包括光收发装置、光纤连接线、光纤转 接头及测温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光 纤转接头，该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质。该光收发装置用 于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入该测温探头并激发对 应的荧光物质发出荧光。该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多 个温度信号。
[0007] 上述光纤温度传感器可实现在微波场下对被加热食物的精准测温，同时，测温探 头上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光纤温度传感器能够实 现多点测温，能够使微波加热装置在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形 状、材质等）的精准控温和准确判断食物的整体加热状态。
[0008]在一个实施方式中，该光收发装置用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重 置。
[0009]在一个实施方式中，该温度信号由以下公式确定：Tn=fn(t'）=knXeH'，其中，Tn表示第n个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光物质受激励后的时间常数。
[0010] 一种微波加热装置，包括控制器、光纤温度传感器及磁控管，该控制器连接该光纤 温度传感器及该磁控管，该光纤温度传感器包括光收发装置、光纤连接线、光纤转接头及测 温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光纤转接头， 该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质。该光收发装置用于发射多个 激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入该多模光纤并激励对应的荧光物 质发出荧光。该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信 号。该控制器用于计算该多个温度信号的温度平均值，并根据该温度平均值与温度设定值 的关系及加热均匀性控制该磁控管工作。
[0011] 在一个实施方式中，该光收发装置用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重 置。
[0012] 在一个实施方式中，该温度信号由以下公式确定：Tn=fn(t'）=knXeH'，其中， Tn表示第n个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光物质受激励后的时间常数。
[0013] 在一个实施方式中，当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该 加热均匀性小于预设的第一值，该控制器用于控制该磁控管以第一功率工作。当该温度平 均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器用于控制该磁控管以第 二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一功率。当该温度平均值大于该 差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器用于控制该磁控管停止工作。当该温 度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器用于控制该磁控管 继续工作。
[0014] 在一个实施方式中，该加热均匀性由以下公式确定：
[0015]
，其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的 数量，n= 1，. . .，k，ATn= ATn表示第n个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表 示第n个焚光物质的温度信号，T0表示加热开始时的温度，ATmax=max(ATn)，表示最大 的温度变化值，ATmin=min(ATn)，表示最小的温度变化值。
[0016] 在一个实施方式中，该微波加热装置包括显示面板，该控制器用于控制该显示面 板显示该温度平均值及/或剩余加热时间。
[0017] 在一个实施方式中，该微波加热装置还包括烧烤管，该控制器还用于根据该温度 平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管工作。
[0018] -种微波加热装置的加热方法，包括以下步骤：
[0019] S1 :控制器设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管工作；
[0020] S2:光纤温度传感器获取多个温度信号，该控制器计算该多个温度信号的温度平 均值；及
[0021] S3:该控制器根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该磁控 管工作。
[0022] 在一个实施方式中，步骤S3包括以下步骤：
[0023]S31:该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若是， 进入步骤S32,若否，进入步骤S33;
[0024]S32:该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤S34,若 否，进入步骤S35 ;
[0025] S33:该控制器判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值，若该 加热均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤S37,该 第二值大于该第一值；
[0026] S34 :该控制器控制该磁控管停止工作；
[0027] S35 :该控制器控制该磁控管继续工作；
[0028] S36 :该控制器控制该磁控管以第一功率工作；
[0029] S37 :该控制器控制该磁控管以第二功率工作，该第二功率大于该第一功率。
[0030] 在一个实施方式中，步骤S1包括：控制器根据该温度设定值控制烧烤管工作；
[0031] 步骤S34包括：该控制器控制该烧烤管停止工作；
[0032] 步骤S35包括：该控制器控制该烧烤管继续工作；
[0033] 步骤S36包括：该控制器控制该烧烤管以第三功率工作；
[0034] 步骤S37包括：该控制器控制该烧烤管以第四功率工作，该第四功率大于该第三 功率。
[0035] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0036] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将 变得明显和容易理解，其中：
[0037] 图1是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的结构示意图；
[0038] 图2是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的荧光物质时间常数与温度函数 关系图；
[0039] 图3是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的激励光、荧光的波形图；
[0040] 图4是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的工作原理框图；
[0041] 图5是本发明较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0042] 图6是本发明另一较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0043] 图7是本发明再一较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0044] 图8是本发明较佳实施方式的微波加热装置的加热方法的流程示意图；
[0045] 图9是本发明另一较佳实施方式的微波加热装置的加热方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0046] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定 有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发 明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0048] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安 装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以 通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本 领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0049] 下 文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了 简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并 且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母， 这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的 关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以 意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0050] 请参阅图1，本发明较佳实施方式的用于微波加热装置的光纤温度传感器100包 括光收发装置102、光纤连接线104、光纤转接头106及测温探头108。
[0051] 该光纤连接线104连接该光收发装置102及该光纤转接头106以用于传输光束， 该测温探头108连接该光纤转接头106,该测温探头108包括多模光纤110及位于该多模光 纤110的多个荧光物质。本实施方式中，该多个荧光物质位于该多模光纤110的末端以方 便测量被加热的食物的温度。
[0052] 本实施方式以荧光物质的数量是3个为例说明本发明的光纤温度传感器100,分 别为第1个荧光物质111、第2个荧光物质112及第3个荧光物质113,所以，本实施方式的 光纤温度传感器1〇〇能够实现三点测温功能。可以理解，在其它实施方式中，荧光物质的数 量可根据实际所需有所调整，例如数量调整为2个、4个或以上。
[0053] 该光收发装置102用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线104及该光 纤转接头106进入该测温探头108并激发对应的荧光物质发出荧光。该光收发装置102用 于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号。
[0054] 具体地，光收发装置102包括LED光源及光检测器，LED光源能够发出波长分别为 入1、X2、A3的三个激励光，波长ApA2、A3分别为不同的波长。例如，LED光源包括多个 LED发光单元，通过开启单个LED发光单元或不同LED发光单元的组合，使LED光源发出不 同波长的激励光。
[0055] 较佳地，该光收发装置102用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重叠。也就 是说，在同一时间，光收发装置102只发射一个激励光，保证同一时刻只有一个荧光物质被 激发。
[0056] 激励光经过光纤连接线104及光纤转接头106进入多模光纤110传播并激发相应 的荧光物质，被激发的荧光信号沿着多模光纤110反向传输回光收发装置102并由光检测 器接收。因此，3个激励光在同一根多模光纤110中传输，光纤温度传感器100实现了在同 一根光纤110中传输3个温度信号。
[0057] 本发明的光纤温度传感器100是基于光致发光现象而工作。荧光物质在接受一定 波长（受激谱）的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励消失后，荧光发光的持续性与环境 温度有关，因此通过测量荧光余辉寿命的时间常数，就可以得知当时的环境温度。
[0058] 荧光强度I(t)衰减随时间t和温度T的变化关系为：
[0059]I(t)^I0e々T
[0060] 其中，I# t=0时的荧光强度，t=0是指激励光消失的时刻，即荧光衰减的开 始时刻。
[0061] 荧光余辉寿命的时间常数t'定义为荧光强度降为I/e时所需要的时间，即：
[0062]I(t'）=I0/e
[0063] 最终得温度和时间常数t'的关系为：
[0064]
[0065] 因此，三个荧光物质111、112及113受到激发后的时间常数t'与温度信号Tn之 间的函数关系式分别为：
[0066]I\=f!(t'）=hX一卜1，
[0067]T2=f2(t'）=k2Xe1-t，
[0068]T3=f3(t'）=k3X一卜1〇
[0069] 其中，T1表示第1个荧光物质111的温度信号，T2表示第2个荧光物质112的温 度信号，T3表示第3个荧光物质113的温度信号，kl、k2及k3为常数，kl、k2及k3分别与 第1个荧光物质、第2个荧光物质及第3个荧光物质的掺杂浓度和材料有关，t'表示荧光 物质受激励后的时间常数。
[0070] 3个荧光物质111、112及113的掺杂浓度不同或使用不同材料，其激励光的波长不 同。被激励光激发后，3个荧光物质111、112及113发出荧光的波长相同，发出的荧光在测 温度范围内，即Tmin<T<Tmax时所对应的时间常数信号不交叠如图2所示，Tmin与Tmax 是光纤温度传感器100的量程，即在量程范围内，3个荧光物质的时间常数信号不交叠。在 图2中：
[0071]frH^J<ta<f2-1(Tfflax)；
[0072]f2^(Tfflin) <tb<f^(Tfflax)〇
[0073] 因此，在确定了所要设计的光纤温度传感器100的量程的前提下，选择相应的荧 光物质（即确定解调函数的系数kl、k2及k3)，使分别存在ta与tb，分别满足以上两个公 式，也就是使3个荧光物质反馈的荧光信号在时域不重叠。
[0074] 光收发装置102接收到荧光信号后，根据时间常数大小判断所检测到的荧光信号 是属于哪个荧光物质发出的荧光信号（即判断是哪个测温点的温度信号，1个荧光物质相 当于1个测温点），然后根据时间常数与温度之间的函数关系式，解调出此时的温度信号， 如图3及图4所不。在图3中，A1表不第1个焚光物质111的激励光波形图（脉冲），B1表 示第2个荧光物质112的激励光波形图，C1表示第3个荧光物质113的激励光波形图，A2 表示第1个荧光物质111返回的荧光波形图，B2表示第2个荧光物质112返回的荧光波形 图，C2表示第3个荧光物质113返回的荧光波形图。
[0075] 由于发出的荧光的波长相同，再有各个测温点返回的荧光信号在时域不重叠，因 此光收发装置102只需要一个光检测器即可检测多个测温点的温度数据，实现了光纤温度 传感器100的小型化及低成本。
[0076] 该光纤温度传感器100使用时，可将带有3个荧光物质的多模光纤末端置于被加 热的食物中，因此，该光纤温度传感器100能够感测被加热的食物三个不同位置的温度值。
[0077]综上所述，上述光纤温度传感器100可实现在微波场下对被加热食物的精准测 温，同时，测温探头108上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光 纤温度传感器100能够实现多点测温，能够使微波加热装置在微波加热不均匀条件下，对 不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判断食物的整体加热状态。
[0078] 请参图5,本发明较佳实施方式的微波加热装置200包括控制器202、光纤温度传 感器100、微波变频器204及磁控管205。本实施方式中，微波加热装置以微波炉为例说明。 控制器202连接光纤温度传感器100及通过微波变频器204连接磁控管205。
[0079] 该控制器202用于计算光纤温度传感器100输出的多个温度信号的温度平均值， 并根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性通过该微波变频器204控制磁控 管205工作。控制器202例如是功率控制器。
[0080] 具体地，温度平均值=(Ti+Tfig/%即三个测温点所测得温度的平均温度。
[0081] 当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设 的第一值，该控制器202用于控制该磁控管205以第一功率工作。例如，控制器202可控制 微波变频器204调整占空比等参数，进而调整磁控管205的工作功率。
[0082] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器202 用于控制该磁控管205以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一 功率。
[0083] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器202 用于控制该磁控管205停止工作。
[0084] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器202 用于控制该磁控管205继续工作。
[0085] 第一功率可以理解为微波加热装置200加热的小火力档，例如取值范围介于 0 %~50 %功率的之间。第二功率可以理解为微波加热装置200加热的大火力档，例如取值 范围介于50%~100%功率的之间。
[0086] 加热均匀性由以下公式确定：
[0087]
,其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的 数量，n= 1，. . .，k，ATn=ATn表示第n个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表 示第n个焚光物质的温度信号（温度值），T0表示加热开始时的温度，ATmax=max(ATn)， 表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATn)，表示最小的温度变化值。
[0088] 因此，本实施方式中，k= 3，n= 1，2,3，
，其中，ATI =Ti-I；，表示第1个荧光物质的测温点的温度变化值，AT2 = ，表示第2个荧光物质的 测温点的温度变化值，AT3 =Tfl；，表示第3个荧光物质的测温点的温度变化值。ATmax=max(ATl，AT2,AT3)，表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATl，AT2,AT3)，表示 最小的温度变化值。
[0089] 温度设定值Ts可以是微波加热装置200的默认加热温度，也可以是用户设定的加 热温度。本实施方式中，预设值为5摄氏度，第一值为60%，第二值为80%。可以理解，在 其它实施方式中，预设值，第一值 及第二值的具体大小可根据实际所需有所调整。
[0090] 控制器 202 可米用PID(proportion-integration-differentiation)控制方法控 制该微波变频器204工作。较佳地，为了方便用户实时了解加热进度，该微波加热装置200 包括显示面板206,该控制器202用于控制该显示面板206显示该温度平均值及/或剩余加 热时间。
[0091] 例如，显示面板206具有LED数码管，温度平均值对用户来说可以理解为当前的温 度。控制器202可根据当前温度值、加热温升速度和温度设定值，计算剩余加热时间，并随 着加热时间的增加和温度的升高，控制显示面板206实时更新剩余加热时间。因此，显示面 板206显示的剩余加热时间会随着加热时间的增加和温度的升高而变化，让用户实时了解 加热进度。
[0092] 综上所述，上述微波加热装置200,通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能 够在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判 断食物的整体加热状态。
[0093] 请参图6,本发明另一较佳实施方式提供一种微波加热装置300。本实施方式的微 波加热装置300为微波烤箱，微波加热装置300还包括烧烤管302,控制器304还用于根据 温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管302工作。
[0094] 具体地，当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性 小于预设的第一值，该控制器304用于控制该磁控管306以第一功率工作及控制烧烤管302 以第三功率工作。例如，该控制器304可通过微波变频器308控制该磁控管306进行工作。
[0095] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器304 用于控制该磁控管306以第二功率工作及控制该烧烤管302以第四功率工作，该第二值大 于该第一值，该第二功率大于该第一功率，该第四功率大于该第三功率。
[0096] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器304 用于控制该磁控管306及烧烤管302停止工作。
[0097] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器304 用于控制该磁控管306及烧烤管302继续工作。
[0098] 综上所述，上述微波加热装置300的有益效果与微波加热装置200的有益效果基 本相同。进一步地，微波加热装置300可控制磁控管306及烧烤管302工作，丰富了微波加 热装置300的加热模式。需要指出的是，本实施方式的微波加热装置300的未展开部分，可 参以上实施方式的微波加热装置200的相关部分，在此不再详细展开。
[0099] 另外，本实施方式中的第一功率，第二功率的具体数值可与上一实施方式的微波 加热装置200的第一功率及第二功率的具体数值相同或不相同，具体的取值可根据实际情 况或微波加热装置的设计要求来决定。
[0100] 请参图7,本发明再一较佳实施方式的微波加热装置400包括控制器402、光纤温 度传感器100及磁控管404。本实施方式中，微波加热装置以微波炉为例说明。控制器202 连接光纤温度传感器100及磁控管404。
[0101] 该控制器402用于计算光纤温度传感器100输出的多个温度信号的温度平均值， 并根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制磁控管404工作。控制器402 例如是功率控制器。
[0102] 具体地，温度平均值=(Ti+Tfig/%即三个测温点所测得温度的平均温度。
[0103] 当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设 的第一值，该控制器402用于控制该磁控管404以第一功率工作。例如，控制器402可控制 磁控管404的开启及关闭来调整磁控管404的工作功率。
[0104] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器402 用于控制该磁控管404以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一 功率。
[0105] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器402 用于控制该磁控管404停止工作。
[0106] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器402 用于控制该磁控管404继续工作。
[0107] 第一功率可以理解为微波加热装置400加热的小火力档，例如取值范围介于 0 %~50 %功率的之间。第二功率可以理解为微波加热装置400加热的大火力档，例如取值 范围介于50%~100%功率的之间。若工作功率为40%的功率，可以理解为，在预设的加热 时间内，控制器402控制磁控管在40%的加热时间内开启，控制器402控制磁控管在60% 的加热时间内关闭。
[0108] 加热均匀性的计算、预设值、第一值及第二值的设定可参以上实施方式的微波加 热装置100对应的部分，且具体大小可根据实际所需有所调整。
[0109] 较佳地，为了方便用户实时了解加热进度，该微波加热装置400包括显示面板 406,该控制器402用于控制该显示面板406显示该温度平均值及/或剩余加热时间。
[0110] 例如，显示面板406具有LED数码管，温度平均值对用户来说可以理解为当前的温 度。控制器402可根据当前温度值、加热温升速度和温度设定值，计算剩余加热时间，并随 着加热时间的增加和温度的升高，控制显示面板406实时更新剩余加热时间。因此，显示面 板406显示的剩余加热时间会随着加热时间的增加和温度的升高而变化，让用户实时了解 加热进度。
[0111] 综上所述，上述微波加热装置400,通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能 够在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判 断食物的整体加热状态。
[0112] 请参图8,本发明较佳实施方式的微波加热装置200的加热方法，包括以下步骤：
[0113] S1 :控制器202设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管205工作；
[0114] S2:光纤温度传感器100获取多个温度信号，该控制器202计算该多个温度信号的 温度平均值；及
[0115] S3 :该控制器202根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该 磁控管205工作。
[0116] 本实施方式的加热方法可由以上实施方式的微波加热装置200实现。
[0117] 具体地，在步骤S1中，控制器202可将温度设定值设置为微波加热装置200默认 的加热温度，或用户设定的加热温度。例如，微波加热装置200开启后，用户可通过微波加 热装置200的控制面板设定加热温度。温度设置完成后，控制器202控制磁控管205工作， 加热开始，例如控制器202通过微波变频器204控制磁控管205以100%功率工作。
[0118] 在步骤S2中，加热开始时，光纤温度传感器100开始工作。光纤温度传感器100 控制光收发装置102发射激励光，并先后接收三个荧光物质111、112及113返回的荧光信 号，将荧光信号解调后得到三个温度信号。控制器202计算三个温度的温度平均值。
[0119] 在步骤S3中，加热均匀性由以下公式确定：
[0120]
，其中，P表示加热均匀性，ATIin，表示第1个 荧光物质的测温点的温度变化值，AT2 = ，表示第2个荧光物质的测温点的温度变化 值，AT3 =T3-TQ，表示第3个荧光物质的测温点的温度变化值。ATmax=max(ATl，AT2，AT3)表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATl，AT2,AT3)表示最小的温度变化值。
[0121] 进一步地，步骤S3包括以下步骤：
[0122] S31 :该控制器202判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若 是，进入步骤S32,若否，进入步骤S33;
[0123]S32:该控制器202判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤 S34,若否，进入步骤S35;
[0124]S33:该控制器202判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值， 若该加热均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤 S37,该第二值大于该第一值；
[0125]S34:该控制器202控制该磁控管205停止工作；
[0126]S35:该控制器202控制该磁控管205继续工作；
[0127]S36:该控制器202控制该磁控管205以第一功率工作；
[0128]S37:该控制器202控制该磁控管205以第二功率工作，该第二功率大于该第一功 率。
[0129] 在步骤S31中，本实施方式中，预设值为5摄氏度。
[0130] 在步骤S33中，本实施方式中，第一值为60%，第二值为80%。可以理解，在其它 实施方式中，预设值，第一值及第二值的具体大小可根据实际所需有所调整。
[0131] 在步骤S35中，控制器202可控制磁控管205以100 %功率继续工作。
[0132] 在步骤S36中，第一功率可以理解为微波加热装置200加热的小火力档，例如取值 范围介于〇%~50%功率的之间，在步骤S37中，第二功率可以理解为微波加热装置200加 热的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功率的之间。
[0133] 本实施方式的加热方法的其它部分可参以上实施方式的光纤温度传感器100及 微波加热装置200的相 应部分，在此不再详细展开。
[0134] 综上所述，上述加热方法，通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能够使微波 加热装置200在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控 温和准确判断食物的整体加热状态。
[0135] 请参图9,本发明另一较佳实施方式提供一种微波加热装置300的加热方法，该加 热方法与上一实施方式的加热方法基本相同，其不同在之处在于，步骤S1及步骤S3。
[0136] 具体地，步骤S1还包括：控制器304根据该温度设定值控制烧烤管302工作。
[0137] 步骤S34还包括：该控制器304控制该烧烤管302停止工作。
[0138] 步骤S35还包括：该控制器304控制该烧烤管302继续工作。
[0139] 步骤S36还包括：该控制器304控制该烧烤管302以第三功率工作。
[0140]步骤S37还包括：该控制器304控制该烧烤管302以第四功率工作，该第四功率大 于该第三功率。
[0141] 在步骤S1中，控制器304可通过微波变频器308控制磁控管306。控制器304控 制烧烤管302均以100 %功率加热。
[0142] 在步骤S35中，控制器304可控制磁控管306及烧烤管302以100 %功率继续工 作。
[0143] 在步骤S36中，第一功率可以理解为微波加热装置300加热的小火力档，例如取值 范围介于〇%~50%功率的之间，在步骤S37中，第二功率可以理解为微波加热装置300加 热的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功率的之间。第三功率可以理解为微波加 热装置300烧烤的小火力档，例如取值范围介于0%~50%功率的之间，在步骤S37中，第 四功率可以理解为微波加热装置300烧烤的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功 率的之间。
[0144]综上所述，上述微波加热装置300的加热方法的有益效果与微波加热装置200的 加热方法的有益效果基本相同。进一步地，微波加热装置300的加热方法可控制磁控管306 及烧烤管302工作，丰富了微波加热装置300的加热模式。需要指出的是，本实施方式的微 波加热装置300的加热方法未展开部分，可参以上实施方式的光纤温度传感器100、微波加 热装置200及微波加热装置200的加热方法的相关部分，在此不再详细展开。
[0145]可以理解，本发明较佳实施方式还提供一种微波加热装置的加热方法，该微波加 热装置的加热方法可适用于微波加热装置400。微波加热装置400的加热方法与以上实施 方式的微波加热装置的加热方法基本相同，不同之处在于，在控制磁控管404工作时，控制 器402是以控制磁控管404的开启或关闭的方式来达成磁控管404相应的功率控制。
[0146]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施方式"、"一些实施方式"、"示意 性实施方式"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施方式 或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述 的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方 式结合。
[0147]尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在 不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种光纤温度传感器，其特征在于，包括光收发装置、光纤连接线、光纤转接头及测 温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光纤转接头， 该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质； 该光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入 该测温探头并激发对应的荧光物质发出荧光； 该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号。2. 如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，该光收发装置用于发射该多个 激励光的脉冲在时域中不重叠。3. 如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，该温度信号由以下公式确定：Tn= fn(t'）=knXeH'，其中，Tn表示第η个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧 光物质受激励后的时间常数。4. 一种微波加热装置，其特征在于，包括控制器、光纤温度传感器及磁控管，该控制器 连接该光纤温度传感器及该磁控管，该光纤温度传感器包括光收发装置、光纤连接线、光纤 转接头及测温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该 光纤转接头，该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质； 该光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入 该多模光纤并激励对应的荧光物质发出荧光； 该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号； 该控制器用于计算该多个温度信号的温度平均值，并根据该温度平均值与温度设定值 的关系及加热均匀性控制该磁控管工作。5. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该光收发装置用于发射该多个激 励光的脉冲在时域中不重叠。6. 如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，该温度信号由以下公式确定：T n= fn(t'）= knXeH'，其中，Tn表示第η个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光 物质受激励后的时间常数。7. 如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，当该温度平均值小于该温度设定 值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设的第一值，该控制器用于控制该磁控管以 第一功率工作； 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器用于控 制该磁控管以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一功率； 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器用于控 制该磁控管停止工作； 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器用于控 制该磁控管继续工作。8. 如权利要求7所述的微波加热装置，其特征在于，该加热均匀性由以下公式确定：'其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的数量， η = 1，...，k，Λ Tn = Tn-Ttl, Λ Tn表示第η个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表示第 η个焚光物质的温度信号，TO表示加热开始时的温度，ATmax = max (Δ Τη)，表示最大的温 度变化值，Δ Tmin = min ( Δ Τη)，表示最小的温度变化值。9. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该微波加热装置包括显示面板，该 控制器用于控制该显示面板显示该温度平均值及/或剩余加热时间。10. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该微波加热装置还包括烧烤管， 该控制器还用于根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管工作。11. 一种微波加热装置的加热方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :控制器设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管工作； 52 :光纤温度传感器获取多个温度信号，该控制器计算该多个温度信号的温度平均值； 及 53 :该控制器根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该磁控管工 作。12. 如权利要求11所述的微波加热装置的加热方法，其特征在于，步骤S3包括以下步 骤： 531 :该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若是，进入 步骤S32,若否，进入步骤S33 ; 532 :该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤S34,若否， 进入步骤S35 ; 533 :该控制器判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值，若该加热 均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤S37,该第二 值大于该第一值； 534 :该控制器控制该磁控管停止工作； 535 :该控制器控制该磁控管继续工作； 536 :该控制器控制该磁控管以第一功率工作； 537 :该控制器控制该磁控管以第二功率工作，该第二功率大于该第一功率。13. 如权利要求12所述的微波加热装置的加热方法，其特征在于，步骤Sl包括：控制 器根据该温度设定值控制烧烤管工作； 步骤S34包括：该控制器控制该烧烤管停止工作； 步骤S35包括：该控制器控制该烧烤管继续工作； 步骤S36包括：该控制器控制该烧烤管以第三功率工作； 步骤S37包括：该控制器控制该烧烤管以第四功率工作，该第四功率大于该第三功率。
【专利摘要】在本发明公开的光纤温度传感器中，光纤连接线连接光收发装置及光纤转接头，测温探头连接光纤转接头，测温探头包括多模光纤及位于多模光纤的多个荧光物质。光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经光纤连接线及光纤转接头进入测温探头并激发对应的荧光物质发出荧光。光收发装置用于接收荧光并对荧光进行信号解调以得到多个温度信号。上述光纤温度传感器可实现在微波场下对被加热食物的精准测温，同时，测温探头上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光纤温度传感器能够实现多点测温。本发明还涉及一种微波加热装置的加热方法。
【IPC分类】G01K11/32, H05B6/68
【公开号】CN104897303
【申请号】CN201510376992
【发明人】刘敏, 孙宁, 彭涛
【申请人】广东美的厨房电器制造有限公司, 美的集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月30日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及于家用电器领域，更具体而言，涉及一种光纤温度传感器及一种微波 加热装置及一种微波加热装置的加热方法。
【背景技术】
[0002] 微波加热食物具有加热速度快、环保等优点，随着其越来越广泛的应用，微波加热 食品的质量也越来越受到人们的重视。微波加热由于在封闭环境下完成，不能实时观测被 加热食物的加热状态，因此经常发生欠加热或过加热的情况。在被加热食物处于封闭环境 下时，可以用温度来衡量其被加热状态，因此，研宄微波场下实现温度的精准测量方法，并 通过所测量温度数据来调整微波的功率，使被加热食物质量达到最佳状态，通过所测量的 温度数据来预估剩余加热时间，使微波加热过程更可控，具有重大的现实意义。
[0003]现有微波加热装置，如微波炉的温度探测手段主要是利用置于微波炉内的温度探 针来探测温度。温度探针一般有热敏电阻式、热电偶及红外温度传感器。其中热敏电阻和 热电偶式的温度探针由于金属器件，在微波环境下出现打火，受电磁干扰，精度不高，寿命 不长等问题。而红外温度传感器只能检测食物的表面温度，且测量精度受环境影响较大。
[0004] 同时，现有的烤箱内使用单点测温探针，而在微波加热不均匀的条件下，单点测温 不能反应被加热食物的整体加热状态。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一 种光纤温度传感器及一种微波加热装置及一种微波加热装置的加热方法。
[0006] 一种用于微波加热装置的光纤温度传感器，包括光收发装置、光纤连接线、光纤转 接头及测温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光 纤转接头，该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质。该光收发装置用 于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入该测温探头并激发对 应的荧光物质发出荧光。该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多 个温度信号。
[0007] 上述光纤温度传感器可实现在微波场下对被加热食物的精准测温，同时，测温探 头上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光纤温度传感器能够实 现多点测温，能够使微波加热装置在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形 状、材质等）的精准控温和准确判断食物的整体加热状态。
[0008]在一个实施方式中，该光收发装置用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重 置。
[0009]在一个实施方式中，该温度信号由以下公式确定：Tn=fn(t'）=knXeH'，其中，Tn表示第n个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光物质受激励后的时间常数。
[0010] 一种微波加热装置，包括控制器、光纤温度传感器及磁控管，该控制器连接该光纤 温度传感器及该磁控管，该光纤温度传感器包括光收发装置、光纤连接线、光纤转接头及测 温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光纤转接头， 该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质。该光收发装置用于发射多个 激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入该多模光纤并激励对应的荧光物 质发出荧光。该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信 号。该控制器用于计算该多个温度信号的温度平均值，并根据该温度平均值与温度设定值 的关系及加热均匀性控制该磁控管工作。
[0011] 在一个实施方式中，该光收发装置用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重 置。
[0012] 在一个实施方式中，该温度信号由以下公式确定：Tn=fn(t'）=knXeH'，其中， Tn表示第n个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光物质受激励后的时间常数。
[0013] 在一个实施方式中，当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该 加热均匀性小于预设的第一值，该控制器用于控制该磁控管以第一功率工作。当该温度平 均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器用于控制该磁控管以第 二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一功率。当该温度平均值大于该 差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器用于控制该磁控管停止工作。当该温 度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器用于控制该磁控管 继续工作。
[0014] 在一个实施方式中，该加热均匀性由以下公式确定：
[0015]
，其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的 数量，n= 1，. . .，k，ATn= ATn表示第n个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表 示第n个焚光物质的温度信号，T0表示加热开始时的温度，ATmax=max(ATn)，表示最大 的温度变化值，ATmin=min(ATn)，表示最小的温度变化值。
[0016] 在一个实施方式中，该微波加热装置包括显示面板，该控制器用于控制该显示面 板显示该温度平均值及/或剩余加热时间。
[0017] 在一个实施方式中，该微波加热装置还包括烧烤管，该控制器还用于根据该温度 平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管工作。
[0018] -种微波加热装置的加热方法，包括以下步骤：
[0019] S1 :控制器设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管工作；
[0020] S2:光纤温度传感器获取多个温度信号，该控制器计算该多个温度信号的温度平 均值；及
[0021] S3:该控制器根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该磁控 管工作。
[0022] 在一个实施方式中，步骤S3包括以下步骤：
[0023]S31:该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若是， 进入步骤S32,若否，进入步骤S33;
[0024]S32:该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤S34,若 否，进入步骤S35 ;
[0025] S33:该控制器判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值，若该 加热均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤S37,该 第二值大于该第一值；
[0026] S34 :该控制器控制该磁控管停止工作；
[0027] S35 :该控制器控制该磁控管继续工作；
[0028] S36 :该控制器控制该磁控管以第一功率工作；
[0029] S37 :该控制器控制该磁控管以第二功率工作，该第二功率大于该第一功率。
[0030] 在一个实施方式中，步骤S1包括：控制器根据该温度设定值控制烧烤管工作；
[0031] 步骤S34包括：该控制器控制该烧烤管停止工作；
[0032] 步骤S35包括：该控制器控制该烧烤管继续工作；
[0033] 步骤S36包括：该控制器控制该烧烤管以第三功率工作；
[0034] 步骤S37包括：该控制器控制该烧烤管以第四功率工作，该第四功率大于该第三 功率。
[0035] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0036] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将 变得明显和容易理解，其中：
[0037] 图1是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的结构示意图；
[0038] 图2是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的荧光物质时间常数与温度函数 关系图；
[0039] 图3是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的激励光、荧光的波形图；
[0040] 图4是本发明较佳实施方式的光纤温度传感器的工作原理框图；
[0041] 图5是本发明较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0042] 图6是本发明另一较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0043] 图7是本发明再一较佳实施方式的微波加热装置的模块示意图；
[0044] 图8是本发明较佳实施方式的微波加热装置的加热方法的流程示意图；
[0045] 图9是本发明另一较佳实施方式的微波加热装置的加热方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0046] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定 有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发 明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0048] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安 装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以 通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本 领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0049] 下 文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了 简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并 且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母， 这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的 关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以 意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0050] 请参阅图1，本发明较佳实施方式的用于微波加热装置的光纤温度传感器100包 括光收发装置102、光纤连接线104、光纤转接头106及测温探头108。
[0051] 该光纤连接线104连接该光收发装置102及该光纤转接头106以用于传输光束， 该测温探头108连接该光纤转接头106,该测温探头108包括多模光纤110及位于该多模光 纤110的多个荧光物质。本实施方式中，该多个荧光物质位于该多模光纤110的末端以方 便测量被加热的食物的温度。
[0052] 本实施方式以荧光物质的数量是3个为例说明本发明的光纤温度传感器100,分 别为第1个荧光物质111、第2个荧光物质112及第3个荧光物质113,所以，本实施方式的 光纤温度传感器1〇〇能够实现三点测温功能。可以理解，在其它实施方式中，荧光物质的数 量可根据实际所需有所调整，例如数量调整为2个、4个或以上。
[0053] 该光收发装置102用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线104及该光 纤转接头106进入该测温探头108并激发对应的荧光物质发出荧光。该光收发装置102用 于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号。
[0054] 具体地，光收发装置102包括LED光源及光检测器，LED光源能够发出波长分别为 入1、X2、A3的三个激励光，波长ApA2、A3分别为不同的波长。例如，LED光源包括多个 LED发光单元，通过开启单个LED发光单元或不同LED发光单元的组合，使LED光源发出不 同波长的激励光。
[0055] 较佳地，该光收发装置102用于发射该多个激励光的脉冲在时域中不重叠。也就 是说，在同一时间，光收发装置102只发射一个激励光，保证同一时刻只有一个荧光物质被 激发。
[0056] 激励光经过光纤连接线104及光纤转接头106进入多模光纤110传播并激发相应 的荧光物质，被激发的荧光信号沿着多模光纤110反向传输回光收发装置102并由光检测 器接收。因此，3个激励光在同一根多模光纤110中传输，光纤温度传感器100实现了在同 一根光纤110中传输3个温度信号。
[0057] 本发明的光纤温度传感器100是基于光致发光现象而工作。荧光物质在接受一定 波长（受激谱）的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励消失后，荧光发光的持续性与环境 温度有关，因此通过测量荧光余辉寿命的时间常数，就可以得知当时的环境温度。
[0058] 荧光强度I(t)衰减随时间t和温度T的变化关系为：
[0059]I(t)^I0e々T
[0060] 其中，I# t=0时的荧光强度，t=0是指激励光消失的时刻，即荧光衰减的开 始时刻。
[0061] 荧光余辉寿命的时间常数t'定义为荧光强度降为I/e时所需要的时间，即：
[0062]I(t'）=I0/e
[0063] 最终得温度和时间常数t'的关系为：
[0064]
[0065] 因此，三个荧光物质111、112及113受到激发后的时间常数t'与温度信号Tn之 间的函数关系式分别为：
[0066]I\=f!(t'）=hX一卜1，
[0067]T2=f2(t'）=k2Xe1-t，
[0068]T3=f3(t'）=k3X一卜1〇
[0069] 其中，T1表示第1个荧光物质111的温度信号，T2表示第2个荧光物质112的温 度信号，T3表示第3个荧光物质113的温度信号，kl、k2及k3为常数，kl、k2及k3分别与 第1个荧光物质、第2个荧光物质及第3个荧光物质的掺杂浓度和材料有关，t'表示荧光 物质受激励后的时间常数。
[0070] 3个荧光物质111、112及113的掺杂浓度不同或使用不同材料，其激励光的波长不 同。被激励光激发后，3个荧光物质111、112及113发出荧光的波长相同，发出的荧光在测 温度范围内，即Tmin<T<Tmax时所对应的时间常数信号不交叠如图2所示，Tmin与Tmax 是光纤温度传感器100的量程，即在量程范围内，3个荧光物质的时间常数信号不交叠。在 图2中：
[0071]frH^J<ta<f2-1(Tfflax)；
[0072]f2^(Tfflin) <tb<f^(Tfflax)〇
[0073] 因此，在确定了所要设计的光纤温度传感器100的量程的前提下，选择相应的荧 光物质（即确定解调函数的系数kl、k2及k3)，使分别存在ta与tb，分别满足以上两个公 式，也就是使3个荧光物质反馈的荧光信号在时域不重叠。
[0074] 光收发装置102接收到荧光信号后，根据时间常数大小判断所检测到的荧光信号 是属于哪个荧光物质发出的荧光信号（即判断是哪个测温点的温度信号，1个荧光物质相 当于1个测温点），然后根据时间常数与温度之间的函数关系式，解调出此时的温度信号， 如图3及图4所不。在图3中，A1表不第1个焚光物质111的激励光波形图（脉冲），B1表 示第2个荧光物质112的激励光波形图，C1表示第3个荧光物质113的激励光波形图，A2 表示第1个荧光物质111返回的荧光波形图，B2表示第2个荧光物质112返回的荧光波形 图，C2表示第3个荧光物质113返回的荧光波形图。
[0075] 由于发出的荧光的波长相同，再有各个测温点返回的荧光信号在时域不重叠，因 此光收发装置102只需要一个光检测器即可检测多个测温点的温度数据，实现了光纤温度 传感器100的小型化及低成本。
[0076] 该光纤温度传感器100使用时，可将带有3个荧光物质的多模光纤末端置于被加 热的食物中，因此，该光纤温度传感器100能够感测被加热的食物三个不同位置的温度值。
[0077]综上所述，上述光纤温度传感器100可实现在微波场下对被加热食物的精准测 温，同时，测温探头108上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光 纤温度传感器100能够实现多点测温，能够使微波加热装置在微波加热不均匀条件下，对 不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判断食物的整体加热状态。
[0078] 请参图5,本发明较佳实施方式的微波加热装置200包括控制器202、光纤温度传 感器100、微波变频器204及磁控管205。本实施方式中，微波加热装置以微波炉为例说明。 控制器202连接光纤温度传感器100及通过微波变频器204连接磁控管205。
[0079] 该控制器202用于计算光纤温度传感器100输出的多个温度信号的温度平均值， 并根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性通过该微波变频器204控制磁控 管205工作。控制器202例如是功率控制器。
[0080] 具体地，温度平均值=(Ti+Tfig/%即三个测温点所测得温度的平均温度。
[0081] 当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设 的第一值，该控制器202用于控制该磁控管205以第一功率工作。例如，控制器202可控制 微波变频器204调整占空比等参数，进而调整磁控管205的工作功率。
[0082] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器202 用于控制该磁控管205以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一 功率。
[0083] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器202 用于控制该磁控管205停止工作。
[0084] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器202 用于控制该磁控管205继续工作。
[0085] 第一功率可以理解为微波加热装置200加热的小火力档，例如取值范围介于 0 %~50 %功率的之间。第二功率可以理解为微波加热装置200加热的大火力档，例如取值 范围介于50%~100%功率的之间。
[0086] 加热均匀性由以下公式确定：
[0087]
,其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的 数量，n= 1，. . .，k，ATn=ATn表示第n个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表 示第n个焚光物质的温度信号（温度值），T0表示加热开始时的温度，ATmax=max(ATn)， 表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATn)，表示最小的温度变化值。
[0088] 因此，本实施方式中，k= 3，n= 1，2,3，
，其中，ATI =Ti-I；，表示第1个荧光物质的测温点的温度变化值，AT2 = ，表示第2个荧光物质的 测温点的温度变化值，AT3 =Tfl；，表示第3个荧光物质的测温点的温度变化值。ATmax=max(ATl，AT2,AT3)，表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATl，AT2,AT3)，表示 最小的温度变化值。
[0089] 温度设定值Ts可以是微波加热装置200的默认加热温度，也可以是用户设定的加 热温度。本实施方式中，预设值为5摄氏度，第一值为60%，第二值为80%。可以理解，在 其它实施方式中，预设值，第一值 及第二值的具体大小可根据实际所需有所调整。
[0090] 控制器 202 可米用PID(proportion-integration-differentiation)控制方法控 制该微波变频器204工作。较佳地，为了方便用户实时了解加热进度，该微波加热装置200 包括显示面板206,该控制器202用于控制该显示面板206显示该温度平均值及/或剩余加 热时间。
[0091] 例如，显示面板206具有LED数码管，温度平均值对用户来说可以理解为当前的温 度。控制器202可根据当前温度值、加热温升速度和温度设定值，计算剩余加热时间，并随 着加热时间的增加和温度的升高，控制显示面板206实时更新剩余加热时间。因此，显示面 板206显示的剩余加热时间会随着加热时间的增加和温度的升高而变化，让用户实时了解 加热进度。
[0092] 综上所述，上述微波加热装置200,通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能 够在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判 断食物的整体加热状态。
[0093] 请参图6,本发明另一较佳实施方式提供一种微波加热装置300。本实施方式的微 波加热装置300为微波烤箱，微波加热装置300还包括烧烤管302,控制器304还用于根据 温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管302工作。
[0094] 具体地，当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性 小于预设的第一值，该控制器304用于控制该磁控管306以第一功率工作及控制烧烤管302 以第三功率工作。例如，该控制器304可通过微波变频器308控制该磁控管306进行工作。
[0095] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器304 用于控制该磁控管306以第二功率工作及控制该烧烤管302以第四功率工作，该第二值大 于该第一值，该第二功率大于该第一功率，该第四功率大于该第三功率。
[0096] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器304 用于控制该磁控管306及烧烤管302停止工作。
[0097] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器304 用于控制该磁控管306及烧烤管302继续工作。
[0098] 综上所述，上述微波加热装置300的有益效果与微波加热装置200的有益效果基 本相同。进一步地，微波加热装置300可控制磁控管306及烧烤管302工作，丰富了微波加 热装置300的加热模式。需要指出的是，本实施方式的微波加热装置300的未展开部分，可 参以上实施方式的微波加热装置200的相关部分，在此不再详细展开。
[0099] 另外，本实施方式中的第一功率，第二功率的具体数值可与上一实施方式的微波 加热装置200的第一功率及第二功率的具体数值相同或不相同，具体的取值可根据实际情 况或微波加热装置的设计要求来决定。
[0100] 请参图7,本发明再一较佳实施方式的微波加热装置400包括控制器402、光纤温 度传感器100及磁控管404。本实施方式中，微波加热装置以微波炉为例说明。控制器202 连接光纤温度传感器100及磁控管404。
[0101] 该控制器402用于计算光纤温度传感器100输出的多个温度信号的温度平均值， 并根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制磁控管404工作。控制器402 例如是功率控制器。
[0102] 具体地，温度平均值=(Ti+Tfig/%即三个测温点所测得温度的平均温度。
[0103] 当该温度平均值小于该温度设定值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设 的第一值，该控制器402用于控制该磁控管404以第一功率工作。例如，控制器402可控制 磁控管404的开启及关闭来调整磁控管404的工作功率。
[0104] 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器402 用于控制该磁控管404以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一 功率。
[0105] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器402 用于控制该磁控管404停止工作。
[0106] 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器402 用于控制该磁控管404继续工作。
[0107] 第一功率可以理解为微波加热装置400加热的小火力档，例如取值范围介于 0 %~50 %功率的之间。第二功率可以理解为微波加热装置400加热的大火力档，例如取值 范围介于50%~100%功率的之间。若工作功率为40%的功率，可以理解为，在预设的加热 时间内，控制器402控制磁控管在40%的加热时间内开启，控制器402控制磁控管在60% 的加热时间内关闭。
[0108] 加热均匀性的计算、预设值、第一值及第二值的设定可参以上实施方式的微波加 热装置100对应的部分，且具体大小可根据实际所需有所调整。
[0109] 较佳地，为了方便用户实时了解加热进度，该微波加热装置400包括显示面板 406,该控制器402用于控制该显示面板406显示该温度平均值及/或剩余加热时间。
[0110] 例如，显示面板406具有LED数码管，温度平均值对用户来说可以理解为当前的温 度。控制器402可根据当前温度值、加热温升速度和温度设定值，计算剩余加热时间，并随 着加热时间的增加和温度的升高，控制显示面板406实时更新剩余加热时间。因此，显示面 板406显示的剩余加热时间会随着加热时间的增加和温度的升高而变化，让用户实时了解 加热进度。
[0111] 综上所述，上述微波加热装置400,通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能 够在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控温和准确判 断食物的整体加热状态。
[0112] 请参图8,本发明较佳实施方式的微波加热装置200的加热方法，包括以下步骤：
[0113] S1 :控制器202设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管205工作；
[0114] S2:光纤温度传感器100获取多个温度信号，该控制器202计算该多个温度信号的 温度平均值；及
[0115] S3 :该控制器202根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该 磁控管205工作。
[0116] 本实施方式的加热方法可由以上实施方式的微波加热装置200实现。
[0117] 具体地，在步骤S1中，控制器202可将温度设定值设置为微波加热装置200默认 的加热温度，或用户设定的加热温度。例如，微波加热装置200开启后，用户可通过微波加 热装置200的控制面板设定加热温度。温度设置完成后，控制器202控制磁控管205工作， 加热开始，例如控制器202通过微波变频器204控制磁控管205以100%功率工作。
[0118] 在步骤S2中，加热开始时，光纤温度传感器100开始工作。光纤温度传感器100 控制光收发装置102发射激励光，并先后接收三个荧光物质111、112及113返回的荧光信 号，将荧光信号解调后得到三个温度信号。控制器202计算三个温度的温度平均值。
[0119] 在步骤S3中，加热均匀性由以下公式确定：
[0120]
，其中，P表示加热均匀性，ATIin，表示第1个 荧光物质的测温点的温度变化值，AT2 = ，表示第2个荧光物质的测温点的温度变化 值，AT3 =T3-TQ，表示第3个荧光物质的测温点的温度变化值。ATmax=max(ATl，AT2，AT3)表示最大的温度变化值，ATmin=min(ATl，AT2,AT3)表示最小的温度变化值。
[0121] 进一步地，步骤S3包括以下步骤：
[0122] S31 :该控制器202判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若 是，进入步骤S32,若否，进入步骤S33;
[0123]S32:该控制器202判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤 S34,若否，进入步骤S35;
[0124]S33:该控制器202判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值， 若该加热均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤 S37,该第二值大于该第一值；
[0125]S34:该控制器202控制该磁控管205停止工作；
[0126]S35:该控制器202控制该磁控管205继续工作；
[0127]S36:该控制器202控制该磁控管205以第一功率工作；
[0128]S37:该控制器202控制该磁控管205以第二功率工作，该第二功率大于该第一功 率。
[0129] 在步骤S31中，本实施方式中，预设值为5摄氏度。
[0130] 在步骤S33中，本实施方式中，第一值为60%，第二值为80%。可以理解，在其它 实施方式中，预设值，第一值及第二值的具体大小可根据实际所需有所调整。
[0131] 在步骤S35中，控制器202可控制磁控管205以100 %功率继续工作。
[0132] 在步骤S36中，第一功率可以理解为微波加热装置200加热的小火力档，例如取值 范围介于〇%~50%功率的之间，在步骤S37中，第二功率可以理解为微波加热装置200加 热的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功率的之间。
[0133] 本实施方式的加热方法的其它部分可参以上实施方式的光纤温度传感器100及 微波加热装置200的相 应部分，在此不再详细展开。
[0134] 综上所述，上述加热方法，通过光纤温度传感器100检测的多点温度，能够使微波 加热装置200在微波加热不均匀条件下，对不同食物对象（重量、形状、材质等）的精准控 温和准确判断食物的整体加热状态。
[0135] 请参图9,本发明另一较佳实施方式提供一种微波加热装置300的加热方法，该加 热方法与上一实施方式的加热方法基本相同，其不同在之处在于，步骤S1及步骤S3。
[0136] 具体地，步骤S1还包括：控制器304根据该温度设定值控制烧烤管302工作。
[0137] 步骤S34还包括：该控制器304控制该烧烤管302停止工作。
[0138] 步骤S35还包括：该控制器304控制该烧烤管302继续工作。
[0139] 步骤S36还包括：该控制器304控制该烧烤管302以第三功率工作。
[0140]步骤S37还包括：该控制器304控制该烧烤管302以第四功率工作，该第四功率大 于该第三功率。
[0141] 在步骤S1中，控制器304可通过微波变频器308控制磁控管306。控制器304控 制烧烤管302均以100 %功率加热。
[0142] 在步骤S35中，控制器304可控制磁控管306及烧烤管302以100 %功率继续工 作。
[0143] 在步骤S36中，第一功率可以理解为微波加热装置300加热的小火力档，例如取值 范围介于〇%~50%功率的之间，在步骤S37中，第二功率可以理解为微波加热装置300加 热的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功率的之间。第三功率可以理解为微波加 热装置300烧烤的小火力档，例如取值范围介于0%~50%功率的之间，在步骤S37中，第 四功率可以理解为微波加热装置300烧烤的大火力档，例如取值范围介于50%~100%功 率的之间。
[0144]综上所述，上述微波加热装置300的加热方法的有益效果与微波加热装置200的 加热方法的有益效果基本相同。进一步地，微波加热装置300的加热方法可控制磁控管306 及烧烤管302工作，丰富了微波加热装置300的加热模式。需要指出的是，本实施方式的微 波加热装置300的加热方法未展开部分，可参以上实施方式的光纤温度传感器100、微波加 热装置200及微波加热装置200的加热方法的相关部分，在此不再详细展开。
[0145]可以理解，本发明较佳实施方式还提供一种微波加热装置的加热方法，该微波加 热装置的加热方法可适用于微波加热装置400。微波加热装置400的加热方法与以上实施 方式的微波加热装置的加热方法基本相同，不同之处在于，在控制磁控管404工作时，控制 器402是以控制磁控管404的开启或关闭的方式来达成磁控管404相应的功率控制。
[0146]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施方式"、"一些实施方式"、"示意 性实施方式"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施方式 或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述 的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方 式结合。
[0147]尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在 不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种光纤温度传感器，其特征在于，包括光收发装置、光纤连接线、光纤转接头及测 温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该光纤转接头， 该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质； 该光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入 该测温探头并激发对应的荧光物质发出荧光； 该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号。2. 如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，该光收发装置用于发射该多个 激励光的脉冲在时域中不重叠。3. 如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，该温度信号由以下公式确定：Tn= fn(t'）=knXeH'，其中，Tn表示第η个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧 光物质受激励后的时间常数。4. 一种微波加热装置，其特征在于，包括控制器、光纤温度传感器及磁控管，该控制器 连接该光纤温度传感器及该磁控管，该光纤温度传感器包括光收发装置、光纤连接线、光纤 转接头及测温探头，该光纤连接线连接该光收发装置及该光纤转接头，该测温探头连接该 光纤转接头，该测温探头包括多模光纤及位于该多模光纤的多个荧光物质； 该光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经该光纤连接线及该光纤转接头进入 该多模光纤并激励对应的荧光物质发出荧光； 该光收发装置用于接收该荧光并对该荧光进行信号解调以得到多个温度信号； 该控制器用于计算该多个温度信号的温度平均值，并根据该温度平均值与温度设定值 的关系及加热均匀性控制该磁控管工作。5. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该光收发装置用于发射该多个激 励光的脉冲在时域中不重叠。6. 如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，该温度信号由以下公式确定：T n= fn(t'）= knXeH'，其中，Tn表示第η个荧光物质的温度信号，kn为常数，t'表示该荧光 物质受激励后的时间常数。7. 如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，当该温度平均值小于该温度设定 值与预设值的差值时，若该加热均匀性小于预设的第一值，该控制器用于控制该磁控管以 第一功率工作； 当该温度平均值小于该差值时，若该加热均匀性大于预设的第二值，该控制器用于控 制该磁控管以第二功率工作，该第二值大于该第一值，该第二功率大于该第一功率； 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值大于该温度设定值，该控制器用于控 制该磁控管停止工作； 当该温度平均值大于该差值时，若该温度平均值小于该温度设定值，该控制器用于控 制该磁控管继续工作。8. 如权利要求7所述的微波加热装置，其特征在于，该加热均匀性由以下公式确定：'其中，P表示该加热均匀性，k为自然数且表示荧光物质的数量， η = 1，...，k，Λ Tn = Tn-Ttl, Λ Tn表示第η个荧光物质的测温点的温度变化值，Tn表示第 η个焚光物质的温度信号，TO表示加热开始时的温度，ATmax = max (Δ Τη)，表示最大的温 度变化值，Δ Tmin = min ( Δ Τη)，表示最小的温度变化值。9. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该微波加热装置包括显示面板，该 控制器用于控制该显示面板显示该温度平均值及/或剩余加热时间。10. 如权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，该微波加热装置还包括烧烤管， 该控制器还用于根据该温度平均值与温度设定值的关系及加热均匀性控制该烧烤管工作。11. 一种微波加热装置的加热方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :控制器设置温度设定值，及根据该温度设定值控制磁控管工作； 52 :光纤温度传感器获取多个温度信号，该控制器计算该多个温度信号的温度平均值； 及 53 :该控制器根据该温度平均值与该温度设定值的关系及加热均匀性控制该磁控管工 作。12. 如权利要求11所述的微波加热装置的加热方法，其特征在于，步骤S3包括以下步 骤： 531 :该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值与预设值的差值，若是，进入 步骤S32,若否，进入步骤S33 ; 532 :该控制器判断该温度平均值是否大于该温度设定值，若是，进入步骤S34,若否， 进入步骤S35 ; 533 :该控制器判断该加热均匀性小于预设的第一值还是大于预设的第二值，若该加热 均匀性小于该第一值，进入步骤S36,若该加热均匀性大于该第二值，进入步骤S37,该第二 值大于该第一值； 534 :该控制器控制该磁控管停止工作； 535 :该控制器控制该磁控管继续工作； 536 :该控制器控制该磁控管以第一功率工作； 537 :该控制器控制该磁控管以第二功率工作，该第二功率大于该第一功率。13. 如权利要求12所述的微波加热装置的加热方法，其特征在于，步骤Sl包括：控制 器根据该温度设定值控制烧烤管工作； 步骤S34包括：该控制器控制该烧烤管停止工作； 步骤S35包括：该控制器控制该烧烤管继续工作； 步骤S36包括：该控制器控制该烧烤管以第三功率工作； 步骤S37包括：该控制器控制该烧烤管以第四功率工作，该第四功率大于该第三功率。
【专利摘要】在本发明公开的光纤温度传感器中，光纤连接线连接光收发装置及光纤转接头，测温探头连接光纤转接头，测温探头包括多模光纤及位于多模光纤的多个荧光物质。光收发装置用于发射多个激励光，每个激励光经光纤连接线及光纤转接头进入测温探头并激发对应的荧光物质发出荧光。光收发装置用于接收荧光并对荧光进行信号解调以得到多个温度信号。上述光纤温度传感器可实现在微波场下对被加热食物的精准测温，同时，测温探头上荧光物质可分散设置在微波加热装置内不同的位置，因此，该光纤温度传感器能够实现多点测温。本发明还涉及一种微波加热装置的加热方法。
【IPC分类】G01K11/32, H05B6/68
【公开号】CN104897303
【申请号】CN201510376992
【发明人】刘敏, 孙宁, 彭涛
【申请人】广东美的厨房电器制造有限公司, 美的集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月30日
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