一种基于红外测温的锅具温度测量装置及检测方法与流程

1.本发明具体涉及一种基于红外测温的锅具温度测量装置及检测方法。


背景技术：

2.当前炊具一般采用接触式温度传感器以防止干烧，接触式温度传感器接触锅底从而实现对锅底温度的检测。
3.接触式温度传感器具有一些缺陷，比如接触式传感器会受到烹饪油渍，炭黑，灰尘等污染，从而阻隔热传递，使检测结果不准确；接触式温度传感器，在高温环境中工作，容易发生氧化等，导致检测不准确。检测不准确，会导致对锅内烹饪状态的误判，容易引起安全隐患。


技术实现要素：

4.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于红外测温的锅具温度测量装置及检测方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种基于红外测温的锅具温度测量装置，包括判断模块、测温模块、提示模块和开关模块；测温模块、提示模块和开关模块分别与判断模块连接；
7.所述测温模块被配置为能够检测得到锅具温度；
8.所述判断模块被配置为能够接收测温模块发送的温度信号，判断是否沸腾或者干烧，并能够将干烧信号传输至提示模块；
9.所述提示模块被配置为能够接收判断模块发送的沸腾或者干烧信号，进行声光提示；
10.所述开关模块被配置为能够启动或者关闭锅具温度测量装置。
11.进一步地，测温模块采用小视场红外温度传感器来检测，小视场红外温度传感器具有5～15度的视场角。
12.进一步地，测温模块测温时，红外测温公式：
[0013][0014]
其中，v为电压；ε为物体红外辐射率，或称黑体辐射率；t为物体实际温度，t0为环境温度；
[0015][0016]
进一步地，使用温度测量装置测锅盖温度时，
[0017]
当烹饪水含量较高时或者锅中只含有水，锅内温度在沸腾时为100℃，将测温模块对锅具的初始测量值t1和环境温度t0代入公式(3)计算综合辐射率ε，
[0018][0019]
计算出ε后，将其代入公式(2)或者(1)即可得真实温度t。
[0020]
进一步地，当测温模块实时测得的温度数值连续大于ta+2σ，持续时间超过设置的时间，则判断为沸腾；否则判断为非沸腾；ta为根据一段时间采样计算得到的温度的均值，σ为标准差。
[0021]
进一步地，当测温模块测得的温度值连续30秒超过设定的干烧临界温度值，则判断模块判断为干烧。
[0022]
进一步地，当测温模块测得的温度值连续下降，且低于沸腾温度，持续超过30秒，则判断模块停止发出干烧信号，清除沸腾和干烧标志。
[0023]
一种检测锅具温度的方法，所述方法以上所述的锅具温度测量装置，包括以下步骤：
[0024]
(1)点火，锅具被加热，启动锅具温度测量装置，测温模块对锅具温度进行检测；
[0025]
(2)测温模块持续检测锅具温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否沸腾或者干烧；判断模块中设置有沸腾温度，设定持续时间为30s；
[0026]
(3)若判断模块判断为沸腾，则测温模块继续检测锅具温度，判断模块判断是否干烧；
[0027]
若检测到的温度在下降，判断模块消除沸腾状态，并回到上一步骤判断是否沸腾；
[0028]
若检测到的温度连续30秒超过设定的干烧临界温度值，则判断为干烧，判断模块发出干烧信号传送至提示模块，提示模块发出声光提示，以提醒人或上位机切断热源；
[0029]
(4)测温模块继续检测温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否干烧；
[0030]
如果温度下降到干烧临界温度以下，判断模块不再发送干烧信号。
[0031]
进一步地，步骤(1)检测过程中，判断模块判断中途是否添加佐料、食材或水；如果温度出现非连续断点，则判断为添加佐料、食材或水，保持检测温度和判断。
[0032]
本发明的有益效果是：
[0033]
(1)本发明的锅具温度测量装置为非接触式温度传感器，可以测得综合辐射率ε与锅具外表真实温度值，通过锅具外表温度，判断锅中烹饪状态，并判断锅中的沸腾与干烧情况，判断较为准确。
[0034]
(2)本发明的锅具温度测量装置既可以用于测量锅盖的温度，以锅盖的温度去推测锅内温度状态，判断沸腾或者干烧，也可以用于测量锅体(锅底或者锅侧壁)的温度，以锅体的温度去推测锅内温度状态，判断沸腾或者干烧；本发明的温度测量装置适应性较广泛，能够满足用户的不同需求。
附图说明
[0035]
图1是以铝锅为例，红外测温传感器测量锅盖的测温曲线示意图。
[0036]
图2是锅具温度测量装置各模块的示意图。
[0037]
图3是表示电压信号与时间之间关系的曲线示意图。
[0038]
图4是实施例1中，处理后测得的锅体温度曲线与原始温度曲线的对比图。
[0039]
图5是实施例1中，电压的一阶导数曲线示意图。
[0040]
图6是实施例1中，电压的二阶导数曲线示意图。
[0041]
图7是实施例1中，温度-时间曲线图。
具体实施方式
[0042]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0043]
在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0044]
除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本技术所涉及的“连接”、“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
[0045]
如图2所示，一种基于红外测温的锅具温度测量装置，包括判断模块、测温模块、提示模块和开关模块；测温模块、提示模块和开关模块分别与判断模块连接；测温模块、判断模块分别与开关模块连接；
[0046]
所述测温模块被配置为能够检测得到锅具温度；所述锅具包括锅盖与锅体，所述锅体包括锅底或者锅的侧壁等，也就是说本发明的锅具温度测量装置既可以用于测量锅盖的温度，以锅盖的温度去推测锅内温度状态，判断沸腾或者干烧，也可以用于测量锅体(锅底或者锅侧壁)的温度，以锅体的温度去推测锅内温度状态，判断沸腾或者干烧；本发明的温度测量装置适应性较广泛，能够满足用户的不同需求。
[0047]
所述判断模块被配置为能够接收测温模块发送的温度信号，判断是否沸腾或者干烧，并能够将干烧信号传输至提示模块；
[0048]
所述提示模块被配置为能够接收判断模块发送的沸腾或者干烧信号，能够发出声音或者光照(比如指示灯闪烁)，提醒人们进行相应的操作；
[0049]
所述开关模块被配置为能够启动或者关闭锅具温度测量装置。
[0050]
在一些优选的方式中，所述锅具可以是炒菜时的菜锅，也可以是蒸锅，也可以是其他形式的锅具。
[0051]
在一些优选的方式中，测温模块采用小视场热电堆红外测温传感器来检测，小视场红外温度传感器具有较小的视场角，比如5～15度的视场角。视场角越大，温度受近旁物体干扰越大，且受距离影响很大，有可能会带来错误检测。如果视场角小于5度，从温度检测来说，受近旁物体和距离的影响较小，但制造成本升高很多，装配要求提高。所述热电堆红外测温传感器为现有技术中常规的器件，本发明不对其结构进行改进。
[0052]
在一些优选的方式中，提示模块包括led灯和/或蜂鸣器，能够发出光照或者声音。led灯和蜂鸣器均可以采用现有技术中常规的器件。
[0053]
在一些优选的方式中，所述锅具温度测量装置还包括电源模块，电源模块包括电池，能够为整个锅具温度测量装置提供电能。
[0054]
在一些优选的方式中，所述判断模块包括数据处理器与存储器；存储器存储接收到的温度数据或/和电信号数据、干烧(或/和沸腾)的判断条件、锅盖或锅体的红外辐射率等，数据处理器能够对温度数据或/和电信号数据等进行计算处理，并对沸腾或者干烧进行判断，计算公式与判断条件等内容在下文进行详细阐述。
[0055]
在一些优选的方式中，使用本发明的锅具温度测量装置时，可以将其放置在锅盖上方，也可以将其放置于锅底或者锅体侧边；在一些优选的方式中，锅具温度测量装置的测温模块对准锅底进行检测，在一些实施方式中，将锅具温度测量装置放置于灶台的锅的中下部，锅具温度测量装置与锅具之间无其它物体遮挡。
[0056]
在一些优选的方式中，本发明锅具温度测量装置在测温的同时，还可以根据温度曲线及其趋势，判断烹饪状态，并计算厨具(比如锅具)的黑体辐射率。
[0057]
当烹饪时，一般的锅具温度测量传感器检测到的沸腾和干烧温度，并非炊具内部的实际温度，而是锅盖或锅具外表面温度，且受火焰大小，外表面材料，颜色及抛光程度影响。
[0058]
红外测温公式：
[0059][0060]
其中，v为电压(一般用电压v来表征i，因为电信号与光强成正比，则电压与红外辐射成正比)，i为物体温度的红外辐射；ε为物体红外辐射率，或称黑体辐射率，绝对黑体ε为1，现实物体黑体辐射率都小于1，比如人体、水和玻璃ε在0.9以上，抛光金属ε远远小于1，仅为0.03左右，比如铜，镍，铝为常见低辐射率金属。t为物体实际温度，t0为环境温度。
[0061]
物体实际温度t计算公式如下：
[0062][0063]
现有技术中，大多数的红外温度传感器测量物体温度时，不再对锅具ε进行测量，直接默认ε＝1，计算得到物体的温度，这样计算得到的温度与物体的真实温度有偏差，导致测量不准确。
[0064]
本发明的锅具温度测量装置具备检测综合辐射率ε及锅具真实温度的功能。
[0065]
具体实现方法，以铝锅为例，使用本发明的温度测量装置测锅盖温度(如图1所示)：
[0066]
在烹饪水含量较高时或者锅中只含有水，在沸腾时锅内温度为100℃，锅盖真实温度近似为100℃，测温模块的初始测量值t1(即按照ε＝1测得的k氏温度)和环境温度t0代入公式(3)计算辐射率ε，
[0067][0068]
计算出ε后，将其代入公式(2)或者(1)即可得锅盖真实温度值t。
[0069]
计算得到ε后，将其存储于判断模块的存储器，在其他情况下(非沸腾状态)也可以
按照这个ε，来计算锅盖的真实温度；比如在连续状态，温度曲线没有出现突变的情况下，可以连续使用此ε，直至出现突变。
[0070]
在一些优选的方式中，锅内沸腾温度设定为ta+2σ，ta为根据一段时间(比如30秒～200秒)采样计算得到的温度的均值，σ为标准差，沸腾温度并非一个固定值。
[0071]
在一些优选的方式中，实时测得的温度数值连续大于ta+2σ，持续时间超过设置的时间，如30秒，则判断为沸腾；否则判断为非沸腾。
[0072]
当测温模块测得的温度值连续超过设定的干烧临界温度值，以时间衡量，如连续超过30秒，则判断为干烧。一般，将干烧临界温度值设定为温度传感器精度的2倍+沸腾温度。
[0073]
测温模块持续检测温度，如果发现测得的温度数值连续下降，且低于沸腾温度，持续超过30秒，则判断模块停止发出干烧信号，提示模块不再提醒，不再出现沸腾和干烧提示标志。
[0074]
下文以具体实施例阐述本发明锅具温度测量装置及其检测方法。
[0075]
实施例1
‑‑‑‑
采用以上所述的锅具温度测量装置检测锅体温度
[0076]
一种检测锅具温度的方法，所述方法采用以上所述的锅具温度测量装置，包括以下步骤：
[0077]
(1)点火，锅具被加热，启动锅具温度测量装置，测温模块对锅体温度进行检测；
[0078]
(2)测温模块持续检测锅体温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否沸腾或者干烧；
[0079]
判断模块中设置有沸腾温度ta+2σ，设定持续时间为30s；实时的温度数值连续大于ta+2σ，持续时间超过设置的时间，如30秒，则判断为沸腾；否则判断为非沸腾。
[0080]
因为食物水分及烹饪所加水在沸腾时，温度稳定在沸点附近；
[0081]
不同锅体及其表面附着物(锅具已被覆盖)有一个综合辐射，
[0082]
光信号公式：i
总1
＝i
火
+i
锅1
ꢀꢀ
(4)
[0083]
其中，i
火
表示火焰红外辐射，i
锅1
表示t1时刻锅体的红外辐射，i
总1
表示t1时刻锅体表面的综合辐射率；
[0084]
因为光强与电信号成正比，红外测温传感器电压信号曲线如图3所示，对应地，以传感器输出电信号来表示，公式如下：
[0085]v总
＝v
火
+v
锅
ꢀꢀ
(4-1)
[0086]
火焰对应的响应电压信号为v
火
,v
总
为总的电压信号，v
锅
为锅体对应的响应电压信号；
[0087]
根据传热公式，在烹饪过程中，发生的热量传递q与锅体等效热容c，锅体
[0088]
等效质量m，以及温升量
△
t之间的关系如下：
[0089]
q＝cm
△
t
ꢀꢀ
(4-2)
[0090]
热量q，源于火焰,其燃烧热功率设为p1，同时也通过辐射散热，辐射散热正比于传感器所测电压，通过公式(1)表达，辐射散热与电压的比例系数为k，k是检测系统参数，为已知量，为红外传感器光电效率、检测系统增益等所决定。
[0091]
在红外传感器视场区域内，开火dt时间内，(4-2)变形为：
[0092]
dq＝cmdt＝p1dt-kvdt
[0093]
整理如下：
[0094][0095]
将公式(2)代入上式求导，消去t：
[0096][0097]
上式两端再对时间t求导：
[0098][0099]
在无沸腾发生时，以新的β替代常数在不改变火力情况下，燃烧热功率p1为恒功率对锅体加热，因此其时间导数为0，上式整理得：
[0100][0101]
根据(4-1)式因火焰为恒功率，其热辐射对应传感器电压v
火
也为恒定，故而传感器总电压v
总
的一阶导数和二阶导数与传感器对锅体温度热辐射响应v
锅
的一阶导数和二阶导数相同，即：
[0102][0103][0104]
故而以总电压带入(4-4)计算。
[0105]
(4-4)式中通过加热初期两个时间点t1和t2的传感器响应电压的二阶导数和一阶导数，分别以v
″1、v
″2、v
′1、v
′2表示，时间点t1和t2的传感器响应电压分别为v1、v2，则：
[0106][0107][0108]
两式相除，求得火焰与锅体的总黑体辐射系数ε：
[0109][0110]
令：
[0111][0112]
则：
[0113][0114]
将(4-7)代入(4-6)求得：
[0115][0116]
(4-8)回归计算常数：
[0117][0118]
代入(4-3)整理求得数字化功率
[0119][0120]
(4-9)式，即为烹饪时的加热功率，并且已经检测系统能量比例常数k转化，
[0121]
带入公式(1)，即可获得火焰辐射的热量在检测系统上的响应为：
[0122][0123]
公式(5)结合公式(4-1)和公式(2)，即可解出锅体温度对应的传感器响应：
[0124][0125][0126]
将此响应电压代入测温公式(2)，且锅体测温，尤其对较长时间使用的锅体外表，其表面已被黑灰色混合物覆盖，其黑体辐射率可测定，辐射率为0.9的较稳定值，最终可计算锅体外表温度如下式：
[0127][0128]
最终计算得到锅体外表温度曲线如图4所示。
[0129]
本实施例中，电压信号与时间之间关系的曲线如图3所示，电压的一阶导数曲线示意图如图5所示，电压的二阶导数曲线示意图如图6所示，根据这一组曲线计算得a＝0.91，ε＝0.013，将其带入(4-10)，计算v
火
＝0.016。
[0130]
较长时间(如20秒钟以上)火焰辐射基本不变，其红外辐射均值不变，锅具温度产生的辐射增量，即为测温传感器所检测的总红外光的辐射增量。
[0131]
(3)若判断模块判断为沸腾，则测温模块继续检测锅体温度，判断模块判断是否干烧；
[0132]
若检测到温度在下降，判断模块消除沸腾状态，并回到上一步骤判断是否沸腾；
[0133]
若测温模块最终测得的温度值连续超过设定的干烧临界温度值，连续超过30秒，则判断为干烧，判断模块发出干烧信号传送至提示模块，提示模块发出声音或者指示灯闪亮或者语音，以提醒人或上位机切断热源；
[0134]
(4)测温模块继续检测温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否沸腾与干烧；
[0135]
如果温度下降到干烧临界温度以下，判断模块不再发送干烧信号。
[0136]
实施例2
‑‑‑‑
采用以上所述的锅具温度测量装置检测锅体温度(存在干扰)
[0137]
一种检测锅具温度的方法，所述方法采用以上所述的锅具温度测量装置，包括以
下步骤：
[0138]
(1)点火，锅具被加热，启动锅具温度测量装置，测温模块对锅具温度进行检测；检测过程中，判断模块判断中途是否添加佐料、食材或水；
[0139]
如果温度出现非连续断点，则判断为添加佐料、食材或水；保持检测温度和判断；如果温度一直在增加中，没有出现非连续断点，测温模块持续检测温度；
[0140]
一般添加佐料、食材或水，锅内温度下降，会有5℃以上的温差变化，维持时间不长，一般在几秒钟即可完成；表现在温度曲线上，有非连续的端点。
[0141]
(2)测温模块持续检测锅体温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否沸腾或者干烧；
[0142]
判断模块中设置有沸腾温度ta+2σ，设定持续时间为30s；实时的温度数值连续大于ta+2σ，持续时间超过设置的时间，如30秒，则判断为沸腾；否则判断为非沸腾。
[0143]
食物水分及烹饪所加水在沸腾时，温度稳定在沸点附近，不同锅具及其表面附着物有一个综合辐射。
[0144]
较长时间(如20秒钟以上)火焰辐射基本不变，其红外辐射均值不变，锅具温度产生的辐射增量，即为测温传感器所检测的总红外光的辐射增量。
[0145]
(3)若判断模块判断为沸腾，则测温模块继续检测锅体温度，判断模块判断是否干烧；
[0146]
若检测到温度在下降，判断模块消除沸腾状态，并回到上一步骤判断是否沸腾；
[0147]
若测温模块最终测得的温度值连续超过设定的干烧临界温度值，连续超过30秒，则判断为干烧，判断模块发出干烧信号传送至提示模块，提示模块发出声音或者指示灯闪亮或者语音，以提醒人或上位机切断热源；
[0148]
(4)测温模块继续检测温度，并将温度信号传输至判断模块，判断模块进行判断是否沸腾与干烧；
[0149]
如果温度下降到干烧临界温度以下，判断模块不再发送干烧信号。
[0150]
本实施例中的其他实施方式与实施例1相同。
[0151]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0152]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例的所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0153]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。