WO2022163554A1 - マイクロ波処理装置 - Google Patents

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WO2022163554A1
WO2022163554A1 PCT/JP2022/002317 JP2022002317W WO2022163554A1 WO 2022163554 A1 WO2022163554 A1 WO 2022163554A1 JP 2022002317 W JP2022002317 W JP 2022002317W WO 2022163554 A1 WO2022163554 A1 WO 2022163554A1
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heated
microwave
control unit
unit
heating
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PCT/JP2022/002317
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French (fr)
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大介 細川
義治 大森
秀樹 中村
和樹 前田
高史 夘野
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to US18/262,569 priority patent/US20240121868A1/en
Priority to EP22745775.1A priority patent/EP4287773A4/en
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • H05B6/802—Apparatus for specific applications for heating fluids

Definitions

  • the present disclosure relates to a microwave processing device having a microwave generator.
  • Patent Document 1 There is a conventional microwave processing apparatus that detects boiling of an object to be heated based on a change in the amount of reflected waves over time, and changes the oscillation frequency and oscillation output of a semiconductor oscillator (for example, Patent Document 1). reference).
  • Boiling of the object to be heated is detected based on the magnitude of the change in the ratio of the sum of the reflected power of the microwaves or the sum of the reflected powers to the sum of the incident powers of the microwaves. Absolute values, deviations, and standard deviations are used as indicators of the magnitude of change.
  • the above-described conventional microwave processing apparatus is intended to control the temperature of the food with high accuracy by ending the heating or reducing the heating output when boiling is detected.
  • Kenji Yamanishi Anomaly detection by data mining, Kyoritsu Shuppan, 2009 J. Takeuchi and K. Yamanishi. A Unifying framework for detecting outliers and change points from time series. IEEE Transaction on Knowledge and Data Engineering, 18(4):482-492, 2006. K. Yamanishi and J. Takeuchi. Discovering outlier filtering rules from unlabeled data. In Proceeding of the Seventh ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD01), ACM Press, pp.389-394, 2001
  • an object of the present disclosure is to provide a microwave processing apparatus capable of accurately detecting changes in the state of an object to be heated.
  • a microwave processing apparatus includes a heating chamber containing an object to be heated, a heating unit including a microwave generating unit, an amplifying unit, a power feeding unit, a detecting unit, a control unit, a memory, and
  • the microwave generator generates microwaves with arbitrary frequencies in a predetermined frequency band.
  • the amplifier amplifies the output level of the microwave.
  • the feeding section radiates the microwave amplified by the amplifying section to the heating chamber as incident power.
  • the detector detects the reflected power returning from the heating chamber to the power feeder, out of the incident power.
  • the controller controls the microwave generator and amplifier.
  • the storage unit stores the value of the reflected power along with the microwave frequency and the elapsed time from the start of heating.
  • the control section controls the microwave generating section and the amplifying section based on a calculated value obtained by calculation with reference to the reflected power.
  • the microwave processing apparatus can accurately detect changes in the state of the object to be heated.
  • the state change of the object to be heated is a change in the dielectric constant of the object due to heating, such as boiling, swelling, melting, thawing, bursting, drying, etc., and a change in the shape and mode of the object due to heating.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microwave processing apparatus according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flow chart showing the overall flow of cooking control in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing details of reflected power detection processing according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the flow of score calculation in the change finder.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining thresholds used for detecting a state change of the object to be heated according to the first embodiment.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining detection of state change of the object to be heated according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram showing boiling detection of an object to be heated according to the first embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram showing heating conditions in a proof experiment of boiling detection in Embodiment 1.
  • FIG. 8B is a first diagram showing experimental results of boiling detection in Embodiment 1.
  • FIG. 8C is a second diagram showing experimental results of boiling detection in Embodiment 1.
  • FIG. 8D is a third diagram showing experimental results of boiling detection in Embodiment 1.
  • FIG. 8E is a fourth diagram showing experimental results of boiling detection in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 9 is a flow chart showing the overall flow of cooking control in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing details of reflected power detection processing according to the second embodiment.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining detection of state change of the object to be heated according to the second embodiment.
  • FIGS. 12A and 12B are conceptual diagrams showing expansion detection of the object to be heated according to the second embodiment.
  • 13A and 13B are diagrams for explaining detection of a change in the state of the object to be heated according to the third embodiment.
  • 14A and 14B are conceptual diagrams showing melting detection of the object to be heated according to the third embodiment.
  • 15A is a diagram for explaining heating conditions in a demonstration experiment of melting detection in Embodiment 3.
  • FIG. 15B is a first diagram showing experimental results of melting detection in Embodiment 3.
  • FIG. 15C is a second diagram showing experimental results of melting detection in Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 16 is a conceptual diagram showing thawing detection of the object to be heated according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram showing burst detection of the object to be heated according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing drying detection of the object to be heated according to the sixth embodiment.
  • Patent Document 1 detects the boiling state of the object to be heated from changes in the reflected power and changes in the ratio of the sum of the reflected powers to the sum of the incident powers.
  • the ratio of the total reflected power to the total incident power is referred to as reflectance.
  • frequencies with large changes in the reflected power and frequencies with small changes in the boiling of the liquid since such frequency characteristics depend on the standing wave distribution of microwaves in the heating chamber, the frequency characteristics greatly affect the type, viscosity, amount, shape, placement position, shape of the heating chamber, etc. of the object to be heated. be done. The frequency characteristics are also affected by the type of state change of the object to be heated, such as swelling, melting, defrosting, bursting, and drying.
  • a microwave processing apparatus includes a heating chamber containing an object to be heated, a heating unit including a microwave generating unit, an amplifying unit, a power supply unit, a detecting unit, a control unit, and a storage unit.
  • the microwave generator generates microwaves with arbitrary frequencies in a predetermined frequency band.
  • the amplifier amplifies the output level of the microwave.
  • the feeding section radiates the microwave amplified by the amplifying section to the heating chamber as incident power.
  • the detector detects the reflected power returning from the heating chamber to the power feeder, out of the incident power.
  • the controller controls the microwave generator and amplifier.
  • the storage unit stores the value of the reflected power along with the microwave frequency and the elapsed time from the start of heating.
  • the control section controls the microwave generating section and the amplifying section based on a calculated value obtained by calculation with reference to the reflected power.
  • control unit may use an average value of values calculated for each microwave frequency as the calculated value.
  • the average value of the values calculated for each frequency is, for example, the average value of the reflected power values calculated for each frequency.
  • control unit may calculate the calculated value for each microwave frequency.
  • the controller may control the microwave generator when the calculated values for microwaves of two or more frequencies exceed thresholds.
  • control unit obtains the calculated value using a change finder, which is an online change point detection method for time series data.
  • the detector may further detect incident power.
  • the storage unit may store the incident power value along with the microwave frequency and elapsed time.
  • the control unit may calculate a reflectance, which is a ratio of the sum of the reflected powers to the sum of the incident powers, as the calculated value.
  • the controller may control the microwave generator based on the reflectance.
  • the storage unit may store the calculated value along with the elapsed time.
  • the control unit may control the microwave generation unit when the calculated value exceeds a threshold that is greater than 1 times the minimum value of the calculated value stored in the storage unit and smaller than 3 times the minimum value. .
  • control unit keeps the microwave generating unit until a predetermined time elapses from the start of heating even if the calculated value exceeds the threshold. No need to control.
  • the microwave generation unit may be controlled. .
  • the microwave generator may be controlled when the calculated value continuously exceeds the threshold value within a predetermined time.
  • the controller detects boiling of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • control unit detects expansion of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • control unit detects melting of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • control unit detects thawing of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • the controller detects rupture of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • the controller detects drying of the object to be heated as the state change of the object to be heated.
  • control unit may stop heating after detecting a change in the state of the object to be heated.
  • the heating conditions in the heating unit may be changed after detecting the state change of the object to be heated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microwave processing apparatus according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the microwave treatment according to the first embodiment includes a heating chamber 1, a microwave generator 3, an amplifier 4, a power feeder 5, a detector 6, and a controller 7. , and a storage unit 8 .
  • the microwave generating section 3 corresponds to the heating section.
  • the heating chamber 1 accommodates an object to be heated 2 such as food as a load.
  • the microwave generator 3 is composed of a semiconductor element.
  • the microwave generator 3 can generate microwaves of any frequency in a predetermined frequency band, and generates microwaves of a frequency specified by the controller 7 .
  • the amplifier 4 is composed of a semiconductor element.
  • the amplifier 4 amplifies the output level of the microwave generated by the microwave generator 3 according to an instruction from the controller 7 and outputs the amplified microwave.
  • the feeding section 5 functions as an antenna and supplies the microwave amplified by the amplifying section 4 to the heating chamber 1 as incident power. That is, the power supply unit 5 supplies incident power based on the microwaves generated by the microwave generation unit 3 to the heating chamber 1 . Of the incident power, the power that is not consumed by the object to be heated 2 or the like becomes reflected power that returns from the heating chamber 1 to the power supply unit 5 .
  • the detection unit 6 is composed of, for example, a directional coupler.
  • the detector 6 detects the value of the incident power and the value of the reflected power, and notifies the controller 7 of the information. That is, the detector 6 functions as both an incident power detector and a reflected power detector.
  • the detection unit 6 has a degree of coupling of, for example, approximately -40 dB, and extracts approximately 1/10000 of the incident power and the reflected power.
  • the extracted incident power is rectified by a detector diode (not shown), smoothed by a capacitor (not shown), and converted into information corresponding to the incident power.
  • the extracted reflected power is similarly converted into information corresponding to the reflected power by rectification and smoothing.
  • the control unit 7 receives these pieces of information.
  • the storage unit 8 is a storage medium such as a semiconductor memory, stores data from the control unit 7 , reads out the stored data, and transmits it to the control unit 7 .
  • the control unit 7 is composed of a microprocessor including a CPU (central processing unit).
  • the control unit 7 controls the microwave generation unit 3 and the amplification unit 4 based on the information from the detection unit 6 and the storage unit 8, and executes cooking control in the microwave processing apparatus.
  • the control unit 7 causes the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8) to store the frequency of the microwave generated by the microwave generation unit 3, the elapsed time from the start of heating, and the value of the reflected power.
  • the control unit 7 refers to the value of the reflected power stored in the storage unit 8 and performs calculations, and controls the microwave generation unit 3 based on the obtained calculation value RF.
  • the control unit 7 stores the calculated value RF in the storage unit 8 (second storage unit of the storage unit 8).
  • the calculated value RF is, for example, a value indicating the amount of change in reflected power. A value indicating the amount of change in reflected power will be described later.
  • the control unit 7 uses the average value of the values calculated for each microwave frequency as the calculated value RF.
  • the average value of the values calculated for each frequency is, for example, the average value of the reflected power values calculated for each frequency.
  • the control unit 7 uses the value calculated by the change finder as the calculated value RF.
  • Changefinder is an online change-point detection method for time-series data.
  • the control unit 7 stores the calculated value RF in the storage unit 8 (second storage unit of the storage unit 8) along with the elapsed time from the start of heating.
  • the controller 7 controls the microwave generator 3 to adjust the microwave power when the calculated value RF exceeds the threshold TH.
  • the threshold TH is a value that is larger than 1 times the minimum value of the calculated value RF and smaller than 3 times the minimum value of the calculated value RF.
  • control unit 7 does not control the microwave generation unit 3 until a predetermined time has passed since the start of heating.
  • the storage unit 8 is a single semiconductor memory, in which a first storage unit and a second storage unit are configured.
  • the first memory section and the second memory section may be composed of separate semiconductor memories.
  • control unit 7 detects boiling of the object 2 to be heated in the heating chamber 1 .
  • the controller 7 causes the microwave generator 3 to stop generating microwaves after boiling is detected.
  • FIG. 2 is a flow chart showing the overall flow of cooking control in the first embodiment.
  • the control unit 7 when the control unit 7 causes the microwave generation unit 3 to generate microwaves and starts heating (step S1), the control unit 7 first performs reflected power detection processing (step S2). .
  • FIG. 3 is a flowchart showing the details of detection processing. As shown in FIG. 3, when the detection process starts (step S11), the microwave generator 3 sweeps the frequency (step S12). Frequency sweeping is an operation of the microwave generator 3 that sequentially changes the frequency at predetermined frequency intervals over a predetermined frequency band (eg, 2400 MHz to 2500 MHz).
  • a predetermined frequency band eg, 2400 MHz to 2500 MHz.
  • the detection unit 6 detects the reflected power for the microwave of each frequency during the frequency sweep.
  • the control unit 7 measures the frequency characteristics of the reflected power from the detected reflected power (step S13).
  • the control unit 7 stores each frequency in the frequency sweep, the reflected power value for each frequency obtained in the measurement process, and the elapsed time from the start of heating in the storage unit 8 (first storage unit of the storage unit 8). It is stored (step S14).
  • the control unit 7 obtains a calculated value RF used for boiling detection based on the obtained frequency characteristics of the reflected power (step S14), and terminates the detection process (step S15).
  • the control unit 7 returns the process to the flowchart shown in FIG. 2, and heats the object 2 to be heated by microwave heating in the heating process (step S3).
  • the control unit 7 grasps the boiling state of the object to be heated 2 from the information obtained by the detection process (step S4). In the end determination (step S5), the control unit 7 determines whether or not the object to be heated 2 is in a boiling state.
  • control unit 7 determines that the object to be heated 2 is in a boiling state, it ends cooking (step S6). Otherwise, the control unit 7 continues cooking, determines new heating conditions as necessary (step S7), and advances the process to step S8.
  • step S8 the control unit 7 determines whether or not it is necessary to update the frequency characteristic due to the lapse of a certain period of time from the start of heating or due to a change in heating conditions.
  • the control unit 7 returns the process to the detection process (step S2) if the update is required, and returns the process to the heating process (step S3) if the update is not required.
  • a change finder is a method of calculating a score representing the degree of change in time-series data in real time.
  • non-patent documents 1 to 3 are typical documents related to change finders.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the flow of score calculation in the change finder.
  • the change finder uses a method based on two-stage learning of the time-series model, and its processing is roughly divided into steps S51 to S56.
  • time series data is read in step S51.
  • the time-series data in the present disclosure includes microwave frequency, elapsed time from the start of heating, incident power, reflected power, and reflectance.
  • step S52 the probability distribution function is learned.
  • step S53 a score is calculated.
  • An AR model autoregressive model
  • SDAR sequentialially discounting AR learning
  • step S54 the score calculated in step S53 is smoothed. Smoothing is to obtain the average value of the outlier scores obtained in steps S51 and S52 for the data within the window of predetermined integer T width. A new moving average score time series is constructed by shifting the window.
  • a probability distribution function is learned in step S55, and a score is calculated in step S56.
  • the processes of steps S55 and S56 are collectively called second stage learning.
  • the AR model is used to model the new time-series data smoothed in step S54, and the SDAR algorithm is used again for learning.
  • the obtained probability model data at each time point is calculated using the logarithmic loss or the Hellinger distance as in steps S52 and S53 to calculate the score. The higher the score, the higher the degree of change at each time point.
  • the advantages of changefinders are as follows.
  • the first-stage learning can only detect outliers in time series. However, after smoothing outlier scores to remove noise-sensitive outliers, only essential variations can be detected by a second iteration of training.
  • the predetermined integer T used in the description of step S54 is defined as "smooth”.
  • the SDAR algorithm performs computations iteratively, it updates the parameters, or statistics required for the computation, in the form of a weighted average of the ratio (1 ⁇ r):r of the current and new values. .
  • 'r' is a forgetting parameter with a value in the range 0 ⁇ r ⁇ 1. The smaller "r" is, the more sensitive the SDAR algorithm is to past data. Also in Embodiments 1 and 3, the forgetting parameter is defined as "r".
  • the score calculated in the first stage learning is a value before smoothing the score. Therefore, the score calculated in the first-stage learning is effective in detecting smaller state changes of the object 2 to be heated.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the threshold TH used for detecting the state change of the object to be heated 2 in the first embodiment.
  • the calculated value RF and the threshold TH are shown on the graph in FIG.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes) from the start of heating
  • the vertical axis indicates the calculated value RF.
  • the unit of the vertical axis in FIG. 5, that is, the unit of the calculated value RF and the threshold TH is determined by which value is used as the calculated value RF. For example, when the calculated value RF is the average value of the reflected power values, the unit of the vertical axis in FIG. 5 is power (W). Similarly, when the calculated value RF is the standard deviation of the reflected power values, the unit of the vertical axis is power (W). When the calculated value RF is a value calculated by the change finder method, the unit of the vertical axis in FIG. 5 is dimensionless.
  • the threshold TH is a value that is larger than 1 times the minimum value of the calculated value RF and smaller than 3 times the minimum value of the calculated value RF. A method of determining the threshold TH based on the calculated value RF from the start of heating will be described.
  • the threshold value TH is calculated by multiplying the minimum value of the calculated value RF from the start of heating by a predetermined magnification.
  • this magnification is a value greater than 1 and less than 3.
  • the controller 7 multiplies the new minimum value by the same magnification to update the threshold TH.
  • the minimum value of the calculated value RF is the minimum value of the calculated value RF obtained from the reflected power detected up to that point. Therefore, as shown in FIG. 5, when the calculated value RF decreases over time, the threshold TH decreases along with the change. On the other hand, when the calculated value RF increases over time, the threshold TH remains unchanged.
  • the threshold TH for detection determination is not set in advance.
  • the control unit 7 refers to the reflected power and the incident power stored in the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8), and sets the threshold value TH for each of the objects to be heated having different weights, shapes, and containers. decide.
  • flexible detection can be performed in consideration of variations in the object to be heated 2 expected in actual cooking.
  • the possibility of erroneous detection can be reduced, and highly accurate detection becomes possible.
  • the threshold TH is a value larger than 1 and smaller than 3 times the minimum value of the reflectance.
  • reflectance is the ratio of the sum of reflected power to the sum of incident power.
  • the optimal value for the multiplier to be multiplied by the minimum value of the calculated value RF also changes. Therefore, the storage unit 8 preliminarily stores setting conditions suitable for the type and weight of the object to be heated 2 .
  • the control unit 7 reads and uses the optimum setting conditions from the storage unit 8 based on information such as the type and weight of the object to be heated 2 input by the user. Thereby, detection accuracy can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining detection of state change of the object to be heated 2 in the first embodiment.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes) from the start of heating
  • the vertical axis indicates the calculated value RF.
  • the calculated value RF and the threshold TH are shown on the graph in FIG.
  • the units of the vertical and horizontal axes in FIG. 6 are the same as in FIG.
  • the control unit 7 keeps the object to be heated until a predetermined time TMa (guard time) elapses from the start of heating.
  • TMa guard time
  • Such a case is, for example, a case where the reflected power momentarily changes significantly due to a cause other than the phenomenon in which the object 2 to be heated continuously changes its state. This includes the case where the operation of the detector 6 is not stable.
  • a phenomenon other than a change in the state of the object to be heated 2 that causes a large instantaneous change in the reflected power is, for example, deformation of the wall surface of the heating chamber 1 caused by expansion due to temperature rise. Deformation of the object to be heated 2 having an unstable shape is one of such phenomena.
  • the storage unit 8 preliminarily stores setting conditions suitable for the type and weight of the object to be heated 2 .
  • the control unit 7 reads and uses the optimum setting conditions from the storage unit 8 based on information such as the type and weight of the object to be heated 2 input by the user. Thereby, detection accuracy can be improved.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing boiling detection of the object to be heated 2 in the first embodiment.
  • the object to be heated 2 is liquid.
  • microwaves may or may not be absorbed by the object to be heated 2 depending on the shaking of the surface during boiling. Therefore, when the object to be heated boils, the reflected power fluctuates greatly. That is, boiling of the object 2 to be heated can be detected by calculating the amount of change in the reflected power.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency.
  • the frequency average is the average value of multiple reflected power values.
  • Each of the plurality of reflected power values is obtained for a corresponding one of the plurality of frequencies.
  • the values that indicate the variation in the amount of change in reflected power such as variance, standard deviation, and coefficient of determination, increase. Therefore, boiling of the object to be heated 2 can be detected by calculating variations in the amount of change in the reflected power.
  • the variance may be sample variance or nonuniform variance. Variance may be overestimated using the sample variance. For this reason, it may be more appropriate to use the coefficient of determination rather than the sample variance to assess small variability.
  • the sample variance is defined by the following formula.
  • covariance is the average value of the values obtained by multiplying the deviation of one variable by the deviation of another variable. Covariance represents the trend of variability of two variables.
  • the coefficient of determination is defined by the following formula.
  • control unit 7 By detecting the boiling of the object 2 to be heated, the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • Some cooking such as pot-au-feu, requires the ingredients in the object to be heated 2 to be sufficiently heated by continuing to boil for a certain period of time.
  • a weak boiling state can be maintained by duty-controlling the microwave output after detecting boiling.
  • Duty control is a control method that repeatedly outputs a constant level signal while adjusting the ratio of ON and OFF.
  • Cooking that requires duty control of microwave output after boiling is detected is, for example, cooking of soups such as pot-au-feu and stew, and heating of drinks such as milk and water.
  • FIG. 8A shows the heating conditions in the boiling detection demonstration experiments for water, pot-au-feu and stew.
  • FIGS. 8B to 8E the horizontal axis indicates the heating time (minutes), and the vertical axis indicates the change finder score.
  • Each graph in FIGS. 8B to 8E shows changes in changefinder scores over time and changes in threshold TH over time. Each graph further shows the time when one of the four optical fiber thermometer probes inserted into the heated object 2 detects 100°C and the time when all of them detect 100°C.
  • the state change of the object to be heated 2 can be detected.
  • the calculated score varies greatly depending on the setting conditions. Therefore, the storage unit 8 preliminarily stores setting conditions suitable for the type and weight of the object to be heated 2 .
  • the control unit 7 reads and uses the optimum setting conditions from the storage unit 8 based on information such as the type and weight of the object to be heated 2 input by the user. Thereby, detection accuracy can be improved.
  • Embodiment 1 it is possible to accurately detect boiling for heated objects 2 having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimal cooking can be achieved.
  • a microwave processing apparatus according to Embodiment 2 of the present disclosure has the same configuration as the microwave processing apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. Therefore, in the second embodiment, the same or substantially the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • control unit 7 refers to the reflected power stored in the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8) and performs calculations for each frequency of the microwave.
  • the control unit 7 determines that a change in the state of the object to be heated 2 has been detected when the calculated value RF obtained for microwaves of two or more frequencies exceeds the threshold TH.
  • the control unit 7 causes the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8) to store the incident power value and the reflected power value together with the microwave frequency and the elapsed time from the start of heating. .
  • the control unit 7 calculates the reflectance from the incident power and the reflected power stored in the storage unit 8, and controls the microwave generation unit 3 based on the reflectance.
  • reflectance is the ratio of the sum of reflected power to the sum of incident power.
  • the control unit 7 It controls the microwave generator 3 .
  • control unit 7 detects expansion of the object 2 to be heated in the heating chamber 1 as the state change of the object 2 to be heated.
  • the microwave processing apparatus includes a radiation heater and a steam generator (both not shown) in addition to the microwave generator 3 as heating units.
  • the heating unit may include both or one of the radiant heater and the steam generator, and does not necessarily include both.
  • the control unit 7 After detecting the expansion of the object 2 to be heated, the control unit 7 changes the heating conditions including changing the heating unit to be used.
  • Changing the heating unit to be used means, for example, changing the heating unit to be used from the microwave generator 3 to a radiation heater or a steam generator in the heat treatment. The opposite is also possible.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the overall flow of cooking control in the second embodiment. As shown in FIG. 9, when the control unit 7 controls the microwave generation unit 3 to start heating (step S21), the control unit 7 first performs reflected power detection processing (step S22).
  • FIG. 10 is a flowchart showing the details of detection processing. As shown in FIG. 10, when the detection process starts (step S31), the microwave generator 3 sweeps the frequency (step S32).
  • the detection unit 6 detects reflected power and incident power for microwaves of each frequency during the frequency sweep.
  • the controller 7 measures the frequency characteristics of the reflected power, the frequency characteristics of the incident power, and the reflectance from the detected reflected power and incident power (step S33).
  • the control unit 7 causes the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8) to store each frequency in the frequency sweep and the reflected power, incident power, and reflectance for each frequency obtained in the measurement process.
  • the control unit 7 also stores the elapsed time from the start of heating in the storage unit 8 (first storage unit of the storage unit 8) (step S34). Based on the two obtained frequency characteristics, the control unit 7 obtains a calculated value RF used for detecting swelling (step S34), and terminates the detection process (step S35).
  • the control unit 7 returns the process to the flowchart shown in FIG. 9, and starts heating the object 2 to be heated by microwave heating in the heating process (step S23).
  • the control unit 7 may use oven heating or radiation heating using a radiation heater, or steam heating using a steam generator.
  • the control unit 7 grasps the swelling state of the heated object 2 from the information obtained by the detection process (step S24). In the end determination (step S25), the control unit 7 determines whether or not the object to be heated 2 is in a swollen state.
  • control unit 7 determines whether to maintain the same heating conditions or change the heating conditions including changing the heating unit to be used according to the swelling state of the object 2 to be heated (step S27).
  • step S28 the control unit 7 determines whether updating of the frequency characteristic is necessary due to a lapse of a certain period of time from the start of heating, a change in heating conditions, or the like.
  • the control unit 7 returns the process to the detection process (step S22) if the update is required, and returns the process to the heating process (step S23) if the update is not required.
  • step S27 If it is determined in step S27 that the heating conditions should be changed, the control unit 7 determines new heating conditions including changing the heating unit to be used (step S29), and advances the process to step S28.
  • the microwave generator 3 In the frequency sweep, the microwave generator 3 generates microwaves by sequentially increasing the frequency at predetermined frequency intervals from the lower limit of the predetermined frequency band.
  • the control unit 7 measures the frequency characteristics of the reflectance and selects the frequency that gives the lowest reflectance based on the obtained frequency characteristics.
  • the method of selecting the frequency that gives the lowest reflectance is not limited to this.
  • the microwave generator 3 may randomly change the frequency in a predetermined frequency band to generate microwaves.
  • the control unit 7 may obtain the reflectance for each frequency and select the frequency that gives the lowest reflectance.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining detection of state change of the object to be heated 2 in the second embodiment.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes) from the start of heating
  • the vertical axis indicates the calculated value RF obtained by referring to the reflected power stored in the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8).
  • the graph of FIG. 11 shows the calculated value RF and the threshold TH.
  • the units of the vertical and horizontal axes in FIG. 11 are the same as in FIG.
  • the control unit 7 detects that the state change of the object to be heated 2 is determined to have occurred.
  • Such a case is, for example, a case where the reflected power momentarily changes significantly due to a cause other than the phenomenon in which the object 2 to be heated continuously changes its state. This includes the case where the operation of the detector 6 is not stable.
  • a phenomenon other than a change in the state of the object to be heated 2 that causes a large instantaneous change in the reflected power is, for example, deformation of the wall surface of the heating chamber 1 caused by expansion due to temperature rise. Deformation of the object to be heated 2 having an unstable shape is one of such phenomena.
  • the predetermined time TMb it is preferable to set the predetermined time TMb to 1 second or more. This is because it is difficult to imagine that the above phenomenon continues to occur for more than one second. Further, as described above, when the threshold value TH is exceeded multiple times within the predetermined time TMb, it is determined that the state of the object to be heated 2 has changed, thereby improving the detection accuracy. In practice, it is preferable to set this number to a value between 2 and 10.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing expansion detection of the object to be heated 2 in the second embodiment. As shown in FIG. 12, the shape of the object 2 to be heated changes due to the expansion of the object 2 to be heated, and the object 2 to be heated dries.
  • the dielectric constant of the object to be heated 2 as a whole changes, and the distribution of the dielectric constant in the object to be heated 2 also changes. This also changes the frequency characteristics of the absorbed power. As a result, expansion of the object 2 to be heated can be detected by calculating the amount of change in reflected power during heating of the object 2 to be heated. Absorbed power means microwaves absorbed by the object 2 to be heated.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency. Generally, when the object 2 to be heated dries, the dielectric constant decreases.
  • the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating by detecting the start and completion of expansion of the object 2 to be heated. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • Cooking using puffing detection is, for example, baking soufflé and cream puff pastry and bread.
  • Embodiment 2 it is possible to accurately detect expansion of objects 2 to be heated having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimally finish cooking.
  • a microwave processing apparatus according to Embodiment 3 of the present disclosure has the same configuration as the microwave processing apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. Accordingly, in the third embodiment, the same or substantially the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • control unit 7 detects melting of the object 2 to be heated in the heating chamber 1 as the state change of the object 2 to be heated.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining detection of a state change of the object to be heated 2 in the third embodiment.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes) from the start of heating
  • the vertical axis indicates the calculated value RF obtained by referring to the reflected power stored in the storage unit 8 (the first storage unit of the storage unit 8).
  • the graph of FIG. 13 shows the calculated value RF and the threshold TH.
  • the units of the vertical and horizontal axes in FIG. 13 are the same as in FIG.
  • the control unit 7 detects the state change of the object 2 to be heated. It is determined that
  • Such a case is, for example, a case where the reflected power momentarily changes significantly due to a cause other than the phenomenon in which the object 2 to be heated continuously changes its state. This includes the case where the operation of the detector 6 is not stable.
  • a phenomenon other than a change in the state of the object to be heated 2 that causes a large instantaneous change in the reflected power is, for example, deformation of the wall surface of the heating chamber 1 caused by expansion due to temperature rise. Deformation of the object to be heated 2 having an unstable shape is one of such phenomena.
  • the predetermined time TMc it is preferable to set the predetermined time TMc to 1 second or more. This is because it is difficult to imagine that the above phenomenon continues to occur for more than one second.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing detection of melting of the object to be heated 2 in the third embodiment. As shown in FIG. 14, the material to be heated 2 is deformed by melting.
  • the dielectric constant of the object to be heated 2 as a whole changes, and the distribution of the dielectric constant in the object to be heated 2 also changes. This changes the frequency characteristic of the absorbed power. As a result, melting of the object 2 to be heated can be detected by calculating the amount of change in reflected power during heating of the object 2 to be heated.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency.
  • the dielectric constant increases when the object to be heated 2 melts.
  • the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating by detecting the start and completion of melting of the object 2 to be heated. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • Cooking that uses melting detection is, for example, melting butter and chocolate.
  • FIG. 15A shows heating conditions in a demonstration experiment of melting detection for butter and chocolate.
  • FIGS. 15B and 15C the horizontal axis indicates the heating time (minutes), and the vertical axis indicates the change finder score.
  • Each graph in FIGS. 15B and 15C shows the score of the change finder, the threshold TH, and the time at which the object to be heated 2 started to melt.
  • the calculated score varies greatly depending on the setting conditions. Therefore, the storage unit 8 preliminarily stores setting conditions suitable for the type and weight of the object to be heated 2 .
  • the control unit 7 reads and uses the optimum setting conditions from the storage unit 8 based on information such as the type and weight of the object to be heated 2 input by the user. Thereby, detection accuracy can be improved.
  • Embodiment 3 it is possible to accurately detect melting of objects 2 to be heated having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimally finish cooking.
  • a microwave processing apparatus according to Embodiment 4 of the present disclosure has the same configuration as the microwave processing apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. Therefore, in the fourth embodiment, the same or substantially the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the control unit 7 detects thawing of the object 2 to be heated as the state change of the object 2 to be heated.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram showing thawing detection of the object to be heated 2 in the fourth embodiment. As shown in FIG. 16, the object to be heated 2 is deformed by thawing.
  • the dielectric constant of the object to be heated 2 as a whole changes, and the distribution of the dielectric constant in the object to be heated 2 also changes. This changes the frequency characteristic of the absorbed power. As a result, thawing of the object 2 to be heated can be detected by calculating the amount of change in reflected power during heating of the object 2 to be heated.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency. Generally, the dielectric constant increases when the object 2 to be heated is thawed.
  • control unit 7 By detecting the start and completion of thawing of the object 2 to be heated, the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • Cooking that uses thawing detection is, for example, thawing frozen meat, frozen fish, frozen vegetables, and ice.
  • Embodiment 4 it is possible to accurately detect thawing of objects 2 to be heated having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimal cooking can be achieved.
  • Embodiment 5 A microwave processing apparatus according to Embodiment 5 of the present disclosure has the same configuration as the microwave processing apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. Therefore, in the fifth embodiment, the same or substantially the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the control unit 7 detects bursting of the object to be heated 2 as the state change of the object to be heated 2 .
  • ⁇ Rupture detection> 17A and 17B are conceptual diagrams showing burst detection of the object to be heated 2 in the fifth embodiment.
  • the rupture changes the shape of the object 2 to be heated and the position in which the object 2 is placed in the heating chamber 1 . These changes change the frequency characteristics of the absorbed power.
  • the amount of change in the reflected power during heating of the object 2 to be heated it is possible to detect the explosion of the object 2 to be heated.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency.
  • the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating by detecting the explosion of the object 2 to be heated. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • An example of cooking that uses burst detection is making bopped corn.
  • Embodiment 5 it is possible to accurately detect the explosion of objects 2 to be heated having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimally finish cooking.
  • Embodiment 6 A microwave processing apparatus according to Embodiment 6 of the present disclosure has the same configuration as the microwave processing apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. Therefore, in the sixth embodiment, the same or substantially the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the control unit 7 detects drying of the object 2 to be heated as the state change of the object 2 to be heated.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing drying detection of the object to be heated 2 in the sixth embodiment. As shown in FIG. 18, the object to be heated 2 is deformed by drying.
  • the dielectric constant of the object to be heated 2 as a whole changes, and the distribution of the dielectric constant in the object to be heated 2 also changes. This changes the frequency characteristic of the absorbed power. As a result, by calculating the amount of change in reflected power during heating of the object 2 to be heated, drying of the object 2 to be heated can be detected.
  • the value that indicates the amount of change in reflected power is the standard deviation, variance, and coefficient of determination of the reflected power value per arbitrary time, the score calculated by the changefinder method, and the change in reflected power per arbitrary time. Includes rate and range.
  • the value indicating the amount of change in reflected power further includes a frequency-averaged reflected power value and a reflected power value for each frequency. Generally, when the object 2 to be heated dries, the dielectric constant decreases.
  • the control unit 7 can change the heating conditions or end the heating by detecting the start of drying and the completion of drying of the object 2 to be heated. This can prevent overheating or underheating. As a result, the cooking can be finished optimally.
  • drying using dryness detection is the creation of dried fruits, dried vegetables, and dried meat. Dryness detection can also be used to reduce excess moisture in foods.
  • Non-cooking dryness sensing applications include microwave drying of wood, clothes, etc.
  • Embodiment 6 it is possible to accurately detect the dryness of heated objects 2 having different weights, shapes, materials, placement positions, etc., and optimally finish cooking.
  • the microwave processing device is a microwave heating device for industrial applications such as a heating cooker that dielectrically heats food, a drying device, a heating device for pottery, a garbage processor, a semiconductor manufacturing device, a chemical reaction device, etc. applicable to

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Abstract

本開示のマイクロ波処理装置は、加熱室と、マイクロ波発生部と、増幅部と、給電部と、検出部と、制御部と、記憶部と、を備える。マイクロ波発生部は、所定の周波数帯域における任意の周波数を有するマイクロ波を発生する。増幅部は、マイクロ波の出力レベルを増幅する。給電部は、増幅部により増幅されたマイクロ波を入射電力として加熱室に放射する。検出部は、入射電力のうち加熱室から給電部に戻る反射電力を検出する。制御部は、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。記憶部は、マイクロ波の周波数および加熱開始からの経過時間とともに反射電力の値を記憶する。制御部は、反射電力を参照した演算により得られた演算値に基づいて、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。

Description

マイクロ波処理装置
　本開示は、マイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関する。
　従来のマイクロ波処理装置に、反射波量の経時変化に基づいて、被加熱物が沸騰したことを検知し、半導体発振器の発振周波数および発振出力などを変化させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
　被加熱物の沸騰は、マイクロ波の反射電力の総和、またはマイクロ波の入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合の変化の大きさに基づいて検知される。変化の大きさを表す指標として、絶対値、偏差、および標準偏差が用いられる。上記従来のマイクロ波処理装置は、沸騰を検知した時点で加熱を終了または加熱出力を低減することで、食品の温度を精度良く制御することを意図する。
国際公開第２０１８／１２５１４７号
山西健司, データマイニングによる異常検知, 共立出版, 2009 J. Takeuchi and K. Yamanishi. A Unifying framework for detecting outliers and change points from time series. IEEE Transaction on Knowledge and Data Engineering, 18(4):482-492, 2006. K. Yamanishi and J. Takeuchi. Discovering outlier filtering rules from unlabeled data. In Proceeding of the Seventh ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD01), ACM Press, pp.389-394, 2001
　しかしながら、特許文献１に記載のマイクロ波処理装置において、沸騰制御の精度という点で未だ改善の余地がある。従って、本開示は、被加熱物の状態変化を精度良く検知可能なマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係るマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波発生部を含む加熱部と、増幅部と、給電部と、検出部と、制御部と、記憶部と、を備える。
　マイクロ波発生部は、所定の周波数帯域における任意の周波数を有するマイクロ波を発生する。増幅部は、マイクロ波の出力レベルを増幅する。給電部は、増幅部により増幅されたマイクロ波を入射電力として加熱室に放射する。検出部は、入射電力のうち加熱室から給電部に戻る反射電力を検出する。
　制御部は、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。記憶部は、マイクロ波の周波数および加熱開始からの経過時間とともに反射電力の値を記憶する。制御部は、反射電力を参照した演算により得られた演算値に基づいて、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。
　本開示に係るマイクロ波処理装置は、被加熱物の状態変化を精度良く検知することができる。被加熱物の状態変化とは、沸騰、膨化、融解、解凍、破裂、乾燥など、加熱による被加熱物の誘電率の変化、ならびに、加熱による被加熱物の形状および態様の変化である。
図１は、本開示の実施の形態１に係るマイクロ波処理装置の概略構成図である。 図２は、実施の形態１における調理制御全体の流れを示すフローチャートである。 図３は、実施の形態１における反射電力の検出処理の詳細を示すフローチャートである。 図４は、チェンジファインダ（change finder）におけるスコアの算出の流れを示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１における被加熱物の状態変化の検知に用いられる閾値を説明するための図である。 図６は、実施の形態１における被加熱物の状態変化の検知を説明するための図である。 図７は、実施の形態１における被加熱物の沸騰検知を示す概念図である。 図８Ａは、実施の形態１における沸騰検知の実証実験における加熱条件を示す図である。 図８Ｂは、実施の形態１における沸騰検知の実験結果を示す第１の図である。 図８Ｃは、実施の形態１における沸騰検知の実験結果を示す第２の図である。 図８Ｄは、実施の形態１における沸騰検知の実験結果を示す第３の図である。 図８Ｅは、実施の形態１における沸騰検知の実験結果を示す第４の図である。 図９は、実施の形態２における調理制御全体の流れを示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態２における反射電力の検出処理の詳細を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態２における被加熱物の状態変化の検知を説明するための図である。 図１２は、実施の形態２における被加熱物の膨化検知を示す概念図である。 図１３は、実施の形態３における被加熱物の状態変化の検知を説明するための図である。 図１４は、実施の形態３における被加熱物の融解検知を示す概念図である。 図１５Ａは、実施の形態３における融解検知の実証実験における加熱条件を説明するための図である。 図１５Ｂは、実施の形態３における融解検知の実験結果を示す第１の図である。 図１５Ｃは、実施の形態３における融解検知の実験結果を示す第２の図である。 図１６は、実施の形態４における被加熱物の解凍検知を示す概念図である。 図１７は、実施の形態５における被加熱物の破裂検知を示す概念図である。 図１８は、実施の形態６における被加熱物の乾燥検知を示す概念図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　特許文献１に記載のマイクロ波処理装置は、反射電力の変化および入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合の変化から被加熱物の沸騰状態を検知する。以下、入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合を反射率という。
　しかしながら、マイクロ波の周波数特性を考慮しない場合、加熱対象物の状態変化を精度よく検知することは困難である。周波数によって、被加熱物の状態変化に対して反射電力が変化する度合いが異なる。
　例えば、液体の沸騰に対して反射電力の変化が大きい周波数と、変化が小さい周波数がある。このような周波数特性は、加熱室内のマイクロ波の定在波分布に依存するため、周波数特性は、被加熱物の種類、粘度、量、形状、載置位置、加熱室の形状などに大きく影響される。周波数特性は、膨化、融解、解凍、破裂、乾燥などの被加熱物の状態変化の種類にも影響される。
　従って、様々な被加熱物に対する実際の調理において、１つの周波数または狭い帯域内の周波数を用いて状態変化を検知するのは困難である。
　本願発明者らは、鋭意研究した結果、周波数特性を考慮した反射電力の変化に基づいて、被加熱物の状態変化を精度よく検知する、以下の発明に想い到った。
　本開示の第１態様に係るマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波発生部を含む加熱部と、増幅部と、給電部と、検出部と、制御部と、記憶部と、を備える。
　マイクロ波発生部は、所定の周波数帯域における任意の周波数を有するマイクロ波を発生する。増幅部は、マイクロ波の出力レベルを増幅する。給電部は、増幅部により増幅されたマイクロ波を入射電力として加熱室に放射する。検出部は、入射電力のうち加熱室から給電部に戻る反射電力を検出する。
　制御部は、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。記憶部は、マイクロ波の周波数および加熱開始からの経過時間とともに反射電力の値を記憶する。制御部は、反射電力を参照した演算により得られた演算値に基づいて、マイクロ波発生部および増幅部を制御する。
　本開示の第２態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様に加えて、制御部は、演算値として、マイクロ波の周波数ごとに算出した値の平均値を用いてもよい。周波数ごとに算出した値の平均値とは例えば、周波数ごとに算出した反射電力の値の平均値である。
　本開示の第３態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様に加えて、制御部は、演算値をマイクロ波の周波数ごとに算出してもよい。制御部は、２つ以上の周波数のマイクロ波に対する演算値が閾値を超えた場合に、マイクロ波発生部を制御してもよい。
　本開示の第４態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様～第３態様のいずれかにおいて、制御部は、時系列データに対するオンライン変化点検出手法であるチェンジファインダを用いて演算値を求めてもよい。
　本開示の第５態様のマイクロ波処理装置において、検出部はさらに、入射電力を検出してもよい。記憶部は、マイクロ波の周波数および経過時間とともに入射電力の値を記憶してもよい。制御部は、演算値として、入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合である反射率を算出してもよい。制御部は、反射率に基づいてマイクロ波発生部を制御してもよい。
　本開示の第６態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様に加えて、記憶部は、演算値を経過時間とともに記憶してもよい。制御部は、記憶部に記憶された演算値の最小値の１倍より大きく、かつ該最小値の３倍より小さい閾値を演算値が超えた場合に、マイクロ波発生部を制御してもよい。
　本開示の第７態様に係るマイクロ波処理装置において、第６態様に加えて、制御部は、演算値が上記閾値を超えても加熱開始から所定の時間が経過するまではマイクロ波発生部を制御しなくてもよい。
　本開示の第８態様に係るマイクロ波処理装置において、第６態様に加えて、演算値が所定の時間内に複数回、上記閾値を超えた場合に、マイクロ波発生部を制御してもよい。
　本開示の第９態様に係るマイクロ波処理装置において、第６態様に加えて、演算値が所定の時間内に連続で上記閾値を超えた場合に、マイクロ波発生部を制御してもよい。
　本開示の第１０態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の沸騰を検知する。
　本開示の第１１態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の膨化を検知する。
　本開示の第１２態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の融解を検知する。
　本開示の第１３態様に係るマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の解凍を検知する。
　本開示の第１４態様のマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の破裂を検知する。
　本開示の第１５態様のマイクロ波処理装置において、第１態様～第９態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化として、被加熱物の乾燥を検知する。
　本開示の第１６態様のマイクロ波処理装置において、第１０態様～第１５態様のいずれかに加えて、制御部は、被加熱物の状態変化の検知後に加熱を停止してもよい。
　本開示の第１７態様に係るマイクロ波処理装置において、被加熱物の状態変化の検知後に加熱部における加熱条件を変更してもよい。
　以下、本開示の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態１）
　＜全体構成＞
　図１は、本開示の実施の形態１に係るマイクロ波処理装置の概略構成図である。図１に示すように、実施の形態１に係るマイクロ波処理処置は、加熱室１と、マイクロ波発生部３と、増幅部４と、給電部５と、検出部６と、制御部７と、記憶部８とを備える。実施の形態１において、マイクロ波発生部３は加熱部に相当する。
　加熱室１は、負荷である食品などの被加熱物２を収容する。マイクロ波発生部３は半導体素子で構成される。マイクロ波発生部３は、所定の周波数帯域における任意の周波数のマイクロ波を発生することができ、制御部７により指定された周波数のマイクロ波を発生する。
　増幅部４は半導体素子で構成される。増幅部４は、マイクロ波発生部３により発生されたマイクロ波の出力レベルを制御部７の指示に応じて増幅し、増幅されたマイクロ波を出力する。
　給電部５はアンテナとして機能し、増幅部４により増幅されたマイクロ波を入射電力として加熱室１に供給する。すなわち、給電部５は、マイクロ波発生部３により発生されたマイクロ波に基づく入射電力を加熱室１に供給する。入射電力のうち、被加熱物２などにより消費されない電力は、加熱室１から給電部５に戻る反射電力となる。
　検出部６は例えば方向性結合器で構成される。検出部６は入射電力の値および反射電力の値を検出し、その情報を制御部７に通知する。すなわち、検出部６は、入射電力検出部および反射電力検出部の両方として機能する。
　検出部６は、例えば約－４０ｄＢの結合度を有し、入射電力および反射電力の約１／１００００程度の電力を抽出する。抽出された入射電力は、検波ダイオード（図示せず）で整流化され、コンデンサ（図示せず）で平滑化されて、入射電力に応じた情報に変換される。抽出された反射電力も同様に、整流化および平滑化により反射電力に応じた情報に変換される。制御部７は、これらの情報を受信する。
　記憶部８は半導体メモリなどの記憶媒体であり、制御部７からのデータを記憶し、記憶したデータを読み出して制御部７に送信する。制御部７は、ＣＰＵ（central processing unit）を含むマイクロプロセッサで構成される。制御部７は、検出部６および記憶部８からの情報に基づいて、マイクロ波発生部３および増幅部４を制御して、マイクロ波処理装置における調理制御を実行する。
　制御部７は、マイクロ波発生部３により発生されたマイクロ波の周波数と加熱開始からの経過時間とともに、反射電力の値を記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶させる。
　制御部７は、記憶部８に記憶された反射電力の値を参照して演算を行い、得られた演算値ＲＦに基づき、マイクロ波発生部３を制御する。制御部７は、演算値ＲＦを記憶部８（記憶部８の第２記憶部）に記憶させる。演算値ＲＦは、例えば、反射電力の変化量を示す値である。反射電力の変化量を示す値については後述する。
　制御部７は、演算値ＲＦとして、マイクロ波の周波数ごとに算出した値の平均値を用いる。周波数ごとに算出した値の平均値とは例えば、周波数ごとに算出した反射電力の値の平均値である。
　制御部７は、演算値ＲＦとして、チェンジファインダにより算出した値を用いる。チェンジファインダとは、時系列データに対するオンライン変化点検出手法である。
　制御部７は、演算値ＲＦを、加熱開始からの経過時間とともに記憶部８（記憶部８の第２記憶部）に記憶させる。制御部７は、演算値ＲＦが閾値ＴＨを超えた場合に、マイクロ波発生部３を制御してマイクロ波電力を調整する。閾値ＴＨは、演算値ＲＦの最小値の１倍より大きく、かつ演算値ＲＦの最小値の３倍より小さい値である。
　制御部７は、演算値ＲＦが閾値ＴＨを超えても、加熱開始から所定の時間が経過するまではマイクロ波発生部３を制御しない。
　記憶部８は単一の半導体メモリであり、そのなかに第１記憶部と第２記憶部とが構成される。しかし、第１記憶部と第２記憶部とが別々の半導体メモリで構成されてもよい。
　実施の形態１において、制御部７は、加熱室１内の被加熱物２の沸騰検知を行う。制御部７は、沸騰検知後にマイクロ波発生部３にマイクロ波の発生を停止させる。
　＜フローチャート＞
　図２は、実施の形態１における調理制御全体の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、制御部７がマイクロ波発生部３にマイクロ波を発生させて加熱を開始すると（ステップＳ１）、最初に、制御部７は反射電力の検出処理（ステップＳ２）を行う。
　図３は、検出処理の詳細を示すフローチャートである。図３に示すように、検出処理が始まると（ステップＳ１１）、マイクロ波発生部３は周波数掃引を行う（ステップＳ１２）。周波数掃引とは、所定の周波数帯域（例えば、２４００ＭＨｚ～２５００ＭＨｚ）にわたって周波数を所定の周波数間隔で順に変えるマイクロ波発生部３の動作である。
　検出部６は、周波数掃引中、各周波数のマイクロ波に対する反射電力を検出する。制御部７は、検出された反射電力から、反射電力の周波数特性を測定する（ステップＳ１３）。
　制御部７は、周波数掃引における各周波数と、測定処理で得られた各周波数に対する反射電力の値と、加熱開始からの経過時間と、を記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶させる（ステップＳ１４）。制御部７は、得られた反射電力の周波数特性に基づいて沸騰検知のために使用する演算値ＲＦを求めて（ステップＳ１４）、検出処理を終了する（ステップＳ１５）。
　制御部７は、処理を図２に示すフローチャートに戻し、加熱処理においてマイクロ波加熱により被加熱物２を加熱する（ステップＳ３）。
　制御部７は、検出処理で得られた情報から被加熱物２の沸騰状態を把握する（ステップＳ４）。終了判定（ステップＳ５）において、制御部７は、被加熱物２が沸騰状態にあるか否かを判定する。
　制御部７は、被加熱物２が沸騰状態にあると判定した場合、調理を終了する（ステップＳ６）。そうでなければ、制御部７は調理を継続させ、必要に応じて新たな加熱条件を決定し（ステップＳ７）、処理をステップＳ８に進める。
　ステップＳ８において、制御部７は、加熱開始から一定時間経過または加熱条件の変更などにより、周波数特性の更新が必要であるか否かを判定する。制御部７は、更新が必要であれば処理を検出処理（ステップＳ２）に戻し、更新が不要であれば処理を加熱処理（ステップＳ３）に戻す。
　＜チェンジファインダ＞
　チェンジファインダとは、リアルタイムに時系列データの変化の度合いを表すスコアを計算する方法である。チェンジファインダに関する代表的な文献は例えば、非特許文献１～３である。
　ここで、チェンジファインダの概要を説明する。図４は、チェンジファインダにおけるスコア算出の流れを示すフローチャートである。チェンジファインダは時系列モデルの２段階学習に基づく方式を用いており、その処理はステップＳ５１～ステップＳ５６に大別される。
　図４に示すように、ステップＳ５１において、時系列データを読み込む。本開示における時系列データは、マイクロ波の周波数と、加熱開始からの経過時間と、入射電力と、反射電力と、反射率とを含む。
　ステップＳ５２において、確率分布関数を学習する。ステップＳ５３において、スコアを算出する。ステップＳ５２およびＳ５３の処理はまとめて第一段階学習と呼ばれる。時系列データの確率モデルであるＡＲモデル（autoregressive model）を、オンライン忘却型学習アルゴリズム（以下、ＳＤＡＲ（sequentially discounting AR learning）アルゴリズムと呼ぶ）を用いて学習する。得られた確率密度関数から、各時点のデータの外れ値を対数損失またはヘリンジャースコアで計算し、スコアを算出する。
　ステップＳ５４において、ステップＳ５３で算出されたスコアの平滑化を行う。平滑化とは、幅が所定の整数Ｔの窓内のデータに関して、ステップＳ５１およびＳ５２で求めた外れ値スコアの平均値を求めることである。窓をずらすことによって移動平均スコアの時系列を新たに構成する。
　ステップＳ５５において確率分布関数を学習し、ステップＳ５６においてスコアを算出する。ステップＳ５５およびＳ５６の処理はまとめて第二段階学習と呼ばれる。ＡＲモデルを用いてステップＳ５４で平滑化した新しい時系列データをモデル化し、再びＳＤＡＲアルゴリズムを用いて学習を行なう。
　得られた確率モデルの各時点のデータを、対数損失またはステップＳ５２およびＳ５３と同様にヘリンジャー距離を用いて計算し、スコアを算出する。スコアが高いほど各時点での変化の度合いは高い。
　チェンジファインダの利点は以下の通りである。第一段階学習では時系列中の外れ値しか検知できない。しかし、外れ値スコアの平滑化によりノイズに反応した外れ値を除去した後、２回目の学習によって本質的な変動のみを検出することができる。
　本開示の実施の形態１および後述する実施の形態３において、ステップＳ５４の説明で用いた所定の整数Ｔを「smooth」と定義する。
　ＳＤＡＲアルゴリズムは計算を逐次的に実行する上で、パラメータ、またはその計算に必要な統計量を、現在の値と新しい値の（１－ｒ）：ｒの比の重み付き平均の形で更新する。ここで、「ｒ」は、０＜ｒ＜１の範囲の値である忘却パラメータである。「ｒ」が小さいほど、ＳＤＡＲアルゴリズムは過去のデータに大きく影響される。実施の形態１および実施の形態３においても、忘却パラメータを「ｒ」と定義する。
　図４に示す第一段階学習で算出したスコアを用いて、被加熱物２の状態変化を検知することも可能である。第一段階学習で算出したスコアは、スコアの平滑化を実施する前の値である。このため、第一段階学習で算出したスコアは、被加熱物２のより小さな状態変化を検知することに有効である。
　ただし、周囲の振動、加熱室１内の温度上昇による、加熱室１の壁面およびドアのガラスなどにおける誘電率の変化、および、微小な形状変化によるノイズを検知する可能性がある。従って、第一段階学習で算出したスコアと、第二段階学習で算出したスコアとのどちらを被加熱物２の状態変化の検知に用いるかは、用途により決定するのが好ましい。
　図５は、実施の形態１における被加熱物２の状態変化の検知に用いられる閾値ＴＨを説明するための図である。図５のグラフ上に、演算値ＲＦと閾値ＴＨとが示される。図５において、横軸は加熱開始からの経過時間（分）を示し、縦軸は演算値ＲＦを示す。
　図５の縦軸の単位、すなわち演算値ＲＦおよび閾値ＴＨの単位は、演算値ＲＦとしてどの値を用いるかによって決まる。例えば、演算値ＲＦが反射電力の値の平均値である場合、図５の縦軸の単位は電力（Ｗ）である。演算値ＲＦが反射電力の値の標準偏差である場合も同様に縦軸の単位は電力（Ｗ）である。演算値ＲＦがチェンジファインダの手法で算出された値である場合、図５の縦軸の単位は無次元である。
　前述のように、閾値ＴＨは、演算値ＲＦの最小値の１倍より大きく、演算値ＲＦの最小値の３倍より小さい値である。閾値ＴＨを、加熱開始からの演算値ＲＦに基づいて決定する方法について説明する。
　閾値ＴＨは、演算値ＲＦの、加熱開始からの最小値に所定の倍率を乗じることで算出される。本開示において、この倍率は１倍より大きく３倍より小さい値である。演算値ＲＦの最小値が更新された場合、制御部７は新しい最小値に同じ倍率を乗じて閾値ＴＨを更新する。
　すなわち、演算値ＲＦの最小値とは、その時点までに検出された反射電力から得られた演算値ＲＦの最小値である。そのため、図５に示すように、演算値ＲＦが時間経過とともに減少する場合、その変化に伴って閾値ＴＨは減少する。一方、演算値ＲＦが時間経過とともに増加する場合、閾値ＴＨは不変である。
　実施の形態１において、検知判定のための閾値ＴＨは予め設定されるのではない。制御部７は、記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶された反射電力および入射電力を参照して、重量、形状、容器の異なる被加熱物の各々に対して閾値ＴＨを決定する。これにより、実際の調理で想定される被加熱物２のバラツキを考慮した柔軟な検知を行うことができる。その結果、誤検知の可能性を低下させることができ、精度の高い検知が可能となる。
　演算値ＲＦが反射率である場合、閾値ＴＨは、反射率の最小値の１倍より大きく３倍より小さい値である。閾値ＴＨを用いることで、被加熱物２のごく僅かな部分の融解、部分的な沸騰などの、被加熱物の小さな状態変化を検知することができる。前述のように、反射率とは、入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合である。
　被加熱物２の重量、粘度、種類、容器に応じて、演算値ＲＦの最小値に乗じる倍率の最適値も変化する。従って、記憶部８は、被加熱物２の種類、重量などに適した設定条件を予め記憶する。制御部７は、使用者により入力される被加熱物２の種類、重量などの情報に基づいて、最適な設定条件を記憶部８から読み出して使用する。これにより、検知精度を向上させることができる。
　実施の形態１および実施の形態３において、演算値ＲＦの最小値に乗じる倍率を「threshold」と呼ぶ。
　図６は、実施の形態１における被加熱物２の状態変化の検知を説明するための図である。図６において、横軸は加熱開始からの経過時間（分）を示し、縦軸は演算値ＲＦを示す。図６のグラフ上に、演算値ＲＦと閾値ＴＨとが示される。図６の縦軸および横軸の単位は図５と同じである。
　図６に示すように、制御部７は、反射電力を参照して得られる演算値ＲＦが閾値ＴＨを超えても、加熱開始から所定の時間ＴＭａ（ガード時間）が経過するまでは被加熱物２の状態変化の検知判定を行わない。
　これにより、次の場合において誤検知の可能性を低下させることができ、精度の高い検知が可能となる。その場合とは、例えば、被加熱物２の状態変化が継続的に生じる現象以外の原因により、反射電力が瞬間的に大きく変化する場合である。検出部６の動作が安定していない場合もそれに含まれる。
　反射電力を瞬間的に大きく変化させる、被加熱物２の状態変化以外の現象とは、例えば、温度上昇による膨張を原因とする加熱室１の壁面の変形である。不安定な形状の被加熱物２の変形もその現象の一つである。
　マイクロ波処理装置の一例である電子レンジにおいて、これらの現象は加熱開始から２０分以内に生じることが多い。これは、加熱室１の温度が設定温度に到達するまでに２０分程度かかることが多いからである。従って、実際の調理では時間ＴＭａを１秒～２０分の範囲内の数値に設定するのが適切である。
　被加熱物２の重量、粘度、種類、容器に応じてその最適値は変化する。従って、記憶部８は、被加熱物２の種類、重量などに適した設定条件を予め記憶する。制御部７は、使用者により入力される被加熱物２の種類、重量などの情報に基づいて、最適な設定条件を記憶部８から読み出して使用する。これにより、検知精度を向上させることができる。
　＜沸騰検知＞
　図７は、実施の形態１における被加熱物２の沸騰検知を示す概念図である。図７において、被加熱物２は液体である。
　図７に示すように、沸騰中の表面の揺れに応じて、マイクロ波が被加熱物２に吸収される場合と吸収されない場合が生じる。従って、被加熱物が沸騰すると反射電力は大きく変動する。すなわち、反射電力の変化量を算出することで被加熱物２の沸騰を検知することができる。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。
　周波数平均とは、複数の反射電力の値の平均値である。複数の反射電力の値の各々は、複数の周波数のうちの対応する１つに対して得られるものである。
　液体が沸騰すると、分散、標準偏差、および決定係数など、反射電力の変化量のばらつきを示す値が大きくなる。このため、反射電力の変化量のばらつきを算出することで、被加熱物２の沸騰を検知することができる。
　分散は、標本分散でもよく不遍分散でもよい。標本分散を用いると、ばらつきが大きく評価される場合がある。このため、小さいばらつきを評価するためには、標本分散よりも決定係数を用いる方が適切な場合がある。
　標本分散は次の式により定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、共分散とは、ある変数の偏差と別の変数の偏差とを乗じて得られる値の平均値である。共分散は、２つの変数のばらつきの傾向を表す。
　決定係数は次の式により定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　制御部７は、被加熱物２の沸騰を検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　調理の中にはポトフのように、一定時間沸騰させ続けることで、被加熱物２内の食材を十分加熱する必要のあるものもある。このような調理において、沸騰を検知した後、マイクロ波出力をデューティ制御することで、弱い沸騰状態を維持することができる。これにより、過加熱による食材の煮崩れおよびスープの濁りを低減することができる。
　デューティ制御とは、オンとオフとの比率を調整しながら一定レベルの信号を繰り返し出力する制御方法である。
　沸騰検知後にマイクロ波出力のデューティ制御を行うべき調理は例えば、ポトフ、シチューなどのスープ類の調理、牛乳、水などの飲み物類の加熱である。
　＜沸騰検知の実証実験＞
　図８Ａ～図８Ｅは、実施の形態１における沸騰検知の実験結果を示す図である。図８Ａは、水、ポトフおよびシチューに対する沸騰検知の実証実験における加熱条件を示す。
　図８Ｂ～図８Ｅにおいて、横軸は加熱時間（分）、縦軸はチェンジファインダのスコアを示す。図８Ｂ～図８Ｅにおける各グラフは、チェンジファインダのスコアの経時変化と、閾値ＴＨの経時変化とを示す。各グラフはさらに、被加熱物２に挿入された４本の光ファイバー温度計のプローブの内の、１本が１００℃を検知した時点と、全部が１００℃を検知した時点とを示す。
　図８Ｂは、“ｒ”＝０．０１、“smooth”＝２０、“threshold”＝１．２というチェンジファインダの設定条件におけるシチューに対する沸騰検知の実験結果を示す。図８Ｂに示すように、この設定条件では、重量、容器などの異なる５つの加熱条件全てに対してシチューの沸騰検知に成功した。
　図８Ｃは、“ｒ”＝０．０１、“smooth”＝２０、“threshold”＝１．２というチェンジファインダの設定条件におけるポトフに対する沸騰検知の実験結果を示す。図８Ｃに示すように、この設定条件では、重量、容器などの異なる９つの加熱条件全てに対してポトフの沸騰検知に成功した。
　図８Ｄは、“ｒ”＝０．０１、“smooth”＝２０、“threshold”＝１．２というチェンジファインダの設定条件における水に対する沸騰検知の実験結果を示す。図８Ｄに示すように、この設定条件では、重量、容器などの異なる５つの加熱条件の内の３つに対して水の沸騰検知に成功した。
　図８Ｅは、“ｒ”＝０．０４、“smooth”＝４０、“threshold”＝１．２２というチェンジファインダの設定条件における水に対する沸騰検知の実験結果を示す。図８Ｅに示すように、この設定条件では、重量、容器などの異なる５つの加熱条件全てに対して水の沸騰検知に成功した。
　上記のように、水の沸騰検知において、シチューおよびポトフの沸騰検知におけるチェンジファインダの設定条件を用いた。このため、いくつかの加熱条件において水の沸騰検知に失敗した。しかし、水の沸騰検知に適したチェンジファインダの設定条件を用いれば、全ての加熱条件に対して水の沸騰検知が可能である。
　チェンジファインダの設定条件によって、被加熱物２の重量、粘度、種類、容器、水と具材との比率が異なっても、被加熱物２の状態変化を検知することができる。
　算出されるスコアは設定条件によって大きく異なる。従って、記憶部８は、被加熱物２の種類、重量などに適した設定条件を予め記憶する。制御部７は、使用者により入力される被加熱物２の種類、重量などの情報に基づいて、最適な設定条件を記憶部８から読み出して使用する。これにより、検知精度を向上させることができる。
　図８Ａ～図８Ｅに示す実証実験において、ガラス製の容器に蓋をした状態で調理を行なった。しかし、蓋を外した場合でも同様の結果を得ることができる。
　マイクロ波を透過しない金属製の容器に金属製の蓋をした場合、沸騰により容器と蓋との間から加熱室内に水蒸気が放出される。また、水蒸気が凝縮して加熱室１内に水滴が付着する。これにより、反射電力を参照して得られる演算値ＲＦが大きく変化する。このため、被加熱物２の沸騰を検知することができる。
　図８Ａ～図８Ｅに示す実証実験において、顆粒のコンソメまたは市販のシチュー用の固形ルーを加えることで、被加熱物２の誘電率を増加させ、その粘度も変化させる。しかし、コンソメおよび固形ルー以外で誘電率および粘度を変化させた場合でも、沸騰検知は可能である。
　以上の通り、実施の形態１によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な沸騰検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　（実施の形態２）
　＜全体構成＞
　本開示の実施の形態２のマイクロ波処理装置は、図１に示す実施の形態１のマイクロ波処理装置と同じ構成を備える。従って、実施の形態２において、実施の形態１と同一または実質同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　実施の形態２において、制御部７は、記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶された反射電力を参照して行う演算を、マイクロ波の各周波数に対して行う。制御部７は、２つ以上の周波数のマイクロ波に対して得られた演算値ＲＦが閾値ＴＨを超えた場合に、被加熱物２の状態変化を検知したと判定する。
　実施の形態２において、制御部７は、マイクロ波の周波数と加熱開始からの経過時間とともに、入射電力の値および反射電力の値を記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶させる。制御部７は、記憶部８に記憶された入射電力および反射電力から反射率を算出し、反射率に基づいてマイクロ波発生部３を制御する。前述のように、反射率とは、入射電力の総和に対する反射電力の総和の割合である。
　制御部７はさらに、記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶された反射電力を参照して得られる演算値ＲＦが任意の時間内に複数回、閾値ＴＨを超えた場合にマイクロ波発生部３を制御する。
　実施の形態２において、制御部７は、被加熱物２の状態変化として、加熱室１内の被加熱物２の膨化を検知する。
　実施の形態２において、マイクロ波処理装置は、加熱部として、マイクロ波発生部３のほかに輻射ヒータおよびスチーム発生装置（いずれも不図示）を含む。ただし、加熱部は、輻射ヒータおよびスチーム発生装置の両方または一方を含めばよく、必ずしも両方を含む必要はない。
　被加熱物２の膨化検知後に、制御部７は、使用する加熱部の変更も含めた加熱条件の変更を行う。使用する加熱部の変更とは、例えば、加熱処理において、使用する加熱部をマイクロ波発生部３から輻射ヒータまたはスチーム発生装置に変更することである。その逆でもよい。
　＜フローチャート＞
　図９は、実施の形態２における調理制御全体の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、制御部７がマイクロ波発生部３を制御して加熱を開始すると（ステップＳ２１）、最初に、制御部７は反射電力の検出処理（ステップＳ２２）を行う。
　図１０は、検出処理の詳細を示すフローチャートである。図１０に示すように、検出処理が始まると（ステップＳ３１）、マイクロ波発生部３は周波数掃引を行う（ステップＳ３２）。
　検出部６は、周波数掃引中、各周波数のマイクロ波に対する反射電力および入射電力を検出する。制御部７は、検出された反射電力および入射電力から、反射電力の周波数特性と、入射電力の周波数特性と、反射率とを測定する（ステップＳ３３）。
　制御部７は、周波数掃引における各周波数と、測定処理で得られた各周波数に対する反射電力、入射電力、および反射率を記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶させる。制御部７は、加熱開始からの経過時間も記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶させる（ステップＳ３４）。制御部７は、得られた２つの周波数特性に基づいて膨化検知のために使用する演算値ＲＦを求めて（ステップＳ３４）、検出処理を終了する（ステップＳ３５）。
　制御部７は、処理を図９に示すフローチャートに戻し、加熱処理においてマイクロ波加熱により被加熱物２加熱する（ステップＳ２３）を開始する。加熱処理において、制御部７は、マイクロ波加熱に加えて、輻射ヒータを用いたオーブン加熱もしくは輻射加熱、または、スチーム発生装置によるスチーム加熱を用いても良い。
　制御部７は、検出処理で得られた情報から被加熱物２の膨化状態を把握する（ステップＳ２４）。終了判定（ステップＳ２５）において、制御部７は、被加熱物２が膨化状態にあるか否かを判定する。
　制御部７は、被加熱物２が膨化状態にあると判定した場合、調理を終了する（ステップＳ２６）。そうでなければ、制御部７は、被加熱物２の膨化状態に応じて、同じ加熱条件を維持するか、使用する加熱部の変更などを含めて加熱条件を変更するかを判定する（ステップＳ２７）。
　制御部７は、同じ加熱条件を維持するべきと判定した場合、処理をステップＳ２８に進める。ステップＳ２８において、制御部７は、加熱開始から一定時間経過または加熱条件の変更などにより、周波数特性の更新が必要であるか否かを判定する。制御部７は、更新が必要であれば処理を検出処理（ステップＳ２２）に戻し、更新が不要であれば処理を加熱処理（ステップＳ２３）に戻す。
　ステップＳ２７において、加熱条件を変更するべきと判定した場合、制御部７は、使用する加熱部の変更などを含めた新たな加熱条件を決定し（ステップＳ２９）、処理をステップＳ２８に進める。
　周波数掃引において、マイクロ波発生部３は、所定の周波数帯域における下限から所定の周波数間隔で順に周波数を増加させてマイクロ波を発生する。制御部７は、反射率の周波数特性を測定し、得られた周波数特性に基づいて最も低い反射率をもたらす周波数を選択する。
　しかし、最も低い反射率をもたらす周波数の選択方法はこれに限定されない。例えば、マイクロ波発生部３は、所定の周波数帯域においてランダムに周波数を変えてマイクロ波を発生させてもよい。制御部７は、各周波数に対する反射率を求め、最も低い反射率をもたらす周波数を選択してもよい。
　図１１は、実施の形態２における被加熱物２の状態変化の検知を説明するための図である。
　図１１において、横軸は加熱開始からの経過時間（分）を示し、縦軸は記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶された反射電力を参照して得られる演算値ＲＦを示す。図１１のグラフ上に、演算値ＲＦと閾値ＴＨとが示される。図１１の縦軸および横軸の単位は図５と同じである。
　図１１に示すように、反射電力を参照して得られる演算値ＲＦが所定の時間ＴＭｂの間に２回、閾値ＴＨを超えた場合に、制御部７は、被加熱物２の状態変化が生じたと判定する。
　これにより、次の場合において、誤検知の可能性を低下させることができ、精度の高い検知が可能となる。その場合とは、例えば、被加熱物２の状態変化が継続的に生じる現象以外の原因により、反射電力が瞬間的に大きく変化する場合である。検出部６の動作が安定していない場合もそれに含まれる。
　反射電力を瞬間的に大きく変化させる、被加熱物２の状態変化以外の現象とは、例えば、温度上昇による膨張を原因とする加熱室１の壁面の変形である。不安定な形状の被加熱物２の変形もその現象の一つである。
　実際の調理において、所定の時間ＴＭｂを１秒以上に設定するのが好ましい。これは、前述の現象が１秒以上発生し続けるとは考えにくいからである。また、前述のように、所定の時間ＴＭｂ内に複数回、閾値ＴＨを超えた場合に、被加熱物２の状態変化が生じたと判定することで、検知精度は向上する。実用上、この回数を２～１０の間の値に設定するのが好ましい。
　＜膨化検知＞
　図１２は、実施の形態２における被加熱物２の膨化検知を示す概念図である。図１２に示すように、被加熱物２の膨化により被加熱物２の形状が変化するとともに被加熱物２は乾燥する。
　これに伴って、被加熱物２全体の誘電率は変化し、被加熱物２における誘電率の分布も変化する。これにより、吸収電力の周波数特性も変化する。その結果、被加熱物２の加熱中の反射電力の変化量を算出することで、被加熱物２の膨化を検知することができる。吸収電力とは、被加熱物２に吸収されるマイクロ波を意味する。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。一般的に、被加熱物２が乾燥すると誘電率は低下する。
　制御部７は、被加熱物２の膨化開始と膨化完了とを検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　膨化検知を用いる調理は例えば、スフレおよびシュークリームの生地（puff pastry）およびパン類を焼くことである。
　以上の通り、実施の形態２によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な膨化検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　（実施の形態３）
　＜全体構成＞
　本開示の実施の形態３のマイクロ波処理装置は、図１に示す実施の形態１のマイクロ波処理装置と同じ構成を備える。従って、実施の形態３において、実施の形態１と同一または実質同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　実施の形態３において、制御部７は、被加熱物２の状態変化として、加熱室１内の被加熱物２の融解を検知する。
　図１３は、実施の形態３における被加熱物２の状態変化の検知を説明するための図である。
　図１３において、横軸は加熱開始からの経過時間（分）を示し、縦軸は記憶部８（記憶部８の第１記憶部）に記憶された反射電力を参照して得られる演算値ＲＦを示す。図１３のグラフ上に、演算値ＲＦと閾値ＴＨとが示される。図１３の縦軸および横軸の単位は図５と同じである。
　図１３に示すように、反射電力を参照して得られる演算値ＲＦが所定の時間ＴＭｃの間に連続で閾値ＴＨを超えた場合に、制御部７は、被加熱物２の状態変化を検知したと判定する。
　これにより、次の場合において、誤検知の可能性を低下させることができ、精度の高い検知が可能となる。その場合とは、例えば、被加熱物２の状態変化が継続的に生じる現象以外の原因により、反射電力が瞬間的に大きく変化する場合である。検出部６の動作が安定していない場合もそれに含まれる。
　反射電力を瞬間的に大きく変化させる、被加熱物２の状態変化以外の現象とは、例えば、温度上昇による膨張を原因とする加熱室１の壁面の変形である。不安定な形状の被加熱物２の変形もその現象の一つである。
　実際の調理において、所定の時間ＴＭｃを１秒以上に設定するのが好ましい。これは、前述の現象が１秒以上発生し続けるとは考えにくいからである。
　＜融解検知＞
　図１４は、実施の形態３における被加熱物２の融解検知を示す概念図である。図１４に示すように、融解により被加熱物２は変形する。
　これに伴って、被加熱物２全体の誘電率は変化し、被加熱物２における誘電率の分布も変化する。これにより、吸収電力の周波数特性が変化する。その結果、被加熱物２の加熱中の反射電力の変化量を算出することで、被加熱物２の融解を検知することができる。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。一般的に、被加熱物２が融解すると誘電率は増加する。
　制御部７は、被加熱物２の融解開始と融解完了とを検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　融解検知を用いる調理は例えば、バターおよびチョコレートの融解である。
　＜融解検知の実証実験＞
　図１５Ａ～図１５Ｃは、実施の形態３における融解検知の実験結果を示す図である。図１５Ａは、バターおよびチョコレートに対する融解検知の実証実験における加熱条件を示す。
　図１５Ｂおよび図１５Ｃにおいて、横軸は加熱時間（分）、縦軸はチェンジファインダのスコアを示す。図１５Ｂおよび図１５Ｃにおける各グラフは、チェンジファインダのスコアと、閾値ＴＨと、被加熱物２が溶け始めた時間とを示す。
　図１５Ｂは、“ｒ”＝０．０１、“smooth”＝５、“threshold”＝１．５というチェンジファインダの設定条件におけるバターとチョコレートとに対する融解検知の実験結果を示す。図１５Ｂに示すように、この設定条件では、バターの融解検知に成功したが、チョコレートの融解検知には失敗した。
　図１５Ｃは、“ｒ”＝０．０２、“smooth”＝５０、“threshold”＝１．０８というチェンジファインダの設定条件におけるバターとチョコレートとに対する融解検知の実験結果を示す。図１５Ｃに示すように、この設定条件では、バターの融解検知およびチョコレートの融解検知に成功した。
　チェンジファインダの設定条件によって、被加熱物２の重量および種類が異なっても、被加熱物２の状態変化を検知することができる。
　算出されるスコアは設定条件によって大きく異なる。従って、記憶部８は、被加熱物２の種類、重量などに適した設定条件を予め記憶する。制御部７は、使用者により入力される被加熱物２の種類、重量などの情報に基づいて、最適な設定条件を記憶部８から読み出して使用する。これにより、検知精度を向上させることができる。
　以上の通り、実施の形態３によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な融解検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　（実施の形態４）
　＜全体構成＞
　本開示の実施の形態４のマイクロ波処理装置は、図１に示す実施の形態１のマイクロ波処理装置と同じ構成を備える。従って、実施の形態４において、実施の形態１と同一または実質同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。実施の形態４において、制御部７は、被加熱物２の状態変化として、被加熱物２の解凍を検知する。
　＜解凍検知＞
　図１６は、実施の形態４における被加熱物２の解凍検知を示す概念図である。図１６に示すように、解凍により被加熱物２は変形する。
　これに伴って、被加熱物２全体の誘電率は変化し、被加熱物２における誘電率の分布も変化する。これにより、吸収電力の周波数特性が変化する。その結果、被加熱物２の加熱中の反射電力の変化量を算出することで、被加熱物２の解凍を検知することができる。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。一般的に、被加熱物２が解凍すると誘電率は増加する。
　制御部７は、被加熱物２の解凍開始と解凍完了とを検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　解凍検知を用いる調理は例えば、冷凍肉、冷凍魚、冷凍野菜、氷の解凍である。
　以上の通り、実施の形態４によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な解凍検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　（実施の形態５）
　本開示の実施の形態５のマイクロ波処理装置は、図１に示す実施の形態１のマイクロ波処理装置と同じ構成を備える。従って、実施の形態５において、実施の形態１と同一または実質同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。実施の形態５において、制御部７は、被加熱物２の状態変化として、被加熱物２の破裂を検知する。
　＜破裂検知＞
　図１７は、実施の形態５における被加熱物２の破裂検知を示す概念図である。図１７に示すように、破裂により、被加熱物２の形状および被加熱物２の加熱室１における載置位置は変化する。これらの変化により、吸収電力の周波数特性が変化する。その結果、被加熱物２の加熱中の反射電力の変化量を算出することで、被加熱物２の破裂を検知することができる。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。
　制御部７は、被加熱物２の破裂を検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　破裂検知を用いる調理は例えば、ボップコーンの作成である。
　以上の通り、実施の形態５によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な破裂検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　（実施の形態６）
　本開示の実施の形態６のマイクロ波処理装置は、図１に示す実施の形態１のマイクロ波処理装置と同じ構成を備える。従って、実施の形態６において、実施の形態１と同一または実質同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。実施の形態６において、制御部７は、被加熱物２の状態変化として、被加熱物２の乾燥を検知する。
　＜乾燥検知＞
　図１８は、実施の形態６における被加熱物２の乾燥検知を示す概念図である。図１８に示すように、乾燥により被加熱物２は変形する。
　これに伴って、被加熱物２全体の誘電率は変化し、被加熱物２における誘電率の分布も変化する。これにより、吸収電力の周波数特性が変化する。その結果、被加熱物２の加熱中の反射電力の変化量を算出することで、被加熱物２の乾燥を検知することができる。
　反射電力の変化量を示す値は、任意の時間当たりの反射電力の値の標準偏差および分散および決定係数、ならびに、チェンジファインダの手法で算出したスコア、ならびに、任意の時間当たりの反射電力の変化率および変化幅を含む。反射電力の変化量を示す値はさらに、周波数平均した反射電力の値、および、周波数ごとの反射電力の値を含む。一般的に、被加熱物２が乾燥すると誘電率は低下する。
　制御部７は、被加熱物２の乾燥開始と乾燥完了とを検知することにより、加熱条件を変更する、または加熱を終了することができる。これにより、加熱し過ぎまたは加熱不足を防止することができる。その結果、調理を最適に仕上げることができる。
　乾燥検知を用いる調理は例えば、乾燥フルーツ、乾燥野菜、乾燥肉の作成である。乾燥検知は、食材中の余分な水分を減少させるためにも利用可能である。調理以外における乾燥検知の用途には、マイクロ波による木材、衣服などの乾燥が含まれる。
　以上の通り、実施の形態６によれば、重量、形状、材料、載置位置などの異なる被加熱物２に対して正確な乾燥検知が可能となり、調理を最適に仕上げることができる。
　本開示に係るマイクロ波処理装置は、食品を誘電加熱する加熱調理器の他、乾燥装置、陶芸用加熱装置、生ゴミ処理機、半導体製造装置、化学反応装置などの工業用途のマイクロ波加熱装置に適用可能である。
　１　加熱室
　２　被加熱物
　３　マイクロ波発生部
　４　増幅部
　５　給電部
　６　検出部
　７　制御部
　８　記憶部

Claims (17)

  1. 　被加熱物を収容するように構成された加熱室と、
    　所定の周波数帯域における任意の周波数を有するマイクロ波を発生するように構成されたマイクロ波発生部を含む加熱部と、
    　前記マイクロ波の出力レベルを増幅するように構成された増幅部と、
    　前記増幅部により増幅された前記マイクロ波を入射電力として前記加熱室に放射するように構成された給電部と、
    　前記入射電力のうち前記加熱室から前記給電部に戻る反射電力を検出するように構成された検出部と、
    　前記マイクロ波発生部および前記増幅部を制御する制御部と、
    　前記マイクロ波の周波数および加熱開始からの経過時間とともに前記反射電力の値を記憶するように構成された記憶部と、を備え、
    　前記制御部は、前記反射電力を参照した演算により得られた演算値に基づいて、前記マイクロ波発生部および前記増幅部を制御するように構成された、マイクロ波処理装置。
  2. 　前記制御部は、前記演算値として、前記マイクロ波の前記周波数ごとに算出した値の平均値を用いるように構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
  3. 　前記制御部は、前記演算値を前記マイクロ波の前記周波数ごとに算出し、
    　前記制御部は、２つ以上の周波数の前記マイクロ波に対する前記演算値が閾値を超えた場合に、前記マイクロ波発生部を制御するように構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
  4. 　前記制御部は、時系列データに対するオンライン変化点検出手法であるチェンジファインダを用いて前記演算値を求めるように構成された、請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  5. 　前記検出部はさらに、前記入射電力を検出するように構成され、
    　前記記憶部は、前記マイクロ波の前記周波数および前記経過時間とともに前記入射電力の値を記憶するように構成され、
    　前記制御部は、前記演算値として、前記入射電力の総和に対する前記反射電力の総和の割合である反射率を算出し、
    　前記制御部は、前記反射率に基づいて前記マイクロ波発生部を制御するように構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
  6. 　前記制御部は、前記演算値を前記経過時間とともに前記記憶部に記憶させ、
    　前記制御部は、前記演算値の最小値の１倍より大きく、かつ前記演算値の前記最小値の３倍より小さい閾値を前記演算値が超えた場合に、前記マイクロ波発生部を制御するように構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
  7. 　前記制御部は、前記演算値が前記閾値を超えても前記加熱開始から所定の時間が経過するまでは前記マイクロ波発生部を制御しないように構成された、請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
  8. 　前記制御部は、前記演算値が所定の時間内に複数回、前記閾値を超えた場合に、前記マイクロ波発生部を制御するように構成された、請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
  9. 　前記制御部は、前記演算値が所定の時間内に連続で前記閾値を超えた場合に、前記マイクロ波発生部を制御するように構成された、請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
  10. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の沸騰を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  11. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の膨化を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  12. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の融解を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  13. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の解凍を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  14. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の破裂を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  15. 　前記制御部は、前記被加熱物の状態変化として、前記被加熱物の乾燥を検知するように構成された、請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  16. 　前記制御部は、前記被加熱物の前記状態変化の検知後に前記加熱を停止するように構成された、請求項１０～１５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
  17. 　前記制御部は、前記被加熱物の前記状態変化の検知後に前記加熱部における加熱条件を変更するように構成された、請求項１０～１５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
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