利用光敏元件响应曲线控制 烤面包器内的面包焙烤 本发明涉及一种控制烤面包器内的食物焙烤的方法，具体来说，涉及使用一个或多个光敏传感器来实现这种控制。
已知的方法是，在面包焙烤的设备内，安装一个操作者可调节的延时器，以便设定面包的烘烤时间。特别是由于一开始并不知道为获得一种焙烤效果或一种给定的面包颜色所需的时间，这种简单的方法不是总能达到满意的结果。
借助于一种测量光信号在面包上的反射比地特殊传感器，另一些系统提出了一种在焙烤过程中测定面包颜色的方法。
文献WO 89/01279描述了这样的传感器，其使用一种用于食物烘烤电器的电子控制电路，该电路包括一个最大量化电路(circuit demaximalsation)，用于测量作为第一信号V1的食物反射光的最大值，然后测量作为第二信号V2的食物反射光，该最大量化电路包括：一个放大器，其产生一个与V2和V1的差值成比例的信号V3；一个比较器，其能将V3与一个预置信号Vb相比较，该预置信号Vb对应于所希望的焙烤程度。当预置信号和第三信号大致相等时，比较器发出一个烘烤结束信号来停止烘烤。信号V2由一个电阻值随入射光量变化的电阻产生。这种电阻通常称为LDR(光敏电阻)。
这样的装置包括多个要比较的电信号，放大器，比较器，且需要建立一个比较电压Vb，所以它过于复杂和昂贵。
另外，为了安全，传统的延时器需要一个安全装置来检测面包着火的开始时刻和烤面包器中的各种火苗的出现。
而且，当加热元件的功率大时，设备具有良好的反应性是需要的，而这是传统的延时器不能保证的。
本发明的目的是，通过提出一种按要焙烤的食物产生的光线的变化来控制烘烤设备内的食物着色程度的简化方法来弥补这些缺陷。
本发明借助于一种控制放在烤面包器或烤箱之类的烘烤设备内的食物焙烤的方法来实现，所述设备主要包括：加热元件，一个加热室，一个能调节食物着色程度的焙烤选择器，能在焙烤程度达到时停止加热元件的电能供应的器件，所述装置包括一个光线接收系统，该系统包括至少一个LDR型光敏电阻元件，要焙烤的食物的反射光线传递至所述光敏电阻元件的表面，该方法的特征是，测量表示食物的光反射比的信号G随时间的变化，并将这种变化的至少一个特征解释为至少一个食物焙烤状态。
按照本发明，某一焙烤状态，要么由一个稳定于确定值的信号G的斜率，要么由一个零斜率，要么由一个反向斜率，要么由曲线形状中的拐点，要么由曲线或曲线斜率相对于以前时刻的值的一定偏移值来表示。
将焙烤状况与信号的特定变化相关联，该曲线就是通用的，并且简单的工厂标定就可建立所希望的对应关系。
有利的是，该方法还测定设备内部环境温度，并在该环境温度值超过预定值时禁止新一轮的烘烤。
对于高的热功率，进行多轮烘烤之后，可能导致温度上升到可能对使用者造成危险的程度，因此，对于高的热功率，上述特征尤其重要。
有利的是，该方法还在紧接着加热元件通电后的两个相邻时刻，测量表示光反射比信号，以便按该信号的变化来判断加热室内是否有食物。
实际上，比如烤面包器的情况，当加热室内一片要烤的面包都没有时，禁止设备工作是有用的。光反射比信号的迅速衰减表明没有面包。
有利的是，控制焙烤的方法还在于：当紧接着加热元件通电之后测定的光反射比信号低于预定值时，停止加热元件的电能供应。
该系统可一方面避免重烤已烤过的食物，另一方面，也禁止焙烤特殊的面包，该面包中存有的谷类或其它组成物使其成暗色。已经知道，这种面包难于焙烤，因此，上述自动焙烤方法并不合适。
有利的是，控制焙烤的方法结合一种由延时器来控制焙烤的方法，其中，由焙烤选择器确定的不同的焙烤状态对应于工厂标定的烘烤时间。
因此，由光敏电阻元件来控制的装置仅测定某些焙烤状态，或仅仅出于安全考虑使用比如保险丝。
本发明的另一目的是，实现一种低成本的系统，其可通过控制面包的焙烤颜色来焙烤各种类型的不新鲜的或冷冻的面包，而无论烤面包器的使用参数或特征参数是什么样的，这些参数为：周期间的停止时间间隔，面包架部分或全部装满，供电电压的变化，加热棒的功率和类型，......
本发明还有一个目的是一种控制放在烤面包器或烤箱之类的烘烤设备内的食物焙烤的装置。所述设备主要包括：加热元件，一个可调节食物着色程度的焙烤选择器，能在焙烤程度达到时停止加热元件的电能供应的器件，一个微控制器，所述装置包括一个光线接收系统，该系统包括至少一个LDR型光敏电阻元件，要焙烤的食物反射的光线传递至所述光敏电阻元件的表面，该光线接收系统装在一个可分出一个电压的电子电路中，所述装置的特征是，将该电压转换成一个信号G，该信号G可以是所述光敏电阻元件或光敏电阻元件之一的电阻值，或是一个与所述电阻成比例的值，所述信号按连续时刻储存在微控制器中，以便测定所述信号的变化并按至少一个预定的变化判据来停止加热元件的工作。
该装置可免受许多变量的影响，这些变量影响食物特别是面包的焙烤，并且，这些变量可能受比如电网电压的影响，或因所使用的加热功率或加热元件的老化程度的不同而随机变化。
按照本发明，预定的变化判据表示不同的食物焙烤状态。
按照本发明的第一种实施方式，信号由所述光敏电阻元件或光敏电阻元件之一的电阻值来建立，并通过在分压电路中测量该元件端电压来得到该电阻值，所述电压被送到微控制器的模拟输入输出端口。
使用这种非常容易实现的电路，通过简单的电压测量就可获得由食物发送给传感器的光线的特征参数。
按照第二种实施方式，信号是由经过所述光敏电阻元件或光敏电阻元件之一所提供的电阻来给一电容器充电的时间来建立的，即模数转换系统，每个元件各自与一个电容器相关，并且连接到微控制器的数字输入输出端口。
该电路可使用仅有数字输入端口的微控制器，这降低了组件成本。
有利的是，按照第一种或第二种实施方式，控制焙烤的装置包括至少两个光敏电阻元件，对每个光敏电阻元件依次地和周期性地测量信号G。
通过提供多个光敏电阻传感器，且并行地，步进地跟踪它们的变化，改善对食物的总体焙烤状态的测定。实际上，多个传感器的变化使所达到的焙烤程度的测量更可靠。
另外，当该设备用在烤面包器中时，通过在加热室的每一侧装上传感器，这可以跟踪面包每个表面的变化，并调整每个表面的加热元件的能量供应，而不论面包表面最初是否完全相同，以便在面包的每个表面都得到均匀的焙烤效果，或停止加热元件来避免烧焦某个面包表面。
按照这种实施方式，当光敏电阻元件之一的信号变化达到预定的变化判据时，加热元件被停止。在有多块食物时，这种方案可避免烧焦部分食物的危险。
按照这些实施方式的一个变换方式，一些特性规则与各种光敏电阻元件的信号变化相关，以便确定设备的工作状态。
通过使用多个光敏电阻元件，根据代表接收到的光的信号的变化，可以确定有关食物的存在和其表面特性(比如，棍子面包的面包心和面包皮)的各种结论。按照某些预定的规程，可进行各种操作。
有利的是，一个光线传导装置将设备的加热室与位于远离加热室的电路板上的光敏电阻传感器相连。该装置能使电路板相对其中的高温可能损害所述电路板的加热室保持一段距离。
有利的是，一个如IR(红外)滤镜之类的滤镜位于每个光敏电阻元件前，以便加大LDR传感器的响应曲线的反差。
本发明的另一目的是，实现在大的空间范围内控制焙烤的装置，以消除要焙烤的食物在为此提供的接纳装置上的随机分布的影响。
该目的是借助于一种控制在烤面包器或烤箱之类的烘烤设备内的食物焙烤的装置来达到的。所述设备主要包括：加热元件；一个加热室，其包括一个食物导入面；一个可调节食物着色程度的焙烤选择器；能在焙烤程度达到时停止加热元件的电能供应的器件，所述装置包括一个光线接收系统，该系统包括至少两个LDR型光敏电阻元件，所述装置的特征是，传感器正对着所述食物位于一条直线上，该直线平行于食物导入面。
通过这种布置，扩大了对要焙烤的食物的监视范围，避免了在只有一个传感器时，食物放置于加热室中而没有被传感器检测到。
按照本发明的一个优选方式，控制焙烧的装置包括三个等距布置的传感器，中间的传感器大致对着加热室，并在加热室的中面内。
使用三个传感器看来是传感器组提供的覆盖范围和每个传感器的视角之间的一种好的折衷，无论所述设备是烤面包器还是烤箱。传感器的这种等距和对中的布置方式优化了覆盖的区域范围。
有利的是，传感器相对于食物导入面倾斜成一个在30°到90°之间的角度。
这种倾斜可增大监测区域的范围，而且同时可针对发热元件发射的光线的防护传感器。
本发明的目的还在于，实现一种烤面包器或烤箱之类的烘烤设备，其特征是，该设备包括一种上述控制食物焙烤的方法。
本发明的另一目的在于，实现一种烤面包器或烤箱之类的烘烤设备，其特征是，该设备包括一种上述控制食物焙烤的装置。
参照作为非限制性的例子的附图，借助于以下描述，能更好地理解本发明，其附图是：
图1示出位于烤面包器内的LDR型光敏电阻元件的响应特征曲线；
图2示出位于烤面包器内的LDR型光敏电阻元件的部分响应曲线的详细变化；
图3示出将LDR型光敏电阻元件装入测量电路的第一种变换例；
图4示出将LDR型光敏电阻元件装入测量电路的第二种变换例；
图5示出，在将CTN元件置于连续周期地工作的烤面包器内时，其电阻值随时间的变化；
图6是本发明的烤面包器的剖面图；
图7是一个本发明的实施例中的烤面包器的内部透视图，其仅示出烤面包器的某些元件；
图8是按图7所示的实施例的光敏电阻元件的详细后视图。
虽然本发明最好用于大功率的烤面包器，但其也能用于各种烤面包器而不管其功率大小，而且也可用于家用烤箱之类的设备。
本发明涉及控制烤面包器内的要焙烤的面包片的着色，将不详述所述烤面包器的工作原理，而是简化地加以说明。
按照本发明，烤面包器包括一个控制面包焙烤状态的装置。一个LDR(light Depending Resistor)型的光敏电阻元件在下面称作传感器，该光敏电阻元件透过烤箱的或加热室的壁朝向面包。加热系统的调节是基于传感器的响应曲线。实际上，在亮度增加时，这种传感器的电阻值下降，反之亦然。
图1示出，在将传感器置于烤面包器的烘烤壁内时，其电阻值RLDR随时间的总体变化。时间t＝0对应于加热装置通电的时刻。
因此，第一条曲线J表示当一块白色陶瓷插入烤面包器的槽内时信号的变化。这种陶瓷的颜色不会变化，因此，该曲线体现加热装置的发热情况。实际上，这些加热装置在其加温时具有一种表现为亮度增加的惯性，从而带来传感器的电阻值下降。
曲线K和L示出，当面包片处于焙烤时，电阻RLDR随时间的变化，其中曲线K为软面包，曲线L为棍子面包。因为随着焙烤的逐步进行，正在着色的面包通过反射越来越少的由加热装置产生的光，来影响传感器的电阻值，所以曲线K和L的变化不同于曲线J的变化。在图2中这种效果特别明显。
图2示出在上述三种情况下LDR传感器的随时间的变化细节。所示区域对应着用于测定面包焙烤状态的区域。
对于50秒以后的时间段，曲线K和L的形状完全不同于前述曲线J的形状。
曲线K和L的这种总体形状可用于确定各种着色特征，这将在下面提到。
实际上，通常定义五种焙烤质量：
“A”：面包有点硬，还没有变色；
“B”：在面包上出现一些色斑；
“C”：面包开始变黄；
“D”：面包烤成鲜明的咖啡色；
“E”：面包开始变黑。
对于1100瓦的功率，面包的着色对曲线G的影响主要表现为以下事实：
区域“a”：斜率稳定在一个确定值上，RLDR值的导数几乎不变；
区域“b”：对应第一段零斜率；
区域“c”：对应曲线的第一段反向斜率；
区域“d”：该处斜率相对于区域“c”处的曲线斜率的有一个差值；
区域“e”：该区域的曲线相对于区域“c”的曲线偏移一定的值。
显然，曲线的每个特征对应于一个焙烤状态。在所示的图中，对于1100瓦的加热功率，点a，b，c，d，e对应于上述焙烧状态A，B，C，D，E。对于这种加热功率，对应于点“c”的状态“C”的特征是，该点的斜率相对“b”点的斜率具有一个2％到10％的差值，这个差值主要由加热装置，功率和其它参数来确定。同样，对应于点“e”的状态“E”的特征是，曲线相对于其在点“d”处的最大斜率下降10％。
这种情形仅是一个例子。某些参数，比如加热元件的功率，可影响曲线，但是曲线保持同样的形状，其只是随时间或多或少地偏移。
因此，对于某些类型的加热元件，曲线的特征“c”对应于焙烤的状态“B”。其它的组合也是可能的。同样还有的是，在工厂组装烤面包器期间，这些特征就已知道，因此，可容易地根据面包的真实焙烤状态来“错移”曲线的特征点。
因此，RLDR的时间变化曲线的特征可用于确定面包的焙烤状态。
具体地说，在第一种应用形式中，RLDR的值通过测量其端电压ULDR来给定。
图3示出了这种装置，其中，LDR传感器被置于分压电路中。所述具有电阻RLDR的传感器与一个电阻R串联，该两电阻处于电压V之下。传感器的端电压记为ULDR。
传感器的端电阻RLDR可记为：
RLDR＝R[V/(V-ULDR)-1]
因此，仅测量RLDR的端电压ULDR就可知道传感器的端电阻值。
然后，这种分压电路可集成到纯模拟电路上。
有利的是，LDR传感器的值处理可借助于图3中标记为MC1并具有模拟输入端口的微控制器来实现。在这种情况下，LDR传感器端电压ULDR直接传送到输入端口M0，该输入端口M0是微控制器MC1的输入输出端口中的一个。
要是微控制器MC1没有模拟输入端口，就应用图4的电路，以便将传感器提供的信号数字化。
在该装置中，LDR传感器与电容器C串联，该电容器C的另一端接地，传感器的端部与微控制器MC2的接头M1相连。传感器和电容器间的连接点与微控制器MC2的接头M2相连。M1和M2是微控制器的两个输入输出端口。
测量原理是，测定经过传感器的电阻RLDR来给电容器充电所需的时间。由此，微控制器MC2进行以下动作：
—将端口M1置为高阻抗，然后将端口M2置为低电平，以便电容器放电，
—将端口M1置为高电平，以便经过电阻RLDR给电容器C充电，直至输入端口M2的状态反转。充电时间记为τ。
充电时间与RLDR值成正比。因此τ值的变化与RLDR变化相同，RLDR的变化是本发明必需的现象。
也可使用其它能起到和微控制器同样作用的组件，特别是ASICS。
还可考虑一种微控制器的特殊方案，所述微控制器配有带比较器的输入端口，并使用一种与微控制器内部计时器耦连的R-C型测量基。
因此，按照烤面包器的类型，并主要按照使用的功率、目标国家等来调整或校准是需要的，但是，这种校准由于借助于在出厂时已编程的微控制器来实现控制而更加容易。该装置还可标定LDR传感器来个性化每个烤面包器，这是可靠性和安全性的保证。该标定阶段还可补偿传感器上的耗散，并可设定一个下限值，以便拒绝焙烤要么先前焙烤过，要么因面包本身的特性而太黑的面包。
在面包烘烤所用到的大功率情况下，由于在相继进行的烘烤过程间没有足够的时间来使烤面包器的底座充分冷却，这可能会导致自动加热。因此，随着焙烤周期不断进行，烤面包器的温度上升，这无论是对操作者还是对烤面包器的组成元件来说，可能都是危险的。
有利的是，使用一种CTN型的传感器，其阻值随温度上升而下降。这种传感受器因此能提供烤面包器的整体温度情况。图5示出这种传感器的端电阻变化的实例，该传感器用于功率为200瓦的烤面包器，在连续的周期之间有一个大约为5秒的停顿。在九个各为25秒的周期之后，烘烤时间因功率大而缩短，电阻值降为42千欧姆，表示的温度约为60℃。
因此，当温度达到极限值时，从电子学上讲，就是当CTN型元件具有的电阻值低于一个也可由工厂标定的极限值时，可禁止新一轮的烘烤。
一种替代方案是：使用R-C型振荡器，其位于微控制器中并且其中的一个可随温度而变化。由于微控制器具有烤面包器的环境温度，那么通过振荡器的频率变化来确定温度是可能的。
为了免受可能的电网电压大波动的影响，可使用纯软件的或纯电子的装置来保证电压的突然变化不被误解为颜色的变化(由于加热元件的功率变化)。原理是，颜色变化引起的曲线变化是慢的(约10秒变化10％)，而电压的变化引起的曲线变化是突然的(约2秒变化10％)。
因此，可使用一种纯电子的方案：测量供电电压，并按电压波动来调整对应于焙烤程度的极限值，从而建立一个负反馈回路。
还可考虑进行一种信号处理，从曲线上的三个点，将信号的缓慢变化考虑在内，来推断后续点的值的范围。如果测得的值在该范围之外，这意味着该点是与电压突然变化有关的假象引起的，因而测量无效。
至于面包可能发生的燃烧，一般是在“D”点和“E”点之后产生，并且其特征是，有火苗，因此有额外的光线射到LDR传感器上。这样，在点“D”之后倾向于具有正斜率的电阻RLDR值的变化因火苗的光线而加快。因此，可配备一种安全机制，其中，如果曲线斜率在超过点“D”时变为负值，就断开供电装置。该安全机制可始终监测烤面包器中出现火苗的危险，而不管发出的是什么焙烤命令，所述火苗要么是因残留的面包屑燃烧所致，要么是因面包过度焙烤所致。
另一种安全机制也值得考虑，涉及到在没有面包时断开加热元件。该推荐的方法是，在两个不同但足够接近的时间间隔上，比如在t＝0.5秒和在t＝2.5秒时进行测量，增幅高于某一标定的极限值就意味着没有面包。
另外，也可引进另一层次的安全机制，以避免“过烤”，这种“过烤”出现在想延长刚烤过的面包片的焙烤时间时。那么，可以在给定的时间间隔内，禁止烘烤已达到程度“D”的面包，因为曲线已经超出其极值点，所以难于实现正确的测量，尤其难于按照不同于面包着火的判据来中断加热元件的供电。有了这种保护，就不太可能焙烤出“黑”面包。
另一种方案是，测量状态“A”和状态“B”间，或至看起来象这两个状态的状态间的过渡时间。其实，该过渡时间相对较长。如果该时间异常地短，这就意味着面包已预先烤过。为了安全，要停止供电，面包要撤出。可用一个信号或一个指示灯来指示这种情况。
按照另一实施例，LDR控制和指令装置与一个所谓“传统”的延时器相连，LDR指令装置仅保证上述某一功能，或者平行地工作，以便同时由适当的延时器，以及由LDR控制装置和指令装置来保证安全。为此，只需在传统延时器发出的停止信号和LDR控制装置发出的停止信号间进行一个逻辑“或”操作就足够了。
换一种方式，情形可以反过来：LDR元件保证焙烤检测的主要功能，而“传统”的延时器平行地工作来保证安全。因此，每种焙烤程度对应于一个最长的烘烤时间。
图6示出一种将上述类型的传感器安装在烤面包器中的可选方式。
所述烤面包器1包括：一个箱体2；一个底座3；加热元件4，其与反射体6相连；侧壁7；面包的夹紧烤架14，其构成一个加热室5；一个面包托架8，其通过弹簧片10可使夹紧烤架转向送入所述加热室的食物。按照本发明的实施例，烤面包器还包括：一个机械强度高和/或耐热的环30；和一个带开口20的顶盖17，从该开口20处，可沿一个垂直于烤面包器的沿图面的剖面的导入面送入食物，比如切片面包。
该示意图有意做了简化，尤其没有示出：用于将托架约束在低位的装置；用于在烘烤周期结束后将托架从低位提升到卸出面包的位置的装置；特别是所希望的面包烘烤调节装置。
本发明的面包颜色检测装置40位于加热室的对面，其安装在反射体6上的一个开口内，且更特定地安装在所述反射体的某一部位上，该部位可使检测装置相对于面包导入面倾斜。按照所建议的例子，倾斜角为60°左右。
而且，在使用光线传导装置的情况下，这种位置避免在光线传导装置内产生突然的弯折，这种弯折因光线溢出该传导装置而导致信息丢失。
装置由遮隔板44来防护加热元件的幅射，该遮隔板可以是从反射体6上切出的部分。
借助于一个固定爪52，将该装置安装在该开口内，并由各种已知的装置比如铆钉来固定。
该装置的内部结构件是LDR传感器42，其位于印刷电路板43上，该印刷电路板位于一个支座46上。光线传导装置45将面包反射的光线一直引导到位于电路板上的传感器中。这就避免了让电路板或LDR传感器紧邻加热元件和焙烤壁。作为例子，该传导装置可以是直径为6毫米的玻璃圆柱，一个罩套将光线传导装置连接到传感器上。
光线传导装置45还确保热防护功能，其由一个锥体连接到反射体处。
图7和图8示出另一个实施例，其中，用到3个传感器，每个传感器以类似于图6所示的烤面包器的剖面图中所描述的方式来安装。
按照该特别的实施例，传感器沿烤面包器长度方向分布：每个传感器的视域使有效监测范围覆盖烘烤室长度的三分之一。还可通过改变光线传导装置来扩大或缩小视域：比如可调节其离面包的距离，其倾斜角，或端部形状，后者可修圆。
从功能上讲，当用到多个传感器时，可考虑更多的方案。上述单个传感器的一般原理仍适用，每个传感器被集成在上述专用电路中。这样，要是使用分压电路，每个传感器具有一个与微控制器MC1的连接M1。要是安装在一个R-C电路中，每个传感器具有与微控制器MC2的两个连接Mj，Mk。
因此，测量原理是，测定每个传感器的RLDR值，以便依次知道每个传感器随时间的变化。
但是，要是信息来自不同的传感器，判断策略可能不同。
一个谨慎的策略可能是，当某一个传感受器的变化对应于所希望的面包焙烤状态时，断开加热元件，这比如是电子学上“或”的功能或流的“并”的功能。
可以应用其它的策略而不超出本发明的范围，比如对来自不同传感器的信息取平均。
其它的说明可能涉及各种传感器的特性，其可由微控制器来处理。比如，当某些传感器具有一个很小的电阻值时，表示没有面包，安全延时器的值就可降低，以便于考虑到烤面包器因存在少量负载就迅速升温的情况。
可定义其它特性规则而不超出本发明的范围。
多个传感器的应用也可考虑用来对面包的各个表面进行控制。实际上，能区分面包是否具有两个相同的表面可能是有用的。在焙烤棍子面包时尤其可能是这种情况。因此，朝着每个表面使用一个传感器，可调节面包每个表面上的能量，或延长某一表面上的焙烤时间，以便两表面的着色是同样的程度。
有利的是，安置一个过滤器，比如IR型过滤器，来加强每个LDR传感器的响应曲线的反差，并能在一定程度上消除来自加热元件和反射体的环境光线的影响。