CN103859603A - 一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟，属电加热烟草制品技术领域。智能电加热卷烟包含至少一个公共端、数块一端与公共端相互连接的电阻加热片，其中每块电阻加热片的另一端自由延伸；公共端一端通过导线连接至电源的一极，一个场效应管，场效应管一端与电阻加热片一端连接，场效应管的另一端接电源另一极，微处理器的一个信号输入端与抽吸传感器连接，微处理器各个输出引脚分别与各个场效应管相互连接，通过微处理器控制电源能量加载到每个场效应管，顺序完成数片电阻加热片的开启或关闭，它能依据用户抽吸力度大小，通过开启不同数量的电阻加热片实现发烟量的调节，让用户抽吸电加热烟草制品时贴近传统卷烟的主观感受。

Description

一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟
技术领域
本发明涉及一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟，特别地，所述吸烟系统能根据用户抽吸力度大小通过开启不同数量的加热片调节发烟量，能使用户抽吸电加热烟草制品贴近传统卷烟的主观感受。属电加热烟草制品技术领域。 
背景技术
传统卷烟通常在近900℃的燃烧环境下进行抽吸，在用户抽吸间隙期间卷烟始终保持阴燃状态，势必会产生一定的测流烟气，影响周围的不吸烟者，同时，当一只卷烟点燃后，用户只能抽完或丢弃，没有激活抽吸过程的主观选择性。 
多篇现有技术文献提出电加热吸烟系统，利用压差传感器检测吸烟者抽吸在腔体内产生的压降，每检测到一次用户抽吸产生的压降，分别接通结构相同的每片加热片，直至加热器中所有加热片依次被通电。通过加热片与烟草制品接触传导热能，使烟草制品达到所期望的温度范围，在不燃烧的情况下发烟，极大地减少测流烟气。 
然而，现有技术的电加热系统中抽吸传感器缺少采集用户抽吸力度大小的功能，在用户每次抽吸卷烟时只提供固定信号开启程序设定对应的加热片，且每个加热片的结构尺寸基本相同，使得每次抽吸时电加热系统中的加热器与烟草制品的加热接触面积保持不变，用户每次抽吸卷烟时，尽管抽吸力度不同（深吸一口和轻吸一口），所产生的烟雾量基本不变，并没有实现烟雾量随用户抽吸力度大小而变化之功能，导致用户在抽吸体验上与抽吸传统卷烟相比存在很大的差异。 
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术中电加热系统的不足，发明一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟。它利用抽吸传感器能对用户的抽吸力度进行适时检测并输出不同的信号值，在微处理器上建立加热器与抽吸传感器信号之间的逻辑关系，能根据抽吸力度大小开启不同数量的加热片调节发烟量，使用户抽吸电加热烟草制品贴近传统卷烟的主观感受。 
本发明调整烟雾量的智能电加热卷烟是通过以下技术方案实现：该智能电加热卷烟包括抽吸传感器、电加热器、微处理器、绝缘外壳及电源。 
所述电加热器包含至少一个公共端（1）、数块一端与公共端（1）相互连接的电阻加热片（2），其中每块电阻加热片（2）的另一端自由延伸；公共端（1）一端通过导线连接至电源的一极， 
一个场效应管，场效应管一端与电阻加热片（2）一端连接，场效应管的另一端接电源另一极，
所述每块电阻加热片（2）的自由端相对于烟支的放置位置为：沿烟支外壁圆周方向包裹，或者沿烟支外壁圆周方向排列；所述公共端（1）延着烟支的长度方向或轴向方向放置。
每个加热器的电阻加热片数量为6-18片，且具有相同的间隔均匀排列，且两片电阻加热片（2）之间保持电气上的隔离。每块电阻加热片（2）的一端与公共端（1）相互连接，数块电阻加热片（2）与公共端（1）之间呈并联连接结构，并联连接的数块电阻加热片（2）与公共端（1）排列方式为左右对称式或不对称方式。电阻加热片（2）自由延伸端的形状为直条形、波浪形、城墙形，卷曲形、锯齿状或者其它不规则形。 
 所述微处理器的输入端连接抽吸传感器连接，微处理器各个连接脚分别与各块电阻加热片（2）、公共端（1）及各个场效应管相互连接，所述微处理器是一种可编程的，可实现程序下载和导出的微电子集成电路，微处理器集成内容至少包含单片微型计算机、开关电路、充电电路、压力信号转换电路、电源电压监测电路、语音电路、用户信息显示电路、短路保护电路、译码器、场效应管中的一种或多种。 
所述微处理器将抽吸传感器采集的抽吸强度信号划分为三个或者三个以上等级，第一等级的抽吸力度为6.5±3KPa，第二等级的抽吸力度为12.5±3KPa，第三等级的抽吸力度为18.5±3KPa； 
微处理器依据抽吸传感器采集的上述不同等级信号，根据抽吸力度大小控制电源能量加载到每个场效应管，完成对应电阻电加热片的开启，使加热片在0至0.5秒内上升到400℃-600℃，当抽吸力度为第一等级时开启一个场效应管，抽吸力度为第二等级时开启两个场效应管，抽吸力度为第三等级时开启三个场效应管。
所述抽吸传感器是一种压力传感器，抽吸传感器的检测范围为0-100KPa，精度为0.1KPa。 
    所述加热器固定于绝缘个壳内，所述绝缘外壳的壳体开有对应数量的孔，保证每片电阻加热片的两端从孔内引出线并保持封闭状态，便于电阻加热片与电源的连接。 
    所述绝缘外壳的内壁开有与每块电阻加热片结构相匹配的槽，电阻加热片均匀地嵌入绝缘外壳的内壁。 
本发明优点在于：依据用户抽吸力度的大小，通过微处理器开启不同数量的电阻加热片，调节每次抽吸电加热烟草制品所产生烟量或发烟量，以用户抽吸力度的大小决定烟草制品的抽吸口数，让用户抽吸电加热烟草制品时贴近传统卷烟的主观感受。 
附图说明
图1是本发明智能电加热卷烟的工作原理框图。 
图2是本发明智能电加热卷烟所使用加热器中沿公共端（1）左右方向对称分布延伸的电阻加热片（2）结构图。 
图3 是图2所示加热器应用到智能电加热卷烟一个实施例，其所使用加热器在装配在外壳中的使用状态示意图。 
图4 是本发明智能电加热卷烟用的加热器另一个实施例结构，其加热器是只沿公共端（1）右方向单独延伸的数块直条状电阻加热片（2）。 
 图5是本发明智能电加热卷烟用的加热器另一个实施例结构，所加热器提供的沿公共端右方延伸的数块锯齿状电阻加热片（2）。 
图中： 1—公共端、1b—公共端端部、1a—另一个公共端端部、2-—电阻加热片、2b—左侧电阻加热片、2a—右侧电阻加热片， 3—导线。 
具体实施方式
如图1所示为本发明优选实施例的智能电加热卷烟的工作原理图，该智能电加热吸烟系统包括抽吸传感器，特殊结构的电加热装置，微处理器，供电电源。其中抽吸传感器是一种压力传感器，信号检测范围为0-100KPa，精度为0.1KPa。所述微处理器包括信号转换电路，逻辑处理程序及译码器，信号转换电路将抽吸传感器采集的压力信号转换为电信号，并将其划分为不同等级，由逻辑处理程序判断信号等级，输出信号至译码器开启对应的场效应管接通加热片电源加热烟草制品。 
    优选地，烟草制品的抽吸口数被设计为6-18次抽吸或更多，可以通过调整加热片的数量以增加或减少烟草制品抽吸口数，且抽吸口数随用户抽吸力度不同而改变。在优选实施例中，考虑到微处理器输出点数有限的问题，可以采用译码器输出信号。 
    如图2所示，优选地，该加热器由18个相同的电阻加热片（简称加热片）2组成，所述电阻加热片2通过公共端1向左右方向延伸形成左侧电阻加热片2b和右侧电阻加热片2a，公共端1通过公共端端部1b细长导线3连接至电源正极，电阻加热片2的左侧电阻加热片2b和右侧电阻加热片2a分别通过各自的场效应管接至电源的负极。 
    如图3所示，加热器的每个电阻加热片2的左右两侧电阻加热片2a、2b从公共端1延伸，沿所插入烟支的圆周方向包裹，左右两侧电阻加热片2a、2b留有一定缝隙，保证两侧电阻加热片在电气上保持隔离。在优选实施例中，电阻加热片2的尺寸能在周向方向容纳与传统卷烟内径接近的烟草制品，长度大约为24.8±0.5mm，为保证每片电阻加热片与烟草制品的加热接触面积及热传导面积相等，实现热量传导的均匀性，每片电阻加热片通过公共端1被均匀地分为左右两侧电阻加热片2a和2b，每侧电阻加热片宽度为2.0±0.2mm，厚度为0.1mm，相邻两片之间的垂直间隔为1.0±0.2mm，公共端长度为2,9±0.2mm，且具有比每侧电阻加热加热片2较大的宽度和厚度以降低功率密度并保持足够的机械强度，宽度1.0±0.2mm，厚度0.3±0.1mm，上下两端1a和1b长度为1.5mm。 
    图4 是本发明智能电加热卷烟用的加热器另一个实施例结构，其加热器是只沿公共端（1）右方向单独延伸的数块直条状电阻加热片（2）。该加热器由8个相同的电阻加热片2组成，电阻加热片的数量可根据需求进行调整，所述电阻加热片通过公共端1向左或向右方向延伸。公共端1通过公共端端部1b连接至电源正极，电阻加热片2通过场效应管接至电源的负极。优选地，加热器可由沿公共端左或右方延伸的锯齿状加热片均与排列，如图5所示，加热片2设计为锯齿状结构，可进一步增大加热器与所加热烟支的热传导接触面积，提升加热器的发热效率。 
实施例：
本发明智能电加热卷烟系统包括抽吸传感器，特殊结构的电加热装置，微处理器，供电电源。
本发明抽吸传感器是一种压力式传感器，能对用户的抽吸力度进行适时检测，输出不同的压力信号至微处理器。一种适合于本发明的最佳压力传感器为MOTOROLA公司的MPX2102型压力传感器。 
本发明微处理器将抽吸传感器输入的压力信号值转换为电信号，按设定程序判断用户抽吸力度的等级，通过输出信号激活场效应管开启加热器对应的一定数量加热片。适合于本发明的微处理器为ATMEL的AT89C51单片机。 
本发明电加热装置具有特殊结构，由一定数量的加热片组成，通过公共端向左右方向延伸引出接线端子，公共端接至电源一极，其余接线端子通过场效应管接至电源另一极，该加热器能根据用户抽吸力度提供6-18抽吸口数。 
本发明电源能提供系统所需电能，能使加热器加热温度快速上升至460-550℃。 
本发明智能电加热卷烟加热系统调节烟雾量的方式如下：微处理器将抽吸传感器采集的压力信号转化为电信号后划分为三个，抽吸力度为6.5±3KPa为等级一，抽吸力度为12.5±3KPa为等级二，抽吸力度为18.5±3KPa为等级三（等级2的抽吸力度为用户常规抽吸力度），逻辑处理程序判断信号等级，当抽吸力度为等级一时输出开启一个场效应管，接通加热片2的一片2a，加热片2a加热到期望的温度460-550℃，使烟草制品产生较少的烟雾量；当抽吸力度为等级二时同时开启两个场效应管，使电源同时加载到加热片2b和2b'上，加热到期望的温度时产生约两倍于等级一的烟雾量；当抽吸力度为等级三时同时开启三个场效应管,电源同时加载到加热片和2a'、2a''和2b''上，加热到期望的温度时产生约三倍于等级一的烟雾量；在用户一次抽吸过程中以此方式循环，直至所有加热片分别被通电，因此用户一次抽吸的口数界定在6-18次。 
    利用本发明的优选实施例与传统卷烟、沿烟支轴向排列加热片式电加热卷烟进行烟雾量对比试验，烟雾量评价分数设定如表1所示。 
    检验程序：向评吸专家提供试样和检验表，要求评吸员按照表格要求对各项指标进行评吸。 
    结果统计：所有评吸员的评吸结果均有效，将各评吸员的单项评吸结果求算术平均值，结果保留至一位小数，并对各单项的算术平均值加和，得到总分，结果保留至一位小数。 
表1  烟雾量评价分数设定 
Figure DEST_PATH_259848DEST_PATH_IMAGE002
    如表2所示，由于本发明所提供的电加热系统能根据用户抽吸力度大小开启不同数量加热片，控制不同抽吸力度下加热器与烟草制品的加热接触面积，从而实现烟雾量的调节，使得本发明提供的智能电加热卷烟的烟雾量更加接近传统卷烟烟雾量。
    利用本发明的优选实施例与传统卷烟、沿烟支轴向排列加热片式电加热卷烟进行感官质量对比试验，感官质量评价分数设定如表3所示。 
    检验程序：向评吸专家提供试样和检验表，要求评吸员按照表格要求对各项指标进行评吸。 
    结果统计：所有评吸员的评吸结果均有效，将各评吸员的单项评吸结果求算术平均值，结果保留至一位小数，并对各单项的算术平均值加和，得到总分，结果保留至一位小数。 
Figure DEST_PATH_256939DEST_PATH_IMAGE004
    如表4所示，由于本发明所提供的加热器采用沿烟支的周向排列方式，点烟加热过程是从烟支最远离滤嘴端的自由端开始依序向滤嘴端进行，每次用户抽吸体验时，前面一片电阻加热片加热所产生的烟雾都会对烟草材料进行预热及烟薰，从而改善电加热卷烟的感官质量，让各项评吸指标均呈上升趋势（详见表4），使得本发明沿烟支周向方向排列式电加热卷烟感官质量比现有沿烟支轴向排列加热片式电加热卷烟更加接近传统卷烟评吸效果，更接近于传统卷烟的吸烟体验。

Claims (10)

1.一种能调节烟雾量的智能电加热卷烟，包括抽吸传感器、电加热器、微处理器、绝缘外壳及电源，特征在于智能电加热卷烟的电加热器包含至少一个公共端（1）、公共端（1）一端与各自相互独立的数块/数片电阻加热片（2）一端连接，每块/每片电阻加热片（2）的另一端呈自由延伸状态；公共端端部（1b）通过导线(3)与电源的一极直接连接，每块电阻加热片（2）的另一端与微处理器输出点相互连接；
至少一个场效应管，场效应管一端与电阻加热片（2）一端连接，场效应管的另一端接电源另一极，
至少一个微处理器，微处理器一个信号输入引脚与抽吸传感器连接，微处理器各个输出引脚分别与各块/各片电阻加热片（2）对应的场效应管相互连接，
微处理器通过控制每个场效应管的导通与截止，使电源能量加载到每块/每片电阻加热片（2），完成各自控制每块/每片电阻加热片（2）的开启或关闭工作。
2.根据权利要求1所述能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述微处理器将抽吸传感器采集的抽吸强度信号划分为三个或者三个以上等级，第一等级的抽吸力度为6.5±3KPa，第二等级的抽吸力度为12.5±3KPa，第三等级的抽吸力度为18.5±3KPa；
微处理器带有将抽吸传感器采集的抽吸强度信号转换为电信号的信号转换器；
微处理器依据抽吸传感器采集的上述不同等级信号，开启对应数量的电阻电加热片（2），当抽吸力度为第一等级时，开启一个场效应管；当抽吸力度为第二等级时，开启两个场效应管；当抽吸力度为第三等级时，开启三个场效应管，以此类推。
3.根据权利要求1或2所述能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述微处理器为一个可编程的、可实现程序下载和导出的微电子集成电路，微处理器集成内容至少包含单片微型计算机、开关电路、充电电路、压力信号转换电路、电源电压监测电路、语音电路、用户信息显示电路、短路保护电路、译码器、场效应管中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述每块/每片电阻加热片（2）的自由端相对于烟支的位置为：沿烟支外壁圆周方向包裹，或者沿烟支外壁圆周方向排列；
所述公共端（1）是延着烟支的长度方向或轴向方向放置。
5.根据权利要求1或4所述能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于每块/每片电阻加热片（2）的一端与公共端（1）相互连接，数块/数片电阻加热片（2）与公共端（1）之间呈并联连接结构，并联连接的数块/数片电阻加热片（2）与公共端（1）排列方式呈左右对称式或不对称方式。
6.根据权利要求1或2的能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述每块电阻加热片（2）自由延伸端形状为直条形、波浪形、城墙形，卷曲形、锯齿状或者其它不规则形。
7.根据权利要求1或2所述的能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述加热器的一个公共端（1）上连接有电阻加热片数量为6-18片，每块/每片电阻加热片（2）具有相同的间隔均匀排列，且每片电阻加热片（2）之间保持电气上的隔离。
8.根据权利要求1所述的能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述供电电源是可重复充电的高倍率放电电池，工作电压为3.5-5.4V，倍率放电电流为1.2-3.9A；
所述每块/每片电阻加热片（2）在0至0.5秒时间内，温度可从0℃上升到400℃-600℃。
9.根据权利要求1所述的能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述抽吸传感器是压力传感器，抽吸传感器的检测范围为0-100KPa，精度为0.1KPa；所述加热器能根据用户抽吸力度大小开启不同数量的加热片，能使不同的抽吸力度对应不同的加热接触面积，从而实现发烟量的调节。
10.根据权利要求1所述的能调节烟雾量的智能电加热卷烟，其特征在于所述电加热器固定于绝缘壳体内，所述绝缘外壳的壳体开有对应数量的孔，保证每片电阻加热片的两端从孔内引出导线并保持封闭状态，便于电阻加热片与电源的连接；
所述绝缘外壳的内壁开有与每块电阻加热结构相匹配的槽，电阻加热片均匀地嵌入绝缘外壳的内壁。
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