CN105592935B - 喷雾器振动孔板驱动频率控制及监测 - Google Patents

喷雾器振动孔板驱动频率控制及监测 Download PDF

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Abstract

一种喷雾器，具有振动孔板、座架、致动器、以及孔板驱动电路(2‑4)。控制器测量多个测量点的每个测量点处的电气驱动参数，多个测量点的每个测量点具有驱动频率；并且基于在所述测量点处的参数值，做出最佳驱动频率的确定以及剂量耗尽的预测。控制器以规则的亚秒时间间隔执行短扫描，在短扫描中，测量具有不同驱动频率的两个测量点处的驱动电流。根据在这些点处的驱动参数测量结果，所述控制器确定是否应该执行扫过大量的测量点的全扫描。所述全扫描为装置提供最佳驱动频率，并且还提供剂量耗尽的指示。

Description

喷雾器振动孔板驱动频率控制及监测
技术领域
本发明涉及具有振动孔板以使药剂雾化的气溶胶发生器或喷雾器。
背景技术
在US6546927(利瑟兰)以及EP1558315(PARI)中描述了喷雾器的示例。这些公开内容包括用于预测孔板上的液体药剂剂量耗尽的技术。这些技术基于在不同的驱动频率下对诸如驱动电流的参数的监测。
在利瑟兰文献中的方法涉及检测当前所需的频率，并且所需的频率例如可以是共振频率。频率是扫过变量，并且参数被追踪。追踪提供所需驱动频率的指示。这可能会随着剂量在体积上的减小而改变。例如，共振频率可以从从负载状态到空载状态而从135kHz漂移到140kHz。在利瑟兰文献中，当剂量耗尽时，该装置可以减少向孔板供应的功率和/或向用户提供指示。
本发明专注于提供改善的频率控制。具体地，期望改善以下中的任何一个或所有：对条件的改变的更快频率控制响应、对喷雾过程的更小影响、以及在病人以不同速率吸入药物时准确预测剂量耗尽的更高能力。
发明内容
根据本发明，提供了一种喷雾器，所述喷雾器包括：振动孔板、座架、致动器、以及具有控制器的孔板驱动电路，其中，所述控制器被配置为：
测量多个测量点的每个测量点处的电气驱动参数，所述多个测量点的每个测量点具有驱动频率；并且
基于所述测量点处的所述参数的值，做出最佳的驱动频率的确定以及剂量耗尽的预测，
其特征在于，
所述控制器被配置为：
执行短扫描，在所述短扫描中，测量具有不同的驱动频率的两个或更多个测量点的每个测量点处的参数，并且
根据这些点处的驱动参数测量结果，确定是否应该执行扫过大量的测量点的全扫描。
在一个实施例中，所述短扫描具有少于五个测量点，并且优选地具有两个测量点(CPt#1、CPt#2)。
在一个实施例中，所述控制器被配置为将测量结果与容差范围进行比较，并且如果测量结果落在它相关联的范围之外，则启动全扫描。在一个实施例中，所述容差范围被预先定义。
在一个实施例中，以规则的时间间隔来执行所述短扫描。优选地，所述时间间隔为亚秒。
在一个实施例中，所述全扫描具有在5个至300个测量点的范围内的测量点。在一个实施例中，所述全扫描具有在100个至300个测量点的范围内的测量点。
在一个实施例中，所述控制器被配置为：根据所述全扫描，为所述短扫描的测量点中的至少一个测量点动态地确定频率。
在一个实施例中，所述控制器被配置为：将与最低驱动电流对应的频率值选择为短扫描测量点的频率。优选地，所述最低驱动电流被确定为与共振频率对应，并且具有最低驱动电流的全扫描测量点的频率值被存储以用作短扫描测量点频率。
在一个实施例中，所述参数是孔板驱动电流。
在一个实施例中，所述控制器被配置为，在全扫描期间：
动态地执行多个迭代，并且
在每个迭代中，将所测量的参数与先前测量点处的测量结果进行比较以确定剂量的耗尽和/或最佳驱动频率。
在一个实施例中，参数测量结果中的斜率被分析以确定每个迭代中的所述指示。在一个实施例中，高于阈值的斜率值指示剂量的耗尽。
另一方面，本发明提供了一种操作喷雾器的方法，所述喷雾器包括振动孔板、座架、致动器、以及具有控制器的孔板驱动电路，其中，所述方法包括所述控制器的步骤：
测量多个测量点的每个测量点处的电气驱动参数，所述多个测量点的每个测量点具有驱动频率；以及
基于所述测量点处的所述参数的值，做出最佳驱动频率的确定以及剂量耗尽的预测，
其中，所述控制器：
执行短扫描，在所述短扫描中，测量具有不同的驱动频率的两个或更多个测量点的每个测量点处的参数，并且
根据这些点处的驱动参数测量结果，确定是否应该执行扫过大量的测量点的全扫描。
在一个实施例中，所述短扫描具有少于五个测量点，并且优选地具有两个测量点(CPt#1、CPt#2)。
在一个实施例中，所述控制器将测量结果与容差范围进行比较，并且如果测量结果落在它相关联的范围之外，则启动全扫描。
在一个实施例中，以规则的时间间隔来执行所述短扫描，所述时间间隔优选地为亚秒。优选地，所述全扫描具有在5个至300个测量点的范围内的测量点，优选地具有在100个至300个测量点的范围内的测量点。
在一个实施例中，所述控制器根据所述全扫描，为所述短扫描的测量点中的至少一个测量点动态地确定频率，并且将与最低驱动电流对应的频率值选择为短扫描测量点的频率。
在一个实施例中，所述最低驱动电流被确定为与共振频率对应，并且具有最低驱动电流的全扫描测量点的频率值被存储以用作短扫描测量点频率。
在一个实施例中，所述参数是孔板驱动电流。
在一个实施例中，在全扫描期间，所述控制器：
动态地执行多个迭代，并且
在每个迭代中，将所测量的参数与先前测量点处的测量结果进行比较以确定剂量的耗尽和/或最佳驱动频率。
在一个实施例中，参数测量结果中的斜率被分析以确定每个迭代中的所述指示。优选地，高于阈值的斜率值指示剂量的耗尽。
附图说明
从仅参考附图以示例的方式给出的本发明的一些实施例的以下描述，将更清楚地理解本发明，其中：
图1是本发明的喷雾器驱动电路的示意图；
图2是控制器的确定何时应该执行剂量耗尽全扫描的操作的流程图；
图3是示出剂量耗尽全扫描的流程图；
图4至图6是示出驱动电流随频率而改变的方面的曲线图；并且
图7是示出流速和电流两者随驱动频率而变化的曲线图。
具体实施方式
参考图1，喷雾器的驱动电路1包括输出驱动级2，驱动级2提供传输到喷雾器负载5所需的电力。滤波级3从驱动信号中去除不希望的电噪声，确保符合EMC要求。
高电压共振电路(级4)对驱动信号进行调节以确保电力有效耦合到喷雾器负载5。
孔板、致动器以及座架的机械设置可以是例如由我们的在前的说明书号WO2010035252和US2012111970而已知的类型。
图1的电路动态地监测驱动电流，以实时确定将用于喷雾器的最佳操作频率的确定中的共振频率(其中，共振频率指代共振点和反共振点)，并且还以整合的方式确定剂量的耗尽。
短扫描
参考图2，控制器每秒执行多次短扫描。这涉及测量正常驱动频率(CheckPoint#1，即“CPt#1”)处的驱动电流，以及测量到孔板的驱动电流的值。电流容差是预先定义的。电流典型地仅当孔板的状态从湿到干的改变发生时改变。一旦识别到改变，它就提示全扫描。
如果CPt#1的驱动电流在电流容差之外，则设定全扫描的标记。如果不是，则将频率改变为第二参考频率。根据全扫描来确定后者。确定针对CPt#2频率的驱动电流值。同样地，如果它在容差外，则设定全扫描标记。以规则的时间间隔、每秒多次来重复该循环。
以每秒或更小的量级下的时间间隔来运行短扫描。在它测量第二测量点(CPt#2)处的电流时，它仅从正常操作频率移离了小于千分之一秒。这保证了雾化过程没有可辨别的中断。
总之，短扫描的目的是为了确定是否应执行全扫描。如果驱动电流在容差之外，则激活全扫描以确定最佳操作频率并且检测剂量的耗尽。短扫描不干扰喷雾器的操作，因为它仅在两个频率处进行测量。这些频率的其中之一是共振频率。CPt#2是共振频率。在本实施例中，输出驱动级2在具有128kHz的频率的CPt#1处进行驱动，已经发现该频率提供横跨液体粘度范围的良好性能。
在其它实施例中，可以一旦确定最佳驱动频率就将其用于CPt#1。
全扫描
参考图3，图示了实施全扫描的流程。频率在140kHz和160kHz之间逐步递增。步长将取决于所需的分辨率而改变。例如，在一种可能只使用一种类型的喷雾器的应用中，因此，使用仅10步的简单扫描可能是足够的。然而，在使用多种类型的喷雾器的应用中，将需要的大得多的步数以给出较高的分辨率来在不同设备的湿和干之间做出区分。
在全扫描中的每个点处，确定孔板驱动电流。这提供驱动电流对频率的曲线图，如图4中所示。图4的方框中示出了具有陡峭的斜率的区段，图5和图6中更详细地示出了该区段。在每次迭代中，暂存电流最大差分(即，斜率)。因此，在图3的第一阶段中，在全扫描期间实时记录最大差值。
图3的逻辑的下一阶段是动态地记录最小驱动电流值(反共振点)。在每个循环结束时，如果驱动电流低于为短扫描CPt#2所记录的驱动电流，则记录作为对应频率的值。电流值被记录为短扫描CPt#2的驱动电流值。
如最后的步所图示，该扫描的第一阶段中记录的斜率提供剂量耗尽的指示。
重要的是，该扫描可以用于确定最佳驱动频率，如上所述。重要的是，共振频率的实时确定给出将喷雾器的操作改变到最佳驱动频率的可配置选项。共振频率可以用于短扫描测量点中的任一点。
这种由于全扫描的烟雾中的视觉中断仅持续0.3秒。这对设备操作的影响可以忽略。
在雾化期间，孔板的能量需求直接正比于该板所提供的阻抗。通过监测诸如电压、电流或相位差的一个或多个电气特性来测量该板的阻抗，并且在以上实施例中，通过监测驱动电流来测量该板的阻抗。
在初始驱动频率(CPt#1)处，监测板对雾化的阻抗，并且可以将能量需求确定为在正确操作振动网格式喷雾器所需的限制内，在该点处，驱动器可以继续在该频率下操作。
替代地，可以调整驱动电路的操作频率以确定压电元件的最佳操作点。这可以是反共振点(CPt#2频率)，在该点处发生最小的能耗(或最小偏移)。
存在超过反共振点的较高的频率，在该点处，能耗最大化，并且该点被称为共振点。
这些点可以用于确定最佳操作频率以产生所需的雾化液体流。存在优选地不在共振点处进行驱动的机械原因，例如，它可能不产生喷雾器的所需流速或所需粒径或者可能导致孔板上过度的机械应力。
参考图7，可以利用由全扫描方法采集的电气参数的细节来确定最佳驱动频率。反共振点(此处电流最小化)和共振点(此处电流最大化)的确定可以用于选择最佳驱动频率。
共振点可以提供的最大流速，然而，该频率可能导致机械结构上的不希望的应力。在共振点的运行变化也可能导致在该共振点处的流速的不希望的波动。同样，反共振点的使用可能不是希望的，因为该点处的流速可能不足够。最佳频率可以在这两个点之间，并且最终频率可以是这两个点的其中一个或多个点的固定偏移。
图7中是通常可能为以下情形：从约141kHz和150kHz之间的线性部分选择操作频率。
将领会的是，可以通过监测反共振点和共振点之间(或其偏移)的板阻抗的改变率来确定雾化(湿/干)的状态。这是通过确定两个共振频率之间的阻抗的最大正改变率来实施的。陡峭或急剧的改变率指示没有液体在板上(干)。平缓/缓慢的改变率指示液体的存在(湿)。
替代地，板阻抗在初始频率和/或共振(CPt#2)频率处的突然改变可以用作指示雾化状态的可能改变的快速方法(在短扫描中)。这触发全扫描以实际地确定剂量的耗尽。
还将领会的是，短扫描为实时控制提供很多有用信息，但不会导致雾化中的可见中断。短扫描在全扫描之前运行，全扫描可能导致液体雾化中的可见中断。
总之，由控制器实施的用于确定喷雾器的状态的软件程序如下：
-软件将每秒多次运行短扫描(图2)以确定驱动电流的改变是否已经发生。
-驱动电流的这种改变可以指示反共振频率和/或状态的改变已经发生；因此，请求全扫描(图3)。
-在全扫描完成后，更新喷雾器的状态(湿或干)。
在一些实施例中，控制器可以在预定时间(例如，又5秒)之后启动全扫描。该额外扫描的目的是在设备已经在新的状态完成5秒后记录最大斜率。当设备改变状态时，电流/斜率配置文件的改变几乎是瞬时的。然而，在额外的几秒之后，由于板的机械结构的改变，新配置文件将轻微地再次改变到喷雾器将在较长一段时间中保持的值。重要的是：确定该稳定值以确保短扫描具有正确频率的细节以监控。当被短扫描(或在预先定义的周期，例如，5秒)提示时，预先定义的全扫描的目的可以是为快速扫描更新检查点，因为这两个点可能在正常运行模式期间轻微地漂移。
短扫描在每个时间间隔(每秒或更小)检查正常操作频率处和一个其它点处的电流消耗。如果发现这两种频率中的任一个改变，控制器将标记状态的可能改变(即，该设备可能已经从湿变干或从干变湿)。这种改变将导致全扫描的调用。
在一个实施例中，对于全扫描，算法计算出每个频率步处的驱动电流的斜率/差分。随着算法跨过频率而步进，它测量电流，并且然后再减去之前使用滚动移位寄存器在16频率步下获得的电流测量值。
本发明不限于所描述的实施例，而是可以在结构和细节方面进行变化。

Claims (30)

1.一种喷雾器，包括：振动孔板、座架、致动器(5)、以及具有控制器的孔板驱动电路，其中，所述控制器被配置为：
测量多个测量点的每个测量点处的电气驱动参数，所述多个测量点的每个测量点具有驱动频率；并且
基于所述测量点处的所述参数的值，做出最佳的驱动频率的确定以及剂量耗尽的预测，
其特征在于，
所述控制器被配置为：
执行短扫描，在所述短扫描中，测量具有不同的驱动频率的两个或更多个测量点的每个测量点处的参数，并且
根据这些点处的驱动参数测量结果，确定是否应该执行扫过大量的测量点的全扫描。
2.如权利要求1所述的喷雾器，其中，所述短扫描具有少于五个测量点。
3.如权利要求2所述的喷雾器，其中，所述短扫描具有两个测量点(CPt#1、CPt#2)。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的喷雾器，其中，所述控制器被配置为将测量结果与容差范围进行比较，并且如果测量结果落在它相关联的范围之外，则启动全扫描。
5.如权利要求4所述的喷雾器，其中，所述容差范围被预先定义。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的喷雾器，其中，以规则的时间间隔来执行所述短扫描。
7.如权利要求6所述的喷雾器，其中，所述时间间隔为亚秒级。
8.如权利要求1至3中的任一项所述的喷雾器，其中，所述全扫描具有在5个至300个测量点的范围内的测量点。
9.如权利要求8所述的喷雾器，其中，所述全扫描具有在100个至300个测量点的范围内的测量点。
10.如权利要求1至3中的任一项所述的喷雾器，其中，所述控制器被配置为：
根据所述全扫描，为所述短扫描的测量点中的至少一个测量点动态地确定频率。
11.如权利要求10所述的喷雾器，其中，所述控制器被配置为：
将与最低驱动电流对应的频率值选择为短扫描测量点的频率。
12.如权利要求11所述的喷雾器，其中，所述最低驱动电流被确定为与共振频率对应，并且具有最低驱动电流的全扫描测量点的频率值被存储以用作短扫描测量点频率。
13.如权利要求1至3中的任一项所述的喷雾器，其中，所述参数是孔板驱动电流。
14.如权利要求1所述的喷雾器，其中，所述控制器被配置为，在全扫描期间：
动态地执行多个迭代，并且
在每个迭代中，将所测量的参数与先前测量点处的测量结果进行比较以确定剂量的耗尽和/或最佳驱动频率。
15.如权利要求14所述的喷雾器，其中，参数测量结果中的斜率被分析以确定每个迭代中的指示。
16.如权利要求15所述的喷雾器，其中，高于阈值的斜率值指示剂量的耗尽。
17.一种操作喷雾器的方法，所述喷雾器包括振动孔板、座架、致动器(5)、以及具有控制器的孔板驱动电路，其中，所述方法包括所述控制器的步骤：
测量多个测量点的每个测量点处的电气驱动参数，所述多个测量点的每个测量点具有驱动频率；以及
基于所述测量点处的所述参数的值，做出最佳驱动频率的确定以及剂量耗尽的预测，
其中，所述控制器：
执行短扫描，在所述短扫描中，测量具有不同的驱动频率的两个或更多个测量点的每个测量点处的参数，并且
根据这些点处的驱动参数测量结果，确定是否应该执行扫过大量的测量点的全扫描。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述短扫描具有少于五个测量点。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述短扫描具有两个测量点(CPt#1、CPt#2)。
20.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述控制器将测量结果与容差范围进行比较，并且如果测量结果落在它相关联的范围之外，则启动全扫描。
21.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，以规则的时间间隔来执行所述短扫描。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述时间间隔为亚秒级。
23.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述全扫描具有在5个至300个测量点的范围内的测量点。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述全扫描具有在100个至300个测量点的范围内的测量点。
25.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述控制器：
根据所述全扫描，为所述短扫描的测量点中的至少一个测量点动态地确定频率，并且
将与最低驱动电流对应的频率值选择为短扫描测量点的频率。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述最低驱动电流被确定为与共振频率对应，并且具有最低驱动电流的全扫描测量点的频率值被存储以用作短扫描测量点频率。
27.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述参数是孔板驱动电流。
28.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，在全扫描期间，所述控制器：
动态地执行多个迭代，并且
在每个迭代中，将所测量的参数与先前测量点处的测量结果进行比较以确定剂量的耗尽和/或最佳驱动频率。
29.如权利要求28所述的方法，其中，参数测量结果中的斜率被分析以确定每个迭代中的指示。
30.如权利要求29所述的方法，其中，高于阈值的斜率值指示剂量的耗尽。
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