CN106136321B - 薄膜式气动传感器、气流处理装置及电子烟 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜式气动传感器、气流处理装置及电子烟，其中薄膜式气动传感器包括：电极芯体、薄膜及屏蔽层；电极芯体内部具有第一空腔，电极芯体上开设有与第一空腔连通的吸气孔和进气孔；电极芯体的外壁上设置有至少一个凹槽；薄膜覆盖在至少一个凹槽上，薄膜与电极芯体之间形成与凹槽位置对应的至少一个第二空腔；屏蔽层设置在薄膜和电极芯体的外部，屏蔽层不与薄膜和电极芯体接触；其中，第一空腔通过设置在电极芯体内的至少一个通气孔与第二空腔连通；进气孔的孔径小于吸气孔的孔径；电极芯体为薄膜式气动传感器的信号输出端。该薄膜式气动传感器制作成本低、对外接信号处理电路要求低，受外界振动干扰小。

Description

薄膜式气动传感器、气流处理装置及电子烟

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种薄膜式气动传感器、气流处理装置及电子烟。

背景技术

随着科技及人们生活需求的不断发展，人们研制出了基于各种工作原理的传感器，例如，电阻式传感器、霍尔传感器、温度传感器和气动传感器等，这些传感器被应用到了生活和科研中的各个方面。比如，气动传感器被应用到了壁挂炉、儿童玩具和电子烟等领域中，但是现有的气动传感器存在着制作成本高、制作工艺复杂、输出信号偏小、对外接信号处理电路要求也较高的问题，而且还很容易受到外界振动的干扰。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种薄膜式气动传感器、气流处理装置及电子烟，用于解决现有技术中的气动传感器成本高、对外接信号处理电路要求高、易受外界振动干扰的问题。

本发明提供一种薄膜式气动传感器，包括：电极芯体、薄膜及屏蔽层；电极芯体内部具有第一空腔，电极芯体上开设有与第一空腔连通的吸气孔和进气孔；电极芯体的外壁上设置有至少一个凹槽；薄膜覆盖在至少一个凹槽上，薄膜与电极芯体之间形成与凹槽位置对应的至少一个第二空腔；屏蔽层设置在薄膜和电极芯体的外部，屏蔽层不与薄膜和电极芯体接触；其中，第一空腔通过设置在电极芯体内的至少一个通气孔与第二空腔连通；进气孔的孔径小于吸气孔的孔径；电极芯体为薄膜式气动传感器的信号输出端。

进一步，薄膜能够发生形变并与凹槽的底面接触形成摩擦界面。

进一步，电极芯体的材料与薄膜的材料的静电序列排序不同。

进一步，电极芯体的至少一个凹槽的底面上还设置有高分子聚合物层，高分子聚合物层的材料与薄膜的材料的静电序列排序不同。

进一步，薄膜远离电极芯体的一面上还设置有柔性电极层；柔性电极层为薄膜式气动传感器的另一信号输出端。

进一步，电极芯体的材料为金属或金属氧化物。

进一步，薄膜的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯塑料、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜或苯胺甲醛树脂薄膜。

进一步，高分子聚合物层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、三元乙丙橡胶或热塑性橡胶。

进一步，柔性电极层的材料为金属或金属氧化物。

进一步，薄膜式气动传感器还包括：设置在屏蔽层外部的保护罩。

进一步，薄膜为连续的圆环形状薄膜并套设在电极芯体的外壁上。

进一步，形成薄膜式气动传感器的摩擦界面的两层相对的面中至少一面设有微纳结构。

本发明还提供了一种气流处理装置，包括：上述的薄膜式气动传感器及电路模块，其中：薄膜式气动传感器用于感测气流通过，并输出感测信号；电路模块接收并处理感测信号，并输出控制信号。

本发明还提供了一种电子烟，包括：上述的气流处理装置以及烟杆、电源器件、雾化器。

本发明提供的上述薄膜式气动传感器的制作成本低，对外接信号处理电路要求低，可以轻易地通过信号处理电路设计来区分气流和振动干扰产生的电信号，从而有效地防止振动干扰的误触发，同时设置了屏蔽层，从而进一步减少了外界振动对薄膜式气动传感器的干扰，提高了薄膜式气动传感器工作的稳定性。另外，本发明还提供了包括上述薄膜式气动传感器及电路模块的气流处理装置，并将气流处理装置应用到电子烟中，有效地降低了电子烟的制作成本、简化了电子烟的制作工艺，并且有效地防止振动干扰的误触发，提高了电子烟工作的稳定性。

附图说明

图1a为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例一的轴向截面结构示意图；

图1b为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例一的径向截面结构示意图；

图2为本发明提供的电极芯体的立体结构示意图；

图3为本发明提供的薄膜式气动传感器的立体结构示意图；

图4为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例一的摩擦结构示意图；

图5为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例二的摩擦结构示意图；

图6为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例三的摩擦结构示意图；

图7为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例四的轴向截面结构示意图；

图8为本发明提供的电子烟实施例的结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

图1a和图1b分别为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例一的轴向截面结构示意图和径向截面结构示意图，如图1a和图1b所示，该薄膜式气动传感器包括：电极芯体10、薄膜11及屏蔽层12。其中，电极芯体10内部具有第一空腔19，电极芯体10上开设有与第一空腔19连通的吸气孔14和进气孔13，从吸气孔14吸出气流、气流从进气孔13进入，其中，进气孔13的孔径小于吸气孔14的孔径。电极芯体10的外壁上设置有至少一个凹槽15，薄膜11覆盖在至少一个凹槽15上，薄膜11与电极芯体10之间形成与凹槽15位置对应的至少一个第二空腔18，薄膜11能够发生形变并与凹槽15的底面接触形成摩擦界面。第一空腔19通过设置在电极芯体10内的至少一个通气孔16与第二空腔18连通。在本实施例中，电极芯体10的外壁上对称地设置有四个凹槽15。图2为本发明提供的电极芯体的立体结构示意图，如图1b和图2所示，该电极芯体10的中间是空心的，使电极芯体10内部具有第一空腔19，电极芯体10上开设有与第一空腔19连通的吸气孔和进气孔13，其中，进气孔13设置在电极芯体10的上端，吸气孔设置在电极芯体10的下端(图中未示出)。电极芯体10的外壁上还对称地设置有四个凹槽15，第一空腔19通过设置在电极芯体10内的至少一个通气孔16与第二空腔18连通。凹槽和通气孔的数量、大小和形状可以根据实际需要设置，此处不做具体限定。

如图1a所示，屏蔽层12设置在薄膜11和电极芯体10的外部，用于减少外界振动对薄膜式气动传感器的干扰，电极芯体10的两端设置了支撑物17，且支撑物17是绝缘的，屏蔽层12两端的部分表面固定在支撑物17上，使屏蔽层12不与薄膜11和电极芯体10接触，从而减少外界振动对薄膜式气动传感器的干扰。其中，在本实施例中，薄膜为连续的圆环形状的薄膜并套设在电极芯体10的外壁上。

图3为本发明提供的薄膜式气动传感器的立体结构示意图，如图1a、图1b、图2和图3所示，本实施例提供的薄膜式气动传感器及其内部的电极芯体为圆柱体，但薄膜式气动传感器及其内部的电极芯体的形状可以根据实际需要设置，此处不做具体限定。

图4为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例一的摩擦结构示意图，如图4所示，可将凹槽底面处的电极芯体和薄膜示意成层状的电极芯体40和薄膜41，选用材料时应使电极芯体40的材料与薄膜41的材料具有不同的静电序列排序，因为不同物质使电子脱离原来的物体表面所需要的逸出功有所区别，当具有不同静电序列的两个物质接触或分离时，逸出功小的物质表面失去电子而带正电，因此就能可以输出一个电信号。由于进气孔的孔径小于吸气孔的孔径，所以在单位时间内从吸气孔吸出的气流量大于从进气孔流入的气流量，从而使第一空腔内的气压低于外界大气压，从而形成压差，又由于第一空腔通过设置在电极芯体内的至少一个通气孔与第二空腔连通，所以压差会使薄膜41发生形变并与凹槽的底面处的电极芯体40接触形成摩擦界面并摩擦产生电荷，使电极芯体40与电位参考点之间的电势差发生变化，电位参考点可以为屏蔽层或其它接地端；当压差消失后，薄膜41与电极芯体40分离并回归原位，分离瞬间产生反向的分离电荷，回归原位后电极芯体40与电位参考点之间的电势差回复至初始状态，从而产生了电信号。此时，电极芯体40为薄膜式气动传感器的信号输出端，可以通过信号线连接电极芯体40，从而导出电信号。

本发明还提供了薄膜式气动传感器实施例二，实施例二与实施例一的区别在于：电极芯体的至少一个凹槽的底面上还设置有高分子聚合物层，并且高分子聚合物层应不影响第二空腔与设置在电极芯体内的至少一个通气孔以及第一空腔的连通。图5为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例二的摩擦结构示意图，如图5所示，可将凹槽底面处的电极芯体、电极芯体的凹槽的底面上的高分子聚合物层和薄膜示意成层状的电极芯体50、高分子聚合物层51和薄膜52，选用材料时应使高分子聚合物层51的材料与薄膜52的材料具有不同的静电序列排序。由于进气孔的孔径小于吸气孔的孔径，所以在单位时间内从吸气孔吸出的气流量大于从进气孔流入的气流量，从而使第一空腔内的气压低于外界大气压，从而形成压差，又由于第一空腔通过设置在电极芯体内的至少一个通气孔与第二空腔连通，所以压差会使薄膜52发生形变并与凹槽的底面上的高分子聚合物层51接触形成摩擦界面并摩擦产生电荷，使电极芯体50与电位参考点之间的电势差发生变化；当压差消失后，薄膜52与高分子聚合物层51分离并回归原位，分离瞬间产生反向的分离电荷，回归原位后电极芯体50与电位参考点之间的电势差回复至初始状态，从而产生了电信号。此时，电极芯体50为薄膜式气动传感器的信号输出端，可以通过信号线连接电极芯体50，从而导出电信号。

本发明还提供了薄膜式气动传感器实施例三，实施例三与实施例二的区别在于：薄膜远离电极芯体的一面上还设置有柔性电极层，柔性电极通过本领域技术人员已知的技术，如磁控溅射、静电纺丝等技术加工到薄膜上，并且不影响薄膜的能够产生形变的条件。图6为本发明提供的薄膜式气动传感器实施例三的摩擦结构示意图，如图6所示，可将凹槽底面处的电极芯体、电极芯体在凹槽的底面上的高分子聚合物层、薄膜和柔性电极层示意成层状的电极芯体60、高分子聚合物层61、薄膜62和柔性电极层63，选用材料时应使高分子聚合物层61的材料与薄膜62的材料具有不同的静电序列排序。

由于进气孔的孔径小于吸气孔的孔径，所以在单位时间内从吸气孔吸出的气流量大于从进气孔流入的气流量，从而使第一空腔内的气压低于外界大气压，从而形成压差，又由于第一空腔通过设置在电极芯体内的至少一个通气孔与第二空腔连通，所以压差会使薄膜62发生形变并与凹槽的底面上的高分子聚合物层61接触形成摩擦界面并摩擦产生电荷，使电极芯体60与柔性电极层63之间的电势差发生变化；当压差消失后，薄膜62与高分子聚合物层61分离并回归原位，分离瞬间产生反向的分离电荷，回归原位后电极芯体60与柔性电极层63之间的电势差回复至初始状态，从而产生了电信号。此时，电极芯体60为薄膜式气动传感器的信号输出端，柔性电极层63为薄膜式气动传感器的另一信号输出端，可以通过信号线连接电极芯体60和柔性电极层63，从而导出电信号。

在实施例一、实施例二和实施例三中，电极芯体的材料可以为金属或金属氧化物。薄膜为非金属薄膜，薄膜的材料可以选自聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯塑料、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜或苯胺甲醛树脂薄膜，优选地，薄膜的材料为聚二甲基硅氧烷。高分子聚合物层的材料可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、三元乙丙橡胶或热塑性橡胶，优选地，高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。柔性电极层的材料可以为金属或金属氧化物。

可选地，上述薄膜式气动传感器还包括：设置在屏蔽层外部的保护罩。如图7所示，以实施例一为基础，在屏蔽层12的外部设置有保护罩20，保护罩20的材料可以为弹性绝缘材料，起到保护薄膜式气动传感器内部结构的作用，并且还可以减少外界振动对薄膜式气动传感器性能的影响。

在上述提供的薄膜式气动传感器中，为了提高薄膜式气动传感器的灵敏度，可以在形成薄膜式气动传感器的摩擦界面的两层相对的面中至少一面设有微纳结构。当气流在电极芯体内通过时，使形成薄膜式气动传感器的摩擦界面的两层相对的面能够更好地接触摩擦。

本发明还提供了一种气流处理装置，该气流处理装置包括：上述的薄膜式气动传感器及电路模块，其中：薄膜式气动传感器用于感测气流通过，并输出感测信号；电路模块接收并处理感测信号，并输出控制信号。

图8为本发明提供的电子烟实施例的结构示意图，如图8所示，该电子烟800包括：上述的气流处理装置81以及烟杆82、电源器件84、雾化器83。

具体地，电源器件84为雾化器83和气流处理装置81供电，气流处理装置81与雾化器83连接。电子烟800上设置有进气口(图中未示出)和烟嘴85，气流处理装置81位于与电子烟800的进气口、烟嘴85相通的烟雾通道内，当用户通过烟嘴85吸气时，气流通过电子烟800的进气口进入气流处理装置81，由于薄膜式气动传感器的进气孔的孔径小于吸气孔的孔径，所以在单位时间内从吸气孔吸出的气流量大于从进气孔流入的气流量，从而使薄膜式气动传感器的第一空腔内的气压低于外界大气压，从而形成压差，进而使薄膜式气动传感器产生电信号，气流处理装置81根据电信号输出控制信号控制雾化器83工作，使其旁边的烟油挥发从而产生烟雾，所产生的烟雾通过烟雾通道供用户吸用。

本发明提供的上述薄膜式气动传感器的制作成本低，对外接信号处理电路要求低，同时，在外界振动受力的情况下，不足以使薄膜式气动传感器的摩擦层之间产生明显的电信号输出，由于气流通过可以产生较高的电压信号，可以轻易地通过信号处理电路设计来区分气流和振动干扰产生的电信号，从而有效地防止振动干扰的误触发，同时设置了屏蔽层，从而进一步减少了外界振动对薄膜式气动传感器的干扰，提高了薄膜式气动传感器工作的稳定性。另外，本发明还提供了包括上述薄膜式气动传感器及电路模块的气流处理装置，并将气流处理装置应用到电子烟中，有效地降低了电子烟的制作成本、简化了电子烟的制作工艺，并且有效地防止振动干扰的误触发，提高了电子烟工作的稳定性。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种薄膜式气动传感器，其特征在于，包括：电极芯体、薄膜及屏蔽层；

所述电极芯体内部具有第一空腔，所述电极芯体上开设有与所述第一空腔连通的吸气孔和进气孔；所述电极芯体的外壁上设置有至少一个凹槽；

所述薄膜覆盖在所述至少一个凹槽上，所述薄膜与所述电极芯体之间形成与所述凹槽位置对应的至少一个第二空腔；

所述屏蔽层设置在所述薄膜和所述电极芯体的外部，所述屏蔽层不与所述薄膜和所述电极芯体接触；

其中，所述第一空腔通过设置在所述电极芯体内的至少一个通气孔与所述第二空腔连通；所述进气孔的孔径小于所述吸气孔的孔径；所述电极芯体为所述薄膜式气动传感器的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述薄膜能够发生形变并与所述凹槽的底面接触形成摩擦界面。

3.根据权利要求2所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述电极芯体的材料与所述薄膜的材料的静电序列排序不同。

4.根据权利要求2所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述电极芯体的所述至少一个凹槽的底面上还设置有高分子聚合物层，所述高分子聚合物层的材料与所述薄膜的材料的静电序列排序不同。

5.根据权利要求4所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述薄膜远离所述电极芯体的一面上还设置有柔性电极层；所述柔性电极层为所述薄膜式气动传感器的另一信号输出端。

6.根据权利要求1-5任一项所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述电极芯体的材料为金属或金属氧化物。

7.根据权利要求1-5任一项所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述薄膜的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯塑料、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜或苯胺甲醛树脂薄膜。

8.根据权利要求4或5所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述高分子聚合物层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或热塑性橡胶。

9.根据权利要求8所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述热塑性橡胶包括：热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和三元乙丙橡胶。

10.根据权利要求5所述的薄膜式气动传感器，所述柔性电极层的材料为金属或金属氧化物。

11.根据权利要求1所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，还包括：设置在所述屏蔽层外部的保护罩。

12.根据权利要求1-5任一项所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，所述薄膜为连续的圆环形状薄膜并套设在所述电极芯体的外壁上。

13.根据权利要求2-5任一项所述的薄膜式气动传感器，其特征在于，形成所述薄膜式气动传感器的所述摩擦界面的两层相对的面中至少一面设有微纳结构。

14.一种气流处理装置，其特征在于，包括：权利要求1-13任一项所述的薄膜式气动传感器及电路模块，其中：

所述薄膜式气动传感器用于感测气流通过，并输出感测信号；

所述电路模块接收并处理所述感测信号，并输出控制信号。

15.一种电子烟，其特征在于，包括：权利要求14所述的气流处理装置以及烟杆、电源器件、雾化器。