CN106604654A - 电子烟雾供应系统 - Google Patents

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科林·迪肯斯
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Abstract

一种烟雾供应系统，诸如电子烟，其包括：加热元件，用于由源液体生成烟雾；以及控制电路，用于控制电源(诸如电池组/单个电池)对加热元件的供电。控制电路被配置为测量加热元件的电特性相对于时间的导数的指示，例如加热元件的电阻的一阶时间导数或二阶时间导数(或相关参数，诸如电导、电流消耗、功耗或电压降)。基于所测量的时间导数，控制电路被配置为确定电子烟雾供应系统是否已经出现了故障状况，例如加热元件的局部加热。由局部加热引起的加热元件的电特性的总体变化可能较小并且难以可靠地识别，但是可以预期变化发生的速率相对较高，这可以意味着局部特性的时间导数为发生故障状况的可靠指标。

Description

电子烟雾供应系统
技术领域
本公开涉及诸如尼古丁输送系统的电子烟雾供应系统(例如，电子烟等)。
背景技术
诸如电子烟的电子烟雾供应系统通常包含源液体的储存器，源液体含有通常包括尼古丁的制剂，烟雾由该制剂生成，例如通过热汽化。因此，用于烟雾供应系统的烟雾源可包括加热器，加热器具有邻近吸芯的加热元件，吸芯被布置成将源液体从储存器抽吸到加热元件附近。当使用者在装置上吸气时，将电力供应给加热元件以蒸发来自吸芯的源液体从而生成由使用者吸入的烟雾。此类装置通常设置有远离系统的烟嘴的一或多个空气入口孔。当使用者在烟嘴上抽吸时，空气通过入口孔并通过烟雾源吸入。存在连接在烟雾源和烟嘴中的开口之间的流动路径，使得被抽吸通过烟雾源的空气沿着流动路径继续到烟嘴开口，空气携带来自烟雾源的一些烟雾。携带烟雾的空气通过烟嘴开口离开烟雾供应系统，以供使用者吸入。
在电子烟雾供应系统中，已知的是控制供应给加热器的加热元件的功率，以设法在烟雾生成方面提供期望的性能。例如，WO2012/109371[1]公开了操作模式的选择可取决于来自装置内部的温度传感器的读数的装置。US 2014/0014126[2]公开了加热元件的温度由其加热和冷却时的电阻确定，以建立装置的热时间常数的装置。然后可基于该时间常数调节供应给加热元件的功率。EP 2 316 286[3]描述了电加热吸烟系统，其中，加热元件的温度由其电阻确定并且电力根据其温度被供应给加热元件。烟雾供应系统也可包括其它加热器，例如US 2004/0149737[4]描述了具有用于从电子吸烟系统去除冷凝物的感应加热系统的装置，其中，加热器的布置的温度由它们各自的电阻确定。
本发明人已经认识到，如果邻近加热元件的吸芯的一部分变干，则上述类型的现有烟雾供应系统可能出现问题。这可能发生是因为例如当储存器变空时，源液体到吸芯的供应会变得不稳定。具体地，本发明人已经认识到，这种情况可能导致加热元件在吸芯的干燥部分附近的快速加热。过热可能是局部的，但也会影响加热元件的更大和更多延伸的部分。考虑到典型的操作条件，过热部分/热点可能会快速达到500℃至900℃范围内的温度。这种快速加热的程度不仅潜在地表示使用者存在火灾和燃烧的风险，而且来自热点的辐射热可能损坏烟雾供应系统内的部件并且可能不利地影响蒸发过程。例如，来自热点的热量可能导致源液体和/或所生成的烟雾分解，例如通过热解，这会潜在地将令人不快的味道物质释放到使用者吸入的空气流中。来自热点的热量也可点燃可燃蒸汽/空气混合物，这继而会显著提高使用者要吸入的空气流的温度。不仅是不稳定的芯吸会导致过热和热点。而且过热也可以是向加热元件提供太多电力的结果。如果热通量超过一定的上限(通常约1W/mm2)，泡核沸腾可能变成膜态沸腾，后者的沸腾机制不怎么有效，从而导致加热元件的温度突然上升。
鉴于以上讨论的问题，期望能够识别在烟雾供应系统中的加热元件何时快速过度加热，从而允许采取补救行动，例如通过降低加热元件的功率、例如停止供电和/或警告用户的方法和装置。
发明内容
根据某些实施例的方面，提供了一种电子烟雾供应系统，包括：加热元件，用于由源液体生成烟雾；以及控制电路，用于控制从电源到加热元件的电力供应，并且其中，控制电路进一步被配置为确定加热元件的电特性相对于时间的导数的指示；以及基于所确定的加热元件的电特性相对于时间的导数的指示来确定电子烟雾供应系统是否已经出现了故障状况。
根据某些实施例的另一方面，提供了操作电子烟雾供应系统的方法，该电子烟雾供应系统包括：用于由源液体生成烟雾的加热元件以及用于控制从电源到加热元件的电力供应的控制电路，其中，该方法包括确定加热元件的电特性相对于时间的导数的指示；以及基于所确定的加热元件的电特性相对于时间的导数的指示来确定电子烟雾供应系统是否已经出现了故障状况。
本文所述的方法不限于诸如下面阐述的具体实施例，而是包括并考虑本文所呈现的特征的任何适当组合。例如，可根据本文所述的方法提供电子烟雾供应系统，其包括适当地在下面描述的各种特征中的任何一或多种。
附图说明
现在将仅通过参考以下附图的示例来详细描述各种实施例：
图1为根据一些实施例的诸如电子烟的电子烟雾供应系统的示意图(分解图)；
图2为根据一些实施例的图1的电子烟的主体部分的示意图；
图3为根据一些实施例的图1的电子烟的烟雾源部分的示意图；
图4为示出根据一些实施例的图1的电子烟的主体部分的一端的某些方面的示意图；以及
图5为表示根据一些实施例的诸如电子烟的电子烟雾供应系统的操作模式的示意流程图。
具体实施方式
本文论述/描述了某些示例和实施例的方面和特征。某些示例和实施例的一些方面和特征可按常规实现，并且为了简洁起见，不对其进行详细论述/描述。因此，应理解，可根据用于实现这些方面和特征的任何常规技术来实现未在此详细描述的本文论述的装置和方法的方面和特征。
如上所述，本公开涉及烟雾供应系统，诸如电子烟。在下面的描述中，有时使用术语“电子烟”，但是该术语可与烟雾(蒸气)供应系统互换使用。
图1为根据一些实施例的诸如电子烟10的烟雾/蒸汽供应系统的示意图(未按比例)。电子烟具有大体圆柱形的形状，沿由虚线LA表示的纵向轴线延伸，并且包括两个主要部件，即主体20和雾化烟弹(cartomiser)30。该雾化烟弹包括：内部腔室，该内部腔室包含源液体的储存器，该源液体包括生成例如包含尼古丁的烟雾的液体制剂；加热元件，以及液体输送元件(在该示例中为芯吸元件)，用于将源液体输送到加热元件附近。芯吸元件和加热元件有时可被统称为烟雾发生器/烟雾源/烟雾形成构件/蒸发器/雾化烟弹。雾化烟弹30另外包括具有开口的烟嘴35，使用者可通过该开口从烟雾发生器吸入烟雾。源液体可为在电子烟中使用的常规种类，例如包含溶解在溶剂中的0-5％尼古丁，该溶剂包含甘油、水或/和丙二醇。源液体也可包含调味剂。用于源液体的储存器可以在外壳内部包括多孔基质或任何其它结构，用于保持源液体直到需要将其输送到烟雾发生器/蒸发器。
如下面进一步论述的，主体20包括用于为电子烟10供电的可再充电电池或电池组以及包括主要用于控制电子烟的控制电路的电路板。在使用中，当加热元件根据电路板的控制从电池组接收电力时，加热元件在加热元件附近的加热位置处蒸发来自芯吸元件的源液体以生成烟雾。烟雾由使用者通过烟嘴中的开口吸入。在使用者吸入期间，烟雾从烟雾源沿着连接在烟雾源和烟嘴开口之间的空气通道被携带到烟嘴开口。
在该特定示例中，主体20和雾化烟弹30可通过在平行于纵向轴线LA的方向上分离而彼此拆开，如图1所示，但是当装置10在使用时，主体20和雾化烟弹30可通过在图1中示意性地示为25A和25B的连接接合在一起，，该连接在主体20和雾化烟弹30之间提供机械和电连接。主体20上用于连接到雾化烟弹的电连接器也用作当主体从雾化烟弹30拆下时连接充电装置(未示出)的插座。充电装置的另一端可以被插入外部电源，例如USB插座，以对电子烟的主体20中的单个电池(cell)/电池组(battery)充电或再充电。在其它实施方案中，可提供电缆以用于主体上的电连接器与外部电源之间的直接连接。
电子烟10设有用于空气入口的一或多个孔(图1中未示出)。这些孔连接到穿过电子烟10到烟嘴35的空气运行通道。空气通道包括在烟雾源周围的区域和包括从烟雾源连接到烟嘴中的开口的空气道的部分。
当使用者通过烟嘴35吸气时，空气通过适当地位于电子烟外部的一或多个空气入口孔被吸入该空气通道。该气流(或所产生的压力变化)被压力传感器检测到，该气流继而激活电池组对加热元件的供电，以蒸发芯吸元件中邻近加热元件的液体源的一部分。响应于使用者吸气而触发电子烟的操作可根据常规技术来实现。气流穿过空气通道并与烟雾源周围区域中的蒸汽结合/混合以生成烟雾。所得的气流和蒸汽的结合沿着从烟雾源连接到烟嘴的空气通道继续前进，以供使用者吸入。当源液体的供应被耗尽时(并且如果需要，用另一个雾化烟弹替换)，可从主体20拆下雾化烟弹30并进行处理。另选地，雾化烟弹可以是可再填充的。
通常，出了被修改以提供根据本文所述的方法和装置的功能之外，电子烟的构造和操作可遵循烟雾供应系统领域中已建立的技术。因此，应理解，图1中所示的电子烟10被呈现为根据本公开的烟雾供应系统的一个示例实施方案，并且可以在烟雾供应系统的其它构造的背景中采用各种其它实施方案。例如，在一些实施例中，雾化烟弹30可设有两个可分离部件，即包括源液体储存器和烟嘴(当储存器的源液体耗尽时可以更换)的烟弹(cartridge)和包括加热元件(其通常被保留)的蒸发器/烟雾发生器。又如，充电设施和/或加热元件本身可连接到另外的或备用电源，诸如汽车点烟器插座。更一般地，应理解，本文所述的本公开的实施例可结合基于用于汽化/烟雾化源液体的电子加热元件的电子烟雾供应系统的任何设计来实现，并且烟雾供应系统的其它方面的基本操作原理和结构设计对根据本文所述的实施例的操作原理并不重要。
图2为图1的电子烟的主体20的示意图。图2通常可以被认为是通过电子烟的纵向轴线LA的平面中的横截面。应指出，为了清楚起见，主体的各种部件和细节，例如诸如布线和更复杂的成形已从图2中省略。
如图2所示，主体20包括：电池组或单个电池210，用于为电子烟10供电；以及电路板555，用于控制电子烟10的控制电路550，在该示例中，控制电路采用芯片的形式，诸如专用集成电路(ASIC)或微控制器。控制电路550可被布置在电池组210的旁边或一端。控制电路550可被设置为单个元件或多个分立元件。控制电路550被连接到传感器单元215以检测烟嘴35上的吸入(或另选地，传感器单元215可由控制电路本身提供)。响应于此类检测，控制电路550激活电池组或电池210对雾化烟弹中的加热元件的电力供应，以蒸发源液体并将烟雾引入由使用者吸入的气流中。如上所述，操作的这个方面可为常规的。
然而，除了被配置为根据所建立的技术支持电子烟的常规操作方面之外，控制电路550进一步被配置为根据本公开的实施例来操作以确定是否出现故障状况(对应于发生加热元件的热点/发光/快速过热)，如下面进一步描述的。在这方面，根据本示例实施方案的烟雾供应系统10的主体20进一步包括指示器560，在出现故障状况时指示器向使用者提供指示(警告)。在该示例中的指示器560包括耦合到控制电路550并且可由控制电路550驱动的光，例如发光二极管。可使用其它形式的指示器，例如用于响应于确定已经出现故障状况而发出警告音的扬声器。
主体20进一步包括盖225，用于密封和保护电子烟的远端(远端)。在盖225中或附近设置有空气入口孔，用于在使用者在烟嘴35上吸气时允许空气进入主体并流过传感器单元215。因此，该气流允许传感器单元215响应于使用者的吸入来触发控制电路550以激活电子烟的烟雾发生器元件(即，向加热元件供电)。
在主体20上与盖225相对的端部为将主体20接合到雾化烟弹30的连接器25B。连接器25B提供主体20和雾化烟弹30之间的机械和电连接。连接器25B包括主体连接器240，主体连接器240为金属的(在一些实施例中为镀银到)，以用作与雾化烟弹30进行电连接的一个端子(正极或负极)。连接器25B进一步包括电触头250，以提供将雾化烟弹30以相反极性电连接到第一端子即主体连接器240的第二端子。电触头250被安装在卷簧255上。当主体20附接到雾化烟弹30时，雾化烟弹上的连接器25A推压电触头250，使得在轴向方向上即在平行于纵向轴线LA(共同对准)的方向上压缩卷簧。考虑到弹簧255的弹性特性，该压缩偏压弹簧255以使其膨胀，这具有将电触头250牢牢地推靠连接器25A的效果，从而有助于确保主体20和雾化烟弹30之间的良好电连接性。主体连接器240和电触头250由隔件260隔开，隔件260由非导体(诸如塑料)制成，以在两个电端子之间提供良好的绝缘。隔件260成形为有助于连接器25A和25B的相互机械接合。
图3为根据一些实施例的图1的电子烟的雾化烟弹30的示意图。图3通常可以被认为是通过电子烟的纵向轴线LA的平面中的横截面。应指出，为了清楚起见，主体的各种部件和细节，例如诸如布线和更复杂的成形已从图3中省略。
雾化烟弹30包括烟雾源365；368，烟雾源被布置在沿着雾化烟弹30的中心(纵向)轴线从烟嘴35延伸到将雾化烟弹接合到主体20的连接器25A的空气通道355中。烟雾源包括与芯吸元件(液体输送元件)368相邻的电阻加热元件365，芯吸元件被布置成将源液体从源液体360的储存器输送到加热元件365的附近以用于加热。在该示例中，源液体360的储存器被设置在空气通道335周围，并且可例如通过提供浸泡在源液体中的棉或泡沫来实现。芯吸元件365的端部与储存器360中的源液体接触，使得液体沿着芯吸元件被抽吸到与加热元件365的范围相邻的位置。
芯吸元件368和加热元件365的一般构造可遵循常规技术。例如，在一些实施方案中，芯吸元件和加热元件可包括分立的元件，例如，围绕/缠绕在圆柱形吸芯上的金属加热丝，吸芯例如由玻璃纤维的束、线或丝组成。在其它实施方案中，芯吸元件和加热元件的功能可由单个元件提供。也就是说，加热元件本身可提供芯吸功能。因此，在各种示例实施方案中，加热元件/芯吸元件可包括以下中的一或多种：金属复合结构，诸如来自Bakaert的多孔烧结金属纤维介质(ST)；金属泡沫结构，例如可购自三菱材料株式会社；多层烧结金属丝网，或折叠的单层金属丝网，诸如来自Bopp；金属编织层；或与金属丝缠绕的玻璃纤维或碳纤维织物。“金属”可为具有适当电阻率以用于与电池组连接/组合的任何金属材料。所得的加热元件的电阻通常在0.5欧姆-5欧姆的范围内。可以使用低于0.5欧姆的值，但可能会使电池组过载。“金属”可为例如NiCr合金(例如，NiCr8020)或FeCrAl合金(例如“Kanthal”)或不锈钢(例如，AISI 304或AISI 316)。
如下面进一步论述的，本公开的实施例可依赖于加热元件的电阻随温度的变化来识别故障状况的发生。因此，根据某些实施例，电阻加热元件365由具有相对高的电阻温度系数的材料构成。一些上述金属的温度系数是相对低的(例如，对于NiCr8020和Kanthal，<0.0001K-1)。然而，不锈钢具有较高的温度系数。因此，在一些实施方案中，在本发明的背景中，不锈钢可为用于加热元件的优选材料，但是应理解，当然可以使用其它材料。如本文所用的术语“不锈钢”可根据常规的冶金学术语来解释，至少包括SAE/AISI不锈钢系列100、200、300和400。
加热元件365通过线路366和367供电，线路366和367继而经由连接器25A并且在控制电路355的控制下可连接到电池组210的相反极性(正极和负极，或反之亦然)(图3中省略了电力线路366和367与连接器25A之间的布线的细节)。
连接器25A包括内部电极375，其可为镀银的或由一些其它合适的金属制成。当雾化烟弹30连接到主体20时，内部电极375接触主体20的电触头250，以在雾化烟弹和主体之间提供第一电气路径。具体地，当连接器25A和25B接合时，内部电极375推压电触头250，以便压缩卷簧255，从而有助于确保内部电极375和电触头250之间的良好电接触。
内部电极375被绝缘环372包围，绝缘环372可由塑料、橡胶、硅树脂或任何其它合适的材料制成。绝缘环被雾化烟弹连接器370环绕，雾化烟弹连接器370可为镀银的或由某种其它合适的金属或导电材料制成。当雾化烟弹30连接到主体20时，雾化烟弹连接器370接触主体20的主体连接器240，以在雾化烟弹车和主体之间提供第二电气路径。换句话说，内部电极375和雾化烟弹连接器370用作正极和负极端子(或反之亦然)，用于在控制电路550的控制下经由供电线路366和367从主体中的电池组210向加热元件365供电。
雾化烟弹连接器370设有两个凸耳或突片380A、380B，它们沿远离电子烟的纵向轴线的相反方向延伸。这些突片用于提供与主体连接器240结合的卡口配件，用于将雾化烟弹30连接到主体20。这种卡口配件提供了雾化烟弹30和主体20之间的安全可靠的连接，使得雾化烟弹和主体相对于彼此保持在固定位置而没有摆动或弯曲，并且任何意外断开的可能性非常小。同时，通过插入之后进行旋转用于连接以及旋转(沿相反方向)然后进行抽出用于断开，卡口配件提供简单和快速的连接和断开。应理解，其它实施例可使用主体20和雾化烟弹30之间的不同形式的连接，诸如扣合或螺钉连接。
图4为根据一些实施例在主体20的端部处的连接器25B的某些细节(但是为了清楚起见，省略了如图2所示的连接器的大部分内部结构，诸如隔件260)的示意图。具体地，图4示出了主体20的外壳201，其通常具有圆柱形管的形式。该外壳201可包括例如具有纸或类似物的外覆盖件的金属内管。
主体连接器240从主体20的外壳201延伸。如图4所示的主体连接器包括两个主要部分：呈中空圆柱形管的轴部分241，其尺寸被设置成恰好位于主体20的外壳201的内部；以及唇部分242，其在径向向外的方向上远离电子烟的主纵向轴线(LA)。环绕主体连接器240的轴部分241的为轴环或套筒290，其中，轴部分不与外壳201重叠，轴环或套筒290再次为圆柱形管的形状。套环290被保持在主体连接器240的唇部分242和主体的外壳201之间，它们一起防止轴环290在轴向方向(即，平行于轴线LA)上的运动。然而，套环290可绕轴部分241(因此也是轴线LA)自由旋转。
如上所述，盖225设有空气入口孔，以在使用者在烟嘴35上吸气时允许空气流过传感器215。然而，对于该特定示例烟雾供应系统，当使用者吸入时进入装置的大部分空气流过套环290和主体连接器240，如图4中的两个箭头所示。
如上所述，需要用于确定烟雾供应系统中发生故障状况的方案，特别是对包括局部过热(即，热点)的加热元件的快速过热的发生。此类过热可能例如由加热元件的某些部分附近缺乏用于加热的源液体(可能是暂时的)引起。同样，当热通量超过一定限度(例如，约1W/mm2)时，可能由加热元件的热过载引起。先前在电子烟型装置的背景中提出了从加热元件的电阻来确定加热元件的温度，例如在US 2014/0014126[2]和EP 2 316286[3]中所述。然而，发明人已经认识到诸如这对于识别快速的、可能局部过热的发生相对不敏感的方法，特别是如果具有相对低的电阻温度系数的材料(例如，NiCr合金或Kanthal)被用于加热元件。但即使不锈钢的较高温度系数可能也不能使用现有技术提供确定局部过热事件(热点)所需的灵敏度。这是因为从其电阻测量加热元件的温度提供了沿其长度集成的加热元件的平均温度的指示。例如，对于长度为30mm的加热元件，并且假设可忽略的非线性效应，将不可能从加热元件电阻的测量区分沿着加热元件的整个长度的20℃的均匀温度升高与沿着加热元件的3mm长度的200°的局部温度升高。这意味着对于加热元件的较大部分的可接受的温度升高可能与可能存在危险的局部过热不可区分。
因此，根据本公开的实施例的烟雾供应系统的方面利用加热元件的电阻随温度的变化来确定是否已经出现故障状况，而不是基于加热元件的电阻来设法确定是否已经出现故障状况，根据本公开的某些实施例的方法改为基于加热元件的电阻(R)的观察时间(t)导数(或相应相关的电气特性，诸如电导、电流消耗、功耗或电压降)来确定是否已经出现故障状况。例如，时间导数在一些情况下可为一阶导数(即dR/dt)，而在其它情况下可为二阶导数(d2R/dt2)。
图5为示意性地表示根据本公开的某些实施例的操作电子蒸汽供应系统的方法的步骤的流程图。因此，在图1至图4中所示的示例电子烟的背景中，控制电路550被配置为根据图5中所示的方法提供功能。
在步骤S1开始处理，其中，假设使用者处于使用图1至图4的电子烟雾供应系统10的过程中。
在步骤S2中，控制电路550检测到使用者已经开始吸气(即，使用者已经开始在烟嘴上抽吸以通过电子烟雾供应系统吸进空气)。该检测基于从传感器215接收到的信号，并且可根据任何一般常规技术来执行。
在步骤S3中，控制电路550开始向加热元件365供电，以开始从芯吸元件368蒸发源液体以生成用于供使用者吸入的烟雾。同样，该过程可根据常规技术来执行。具体地，在正常操作期间(即，被视为没有发生故障状况)供电的具体方式可根据常规技术根据烟雾生成的时间和程度的期望性能来选择。例如，可在使用者的整个抽吸期间随着使用者抽吸的功率量的变化(例如，使用脉宽调制)，在对应于使用者抽吸的持续时间的时间段内向加热元件供电，以根据已建立的技术提供期望水平的烟雾生成。下面进一步论述的图5的步骤S4至S6在向加热元件供电并生成烟雾的时间段期间以正在进行的重复方式执行。
在步骤S4中，控制电路550监测加热元件的电阻R。这可通过在一系列离散时间(例如，每10ms一次)测量加热元件的电阻(或相应的电参数，诸如电导、电流消耗、功耗或电压降)来实现。测量加热元件的电阻的过程可根据常规电阻测量技术来执行。也就是说，控制电路550可包括基于已建立的用于测量电阻(或相应的电参数)的技术的电阻测量部件。在这方面，控制电路550的电阻测量部件可经由线路366、367和连接器部件25A、25B的各种元件耦接到加热元件。在这方面，应理解，控制电路550可测量加热元件和将控制电路550连接到加热元件365的各部件的组合电阻。然而，由于预期电阻路径中的其它部件的电阻相对于时间不会显着变化，因此这对根据本文所述的本公开的实施例的加热元件的电阻相对于时间的导数的测量几乎没有影响。还应理解，与加热元件相关联的电流、功率或电压降(以及因此其电阻)也可以由电耦接到加热元件的另一电阻元件例如功率MOSFET、分流电阻器或甚至电池组本身的电特性(例如，电压或电流/功耗)的测量通过考虑基尔霍夫电压定律来确定。
在步骤S5中，根据在步骤S4中在不同时间建立的一系列电阻值来确定电阻R相对于时间t的导数。也就是说，控制电路被配置为保持根据采样周期所建立的R的先前值的记录，并确定所建立的值的时间导数。例如，导数可为相对于时间的一阶导数或相对于时间的二阶导数。可根据用于由离散测量确定梯度的常规数字处理技术由R的建立值确定导数。例如，假设根据规则的采样周期p建立的一系列电阻测量R0、R1、R2、R3、...、Rn-1、Rn、Rn+1...，在对应于样本时间Rn的)时间tn的第一导数的初始确定指示可根据下式简单地确定：
dR/dt＝(Rn+1-Rn-1)/2p。
类似地，可根据下式简单地确定在时间tn(对应于样本时间Rn)处的二阶导数的初始确定指示：
d2R/dt2＝(Rn+1+Rn-1-2Rn)/p2。
然而，应理解，存在用于从一系列样本建立一阶导数或二阶导数的各种其它公认的统计技术。还应理解，不必以欧姆每秒为单位来确定实际导数，而是导数的指示就足够。例如，对于规则的采样周期，不需要考虑样本之间的实际时间，因为它将仅改变所确定的导数的有效单位。在该特定示例中，假设步骤S5中的处理基于电阻相对于时间的一阶导数(即dR/dt)来确定。
在步骤S6中，将在步骤S5中建立的导数与阈值V进行比较。实际上，阈值为可预期在没有上述类型的任何快速过热的情况下发生的电阻的最大变化率的指示。如果在步骤S6中确定在S5中建立的导数未超过预定阈值，则处理沿着标记为“否”的路径回到步骤S4，在步骤S4中，继续如上所述的处理。然而，如果在步骤S6中确定在步骤S5中建立的导数超过预定阈值，则处理沿着标记为“是”的路径前进到步骤S7。
在步骤S7中，确定因为在步骤S6的比较中已经发现在步骤S5中建立的时间导数超过了预定阈值，所以假设已经发生故障状况。该结论基于发明人的认识，即虽然加热元件的电阻本身是快速过热的相对较差的指标，特别是对于在加热元件上形成的局部过热(热点)，但电阻相对于时间的变化率是较好的指标。这是因为即使对于整个加热元件的温度的温和增加和更显着的局部过热事件两者，电阻的总体变化可能是相似的，但是在这两种情况下温度变化的速率是不同的。具体地，可以预期局部过热(热失控)比整个加热元件的均匀加热更快地发生。
在步骤S6中所使用的合适阈值可通过计算、建模或实验来建立。例如，可有目的地将样本烟雾供应系统驱动到促进热点形成的条件中，并且电阻相对于时间的导数可在出现这种条件时进行测量。同样，可建立在正常操作期间电阻相对于时间的最大导数(即，不发生过热故障状况)。然后，阈值V在某种程度上可取为在正常操作期间看到的电阻的最大导数与作为局部过热/热点形成的结果看到的电阻的最小导数之间的值，例如，这些值之间的中间值。不同设计的烟雾供应系统通常将采用不同的阈值。
在步骤S7中确定发生了故障状况之后，本示例中的处理进行到步骤S8，在该步骤中，减少对加热元件的电力供应，例如可完全关闭。在该示例中，图5中所示的处理随后进行到步骤S9，在该步骤中，通过驱动指示器560出现发生故障状况的指示，以提醒使用者已经发生故障状况。
进一步的操作可根据当前的实施方案而变化。例如，在一些情况下，烟雾供应系统可能实际上变为“锁定”，并且可能不再次起作用，直到使用者实际上重置系统，例如通过断开并重新连接主体和雾化烟弹(希望可完成这个动作以重新填充储存器360或用新的雾化烟弹更换雾化烟弹)。在一些情况下，如果在给定时间段内检测到多个故障状况检测事件，则烟雾供应系统可仅被“锁定”(即，停止进一步工作)。
为了最佳性能，当加热元件的温度被认为在时间上稳定时，电阻相对于时间的导数对于加热元件的局部过热事件(热点)的形成可能最敏感。在这方面，在某些情况下，只有当预期加热元件的温度保持在稳定状态时，图5所示的处理可被实施以保持正常操作的烟雾供应系统的稳定状态。例如，当加热元件从环境温度被加热到蒸发/沸腾温度时，可不在预热阶段期间执行处理。这种预热也会引起加热元件的快速加热，其可以以类似于故障状况的方式存在。然而，在其它情况下，可执行处理，而不管加热元件的温度是否已经稳定。更一般地，该方法可在生成烟雾的时间段期间和/或在向加热元件供电的时间段期间应用。
应理解，根据本公开的某些实施例可实现对上述装置和方法的各种变型。例如，除了确定电阻相对于时间的导数以确定是否出现故障状况之外，控制器也可被配置为例如从电阻测量建立加热元件的有效平均温度，例如以用于控制给加热元件的电力供应、以根据常规技术提供期望的烟雾生成的程度和时间。
此外，虽然上述示例关注从离散电阻测量(即，实际上使用数字控制电路)导出电阻的时间导数的指示的实施方案，但是应理解的是，可以使用已建立的模拟电子技术，例如通过使用一或多个适当配置的滤波器，在模拟域中同样地建立加热元件的电阻的导数的指示。此外，应理解，图5中所示的其它步骤也可以使用模拟而不是数字电子技术来执行。例如，对应于步骤S5和S6的功能可以通过使表示加热元件的电阻的信号通过高通滤波器传递并使用比较器将高通滤波器的输出与阈值电平进行比较来实现。
如上所述，不需要确定例如欧姆每秒的实际导数，但是相反，导数的指示是足够的，例如，该导数是否超过被认为与所出现的故障状况相对应的特定阈值的指示，例如，基于在经验测试或建模期间所观察到的。例如，在一个实施方案中，在初始加热器激活期间，例如在使用者抽吸开始时的一段时间内，可监测加热元件在给定时间段内的电阻。该时间段可被认为是检测时间段，并且该装置可被配置为确定在检测时间段期间加热器的电阻是否在基线电阻值上改变超过阈值量。用于归一化后续测量的基线电阻值可对应于当加热器为冷的时候，例如当雾化烟弹首先连接到装置的主体时或在加热器启动之间的时间段期间所测量的加热器电阻的值。为了提供特定的具体示例，在一个实施方案中，检测时间段可在初始加热器激活之后具有400ms的持续时间，并且被认为用于指示故障状况的电阻变化率的阈值可为增加在该400ms检测时间段内在基线电阻测量上增加14％(即，归一化电阻增加0.14)。因此，如果在检测时间段期间电阻的测量指示在400ms检测时间段内存在大于基线电阻值的14％的电阻变化增加，则这指示电阻的变化率大于用于指示故障的阈值，并且装置可相应地进行响应。
因此，已经描述了烟雾供应系统，诸如电子烟，其包括用于由源液体生成烟雾的加热元件和用于控制从电源(诸如，电池组/单个电池)到加热元件的电力供应的控制电路。控制电路被配置为测量加热元件的电特性相对于时间的导数的指示，例如加热元件的电阻的一阶时间导数或二阶时间导数(或相关参数，诸如电导、电流消耗、功耗或电压降)。基于所测量的时间导数，控制电路被配置为确定电子烟雾供应系统是否已经出现了故障状况，例如加热元件的局部加热。由局部加热引起的加热元件的电特性的总体变化会比较小并且难以可靠地识别，但是可以预期变化发生的速率相对较高，这可以意味着局部特性的时间导数为发生故障状况的可靠指标。
虽然上述实施例在一些方面集中在一些特定的示例烟雾供应系统上，但是应理解，相同的原理可以应用于使用其它技术的烟雾供应系统。也就是说，根据本文所述的方法，与确定加热元件是否出现故障状态不直接相关的烟雾供应系统的各个方面的具体方式对于某些实施例的原理并不重要。例如，基于在US 2011/0226236[1]中公开的系统的配置可以被用于其它实施方案中。
为了解决各种问题并使得技术进步，本公开通过说明的方式示出了可实施所要求保护的本发明的各种实施例。本公开的优点和特征仅为实施例的代表性示例，并且不是详尽的和/或排他的。提供它们仅仅是为了帮助理解和教导所要求保护的发明。应理解，本公开的优点、实施例、实例、功能、特征、结构和/或其它方面不应被认为是对由权利要求限定的本公开的限制或对权利要求的等同物的限制，而且在不脱离权利要求的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可进行修改。各种实施例可适当地包括所公开的元件的各种组合、除了本文具体描述的那些之外的组件、特征、部件、步骤、装置等或由其组成或基本上由其组成，并因此应理解，从属权利要求的特征可与不是在权利要求中明确阐述的那些独立权利要求的特征组合。本公开可包括当前未要求保护的但是将来可要求保护的其它发明。
参考文献
[1]WO 2012/109371
[2]US 2014/0014126
[3]EP 2 316 286
[4]US 2004/0149737。

Claims (23)

1.一种电子烟雾供应系统，包括：
加热元件，用于由源液体生成烟雾；以及
控制电路，用于控制从电源至所述加热元件的电力供应，并且其中，所述控制电路进一步被配置为：
确定所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示；以及
基于所确定的所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示来确定是否电子烟雾供应系统已经出现故障状况。
2.根据权利要求1所述的电子烟雾供应系统，其中，所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示包括所述加热元件的电特性相对于时间的一阶导数的指示。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示包括所述加热元件的电特性相对于时间的二阶导数的指示。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述加热元件包括电阻加热元件。
5.根据权利要求4所述的烟雾供应系统，其中，所述电阻加热元件包括不锈钢。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述加热元件的电特性基于选自包括以下项的组中的一或多个特性：与所述加热元件相关联的电阻；与所述加热元件相关联的电导；与所述加热元件相关联的电流消耗；与所述加热元件相关联的功耗；与所述加热元件相关联的电压降；以及与电耦接到所述加热元件的另一电阻元件相关联的电压降。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路进一步被配置为由所述电特性的测量确定所述加热元件的温度的指示。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述故障状况与所述加热元件的至少一部分的温度突然上升相关联。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述故障状况与所述加热元件的至少一部分出现灼热相关联。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路被配置为通过将所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示与预定阈值进行比较来确定所述电子烟雾供应系统是否正在出现或已经出现了故障状况。
11.根据权利要求10所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路被配置为如果所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示的量值超过所述预定阈值，则确定已经出现所述故障状况。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路被配置为在所述加热元件的温度被认为是暂时稳定的时间段期间，确定所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路被配置为在由所述加热元件生成烟雾的时间段期间，确定所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路被配置为在向所述加热元件供电的时间段期间，确定所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路进一步被配置为如果确定已经出现所述故障状况，则减少对所述加热元件的供电。
16.根据权利要求15所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路进一步被配置为如果确定已经出现所述故障状况，则停止向所述加热元件供电。
17.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述控制电路进一步被配置为如果确定已经出现所述故障状况，则激活警告指示器。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，其中，所述源液体包括尼古丁。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，进一步包括源液体的储存器和液体输送元件，所述液体输送元件被布置为将所述源液体的一部分输送到用于加热的所述加热元件的附近，以生成所述烟雾。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电子烟雾供应系统，进一步包括采用电池组或单个电池形式的电源。
21.一种操作电子烟雾供应系统的方法，所述电子烟雾供应系统包括用于由源液体生成烟雾的加热元件和用于控制从电源至所述加热元件的电力供应的控制电路，其中，所述方法包括以下步骤：
确定所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示；以及
基于所确定的所述加热元件的电特性相对于时间的导数的指示来确定所述电子烟雾供应系统是否已经出现故障状况。
22.一种基本上如本文参考附图所描述的电子烟雾供应系统。
23.一种操作基本上如本文参考附图所描述的电子烟雾供应系统的方法。
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