CN107105773B - 电子香烟液体探测及测量系统 - Google Patents

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Abstract

包括在雾化器中汽化或雾化的液体的电子香烟或类似的汽化设备。电子液体探测系统能够验证电子液体是否可被接受以被该设备使用。所述电子液体探测系统可以探测一个或多个指示物，及/或电子液体的物理或化学特性。电子液体探测系统还可以测量该设备中的电子液体水准。

Description

电子香烟液体探测及测量系统
背景技术
电子香烟或类似的汽化设备包括被称为烟液的液体，该液体在雾化器中汽化或雾化。使用不适用于汽化设备的烟液可能会导致烟液的过热或欠热，或其他不正常的操作。因此，需要避免在设备中使用不适用的烟液。
发明内容
电子香烟或类似的汽化设备具有烟液探测系统，该探测系统能够验证烟液是否能被设备接受以作使用。该系统可探测一个或多个指示物，及/或烟液的物理或化学特性。该系统还可测量该设备中的烟液的水准。
附图说明
在附图中，相同的附图标记指示每个视图中相同的元素。
图1示出了液体贮存器的一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图2示出了荧光烟液探测系统的一种示例的剖视图。
图3示出了荧光烟液探测系统的另一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图4示出了荧光烟液探测系统的又一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图5示出了电容器烟液探测系统的一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图6示出了包括烟液探测系统的电子香烟的一种示例的剖视图。
图7示出了电容器烟液探测系统的另一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图8示出了电容器烟液探测系统的另一实施例的剖视图；以及电容器烟液探测系统的另一种示例的剖视图(b)和俯视图(c)。
图9示出了电容器烟液探测系统的另一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。
图10示出了超声烟液探测系统以及超声路径的一种示例的剖视图。
图11示出了压力烟液探测系统的一种示例的剖视图。
具体实施例
汽化设备具有烟液探测系统，包括烟液的液体贮存器元件，以及雾化器。汽化设备可以是电子香烟、电子烟斗，或电子雪茄，或汽化用于吸入的液体的任何设备。该液体贮存器可以至少是被称为烟液弹囊，或被称为烟液弹囊雾化器，透明雾化器，或槽雾化器的一部分。
液体探测系统可验证汽化设备中的烟液是否适用于在该设备中使用以及防止使用者未经授权的对烟液的复充及/或改动。可将雾化器配置为如果烟液探测系统并未提供接受信号则关断。在某些实施例中，烟液探测系统还可以确定液体贮存器中的烟液的水准。
液体贮存器元件存储容纳在该设备中的烟液的绝大部分(例如，约95％至约99.9％，或约95％至约99％)。这样，测量液体贮存器中的烟液水准就实质地等同于测量该设备中的烟液水准。如在本文中用到的，在数字之前的术语“大约”的意思是该数字的±5％或10％的这样一个范围。
液体贮存器元件可以根据需要呈现任何形状。例如，液体贮存器元件可以是容纳烟液的管、槽、瓶，或容器。液体贮存器元件可以具有吸附或多孔填充材料。
图1示出了具有沿气流5的方向延伸的贯通孔30的液体贮存器元件10的一个示例的剖视图(a)和俯视图(b)。在某些实施例中，液体贮存器具有第一壁15和第二壁25，贯通孔30位于第一壁15中。第一和第二壁15和25在一起形成保持烟液的室35。在某些实施例中，液体贮存器元件可以具有吸附材料，可选地形成贯通孔30，由第二壁25限制，而不需要第一壁15。在其他实施例中，液体贮存器元件是中空的或开放的，并且不包含固体材料。
液体贮存器元件的内壁整体，或其一个或多个零件可以是被抛光的，或是由反光的及/或反射声信号的层(例如薄膜、涂层等)涂覆的。例如，液体贮存器元件的侧壁和底可以被抛光或涂覆反射层。
荧光烟液探测系统
本发明的一个方面涉及一种汽化设备，其包括存储有烟液的液体贮存器元件，荧光烟液探测系统，以及雾化器。荧光烟液探测系统具有光源和光探测器。烟液具有至少一个产品指示物。该光源具有第一光，其由该产品指示物吸收，而该产品指示物发射由光探测器探测的第二光。针对已知的产品指示器，该第一和第二光的波长是已知的。未出现第二预定波长的第二光则指明未出现预定的产品指示物。这样，可将雾化器配置为在光探测器没接收到具有第二预定波长的第二光时关断。
产品指示物的例子是发射波长比吸收的光(吸收光)的波长更长的光(荧光)的荧光团。当被暴露于吸收光时，优选的产品指示物仅发射荧光。荧光团的例子是，具有共轭系统的化合物(例如，单键-双键共轭系统，进一步与双键及/或其他芳香系统共轭的芳香系统)。可将奎宁用作产品指示物。奎宁不昂贵，敏感度高，并且对人类消耗是安全的。其被包括在了世界卫生组织的基本药品清单内，基本药品清单是列出了基本健康的系统所需的最重要的药品的清单。适用于用作产品指示物的荧光团的其他例子包括Alexa Fluor染料(例如，Alexa Fluor 488和514)，氟硼荧(BODIPY)染料(例如氟硼荧FL，氟硼荧R6G，8苯-氟硼荧)，花青染料(例如Cy 5.5，及Cy 7)，碳菁类染料，荧光素，吲哚花青绿(ICG)，俄勒冈绿染料(例如，俄勒冈绿488，俄勒冈绿514)，若丹明染料(例如若丹明110，若丹明6G，以及若丹明X)，对甲氨基酚，TAMRA(5-(和-6)羧基四甲基罗丹明)，德州红，以及咕吨衍生物(例如东京绿)。
适当的烟液中的产品指示物的浓度优选为尽量的低。在适用于电子香烟的烟液中，产品指示物的浓度可以在或接近探测的阈值。烟液将继而以其原貌被适用或使用，但如果被稀释后则将变得不适用，因此，可防止对未经批准的烟液混合物的使用。大多数荧光团可以在非常低的浓度下使用而不会产生可识别的毒性作用。
光源的例子包括紫外线(UV)LED，或提供适当的吸收光的其他光源。如在此处使用的，为用于荧光团的吸收光指定的波长是最大吸收处的波长。荧光团可以由最大吸收波长范围内的光，±10nm，±20nm，±50nm，±100nm，或±200nm，正常激发。例如，对奎宁的最大吸收波长为约560nm。波长为550nm至570nm，5400nm至580nm，或510nm至610nm的光源适用于激发奎宁。一些其他的荧光团示例的最大吸收波长：Alexa Fluor染料为约346nm至约782nm(例如针对Alexa Fluor 488为约495nm，针对A1exa Fluor 514为约517nm)，氟硼荧染料为约500nm至约646nm(例如氟硼荧FL为约503，氟硼荧R6G为约528，8苯-氟硼荧为约524)，花青染料为约489nm至约743nm(例如Cy5.5为约675nm，及Cy 7为约743nm)，荧光素为约494，ICG为约600nm至约900nm(例如约800nm)，俄勒冈绿染料为约490nm至约515nm(例如，俄勒冈绿488为约496nm，俄勒冈绿514为约511nm)，若丹明染料为约528nm至约586nm(例如若丹明110为约498nm，若丹明6G为约530，以及若丹明X为约585nm)，对甲氨基酚为约492，TAMRA为约557nm，德州红为约589nm，以及例如东京绿的呫吨衍生物为491nm。
光探测器的例子是具有滤波器的光电探测器以仅将指示物的荧光过滤给探测器(例如，针对奎宁的绿光(约460nm)，针对Alexa Fluor染料的约442至约805nm(例如针对Alexa Fluor488的约519nm，针对Alexa Fluor514的约542nm)；针对氟硼荧染料的约506nm至约660nm(例如针对氟硼荧FL的约512，针对氟硼荧R6G约550，针对8苯-氟硼荧的约540)；针对花青染料的约506nm至767nm(例如针对Cy 5.5的694nm以及针对Cy 7的767nm)；针对荧光素的约524nm，针对ICG的约750至950nm(例如约810nm以及约830nm)；针对俄勒冈绿染料的约520nm至535nm(例如针对俄勒冈绿488的约524nm和针对俄勒冈绿514的约530nm)；针对若丹明染料的约553nm至约605nm(例如，针对例如若丹明110的约520nm，针对若丹明6G的约566nm，以及针对若丹明X的约597nm)；针对对甲氨基酚的约516nm，针对TAMRA的约583nm，针对德州红的约615nm，以及针对例如东京绿的呫吨衍生物的510nm。
光源可被配置为在第一吸烟动作时闪亮以验证烟液是否是合适的烟液。如果该烟液不发荧光，则可以关断该汽化设备。
光源可以被编程为按程序规定的间隔闪亮以根据光探测器探测到的荧光的强度以及烟液的折射率确定烟液的水准。可针对特定类型的烟液以及烟液探测系统获得探测到的参数(例如折射率)相对剩余烟液水准的对照表或线图。继而，可使用该对照表或线图来确定测量到的参数所对应的烟液水准。
可在汽化设备上显示这些结果以指明烟液的水准。例如，可使用能够显示不同色彩的LED来指明烟液的水准(例如，红色：空；绿色：满；琥珀色：半满)；或者可以使用数字显示屏显示烟液的水准。
图2示出了用于液体贮存器10的荧光烟液探测系统的一个示例的剖视图。在液体贮存器10的一端设置有棱镜110。可替换的是，如果液体贮存器10的所述端的内表面能足够好的反射光，则可省略该棱镜110。在靠近液体贮存器10的另一端放置光源(例如LED)130和光探测器140。液体贮存器10中的烟液包括产品指示物。如图2的光路120所示，该产品指示物吸收由光源130提供的光并发射荧光，荧光由光探测器140接收。
图3示出了荧光烟液探测系统的另一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。液体贮存器10的内部被抛光并且可以如该荧光烟液探测系统的俯视图(图3b)中的光路120所示的那样反光。光源130(例如LED)以及光探测器140被放置在液体贮存器10的内壁上，以使得光探测器140接收产品指示物在吸收了由光源130提供的光之后所发射的荧光。
图4示出了荧光烟液探测系统的另一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)，其中，液体贮存器10具有如上所述的贯通孔30(见图1)。液体贮存器10的内部被抛光并可以如该荧光烟液探测系统的俯视图(图4b)中的光路120所示的那样反光。光源130(例如LED)以及光探测器140被放置在液体贮存器10的内壁上，以使得光探测器140接收产品指示物在吸收了由光源130提供的光之后所发射的荧光。
在图3和4中，光源130以及光探测器140被示为在液体贮存器10的大致相对的位置上。然而，光探测器可以被置于液体贮存器10内的任意位置(例如图5所示的其他位置)，只要其能接收到荧光光线即可。
图6示出了一种电子香烟1的剖视图，该电子香烟具有管状外壳100，外壳内具有液体贮存器元件10，烟液探测系统50，以及雾化器60。烟液探测系统50包括光源130，其被设置在将光线发射进入液体贮存器元件的位置，以及光探测器140，其被设置在探测由光源130发射进入液体贮存器元件10的光线的位置。外壳100中的控制器70与烟液探测系统50以及雾化器60电连接，该控制器70允许基于来自液体探测系统50的信号启动雾化器60。
电子香烟1中的光探测器140被设置在探测自液体贮存器元件10的表面反射出的光的位置(例如，如图3b和4b所示)。
电子香烟1中的光探测器140被设置在探测穿过液体贮存器元件10的光的位置(例如，如图3b和4b所示)。
电容器烟液探测系统
本发明的另一方面涉及一种汽化设备，该汽化设备包括存储有烟液的液体贮存器，电容器烟液探测系统，以及雾化器。
该电容器烟液探测系统包括第一导体和第二导体。该第一和第二导体至少部分相互平行，并且被配置为形成具有一电容值的电容器电路。第一和第二电容器自该液体贮存器的一端沿其长度方向基本延伸至另一端。该第一和第二导体被配置为能够使得液体贮存器中的烟液实质部分(例如，约90％至约99.9％，约95％至约99.9％，约90％至约95％，或约95％至约99.9％)位于该第一和第二导体之间。这样，该电容器的电容率与该液体贮存器中剩余的烟液的实质部分(例如，约90％至约99.9％，约95％至约99.9％，约90％至约95％，或约95％至约99.9％)相关联。
液体贮存器10可如图7所示是管。图7示出了该电容器烟液探测系统的示例的剖视图(a)和俯视图(b)。第一导体210以及第二导体可以是导电板(例如，金属板)。第一和第二导体210和220被配置为尽可能地靠近液体贮存器10的外壁45以最大化被设置在第一和第二导体210和220之间的位置的烟液的量。该第一和第二导体210和220至少部分相互平行，例如，第一导体210和面积的大约80％至约99.9％，约90％至约99.9％，约95％至约99.9％与第二导体220平行。第一和第二导体210和220被配置为形成具有一电容值的电容器电路。第一和第二导体210和220的一端分别通过第一引线215和第二引线225电连接于PCB 20(在液体贮存器10之外)。第一和第二导体210和220的另一端并不电连接。
图8(a)示出了本文披露的该电容器烟液探测系统的另一示例的剖视图。液体贮存器10的外壁45的至少一部分是导电(例如，金属)的并且至少部分平行于第一导体210。这样，外壁45的该部分可以用作第二导体220。第一和第二导体210和220的一端分别通过第一引线215和第二引线225电连接于PCB 20(在液体贮存器10之外)。第一和第二导体210和220的另一端并不电连接。
图8(b)和图8(c)分别示出了本文公开的该电容器烟液探测系统的另一示例的剖视图和俯视图。液体贮存器10的外壁45的两个分离的并相互绝缘的导电部分(例如金属)至少部分相互平行。这样，外壁45的该两个分离的导电部分可分别作为第一和第二导体210和220。该第一以及第二导体210和220被配置为形成如上所述的具有一电容值的电容器电路。第一和第二导体210和220的一端分别通过第一引线215和第二引线225电连接于PCB 20(在液体贮存器10之外)。第一和第二导体210和220的另一端并不电连接。
第一及/或第二导体可以采用多种宽度。第一和第二导体210和220的平行部分可以是窄的或宽的。第一及/或第二导体210和220可以相对较宽并沿液体贮存器10的壁的部分或基本上的(例如大约)整个外周延伸(例如，如图9示出了导体包围液体贮存器10的壁的外周)。
液体贮存器可以包括如上所述的(图1)贯通孔。液体贮存器10包括第一壁15和第二壁25。
图9示出了本文披露的电容器烟液探测系统的一种示例的剖视图(a)和俯视图(b)。第一和第二导体210和220是分别包围液体贮存器10的第一壁15和第二壁25的导电板。可替换的是，第一和第二导体210和220可以仅分别沿第一和第二壁15和25的部分外周延伸，只要导体210和220至少部分地相互平行。第一和第二导体210和220被配置为形成具有一电容值的电容器电路，如上所述。第一和第二导体210和220的一端分别通过第一引线215和第二引线225电连接于PCB 20(在液体贮存器10之外)。第一和第二导体210和220的另一端并不电连接。
在另一实施例中，第一壁15是导电的(例如，金属)并且可以用作第一导体210。在另一实施例中，第二壁25是导电的(例如，金属)并且可以作为第二导体220使用。在另一实施例中，第一和第二壁15和25均是导电的(例如，金属)并且分别被用作第一和第二导体210和220。
针对在第一和第二导体之间有介质(例如，烟液)的电容器而言，电容器的电容率依赖于液体的量以及成分。电容率变化对液体量的变化越灵敏，则电容器烟液探测系统确定烟液是否是合适的产品及/或剩余的烟液的水准的准确度就越高。具有更高电容率的物质可能会提高电容率变化相对液体量变化的灵敏度。优选的示例包括但不限于甘油。
可使用包括可兼容的高电容率物质的烟液识别合适的产品以及确定剩余的烟液水准。
可针对特定类型的烟液以及烟液探测系统获得探测到的参数(例如，电容率)对比剩余烟液水准的对照表或线图。继而，可使用该对照表或线图来确定测量到的参数所对应的烟液水准。
在某些实施例中，电容器烟液探测系统可以被配置为以经编程的间隔测量电容率以确定烟液的电容率变化图案。如果测量到的电容率变化图案显著地不同于(例如小于)使用合适的产品所期望的情况，则可以关断汽化设备。如上所述，可在汽化设备的表面显示剩余烟液的水准的结果。
超声烟液探测系统
可以使用超声烟液探测系统。该超声烟液探测系统具有超声发射器和超声探测器。当超声信号施加于液体时，接收到的共振频率依赖于容器中的的液体的量。当声呐信号施加于液体贮存器时，接收到的共振频率反映该液体贮存器元件中的剩余烟液的水准。
图10示出了超声烟液探测系统及其超声路径的示例的剖视图。超声发射器330以及超声探测器340被放置在靠近液体贮存器10的一端的位置。液体贮存器10的另一端的内表面是可反射声呐信号的。超声探测器340被设置在经由超声路径320在声呐信号穿过液体贮存器10后接收声呐信号的位置。
可针对特定类型的烟液以及烟液探测系统获得探测到的参数(例如，声呐信号)对比剩余烟液水准的对照表或线图。继而，可使用该对照表或线图来确定测量到的参数所对应的烟液水准。在某些实施例中，超声烟液探测系统可以被配置为以经编程的间隔测量共振频率以确定烟液的共振频率。如上所述，剩余烟液水准的结果可被显示于汽化设备的表面上。
压力烟液探测系统
本发明的另一方面涉及一种包括存储烟液的液体贮存器，压力烟液探测系统，以及雾化器的汽化设备。压力烟液探测系统包括被设置在液体贮存器的更靠近重力方向的一端的位置的压力传感器。液体贮存器的重量会根据其内的烟液的水准而变化。因为由压力传感器测量的压力与液体贮存器的重量相关联，测量压力可以确定液体贮存器内剩余的烟液的水准。图11提供了压力烟液探测系统的一种示例的剖视图。压力传感器410被设置在接近液体贮存器10的靠近PCB 20的一端的位置。
可针对特定类型的烟液以及烟液探测系统获得探测到的参数(例如，压力)对比剩余烟液水准的对照表或线图。继而，可使用该对照表或线图来确定测量到的参数所对应的烟液水准。在某些实施例中，压力烟液探测系统可以被配置为以经编程的间隔测量压力以确定烟液的压力。如上所述，剩余烟液水准的结果可被显示于汽化设备的表面上。

Claims (11)

1.一种电子香烟，包括：
管状外壳；
所述外壳内的液体贮存器元件，烟液探测系统，以及雾化器，所述烟液探测系统包括光源，其被设置在发射具有第一波长的吸收光进入所述液体贮存器元件中的烟液的位置，以及光探测器，其被设置在探测由所述烟液在曝光于所述吸收光的过程中发射的具有第二波长的光的位置；
所述外壳内的控制器，所述控制器与所述烟液探测系统以及所述雾化器电连接，所述控制器基于光探测器探测到具有第二波长的光而允许所述雾化器开启；
其中所述具有所述第二波长的光是由预定的产品指示物在暴露于所述具有所述第一波长的光时发射的荧光。
2.根据权利要求1所述的电子香烟，所述光探测器被设置在探测所述液体贮存器元件的表面所反射出的光的位置。
3.根据权利要求1或2所述的电子香烟，所述光探测器被设置在探测穿过所述液体贮存器元件的光的位置。
4.根据权利要求1所述的电子香烟，其中：
所述光源被设置在临近所述液体贮存器元件的一端的位置；并且
所述电子香烟进一步包括被设置在所述液体贮存器元件的另一端的位置的棱镜。
5.根据权利要求1所述的电子香烟，其中：
所述光源被设置在临近所述液体贮存器元件的一端的位置；并且
所述液体贮存器元件的另一端的内表面反射光。
6.根据权利要求1所述的电子香烟，其中：
所述液体贮存器元件的内表面反射光；并且
所述光源被设置在所述液体贮存器元件的所述内表面上的位置。
7.根据权利要求4或5所述的电子香烟，其中所述光探测器包括一个或多个能够探测所述具有第二波长的光的光电探测器。
8.根据权利要求7所述的电子香烟，其中所述光电探测器包括色彩过滤器以仅将产品指示物荧光过滤至所述光探测器。
9.根据权利要求1所述的电子香烟，其中所述产品指示物是荧光团。
10.根据权利要求9所述的电子香烟，其中所述产品指示物选自由Alexa Fluor染料、氟硼荧染料、花青染料、碳菁类染料(cypate)、荧光素、吲哚花青绿(ICG)、俄勒冈绿染料、若丹明染料、对甲氨基酚、5(6)-羧基四甲基罗丹明、德州红，以及呫吨衍生物所构成的组。
11.根据权利要求8所述的电子香烟，其中
所述产品指示物是奎宁；
所述光源提供560nm的光；并且
所述光电探测器过滤460nm的光。
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