CN107105775A - 电子吸烟装置及胶囊系统 - Google Patents

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Abstract

在电子吸烟系统中，胶囊(6)容纳有将被供应至雾化器(20)的液体(28)并被安装至电子吸烟装置(1)。所述胶囊(6)可具有控制器(40)，该控制器从所述电子吸烟装置(1)的控制电子器件(14)接收数据并向所述控制电子器件发送数据。所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6)的所述控制器(40)适于执行质询响应验证。

Description

电子吸烟装置及胶囊系统
诸如电子烟等的电子吸烟装置通常包括容纳电源(例如，电池或可充电电池)的壳体和包括电加热器的电热式雾化器，所述电加热器适于雾化从储液器(胶囊)供应的液体以提供从该雾化器排出的烟雾。控制电子器件控制雾化器的加热器的启动。设置于电子吸烟装置内的抽烟检测器被用来检测使用者对该装置的抽烟行为(例如，通过感测受压或通过装置的气流模式)，并将所述抽烟行为的信号发送至控制电子器件。当检测到信号时，控制电子器件启动雾化器，这会产生烟雾(这里被称为“雾化”)。所产生的烟雾可包括水蒸气以及气体成分和烟雾成分。
在许多电子吸烟装置中，容纳待雾化液体的液体容器(诸如胶囊或盒子等)是一次性的，并且当该容器用完时或当要雾化不同类型的液体时，使用者可以简单地替换整个容器。
然而，这导致使用者可能会使用不满足设备制造商的质量和技术规格的替换容器。因此，需要能够确认液体容器或胶囊的真伪的电子吸烟装置和胶囊系统。
发明内容
在一方面，电子吸烟装置可包括壳体、控制电子器件和抽烟检测器。所述壳体可容纳向雾化器(例如，电热式雾化器)供电的电池，该雾化器将从胶囊供给的液体雾化以提供烟雾。所述控制电子器件(例如，通过控制所述雾化器的加热器)控制所述雾化器。所述抽烟检测器向所述控制电子器件指示吸入烟雾的抽烟行为。
容器或胶囊容纳有将被供给至所述雾化器的所述液体。所述胶囊可包括从所述电子吸烟装置的所述控制电子器件接收数据并且将数据发送至所述控制电子器件的控制器。此外，所述胶囊可具有适于传输所述数据的有线或无线通信装置。
所述电子吸烟装置的所述控制电子器件和所述胶囊的所述控制器可适于执行质询响应验证。如果所述胶囊无法进行验证，则所述电子吸烟装置能够以例如不运行所述雾化器的加热器的方式不理会该胶囊。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在各附图中表示相同的元件。
图1是电子吸烟装置和胶囊的示意性的纵向截面图。
图2示出了图1的胶囊的示意性的放大纵向截面。
图3图示了胶囊的另一个实施方案的示意性的纵向截面，其中集成有雾化器。
图4是用于支撑根据图3的胶囊的雾化器的部分的支撑板的俯视图。
图5是示出了质询响应验证的流程图。
图6图示了另一个胶囊实施方案的示意性的局部纵向截面。
具体实施方式
如图1所示，电子吸烟装置1可具有圆柱状壳体2和被设计成可拆卸帽的吸烟嘴4。移除吸烟嘴4即可露出可替换的胶囊6，胶囊6用作液体的储液器并且也容纳电子控制器。
壳体中的电池10可以为可再充电锂离子电池并且可以包括其自身的电路。电池10经由引线12和13连接至控制电子器件14，控制电子器件通常包括安装在印刷电路板15上的集成电路。印刷电路板15也可以支持发光二极管(LED)16，多个发光二极管组装在设置于壳体2中的对应的窗口的后方并且指示电子吸烟装置1的当前状态。
抽烟检测器18连接至控制电子器件14。抽烟检测器18可以是吸入传感器，当使用者在吸烟嘴4处吸气时，该吸入传感器检测到壳体2内部产生的真空。
雾化器20具有经由引线23连接至控制电子器件14的加热器20。加热器22包括选择性地固定在陶瓷外壳的加热丝，该陶瓷外壳还支撑由编织金属或海绵状材料、纤维、烧结金属或类似的液体输送元件制成的蕊芯(wick)24。位于蕊芯24的远端处的穿刺尖端25能够穿透用于密封胶囊6的薄膜26，使得包含在胶囊6中的液体28能够被导出胶囊6并且通过蕊芯24到达加热器22的区域。
吸烟嘴4的自由端具有吸气孔30。在电子吸烟装置1的相对端设置有充电端口32，其允许例如通过USB端口对电池10进行再充电。
使用电子吸烟装置1时，消费者将全新的胶囊6插入至壳体2中，以使胶囊的薄膜26被刺穿并使液体从胶囊6经由蕊芯24供应至加热器22的区域。当消费者在吸气孔30处吸气时，抽烟检测器18感测壳体2内部产生的真空并向控制电子器件14发送抽烟信号。作为响应，控制电子器件启动加热器22，加热器使附近的液体雾化并产生被消费者吸入的烟雾。在预定时间段内加热器22可保持开启。
加热器22可以通过液体的直接加热和间接加热的各种其它形式设置，每种形式均具有优点。在直接加热设计中，液体直接接触加热元件，加热元件可以是线圈、杆或其它加热器表面。在间接加热设计中，液体接触被分隔的加热元件加热的表面，但加热元件不与液体直接接触。可替代地，也可以使用其它类型的雾化器或汽化器。各种超声波雾化器能够在不加热的情况下有效地产生蒸汽。例如，使用自由运行的Colpitts振荡器的超声波雾化器会产生在800kHz和2000kHz之间的范围内的高频能量，用于驱动将液体转换成蒸汽的压电振动器。也已经提出了具有静电元件、电磁元件或气动元件的雾化器。
图2是类似图1的放大视图，并且示出了容纳包括处理器的电子控制器40的胶囊6。胶囊6具有可选地由塑料材料制成的形成为外壳42的壳体，并且控制器40被容纳在外壳42的空腔内，所述空腔优选地通过中隔壁44与液体28分离。借助位于外壳的外表面处的三个电触点50、51和52、布置在电子吸烟装置1中与触点50、51、52相对的三个相关的对应触点以及将这些对应触点连接至控制电子器件14的三根引线54、55和56，控制器40与电子吸烟装置1的控制电子器件14电连接。在所示的示例中，触点50和引线54表示公共接地端，触点51和引线55提供为控制器40持续供电的线路，并且触点52和引线56提供用于数据传输的信号线路。
图3示出了被称为“雾化烟弹(cartomizer)”(源自“弹盒(cartridge)”和“雾化器(atomizer)”)的可替换胶囊60，这是因为雾化器被集成在盒体或胶囊中。
在该实施方案中，雾化烟弹60具有可选地由塑料材料制成的并且包括具有中心开口65的端壁64的圆柱状外壳62。外壳62包含内部空腔66，该内部空腔的外周(但却是主要的)区域中填充有用待雾化的液体浸泡过的例如聚酯绒(polyester fleece)等液体保持材料。因此，这样的材料形成了液体的储液器68。为了将液体导出储液器68，使用由多孔Si02制成的蕊芯支架70，蕊芯支架在其端部与储液器68接触。加热丝72缠绕在蕊芯支架70周围。参照图4，设置有加热丝72的蕊芯支架70被固定在例如陶瓷材料制成的支撑板74上，该支撑板具有两个通风孔76和两个小孔77，加热丝72的端部可通过这两个小孔而被引导。
支撑板74提供足够的热屏蔽，使得在加热丝72的操作期间内中隔壁78不会过热。中隔壁78将雾化烟弹60的雾化器区域与容纳控制器80以及为控制器80和无线通信装置供电的小电池的附加隔室分离。在本实施方案的变形例中，在上述隔室的侧壁处设置有一些电触点，以允许将电功率从电子吸烟装置的电池传送至控制器80，并且允许在控制器80和电子吸烟装置的控制电子器件之间传送数据。如同胶囊6的控制器40一样，控制器80可以用于质询响应验证。
加热丝72的引线被引导通过控制器80的隔室，并且分别被焊接至以同轴方式布置的中心内触点82和环形外触点84，中心内触点与环形外触点之间具有绝缘材料86。
雾化烟弹60能够被固定在适于这种类型的胶囊的电子吸烟装置上，使得触点82和84与电子吸烟装置的相应触点电连接，这些相应触点连接至类似于控制电子器件14的控制电子器件。当类似于抽烟检测器18的抽烟检测器感测到抽烟行为时，控制电子器件通过电子吸烟装置中的电池向加热丝72提供电流。加热丝72加热蕊芯支架70，并且将通过毛细作用力从多孔储液器68进入多孔蕊芯支架70的液体雾化至空腔66中。由此产生的烟雾经由开口65离开空腔66。可以在加热丝72附近设置胶囊60的通风孔以改善烟雾的流动。
类似于图1和图2示出的实施方案，图3-4的电子吸烟装置的控制电子器件可适于与雾化烟弹60的控制器80进行质询响应验证。
图6示出了另一个实施方案，其中，加热丝72位于储液器68的大致中央位置处并具有线圈的形式。加热丝72缠绕在纤维束71周围，纤维束伸入或以其它方式接触储液器。在使用中，液体经由纤维束被送至加热丝72，在加热丝处液体被加热以生成水蒸气。
图5示出了说明质询响应验证的进程的流程图，当胶囊6被固定在电子吸烟装置1时由胶囊6执行所述质询响应验证，或者当雾化烟弹60被固定在相应的电子吸烟装置时由雾化烟弹60执行所述质询响应验证。
图5的左侧或主机侧显示由电子吸烟装置的控制电子器件执行的步骤，右侧或从属侧显示由胶囊的控制器执行的步骤。在该实施方案中，胶囊借助于允许数字值“1”和“0”的序列的传输的双向电通信连接至电子吸烟装置。
电子吸烟装置和胶囊都包含共享的数字令牌(或密钥)，所述数字令牌被保密并且绝不会被发送。该令牌可以是数字值“1”和“0”的序列。
然后通过创建从系统的主机侧发送到从属侧的随机数(RND Nr.)来建立通信。所述随机数由电子吸烟装置的控制电子器件创建，即由主机侧产生。
从属侧使用标准加密算法(例如，AES或类似算法)将其已知的密钥应用于所述随机数，并使用标准散列算法来添加散列密钥(hash key)。然后将该信息发送回主机侧。主机侧使用与从属侧相同的加密算法和相同的散列算法，因此，主机侧能够检查散列值并且能够解密再次发送的值。如果结果是原始发送的随机数，则主机侧能够合理地确定从属侧或胶囊是可信的(因为其具有公共密钥)并且能够合理地确定通信是安全的且能够继续进行该通信。可替代地，主机侧可将发送的值与加密的原始随机数进行比较。
接收到的加密随机数与(应用已知随机数和包括密钥的已知加密法)计算出的加密随机数的比较也可以被表述为接收的加密随机数在解密后(涉及包括密钥的已知加密法)与原始随机数的比较。这两种方法均被如权利要求中所限定的本发明所覆盖。
因此，电子吸烟装置的控制电子器件和胶囊的控制器共享公共密钥，然而，该公共密钥无法从电子部件中读出。另一方面，可能被第三方干扰的经由电触点(或无线)传送的所有数据均被加密。
在变形例中，在胶囊中产生原始随机数，使主机和从属的功能倒置。
在更复杂的实施方案中，可对通信的所有部分进行加密，以防止用外部设备来干扰或分析电子吸烟装置和胶囊之间的通信。
在以上实施方案中，对如下系统进行了说明，其中，胶囊6设置有三个电触点50、51和52，以用于提供与公共接地端50、54的连接、永久地为控制器40供电的线路51、55以及用于数据传输信号线路52、56。在一些实施方案中，仅设置有两个电触点，并且在胶囊6中可以设置有电容器以存储电荷，并且当电子控制器40或80不由电池10直接供电时以一定的间隔向电子控制器供电。在这种实施方案中，胶囊6可额外地包括二极管，以在电容器为电子控制器40或80供电时防止电容器放电。
通常，需要两个电触点来通过电子吸烟装置的电池向胶囊中的控制器供电。另一方面，为了传输数字信息，信号线路必须能够处于表示两种不同状态的电压电平，例如，用于逻辑“0”的接地电压电平和用于逻辑“1”或用于分离不同持续时间的接地电压电平信号的明显不同的正(或负)电压电平。为了以总共仅有的两个电触点实现电力供应和数据传输，可使用胶囊的中电容器。电容器由电子吸烟装置充电，使得其可在中间间隔期间(例如，当信号线路在数据传输期间处于接地电压电平而不能向控制器提供电力时的间隔期间)向胶囊中的控制器供电。
在设置用于为电子控制器40供电的电容器的情况下，电子控制器40与电子吸烟装置的控制电子器件14之间的通信可通过电子吸烟装置的控制电子器件14提供用于对胶囊6中的电容器充电的例如100ms的长脉冲而发起。
此后，主单元可以二进制编码形式发送信息，其中“1”和“0”由电平表示，例如“0”由无电力表示，而“1”由供应电力指示，其中，例如所有脉冲均具有相同长度。可以用不同持续时间的通电脉冲来标记通信的结束。可选地，可通过以不同的通电持续时间表示“1”和“0”来发送信息，并且通过这些脉冲间的断电阶段来分离这些脉冲。在这种实施方案中，应当保持短的断电阶段，例如不长于2ms，因为在这些阶段内，电容器不被充电，而是用作胶囊6中的电子控制器40的电源。
使用替代的数据传输方案的其它实施方案可被使用。然而，应当理解，在通过电容器的放电来对胶囊6的控制器40或80供电的情况下，应当设计适当的数据信号传输方案，该方案要考虑到通过电容器的放电对胶囊6的控制器40或80供电的限制。因此，例如，优选地，适当的数据传输方案在第一次通信时使用较高电压的初始周期，使得初始启动信号可用于对电容器充电。此外，优选地，应当保持短的断电阶段，因为在这些阶段内，通过电容器的放电来提供控制器40所需的电力。
可以通过多种不同的方式设置用于提供胶囊6的电子控制器40或80与电子吸烟装置的控制电子器件14之间的电通信的手段的电触点。
例如，胶囊6的外壳42的非导电基材可以在外壳内部涂覆有第一导电层(或区域)，并且可以在外壳外部涂覆有第二导电层(或区域)，从而提供彼此隔离的两个电触点。当将这种胶囊6插入至电子吸烟装置中时，外壳的第一导电区域可以例如与用于刺穿薄膜以打开使液体通过的孔的金属部件接触。第二导电区域可例如经由支承胶囊的支撑金属部件而被连接。
在一些实施方案中，通过将封闭胶囊6的金属箔用作将控制器40并入电路内并将控制器40与电池10和/或电子吸烟装置1的控制电子器件14连接的电触点之一，可降低胶囊6的复杂性。
如所述，质询响应验证仅需要几个部件，并且任一方均不涉及复杂的算术或复杂算法。电子吸烟装置的控制电子器件通常已经包括能够执行这样的验证的处理器，或者能够以少量的额外成本执行此任务。胶囊的控制器还可执行其它任务，例如，存储有关胶囊中的液体的实际量的信息，使得能够提供额外的优点而不需为了验证目的而专门加入。
因此，已经示出并说明了新的系统、组件和方法。在不背离本发明的精神和范围的情况下，当然可进行各种改变和替换。因此，除了所附权利要求及其等同物之外，本发明不应当受到限制。

Claims (18)

1.一种系统，所述系统包括：
电子吸烟装置(1)，所述电子吸烟装置包括：
电源，所述电源向雾化器(20)供电，所述雾化器(20)适于雾化从安装至所述电子吸烟装置(1)的胶囊(6；60)供给的液体(28)；
控制电子器件(14)，所述控制电子器件适于控制所述雾化器(20)；及
抽烟检测器(18)，所述抽烟检测器适于向所述控制电子器件(14)指示吸入烟雾的抽烟行为；以及
胶囊(6；60)，所述胶囊含有将被供应至雾化器(20)的液体(28)，所述胶囊(6；60)适于被安装至所述电子吸烟装置(1)，
其特征在于，所述胶囊(6；60)包括：
控制器(40；80)，当被固定至所述电子吸烟装置(1)时，所述控制器能够进行响应以经由通信装置(50、51、52)从所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)接收数据以及向所述控制电子器件发送数据，当所述胶囊(6)被安装至所述电子吸烟装置时，所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)适于执行质询响应验证。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)适于基于密钥的使用来执行质询响应验证，并且所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)包含相同的密钥。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，在验证时，所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)中的一者生成随机数，所述随机数被存储并且被传输至所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)中的另一者。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，在验证时，所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)中的一者适于使用所述密钥来加密所述随机数，并将加密的所述随机数传输至所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)中的另一者。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，在验证时，所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)和所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)中接收加密的所述随机数的一者适于将接收到的加密的所述随机数与计算出的加密随机数进行比较，该计算采用已知的所述随机数和包括所述密钥的已知加密。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述加密包括应用散列函数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其中，所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)电连接至所述电子吸烟装置(1)的所述电池(10)，并由所述电池供电。
8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其中，所述胶囊(6)的所述通信装置包括电触点(50、51、52)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其中，所述胶囊(6)包括外壳(42)，所述外壳具有提供进入端口的端侧，其中，所述进入端口被可刺穿薄膜(26)覆盖。
10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其中，所述控制器(40；80)容纳在所述胶囊(6；60)的内部空间中，并与容纳所述液体的储液器(28；68)分离。
11.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其中，所述雾化器被集成在所述胶囊(60)中，所述胶囊(60)包括电触点(82、84)，所述电触点适于连接至所述电子吸烟装置的对应的电触点以向所述雾化器(72)供电。
12.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其中，所述电源包括电池(10)。
13.一种容纳有由电子吸烟系统的雾化器进行雾化的液体的胶囊(6；60)，所述胶囊包括：
控制器(40；80)，当被安装至电子吸烟装置(1)时，所述控制器能够进行响应以经由通信装置(50、51、52)从所述电子吸烟装置(1)的所述控制电子器件(14)接收数据以及向所述控制电子器件发送数据，当所述胶囊(6)被安装至所述电子吸烟装置(1)时，所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)适于响应于来自控制电子器件(14)的质询响应验证。
14.根据权利要求13所述的胶囊(6；60)，其中，所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)适于基于密钥的使用来执行质询响应验证。
15.根据权利要求14所述的胶囊(6；60)，其中，在验证时，当被安装至电子吸烟装置时，所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)能够进行如下操作：
使用所述密钥对从所述电子吸烟装置(1)接收的数据进行加密；以及
将加密的所述数据传输至所述电子吸烟装置(1)。
16.根据权利要求14所述的胶囊(6；60)，其中，所述胶囊(6；60)的所述控制器(40；80)能够操作以执行涉及散列函数应用的加密功能。
17.一种操作电子吸烟装置的方法，所述方法包括以下步骤：
A.将含有液体的胶囊附接至电子吸烟装置；
B.从所述电子吸烟装置向所述胶囊发送质询响应验证；
C.从所述胶囊向所述电子吸烟装置发送质询响应验证答复；并且
D.如果所述答复为真，则将所述胶囊中的液体汽化。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：在步骤A之前进行步骤B。
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