CN108143009B - 具有气流检测功能的气溶胶产生装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种气溶胶产生装置，其被构造成用于所产生的气溶胶的使用者吸入，所述装置包括：加热器元件(20)，所述加热器元件被构造成加热气溶胶形成基质(2)；功率源(40)，所述功率源连接到所述加热器元件；和控制器(30)，所述控制器连接到所述加热器元件和所述功率源，其中所述控制器被构造成控制从所述功率源供应到所述加热器元件的功率以维持所述加热器元件的温度在目标温度，且被构造成监控所述加热器元件的温度的变化或供应到所述加热器元件的功率的变化以检测表示使用者吸入的经过所述加热器元件的气流的变化。所述控制器可确定使用者何时吸入，并且可以将此用于该装置的动态控制以及提供使用者吸入数据用于后续分析。

Description

具有气流检测功能的气溶胶产生装置
本申请是申请日为2012年12月28日、国际申请号为PCT/EP2012/077064、国家申请号为201280060087.0、名称为“具有气流检测功能的气溶胶产生装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本说明书涉及气溶胶产生系统，尤其涉及用于使用者吸入的气溶胶产生装置，例如发烟装置。本说明书涉及一种以成本有效和可靠的方式检测经过气溶胶产生装置的气流的变化(通常对应于使用者吸入或抽吸)的装置和方法。
背景技术
作为在抽吸期间在可能超过800摄氏度的温度下发生烟草和包装纸的燃烧的结果，传统一端点燃型卷烟发出烟气。在这些温度下，烟草通过高温分解和燃烧而热降解。燃烧热从烟草释放和产生多种气体燃烧产物和馏份。该产物经由卷烟被抽吸且冷却和凝聚以形成包含与发烟相关的味道和香气的烟气。在燃烧温度下，不仅产生味道和香气，而且产生许多不希望的化合物。
电加热发烟装置是已知的，其实质上是在比传统一端点燃型卷烟低温度下操作的气溶胶产生系统。这种电发烟装置的示例在WO2009/118085中公开了。WO2009/118085公开了一种电发烟装置，其中气溶胶形成基质经过加热器元件加热以产生气溶胶。加热器元件的温度被控制在特定温度范围内，以便保证从基质不产生和释放不希望的挥发性化合物，而释放其它希望的挥发性化合物。
希望的是以便宜和可靠的方式在气溶胶产生装置中提供一种抽吸检测功能。抽吸检测例如对于系统内的加热器元件的动态控制和对于分析的目的是有用的。
发明内容
在本说明书的一个方面中，提供一种气溶胶产生装置，其被构造成用于所产生的气溶胶的使用者吸入，所述装置包括：
加热器元件，所述加热器元件被构造成加热气溶胶形成基质；
功率源，所述功率源连接到所述加热器元件；和
控制器，所述控制器连接到所述加热器元件和所述功率源，其中所述控制器被构造成控制从所述功率源供应到所述加热器元件的功率以维持所述加热器元件的温度在目标温度，且所述控制器被构造成监控所述加热器元件的温度的变化或供应到所述加热器元件的功率的变化以检测表示使用者吸入的经过所述加热器元件的气流的变化。
如本文使用的，“气溶胶产生装置”涉及与气溶胶形成基质相互作用以产生气溶胶的装置。气溶胶形成基质可以是气溶胶产生物品的一部分，例如发烟物品的一部分。气溶胶产生装置可以是与气溶胶产生物品的气溶胶形成基质相互作用以产生经由使用者的嘴可直接吸入使用者的肺的气溶胶的发烟装置。气溶胶产生装置可以是保持器。
如本文使用的，术语“气溶胶形成基质”涉及能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。这种挥发性化合物可通过加热气溶胶形成基质而释放。气溶胶形成基质可便利地是气溶胶产生物品或发烟物品的一部分。
如本文使用的，术语“气溶胶产生物品”和“发烟物品”指包括能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基质的物品。例如，气溶胶产生物品可以是产生经由使用者的嘴可直接吸入使用者的肺的气溶胶的发烟物品。气溶胶产生物品可以是一次性的。术语“发烟物品”通常在下文中使用。发烟物品可以是或可包括烟草棒。
如本文使用的，术语“吸入”意图表示使用者将气溶胶经由他们的嘴或鼻抽吸到他们的身体内的动作。吸入包括气溶胶被抽吸到使用者的肺中的情形，以及气溶胶在从使用者的身体排出之前仅被抽吸到使用者的嘴或鼻腔中的情形。
控制器可包括可编程微处理器。在另一实施例中，控制器可包括专用电子芯片，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或特定用途集成电路(ASIC)。通常，能够提供能够控制加热器元件的信号的任何装置可以与本文讨论的实施例一起使用。在一个实施例中，控制器被构造成监控加热器元件的温度和目标温度之间的差，以检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。
本说明书提供用于检测通过气溶胶产生装置的气流的变化，尤其是检测使用者的吸入或抽吸，而不需要专用气流传感器。与包括专用气流传感器的现有装置相比，这减少提供用于检测使用者吸入的成本和复杂性，且由于存在较少可能潜在故障的部件，所以增加可靠性。
在一个实施例中，控制器可被构造成监控加热器元件的温度和目标温度之间的差是否超出阈值，以便检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。控制器可被构造成监控加热器元件的温度和目标温度之间的差是否超过阈值达预定时间段或达预定数量的测量循环以检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。这保证温度的极短期波动不造成使用者吸入的错误检测。
在另一实施例中，控制器可被构造成监控供应到加热器元件的功率和预期功率水平之间的差以检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。可替代地或附加地，控制器可被构造成将温度的变化率或供应的功率的变化率与阈值水平进行比较以检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。
控制器可被构造成当检测到经过加热器的气流的变化时调整目标温度。增加气流使得更多氧气与基质接触。这在给定温度下增加基质燃烧的可能性。基质的燃烧是不希望的，所以当检测到气流中的增加时可降低目标温度以便减少基质燃烧的可能性。可替代地或附加地，控制器可被构造成当检测到经过加热器元件的气流的变化时调整供应到加热器元件的功率。经过加热器元件的气流典型地对加热器元件具有冷却效果。可以临时增加对加热器元件的功率以补偿该冷却。
功率源可以是任何适当的功率源，例如诸如电池的DC电压源。在一个实施例中，功率源是锂离子电池。可替代地，功率源可以是镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池，例如锂-钴、锂-铁-磷酸盐或锂-聚合物电池。功率可作为脉冲信号被供应到加热器元件。传送到加热器元件的功率的量可通过改变功率信号的占空比或脉冲宽度而调整。
在一个实施例中，控制器可被构造成基于加热器元件的电阻的测量值来监控加热器元件的温度。这使得在不需要另外感测硬件的情况下检测加热器元件的温度。
可以预定时间间隔例如每几毫秒监控加热器的温度。这可被连续地或仅在功率被供应到加热器元件的期间实施。
控制器可被构造成当检测的温度和目标温度之间的差小于阈值量时重置，准备检测下一使用者抽吸。控制器可被构造成需要检测的温度和目标温度之间的差小于针对预定时间或多个测量循环的阈值量。
控制器可包括存储器。存储器可被构造成记录检测的气流或使用者抽吸的变化。存储器可记录使用者抽吸的计数或每次抽吸的时间。存储器可还被构造成记录加热器元件的温度和在每个抽吸期间供应的功率。如果希望的话，存储器可记录来自控制器的任何可用数据。
使用者抽吸对于接下来的临床研究以及装置维修和设计可以是有用的。使用者抽吸数据可通过任何适当数据输出装置传输到外部存储器或处理装置。例如，气溶胶产生装置可包括连接到控制器或存储器的无线电或连接到控制器或存储器的通用串行总线(USB)插槽。可替代地，气溶胶产生装置可被构造成每当气溶胶产生装置经由适当数据连接再充电时将来自存储器的数据传输到电池充电装置中的外部存储器。
该装置可以是电发烟装置。气溶胶产生装置可以是包括电加热器的电加热发烟装置。术语“电加热器”指一个或更多电加热器元件。
电加热器可包括单个加热器元件。可替代地，电加热器可包括多于一个加热器元件。该加热器元件或该多个加热器元件可被适当地布置以便最有效地加热气溶胶形成基质。
电加热器元件可包括电阻材料。适当的电阻材料包括但不限于：例如掺杂的陶瓷的半导体、“导电”陶瓷(诸如例如二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料与金属材料制成的复合材料。这种复合材料可以包括参杂或未参杂的陶瓷。合适参杂陶瓷的示例包括参杂碳化硅。合适金属的示例包括钛、锆、钽以及白金族的金属。合适金属合金的示例包括不锈钢、含镍、钴、铬、铝、钛、锆、铪、铌、钼、钽、钨、锡、镓、锰、金以及铁的合金和基于镍、铁、钴、不锈钢、
Figure BDA0001562451920000051
及铁-锰-铝基合金的超合金。在复合材料中，根据能量转移的动力学以及所需外部物理化学特性而定，该电阻材料可被嵌入绝缘材料中、用绝缘材料包装或用绝缘材料涂覆，反之亦然。陶瓷和/或绝缘材料可包括例如氧化铝或氧化锆(ZrO2)。可替代地，电加热器可包括红外线加热器元件、光子源或电感式加热器元件。
电加热器元件可采用任何适当形式。例如，电加热器元件可采用加热片的形式。可替代地，电加热器元件可采用具有不同导电部分的壳体或基板或电阻金属板的形式。可替代地，一个或更多的穿过气溶胶形成基质的中心的加热针或棒可以是如已描述过的。可替代地，电加热器元件可以是圆盘(端)加热器或圆盘加热器与加热针或棒的组合。其它替代物包括加热线或丝，例如Ni-Cr(镍-铬)、铂、金、银、钨或合金线或加热板。可选而非必要地，加热器元件可以沉积在刚性载体材料中或上。在一个这样的实施例中，电阻加热器元件可使用在温度与电阻率之间具有定义关系的金属来形成。在这样的示例性装置中，金属可被形成为例如陶瓷的适当绝缘材料上的轨道，且然后夹在例如玻璃的另一绝缘材料之间。以这种方式形成的加热器可被用于在操作期间加热和监控加热器的温度。
电加热器可包括包含能够吸收和储存热量且接着随时间对气溶胶形成基质释放热量的材料的散热器或储热器。散热器可由任何适当材料例如适当金属或陶瓷材料形成。在一个实施例中，该材料具有高热容量(显热储存材料)或是能够吸收且接着经由可逆过程(例如高温相变)释放热量的材料。适当显热储存材料包括硅胶、氧化铝、碳、玻璃毡、玻璃纤维、矿物、例如铝、银或铅的金属或合金以及例如纸的纤维素材料。经由可逆相变释放热的其它适当材料包括石蜡、醋酸钠、萘、蜡、聚乙烯氧化物、金属、金属盐、易溶盐的混合物或合金。
该散热器或储热器可被布置成使得它直接与气溶胶形成基质接触，且能够将储存的热量直接转移到基质。可替代地，储存在散热器或储热器中的热可通过例如金属管的导热器转移到气溶胶形成基质。
该电加热器元件可通过传导加热气溶胶形成基质。电加热器元件可以是至少部分与基质或其上沉积基质的载体接触。可替代地，来自电加热器元件的热量可通过导热元件传导到基质。
可替代地，电加热器元件在使用期间可将热转移到经由电加热发烟系统抽吸进来的环境空气，通过对流又加热气溶胶形成基质。环境空气可在通过气溶胶形成基质之前被加热。
在一个实施例中，功率被供应到电加热器直到电加热器的加热器元件或多个元件达到大约250℃和440℃之间的温度，以便由气溶胶形成基质产生气溶胶。任何适当温度传感器和控制电路可被用于控制加热器元件或多个元件的加热以达到大约250℃和440℃之间的温度，包括一个或更多加热器的使用。这与传统卷烟形成对比，在传统卷烟中，烟草和卷烟包装纸的燃烧可达到800℃。
气溶胶形成基质可被包含在发烟物品中。在操作期间，包含气溶胶形成基质的发烟物品可被完全包含在气溶胶产生装置内。在这种情况下，使用者可在气溶胶产生装置的嘴件上抽吸。嘴件可以是气溶胶产生装置的放置在使用者的嘴中以便直接吸入由气溶胶产生物品或气溶胶产生装置产生的气溶胶的任何部分。气溶胶经由嘴件输送到使用者的嘴中。可替代地，在操作期间，包含气溶胶形成基质的发烟物品可被部分包含在气溶胶产生装置中。在这种情况下，使用者可在发烟物品的嘴件上直接抽吸。
发烟物品可以是大致圆柱形状。发烟物品可以是大致细长的。发烟物品可具有长度和大致垂直于该长度的周边。气溶胶形成基质可以是大致圆柱形状。气溶胶形成基质可以是大致细长的。气溶胶形成基质也可以具有长度和大致垂直于长度的周边。气溶胶形成基质可被接收在气溶胶产生装置的滑动接收器中，使得气溶胶形成基质的长度大致平行于气溶胶产生装置中的气流方向。
发烟物品可具有大约30mm和大约100mm之间的总长度。发烟物品可具有大约5mm和大约12mm之间的外径。发烟物品可包括滤嘴塞。滤嘴塞可位于发烟物品的下游端。滤嘴塞可以是醋酸纤维素滤嘴塞。在一个实施例中，滤嘴塞是大约7mm长度，但是可以是大约5mm至大约10mm之间的长度。
在一个实施例中，发烟物品具有大约45mm的总长度。发烟物品可以具有大约7.2mm的外径。此外，气溶胶形成基质可具有大约10mm的长度。可替代地，气溶胶形成基质可具有大约12mm的长度。此外，气溶胶形成基质的直径可以在大约5mm和大约12mm之间。发烟物品可包括外包装纸。此外，发烟物品可包括气溶胶形成基质和滤嘴塞之间的间隔。该间隔可以是大约18mm，但是可以是大约5mm到大约25mm的范围内。
气溶胶形成基质可以是固态气溶胶形成基质。可替代地，气溶胶形成基质可包括固态和液态成分。气溶胶形成基质可包括包含在加热时从该基质释放的挥发性烟草香味化合物的含烟草材料。可替代地，该气溶胶形成基质可包括非烟草材料。该气溶胶形成基质可进一步包括有助于浓厚和稳定气溶胶形成的气溶胶生成物。适当气溶胶生成物的示例是甘油和丙二醇。
如果气溶胶形成基质是固态气溶胶形成基质，则该固态气溶胶形成基质可包括例如包含有香草叶、烟叶、烟梗段、再造烟草、均质烟草、挤压烟草以及膨胀烟草中的一个或更多的粉末、颗粒、球团、碎片、缕、条或片中的一个或更多。该固态气溶胶形成基质可以是松散形式，或者可以设置在适当容器或盒中。可选地，固态气溶胶形成基质可包含另外的烟草或非烟草挥发性香味化合物以在基质加热时释放。固态气溶胶形成基质可还包含胶囊，该胶囊例如包括另外的烟草或非烟草挥发性香味化合物，且这种胶囊在固态气溶胶形成基质的加热期间可熔化。
如本文使用的，均质烟草指由凝聚微粒烟草形成的材料。均质烟草可以是片状形式。均质烟草材料可具有以干重为基准大于5％的气溶胶形成物含量。均质烟草材料可替代地具有以干重为基准5至30重量百分比的气溶胶形成物含量。均质烟草材料的片可由通过研磨或粉碎烟草叶片和烟草梗获得的微粒烟草凝聚形成。可替代地或附加地，均质烟草材料片可包括烟草粉末、烟草细料和在例如烟草的处理、操作和运送期间所产生的其它微粒烟草副产品中的一个或更多。均质烟草材料片可包括一个或更多固有的粘结剂(这是烟草内在粘结剂)、一个或更多非固有的粘结剂(这是烟草外粘结剂)或其组合，以协助凝聚微粒烟草。可替代地或附加地，均质烟草材料片可以包括其它添加剂，其包括但不限于烟草及非烟草纤维、气溶胶生成物、润湿剂、塑化剂、香料、填充物、水溶剂和非水溶剂以及其组合。
在特定优选实施例中，气溶胶形成基质包括均质烟草材料皱褶起皱片。如本文中使用的，术语“起皱片”表示具有多个大致平行的隆起或皱纹的片。优选地，当气溶胶产生物品已被组装时，大致平行隆起或皱纹沿着或平行于气溶胶产生物品的纵向轴线延伸。这有利地协助该均质烟草材料起皱片的聚集以形成该气溶胶形成基质。然而，应该理解，可替代地或附加地，包含于该气溶胶产生物品中的该均质烟草材料起皱片可以具有多个大致平行的隆起或皱纹，其中当已组装该气溶胶产生物品时，该大致平行的隆起或皱纹是以相对于该气溶胶产生物品的纵向轴线成锐角或钝角方式来设置。在某些实施例中，气溶胶形成基质可以包括在其大致整个表面上具有大致均匀纹理的均质烟草材料的皱褶片。例如，气溶胶形成基质可包括包含有在其宽度上大致均匀隔开的多个大致平行隆起或皱纹的均质烟草材料的皱褶起皱片。
可选而非必要地，固态气溶胶形成基质可被设置在热稳定载体上或嵌入其中。该载体可以采取粉末、颗粒、球团、碎片、缕、条或片的形式。可替代地，该载体可以是具有在它的内表面上或在它的外表面上或在它的内、外表面上沉积的固态基质薄层的管状载体。这样的管状载体可以是由例如纸张或类似纸张的材料、无纺碳纤维毡、低质量开放网格金属屏、穿孔金属箔或任何其它热稳定聚合物基体形成。
固态气溶胶形成基质可被沉积在例如片、泡沫、凝胶或浆料形式的载体的表面上。固态气溶胶形成基质可被沉积在载体的整个表面上，或可替代地，可被沉积成图案，以便在使用期间提供非均匀香味传送。
虽然上面对固态气溶胶形成基质进行了参考，但是对于本领域普通技术人员清楚的是其它实施例可以使用其它形式的气溶胶形成基质。例如，气溶胶形成基质可以是液态气溶胶形成基质。如果提供液态气溶胶形成基质，气溶胶产生装置优选包括用于保持液体的装置。例如，液态气溶胶形成基质可被保持在容器中。可替代地或附加地，液态气溶胶形成基质可被吸附到多孔载体材料中。多孔载体材料可由任何适当吸收性塞或本体(例如泡沫状金属或塑料材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷)来制造。在使用气溶胶产生装置之前，液态气溶胶形成基质可被保持在多孔载体材料中，或可替代地，在使用期间或就在使用之前，液态气溶胶形成基质材料可被释放到多孔载体材料中。例如，液态气溶胶形成基质可被设置在胶囊中。胶囊的壳体优选在加热时熔化且将液态气溶胶形成基质释放到多孔载体材料中。胶囊可以可选而非必要地包含与液体组合的固体。
可替代地，载体可以是在内部已并入有烟草成分的无纺布或纤维束。该无纺布或纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生物纤维。
气溶胶产生装置还可进一步包括空气入口。该气溶胶产生装置还可进一步包括空气出口。该气溶胶产生装置还可进一步包括用于允许具有期望特性的气溶胶的形成的冷凝室。
气溶胶产生装置优选地是让使用者舒适地保持在单手的手指间的手持式气溶胶产生装置。该气溶胶产生装置的形状可以是大致圆柱形的。气溶胶产生装置可以具有多边形剖面和在一个表面上形成的突出按钮：在本实施例中，气溶胶产生装置的外径从平坦面至相对平坦面测量，可以是在约12.7mm至约13.65mm之间，从边缘至相对边缘测量(也即，从气溶胶产生装置的一侧的两个面的交叉点至另一侧的对应交叉点测量)，可以是在约13.4mm至约14.2mm之间，从该按钮的顶部至相对的底部平坦面测量，可以是在约14.2mm至约15mm之间。气溶胶产生装置的长度可以是在约70mm至约120mm之间。
在本说明书的另一方面中，提供一种用于检测使用者经由电加热气溶胶产生装置吸入的方法，该装置包括加热器元件和用于供应功率至所述加热器元件的功率源，该方法包括：控制从所述功率源供应到所述加热器元件的功率以将所述加热器元件维持在目标温度，和监控所述加热器元件的温度的变化或供应到所述加热器元件的功率的变化以检测表示使用者吸入的经过所述加热器元件的气流的变化。
监控步骤可包括监控加热器元件的温度和目标温度之间的差以检测表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化。
该方法可进一步包括当检测到表示使用者吸入的经过加热器元件的气流的变化时调整目标温度的步骤。如所述的，增加气流带来更多氧气与基质接触。
在本说明书的另一方面中，提供一种计算机程序，当在计算机或其它适当处理装置上执行时，实施根据上述另一方面的方法。本说明书包括可被实施为适于在具有可编程控制器以及其它所需硬件元件的气溶胶产生装置上运行的软件产品的实施例。
附图说明
将参考附图详细描述示例，在附图中：
图1是示出根据一个实施例的气溶胶产生装置的基本元件的示意图；
图2是示出一个实施例的控制元件的示意图；
图3是示出根据另一实施例在使用者抽吸期间加热器温度和供应的功率的变化的图表；和
图4示出根据又另一实施例用于确定使用者是否正在进行抽吸的控制序列。
具体实施方式
在图1中，以简化方式示出气溶胶产生装置100的实施例的内部。特别地，气溶胶产生装置100的元件不是按比例绘制。省略了对于本文讨论的实施例的理解不相关的元件以简化图1。
气溶胶产生装置100包括壳体10和气溶胶形成基质2，例如卷烟。气溶胶形成基质2被推压到壳体10内部以与加热器元件20在传热路径上接近。气溶胶形成基质2将在不同温度下释放一系列挥发性化合物。从气溶胶形成基质2释放的一些挥发性化合物仅通过加热过程形成。每种挥发性化合物将在特征释放温度之上被释放。通过控制气溶胶产生装置100的最大操作温度使其低于一些挥发性化合物的释放温度，可避免这些烟气成分的释放或形成。
此外，气溶胶产生装置100包括设置在壳体10内的电能供应器40，例如可充电锂离子电池。气溶胶产生装置100进一步包括控制器30，该控制器30连接到加热器元件20、电能供应器40、气溶胶形成基质检测器32和向使用者传送关于装置100的信息的使用者界面36(例如图形显示器或LED指示灯的组合)。
气溶胶形成基质检测器32可检测与加热器元件20在传热路径上接近的气溶胶形成基质2的存在和特性，且将气溶胶形成基质2的存在的信号发送给控制器30。基质检测器的提供是可选而非必要的。
控制器30控制用户界面36以显示系统信息，例如电池功率、温度、气溶胶形成基质2的状态、其它信息或其组合。
控制器30进一步控制加热器元件20的最大操作温度。加热器元件的温度可通过专用温度传感器检测。可替代地，在另一实施例中，加热器元件的温度通过监控其电阻率而确定。一段电线的电阻率取决于其温度。电阻率ρ随着温度增加而增加。实际电阻率ρ特性将根据合金的确切成分和加热器元件20的几何构造而改变，在控制器中可使用经验确定的关系。因而，在任何给定时间获知的电阻率ρ可被用来推导加热器元件20的实际操作温度。
加热器元件的电阻R＝V/I，其中，V是横跨该加热器元件的电压，I是通过该加热器元件20的电流。电阻R取决于加热器元件20的构造以及温度，且通过以下关系表达：
R＝ρ(T)*L/S方程式1
其中ρ(T)是取决于温度的电阻率，L是长度，S是加热器元件20的截面积。对于给定加热器元件20的构造，L和S是固定的，且可被测量。因而，对于给定加热器元件设计，R与ρ(T)成正比。
加热器元件的电阻率ρ(T)可由如下多项式表达：
ρ(T)＝ρ0*(1+α1T+α2T2)方程式2
其中ρ0是在参考温度T0下的电阻率，且α1和α2是多项式系数。
因而，知道加热器元件20的长度和截面，通过测量加热器元件电压V和电流I，能够确定在给定温度下的电阻R和由此能够确定电阻率ρ。可从所使用的加热器元件的特性电阻率对温度关系的查找表或通过求上述方程式(2)的多项式简单地获得温度。在一个实施例中，通过以在可应用于烟草的温度范围内的一个或更多(优选两个)线性近似表示电阻率ρ相对于温度的曲线，可简化处理。这简化了温度的估算，这在具有有限计算资源的控制器30中是期望的。
图2是示出图1的装置的控制元件的框图。图2还示出被连接到一个或更多外部装置58、60的装置。控制器30包括测量单元50和控制单元52。测量单元被构造成确定加热器元件20的电阻R。测量单元50将电阻测量值传送至控制单元52。然后控制单元52通过切换开关54控制从电池40到加热器元件20的电力供应。控制器可包括微处理器以及分离的电子控制电路。在一个实施例中，除了其它功能之外，微处理器可包括标准功能，例如内部时钟。
在控制温度的准备步骤中，选择用于气溶胶产生装置100的目标操作温度的值。该选择基于应该和不应该释放的挥发性化合物的释放温度。然后该预定值被储存在控制单元52中。控制单元52包括非易失性存储器56。
通过控制从电池到加热器元件20的供应电能，控制器30控制加热器元件20的加热。如果气溶胶形成基质检测器32已检测到气溶胶形成基质20且使用者已启动该装置，控制器30仅允许电力供应到加热器元件20。通过切换开关54，电力被作为脉冲信号提供。信号的脉冲宽度或占空比可通过控制单元52调制以改变供应到加热器元件的能量。在一个实施例中，占空比可被限制到60-80％。这可提供另外的安全性且防止使用者不注意地升高加热器的补偿温度，使得基质达到燃烧温度之上的温度。
在使用中，控制器30测量加热器元件20的电阻率ρ。控制器30然后通过将测量的电阻率ρ与查找表比较，将加热器元件20的电阻率转换成用于加热器元件的实际操作温度的值。这可以在测量单元50内完成或通过控制单元52完成。在接下来的步骤中，控制器30将实际导出的操作温度与目标操作温度进行比较。可替代地，将加热曲线中的温度值事先转换成电阻值，从而该控制器调整电阻来取代调整温度，这避免在发烟经历期间将电阻转换成温度的实时计算。
如果实际操作温度低于目标操作温度，则控制单元52向该加热器元件20供应额外电能，以便增加该加热器元件20的实际操作温度。如果实际操作温度高于目标操作温度，则该控制单元52减少供应到该加热器元件20的电能，以便使实施操作温度降低返回至目标操作温度。
控制单元可实施任何适当控制技术以调整温度，例如简单的恒温反馈回路或比例积分微分(PID)控制技术。
加热器元件20的温度不仅受供应到其上的电力的影响。经过加热器元件20的气流冷却加热器元件，降低其温度。这种冷却效果可被用来检测经过该装置的气流的变化。在控制单元52使加热器元件回到目标温度之前，当气流增加时，加热器元件的温度以及其电阻将下降。
图3示出在图1中所示类型的气溶胶产生装置的使用期间加热器元件温度和所施加电力的典型变化。供应的功率水平以线60示出，且加热器元件的温度以线62示出。目标温度以虚线64示出。
在使用开始时需要一段初始时间的高功率，以便使加热器元件尽可能快速地上升至目标温度。一旦达到目标温度，施加功率下降至使加热器元件维持在目标温度所需的水平。然而，当使用者在基质2上抽吸时，空气被抽吸经过加热器元件且使加热器元件冷却至目标温度之下。这在图3中示出为特征66。为了使加热器元件20返回至目标温度，在施加功率中具有对应峰值，其在图3中示出为特征68。在该装置的整个使用中重复此模式，其在此示例中为发烟进程，其中进行了四口抽吸。
通过检测温度或功率的临时变化，或温度或功率的变化率，可检测到使用者抽吸或其它气流事件。图4示出使用施密特触发器去除抖动法的控制过程的示例，其可用于控制单元52中以确定何时发生抽吸。图4中的过程是基于加热器元件温度中的变化的检测。在步骤400中，将最初被设定为0的任意状态变量修改为它的原始值的3/4。在步骤410中，确定作为加热器元件的测量温度和目标温度之间的差的Δ值。步骤400和410可以相反顺序或并行执行。在步骤415中，Δ值与Δ阈值进行比较。如果Δ值大于Δ阈值，则状态变量增加1/4，然后前进到步骤425。这在步骤420中示出。如果Δ值小于阈值，状态变量不变且过程移至步骤425。然后状态变量与状态阈值相比较。使用的状态阈值的值根据装置在此时被确定为处于抽吸还是非抽吸状态而不同。在步骤430中，控制单元确定装置是处于抽吸还是非抽吸状态。最初，即在第一控制循环中，假定装置处于非抽吸状态。
如果装置处于非抽吸状态，在步骤440中状态变量与HIGH状态阈值进行比较。如果状态变量高于HIGH状态阈值，则装置被确定为处于抽吸状态。如果否，确定保持在非抽吸状态。在这两种情况下，过程前进到步骤460且然后返回到400。
如果装置处于抽吸状态，在步骤450中状态变量与LOW状态阈值进行比较。如果状态变量低于LOW状态阈值，则装置被确定为处于非抽吸状态。如果否，确定保持在抽吸状态。在这两种情况下，过程前进到步骤460且然后返回步骤到400。
HIGH和LOW阈值的值直接影响整个过程中在非抽吸状和抽吸状态之间变换所需的循环的次数，反之亦然。以这种方式可防止该系统中的温度和噪音的很短期的波动(不是起因于使用者抽吸)被检测为抽吸。短期变动被有效地过滤。然而，所需的循环数被理想地选择为使得抽吸检测变换可在装置通过增加对加热器元件传送的功率来补偿温度下降之前发生。可替代地，控制器在判断是否发生抽吸时暂停该补偿过程。在一个示例中，LOW＝0.06，HIGH＝0.94，这意味着当Δ值大于Δ阈值而从非抽吸变至抽吸时，系统将需要经历至少10次循环。
图4中示出的系统可被用于提供抽吸计数，且如果控制器包括时钟，则指示每次抽吸发生的时间。抽吸和非抽吸状态可还被用于动态控制目标温度。增加的气流使更多氧气与基质接触。这增加基质在给定温度燃烧的可能性。基质的燃烧是不希望的。因此当抽吸状态被确定时可降低目标温度，以减少基质燃烧的可能性。然后当非抽吸状态被确定时，目标温度可返回到其原始值。
图4中示出的过程仅是抽吸检测过程的一个示例。例如，可使用施加的功率作为测量值或使用温度的变化率或施加功率的变化率来执行与图4示出的类似的过程。还能够使用与图4中示出的类似的过程，但是仅使用单个状态阈值，而不是不同的HIGH和LOW阈值。
除了对气溶胶产生装置的动态控制有用之外，由控制器30确定的抽吸检测数据对于分析用途、例如在临床试验中或在装置维修及设计过程中可以是有用的。图2示出控制器30到外部装置58的连接。可将抽吸计数和时间数据(与任何其它获得的数据一起)输出至外部装置58并且进一步从该装置58转送至其它外部处理或数据存储装置60。气溶胶产生装置可以包括任何适当数据输出装置。例如，该气溶胶产生装置可以包括连接至控制器30或存储器56的无线电或连接至控制器30或存储器56的通用串行总线(USB)插槽。可替代地，气溶胶产生装置可被构造成在每次经由适当数据连接对气溶胶产生装置再充电时，从存储器传送数据至电池充电装置中的外部存储器。电池充电装置可提供用于抽吸数据的较长期存储的较大存储器，且可随后连接至适当数据处理装置或通信网络。此外，当控制器30连接至外部装置58时，可以将用于控制器30的数据及指令上传至例如控制单元52。
也可以在气溶胶产生装置100的操作期间收集额外数据并且将该额外数据传送至外部装置58。这种数据可包括例如气溶胶产生装置的序列号或其它识别信息、发烟进程的开始时间、发烟进程的结束时间和关于发烟进程的结束原因的信息。
在一个实施例中，与气溶胶产生装置100关联的序列号或其它识别信息或追踪信息可被储存在控制器30中。例如，这种追踪信息可被储存在存储器56中。因为气溶胶产生装置100为了充电或数据传送目的而可能不总是连接到相同外部装置58，该追踪信息可被输出至外部处理或数据储存装置60且收集以提供使用者习惯的更完整描述。
现在对于本领域技术人员而言显而易见的是，使用本文描述的方法和设备，可以获知气溶胶产生装置的操作的时间(例如发烟进程的开始和停止)。例如，使用控制器30或控制单元52的时钟功能，发烟进程的开始时间可被控制器30获取和储存。同样地，当使用者或气溶胶产生装置100通过停止对该加热器元件20供电来结束该段时间时，可记录停止时间。如果通过外部装置58将更准确时间上传至控制器30，以校正任何耗损或不准确性，则可以进一步提高这种开始和停止时间的准确性。例如，在控制器30至该外部装置58的连接期间，装置58可询问该控制器30的内部时钟功能、将接收的时间值与外部装置58或一个或更多外部处理或数据储存装置60内提供的时钟进行比较以提供更新时钟信号至控制器30。
也可以识别和获取用于终止气溶胶产生装置100的发烟进程或操作的理由。例如，控制单元52可以包含查找表，该查找表包括该发烟进程或操作的各种结束理由。在此提供这种理由的示例性列表。
Figure BDA0001562451920000171
上表提供操作或发烟进程可被终止的多个示例性原因。现在对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，通过单独使用设置在控制器30中的测量单元50和控制单元52提供的各种指示，或与控制器30对加热器元件20的加热的控制对应的记录的指示组合，控制器30可给各进程代码赋予用于结束气溶胶产生装置100的操作或使用这种装置的进程的理由。使用上述方法和设备从可利用数据可确定的其它理由，现在对本领域普通技术人员而言是显而易见的，也可以使用本文所述的方法和设备来实施而不脱离本文所述的说明书以及示范性实施例的范围和精神。
使用本文描述的方法和设备也可以确定气溶胶产生装置100的关于使用者操作的其它数据。例如，可精确地估计使用者的气溶胶可传送物的消耗量，因为本文所述的气溶胶产生装置100可以准确地控制加热器元件20的温度，并且因为可以由于控制器30以及设置在控制器30中的单元50和52收集数据，可获得在进程期间该装置100的实际使用的准确曲线。
在一示例性实施例中，可将该控制器30获取的进程数据与在受控进程期间确定的数据进行比较，以甚至更进一步提高该装置100的使用者使用的理解。例如，通过首先在受控环境条件下使用发烟机器来收集数据并且测量数据、例如抽吸数量、抽吸体积、抽吸间隔和加热器元件的电阻率，可构建提供例如在实验条件下提供的尼古丁或其它可传送物的水平的数据库。然后，可将这种实验数据与在实际使用期间该控制器30收集的数据相比较并且被用于确定例如关于有多少量的可传送物被使用者吸入的信息。在一个实施例中，可以在一个或更多的装置60中储存这种实验数据，并且可以在一个或更多装置60中进行额外的比较和数据处理。
要达到需要额外环境数据来准确地比较实际使用者数据与实验数据的程度，该控制单元52可以包括额外功能以提供这种数据。例如，该控制单元52可以包括湿度感测器或周围温度感测器，并且可以包含湿度数据或周围温度数据作为最后提供给外部装置58的数据的一部分。也可以分析该装置的使用，以确定例如在吸入的时间长度和频率以及吸入的次数方面哪个实验确定数据最接近地符合使用行为。然后，可以使用最接近地符合使用行为的实验数据作为进一步分析和显示的基础。
现在对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，由于使用本文中论述的方法和设备，几乎可以获取任何期望信息以便与实验数据比较是可能的，并且可准确地估计与气溶胶产生装置100的使用者操作相关的各种属性。
上述示例性实施例是描述性的而不是限定性的。考虑上面论述的示范性实施例，与上述示范性实施例一致的其它实施例现在对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (13)

1.一种气溶胶产生装置，其被构造成用于所产生的气溶胶的使用者吸入，所述装置是电发烟装置并且包括：
加热器元件，所述加热器元件被构造成加热气溶胶形成基质；
功率源，所述功率源连接到所述加热器元件；和
控制器，所述控制器连接到所述加热器元件和所述功率源，其中所述控制器被构造成控制从所述功率源供应到所述加热器元件的功率以维持所述加热器元件的温度在目标温度，且所述控制器被构造成监控所述加热器元件的温度的变化或监控供应到所述加热器元件的功率的变化，以检测表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化。
2.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成监控所述加热器元件的温度和所述目标温度之间的差，以检测表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化。
3.根据权利要求2所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成监控所述加热器元件的温度和所述目标温度之间的差是否超出阈值，以检测表示使用者吸入的经过所述加热器元件的气流的变化。
4.根据权利要求3所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成监控所述加热器元件的温度和所述目标温度之间的差是否超出阈值达预定时间段或达预定数量的测量循环，以检测表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化。
5.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成监控供应到所述加热器元件的功率和预期功率水平之间的差。
6.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成将温度的变化率或供应的功率的变化率与阈值水平进行比较。
7.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成当检测到经过所述加热器元件的气流的变化时调整供应到所述加热器元件的功率。
8.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，所述控制器被构造成当检测到经过所述加热器元件的气流的变化时调整所述目标温度。
9.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中所述控制器被构造成基于所述加热器元件的电阻的测量值来监控所述加热器元件的温度。
10.根据权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中所述气溶胶产生装置包括数据输出装置，其中所述控制器被构造成将每个检测到的表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化的记录提供至所述数据输出装置。
11.一种用于检测经由电加热气溶胶产生装置的使用者吸入的方法，所述气溶胶产生装置是电发烟装置并且包括加热器元件和用于供应功率至所述加热器元件的功率源，该方法包括：控制从所述功率源供应到所述加热器元件的功率以将所述加热器元件维持在目标温度；以及监控所述加热器元件的温度的变化或监控供应到所述加热器元件的功率的变化，以检测表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述监控步骤包括监控所述加热器元件的温度和所述目标温度之间的差以检测表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化。
13.根据权利要求11或12所述 的方法，进一步包括当检测到表示使用者吸入的、经过所述加热器元件的气流的变化时调整所述目标温度的步骤。
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