CN110089778A - 一种电子烟雾化芯片及电子烟 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子烟雾化芯片及电子烟，电子烟雾化芯片包括底座和盖板，底座和盖板固定配合后形成至少一个加热腔，每个加热腔独立进油；每个加热腔对应盖板位置构造有烟雾通道，每个加热腔对应底座位置的下表面固定有加热组件；每个加热腔的腔壁均开设有进油孔。与传统的雾化芯片相比，本发明结构简单，体积小，易于批量制造，成本低廉，加热部分为悬空的封闭薄膜，热量可以较好的集中在此加热区域，热量的利用率高，相比现有技术，功耗大幅降低，在雾化时，烟油在加热腔的底部与加热部位的支撑膜均匀接触，热质量小，温度变化快，升温降温速率快。

Description

一种电子烟雾化芯片及电子烟

技术领域

本发明涉及电子烟技术，具体来说是一种电子烟雾化芯片及电子烟。

背景技术

电子烟雾化器是电子烟的核心部件，烟油在这个地方被进行加热，变成雾状气溶胶通过烟嘴被抽烟者吸入，从而达到模拟吸烟的过程，获得与抽卷烟类似的体验。现有的商用的雾化芯主要有两种：第一种是最常见的用环绕的金属加热丝或加热片与棉花结合，棉花与液体烟油直接接触，当加热丝通电时，吸附到棉花上的烟油高温雾化；第二种通过多孔陶瓷和发热导线组合成一个陶瓷发热体，直接浸入到烟油中，通电后陶瓷发热而烟油雾化。

以上两种主流的雾化器都有着相应的缺陷。对于前者来说，首先，受结构的影响，棉花的位置和形貌的不均匀很有可能使得加热丝或加热片上的热量分布不均匀，导致雾化效果和均匀性降低而产生异味，影响口感，甚至可能会让加热部分由于局部过热而损坏，引发危险；其次，在实际的情况中，如果棉花上吸附的烟油过少而导致部分棉花干烧炭化，会产生很多微小的颗粒杂质，这些杂质会随着雾化的烟油被吸入到人体中，不仅影响口感品质，还会带来健康问题；另外，加热丝或者加热片与烟油直接接触，在使用过程中，不可避免的会有金属离子一同被吸入人体，同样会带来健康问题；除此之外，棉花吸入的烟油量不可控，从而烟油的雾化量不可控，并且雾化产生的气溶胶的粒径大小不可控，这会严重影响电子烟的口感。对于后者陶瓷类的雾化器来说，它本身就是极耐高温的无毒材料，解决了棉花带来的口感和安全问题，减少了金属元素的摄入，但是同样的，烟油的雾化量和气溶胶的粒径尺寸不可控，影响口感；并且陶瓷材料的导热性能较差，所以雾化器的体积都比较大，需要较长时间的预热。除以上的缺陷以外，上述的两种雾化器都体积大，功耗高。

近两年来，已经有人提出了制作基于MEMS技术的雾化芯片来解决棉花芯和陶瓷芯雾化器的部分缺点，如专利(CN108158040A)报道了一种均匀发热的MEMS电子烟芯片及其制造方法，其优点是发热均匀，有助于解决现有技术中发热元件受热不均以及直接与烟液接触所致的感官不佳和吸入安全风险等问题，但从根本工作原理上它与陶瓷雾化芯相似，都是利用多孔材料吸油的特性，被动地从储油腔中吸油，吸油量不可控；并且它需要对整个硅片进行加热，功耗高。也有如专利(CN108514158A)报道的一种带起雾器的电子烟，它的优点是通过毛细作用将烟油吸入到加热通道中，使得烟油的加热可以更均匀充分，这种方式虽然一定程度上提高了吸入烟油的均匀性，但仍然属于被动给油，如果通道不够平整或者有一些杂质颗粒则容易产生气泡；另外，随着烟油的消耗，储油腔里面的烟油液面会下降，会影响到接触面的表面张力，液面进一步下降的话烟油液面会与毛细通道分离，导致毛细作用的失效，不能再吸上烟油；除此之外，其加热丝分布在硅凹槽里面，加热时较多的热量会被硅衬底导走，导致加热功耗很大。

综上，现有技术中，雾化芯片存在功耗高、加热不均匀、雾化效果不可控、气溶胶颗粒不可控等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功率低、加热均匀、雾化效果可控的雾化芯片。

本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种电子烟雾化芯片，包括底座和盖板，底座和盖板固定配合后形成至少一个加热腔，每个加热腔独立进油；所述盖板构造有与加热腔数量相同的烟雾通道，每个烟雾通道将加热腔与外部连通；每个加热腔对应底座位置的下表面固定有加热组件；每个加热腔的腔壁均开设有进油孔，每个所述加热腔通过进油孔与外部独立连通。

优选的，所述底座包括第一衬底，第一衬底为半导体；在所述第一衬底的下表面沉积支撑膜，上表面刻蚀有至少一个第一微型腔；所述第一微型腔的底壁为所述支撑膜；所述加热组件设置固定在支撑膜的下表面，加热组件外覆有绝缘层。

优选的，所述盖板为半导体板状结构，与第一衬底上表面键合固定后，第一微型腔形成所述加热腔，加热腔与所述盖板对应的地方构造有所述烟雾通道；

或者，所述盖板为薄膜结构，覆盖在第一衬底上，并覆盖第一微型腔，第一微型腔形成所述加热腔，加热腔与所述薄膜结构对应的地方构造有所述烟雾通道；

或者，所述盖板包括第二衬底，第二衬底为半导体；在所述第二衬底的上表面沉积有过滤膜，第二衬底的下表面刻蚀有与第一微型腔位置、数量相对应的第二微型腔；所述第二微型腔的顶壁为所述过滤膜；所述第二衬底与第一衬底固定后，第一微型腔与第二微型腔形成所述加热腔；所述烟雾通道刻蚀在过滤膜上；所述烟雾通道由多个微孔组成。

优选的，所述进油孔开设在第一衬底、第二衬底、板状结构的盖板三者的其中一个或多个上。

优选的，所述加热组件通过一根或多根加热丝旋涡形均匀盘绕而成，多根加热丝分别独立供电；所述加热组件形成的加热区域的平面面积大致等于对应的加热腔底部面积。

优选的，所述加热组件包括n根相同材料的金属丝，n为大于1的整数，n根金属丝相互独立的涡形盘绕在加热腔底壁下表面，大致形成多个同心圆或同心多边形框，其中m根金属丝为温度传感器，且温度传感器与加热丝的同心圆或同心矩形框在同一平面内交错布置；1≤m＜n；n-m根金属丝作为加热丝。

本发明还针对上述芯片提供一种电子烟，包括烟杆，烟杆一端固定烟嘴；所述烟杆内固定油箱、雾化芯片；所述雾化芯片处于油箱与烟嘴之间；雾化芯片与油箱之间固定有给油装置；所述加热腔通过给油装置与油箱连通。

优选的，还包括控制系统；所述控制系统包括

流量检测模块，用于采集烟雾流量并输出烟雾流量数据；

烟雾质量检测模块，用于采集烟雾质量并输出烟雾质量数据；

主动给油装置，用于向烟雾产生装置供油；

烟雾产生装置，对油烟进行加热产生烟雾；

控制器，接收烟雾流量数据、烟雾质量数据，并统计单位时间内烟雾流量总数，对烟雾流量数据、烟雾质量数据、单位时间内烟雾流量总数进行处理，形成主动给油装置电压控制信号和烟雾产生装置调整工作电压信号，并控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置输出相应电压；

电源管理模块，分别向流量检测模块、烟雾质量检测模块、主动给油装置、烟雾产生装置供电。

9、根据权利要求8所述的一种电子烟，其特征在于：优选的，康监测模块预设有报警预设值，健康监测模块将单位时间内烟雾流量总数与报警预设值进行比较，若大于报警预设值，则发出调整工作电压信号和报警信号，控制器根据调整工作电压信号控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置输出电压。

优选的，所述控制器使用预先训练的目标BP神经网络对烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据进行拟合，获得流量检测模块和烟雾质量检测模块的控制电压；

所述目标BP神经网络的训练过程为：根据烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据，构建样本集合，并将所述样本集合分为训练集和测试集；

使用所述训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛；并使用测试集测试收敛后的BP神经网络，判断收敛后的BP神经网络的准确率是否大于或者等于预设阈值，若是，将所述收敛后的BP神经网络作为目标BP神经网络；若否，将调节所述BP神经网络中参数的权重以及超参数，并返回执行所述使用所述训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛。

本发明的优点在于：

(1)与传统的雾化芯片相比，本发明结构简单，体积小，易于批量制造，成本低廉；本发明雾化芯片上可以有多个加热腔，每个加热腔独立进油；可以根据吸烟者的喜好和需求选择给不同数量的加热腔供油，以达到不同强度的雾化效果，工作模式可切换，雾化强度、效率可控可调。

(2)采用半导体作为衬底，加工工艺简单，可实现芯片微型化，减少热损耗，降低功率；不会出现干烧炭化糊芯等问题，大大降低了安全风险。另外，加热组件与烟油处于隔离状态，不会产生金属元素的泄漏，避免使用过程中金属离子随烟油被人体一起吸入，健康又安全。

(3)采用旋涡形绕线方式，金属丝均匀地分布在加热区域的平面薄膜上，温度均匀性和一致性好，能够保障各部分雾化温度基本一致，增强了雾化的均匀性；对于多组加热丝的方案，可以通过对多组加热丝中的一组多组同时供电，以提供不同的可选工作模式，在不同的工作模式下，加热温度和加热速率不同，雾化的速率和雾化的强度不同，吸烟者可以根据自己的需求和喜好调节；现有的技术只能通过简单地调节电子烟的功率大致改变雾化烟雾的浓度，本发明的调节方式更加可控和精确。

(4)本发明采取了多组金属加热丝，可以根据用户的喜好和需求选择不同的雾化模式，通过给不同数量的加热丝供电来改变雾化的强度，雾化强度可控可调性更好；

(5)电子烟采用主动给油装置实现进油，进油量可控，满足使用者对烟雾量的不同程度需求。

(6)本发明通过流量检测模块以及烟雾质量检测模块的配合使用，实现了控制器根据流量检测模块检测结果以级烟雾质量检测模块检测结果自动控制加热功率以及主动给油量的功能，真正实现了控制电路对系统的实时检测控制，真正实现了系统智能化，根据实际需求控制加热功率以及给油量，使两者之间可以达到最佳的匹配状态，避免出现加热功率过高而给油不及时的干烧问题或加热功率不够无法提供最佳质量烟雾的核心问题，同时本发明的功耗低，续航能力强，可以节约能源，具有很好的社会效应。

(7)与传统电子烟只能使用被动给油的方式相比，本发明实现了控制单元灵活控制主动给油，给油的量以及时间均可以根据控制电路算法输出的结果精确控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的雾化芯片整体结构示意图；

图2为图1中底座结构示意图；

图3为图2的俯视结构示意图；

图4为图1中盖板结构示意图；

图5为图4的俯视图结构示意图；

图6为图4的仰视结构示意图；

图7为本发明实施例1中另一种结构的雾化器整体结构示意图；

图8为本发明实施例1中方案一的结构示意图；

图9为本发明实施例1中方案二的结构示意图；

图10为本发明实施例1中方案三的结构示意图；

图11为本发明实施例1中方案二的结构示意图；

图12为本发明实施2中方案五中底座的结构示意图；

图13为本发明实施2中方案五中加热组件的结构示意图；

图14为本发明实施例2中底座的俯视结构示意图；

图15为本发明实施例2中盖板的结构示意图；

图16为本发明实施例2中盖板的俯视结构示意图；

图17为本发明实施例2中盖板的仰视结构示意图；

图18为本发明实施例3中雾化器的整体结构示意图；

图19为本发明实施例3中封装管壳的结构示意图；

图20为本发明实施例3中封装管壳的俯视结构示意图；

图21为本发明实施例3中封装管壳的仰视结构示意图；

图22为本发明实施例4中电子烟的整体结构示意图；

图23为本发明实施例4中控制系统的整体结构框图；

图24为本发明实施例4中控制器的控制电路结构图；

图25为本发明实施例4中控制系统的控制原理框图；

图26为本发明实施例4中目标BP神经网络结构图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

如图1、2、3所示，一种电子烟雾化芯片，包括：雾化芯片底座1、盖板2。底座1为雾化芯片的加热部分，由第一硅衬底11，支撑膜12构成；第一硅衬底11的上表面有凹形的一个第一微型腔31；支撑膜12固定在第一硅衬底11的下表面，支撑膜12的下表面上有金属丝盘绕而成的加热组件4；加热组件4上有覆一层绝缘隔离膜13，绝缘隔离膜13外设置有金属丝4的引出引脚。本实施例中金属丝采用铂丝。

盖板2，如图4、图5、图6所示，由第二硅衬底21，过滤膜22构成；第二硅衬底21的下表面构造有凹形第二微型腔32，上表面沉积有过滤膜22；第二微型腔32与第一微型腔31的个数和位置相对应。底座1上表面和盖板2下表面键合在一起，形成完整的雾化器芯片，如图1所示。凹形第一微型腔31和第二微型腔32形成烟油的加热腔3。过滤膜22与加热腔3对应的位置开设多孔结构，形成烟雾通道23，多孔结构烟雾通道23的孔径为100-1000纳米。每个加热腔可独立进油，进油孔24可开设在第一硅衬底11上，也可以开设在第二硅衬底21上，还可以同时开设在第一硅衬底11和第二硅衬底21上。本实施例仅开设在第二硅衬底21上。加热腔底部的支撑膜悬空，热量可以较好的集中在此加热区域，热量的利用率高，相比现有技术，功耗大幅降低，在雾化时，烟油在加热腔的底部与加热部位的支撑膜均匀接触，热质量小，温度变化快，升温降温速率快。

如图7所示，上述硅衬底可以用设置有含硅层的金属衬底、设置有含硅层的金属氧化物衬底、设置有含硅层的陶瓷衬底来替代，制备时可基于所述含硅层制备支撑膜12、加热组件4和绝缘隔离膜13，如果采用金属衬底或陶瓷衬底，则可以在衬底与含硅层之间形成一隔热层，例如为阳极氧化铝层。此时，利用多孔的阳极氧化铝层进行隔热，雾化芯片底座1上无需开设空腔31，底座1和盖板2键合后，第二微型腔32与绝缘隔离膜13之间形成的腔体为加热腔3。本实施例采用在隔离膜13上开设多孔结构形成的烟雾通道有效地控制了雾化气溶胶的颗粒尺寸，增强了气溶胶颗粒的一致性，有利于保证吸烟者的抽吸观感；还可以防止因爆油而产生的喷溅，增加了安全性。

金属丝可以是任意组；

方案一：如图8所示，一根金属丝41用作加热丝，加热区域温度的均匀性更好；

方案二：奇数组金属丝(多于一组)，如图9所示，以三组金属丝为例，在方案一一组金属丝的基础上，从金属丝41中央空白的两端51和52分别沿着各自的路径旋涡形绕两组金属丝42和43，在金属丝42和金属丝43中间又分别多了一组分立的空白旋涡形区域53以及54；

对于更多组金属丝，只需按照三组金属丝的产生方法，沿着空白旋涡区域53、54增加绕线即可；

方案三：偶数组金属丝(多于一组)，去掉正中间的一组金属丝，保留相互对称的加金属组即可；如图10所示，以两组金属丝为例，在方案二的三组金属丝的前提下，去除掉中间的一组，得到两组金属丝42和43，两组金属丝42和43的间距相同或不同。

盘绕后的金属丝大致形成多个同心圆或同心多边形框，为保证加热均匀性，多边形的边数大于4，且所述多边形优选为轴对称、中心对称、旋转对称图形。

对于多组金属丝，提供两种工作子方案：

子方案甲：全部金属丝都作为加热丝使用，通过对这多组加热丝中的一组或多组同时通电，以三组加热丝41、42和43为例，对加热丝41、42和43的一个或多个通电，可以有五种工作模式可调：42或43中的一个工作；41单独工作；42和41同时或41和43同时工作；42和43同时工作；42、41和43同时工作；

子方案乙：任意一组Pt金属丝作为温度传感器，其它的金属丝作为加热丝；以三组加热丝为例，其中的42和43作为加热丝，41作为Pt温度传感器，通过对42和43中的一个或两个同时供电，可以有三种工作模式：42或43中的一个工作；42和43同时工作，41作为温度传感器对供电电压进行反馈调控，使雾化的温度更为稳定，雾化效果更加稳定。

对于多组加热丝的方案，每组加热丝独立供电。如在电子烟的烟杆上设置多级加热开关，一级对应一组加热丝供电，二级对应两组加热丝供电，依次类推。该控制开关为常规结构，在此不再详述。

对于方案一至三中，第一硅衬底11、21为晶向<100>，厚度400-600微米的高阻单晶硅，高阻单晶硅的电阻率大于10Ω·cm，支撑膜12为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；支撑膜12的厚度为2-5微米；过滤膜22为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；过滤膜22的厚度为1-2微米；支撑膜12正面有金属加热丝4；金属加热丝4的厚度为200-400纳米；金属加热丝4的材料为铂/钛(Pt/Ti)、金/钛(Au/Ti)、铂/铬(Pt/Cr)、金/铬(Au/Cr)中的一种或几种；隔离膜14为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；隔离膜14的厚度为300-500纳米；多孔结构烟雾通道23的孔径为100-1000纳米。

方案四：如图11所示，将过滤膜22直接制作在雾化芯片底座1的背面，进油孔24制作在雾化芯片底座1的第一硅衬底11上。

方案四中，第一硅衬底11、第二硅衬底21为晶向<100>，厚度400-600微米的高阻单晶硅，高阻单晶硅的电阻率大于10Ω·cm；支撑膜12为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；支撑膜(12)的厚度为2-5微米；过滤膜22为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；过滤膜22的厚度为1-2微米；支撑膜12正面有金属加热丝4；金属加热丝4的厚度为200-400纳米；金属加热丝4的材料为铂/钛(Pt/Ti)、金/钛(Au/Ti)、铂/铬(Pt/Cr)、金/铬(Au/Cr)中的一种或几种；隔离膜13为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；隔离膜13的厚度为300-500纳米；多孔结构的烟雾通道23的孔径为100-1000纳米。

工作原理：雾化芯片底座1上的金属加热丝4用于对烟油进行高温加热，形成雾化气溶胶；雾化芯片多孔盖板2用作雾化气溶胶的过滤装置；支撑膜22上的多孔结构23只允许粒径小于孔径的气溶胶微粒通过，阻挡掉大粒径的气溶胶微粒和其它杂质；进油孔24用于添加烟油。

实施例2

方案五：如图12-17所示，芯片还可以设计成具有多个独立加热腔，以4个加热腔呈2×2阵列为例，雾化芯片底座1的第一微型腔31和第二微型腔32还可设计成阵列的形式，如2×2阵列，底座1和盖板2键合后，形成4个相互独立的加热腔，与之对应的，在支撑膜的下表面串联4个加热盘，形成与4个加热腔对应的加热区域61、62、63和64；过滤膜上设有4个多孔结构的烟雾通道23。每个加热腔3均对应一个烟雾通道23。每个加热腔均具有独立的进油孔24。

加热丝结构数量和加热区域数量可以是任意个；方案二、方案三对方案五同样适用。

多个加热腔可通过不同微油泵进油，每个微油泵可单独控制(如通过控制阀控制相应微油泵的启闭，控制开关可设置在电子烟的个体上，如一级标定为开启1个微油泵，二级标定为开启2个微油泵，以此类推，因是现有技术，图中未示出)，根据使用者的需求，可选择不同数量的微油泵开启，以满足不同级别的进油量，从而满足使用者的不同需求。

针对实施例1和实施例2，还提供了制备方法：

基于方案一到方案三、方案五的雾化芯片的制备方法为：

步骤1、雾化芯片底座(1)的制备：

(a)在第一硅衬底(片状)下表面上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，即支撑膜12，总厚度为2-5微米；

(b)在正面进行光刻，然后采用磁控溅射镀膜或者电子束蒸发镀膜沉积200-400纳米的金属，去胶剥离之后形成金属加热丝；

(c)在金属加热丝上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，总厚度为300-500纳米；

(d)在第一硅衬底上表面进行光刻，然后通过硅的各向异性腐蚀液(KOH溶液或TMAH溶液)释放出封闭薄膜并形成第一微型腔31，即为雾化芯片底座(1)；

步骤2、雾化芯片多孔盖板2的制备：

(e)在第二硅衬底(片状)上表面上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，即过滤膜，总厚度为1-2微米；

(f)对过滤膜进行光刻，然后采用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀出微孔阵列，孔径为100-1000纳米；

(g)在第二硅衬底下表面进行光刻，然后通过硅的各向异性腐蚀液释(KOH溶液或TMAH溶液)放出封闭多孔薄膜并形成凹形微腔体，即为雾化芯片多孔盖板2；

步骤3、电子烟MEMS雾化芯片的制备：

(h)将上述雾化芯片底座的上表面与雾化器多孔盖板的下表面紧密接触，通过键合工艺粘合在一起；

(i)采用划片机将步骤(h)得到的圆片进行划片，得到单个的芯片；

(j)对步骤(i)得到的单个芯片进行钻孔，即得到所述的可控的MEMS雾化芯片；

基于方案四的电子烟MEMS雾化芯片的制备方法为：

(k)在第一硅衬底上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，总厚度为2-5微米；

(l)在正面进行光刻，然后采用磁控溅射镀膜或者电子束蒸发镀膜沉积200-400纳米的金属，去胶剥离之后形成金属加热丝；

(m)在金属加热丝上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，总厚度为300-500纳米；

(n)在第一硅衬底上表面进行光刻，然后通过硅的各向异性腐蚀液(KOH溶液或TMAH溶液)释放出封闭薄膜并形成第一微型腔31；

(o)在第二硅衬底上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜，总厚度为1-2微米；

(p)在正面进行光刻，然后采用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀出微孔阵列，孔径为100-1000纳米；

(q)将上述步骤(n)所得第一硅衬底的上表面与步骤(p)所得第二硅衬底的下表面紧密接触，通过键合工艺粘合在一起；

(r)采用划片机将步骤(q)得到的圆片进行划片，得到单个的芯片；

(s)对步骤(r)得到的单个芯片进行钻孔，即得到所述的电子烟MEMS雾化芯片；

当然，步骤j、t的通孔也可通过g步骤的湿法刻蚀形成；步骤a、k的支撑膜为氧化硅/氮化硅的单层或复合膜；步骤e、o的过滤膜为氧化硅/氮化硅的单层或复合膜；步骤c、m的隔离膜为氧化硅/氮化硅的单层或复合膜；步骤d、l金属为铂/钛(Pt/Ti)、金/钛(Au/Ti)、铂/铬(Pt/Cr)、金/铬(Au/Cr)中的一种或几种；步骤d、g、n的腐蚀液为氢氧化钾溶液(KOH溶液)或四甲基氢氧化铵溶液(TMAH溶液)。

实施例3

本发明还提供雾化器，包括雾化芯片和雾化芯片的封装管壳50，封装管壳50可以为圆柱形，也可以为棱柱型，主要看电器烟的外壳截面形状，便于装配即可。本实施例提供一种截面为方形的封装管壳50。如图18-21所示，封装管壳包括管壳壁570、内腔520、内腔520底部的焊点540、内腔顶部的敞口结构550、管壳底部的微孔560、管壳底部的接触电极580，敞口结构550作为气溶胶的出口；输油微管530通过微孔560一端与雾化芯片的进油孔24相连，另一端与输油微油泵连接。

雾化芯片的封装：将雾化芯片按照常规结构卡接在内腔520内后(该封装结构为现有技术，在此不再详述)，雾化芯片上的电极与封装管壳空腔520内的焊点540对准接触，焊接输油微管道530一端插入到进油孔24中，另一端从封装管壳520底部的微孔560露出与输油微油泵连接以完成单个的雾化器。

实施例4

一种电子烟，如图22所示，包括一烟杆，烟杆内腔体91的一端设置有烟嘴71，烟嘴71开设有烟嘴出口72，烟嘴71与烟杆腔体91可拆卸或可开盖地连接，如螺纹连接、卡接等，该连接结构均为常规结构，在此不再详述。烟杆腔体91内设置有封装后的雾化芯片、微油泵610、620。封装后的雾化芯片靠近烟嘴71，雾化芯片通过输油微管道530与微油泵610、620固定连接，且雾化芯片封装管壳底部的接触电极580与烟杆腔体91内加热电压控制单元接口相连。微油泵610、620均与储油腔8相连。

如图20所示，MEMS气体传感器和MEMS流量传感器均设置在雾化芯片5的出气口与烟嘴之间。本实施例固定在封装壳体敞口结构550处。在敞口结构550处横跨固定一根连接杆5501，MEMS气体传感器和MEMS流量传感器固定在连接杆上，通过引线与信号处理电路连接。MEMS气体传感器和MEMS流量传感器处于烟雾流通路径上，便于充分采集信号。

微油泵的个数根据加热腔的个数不同而不同，本实施例中的加热腔为1个，具有两个进油孔，所以配备了2个微油泵。若加热腔如上述方案五所设计的2×2阵列，则需8个微油泵，或者1个微油泵通过8根支管与4个加热腔连通，在支管上设置控制阀，以满足多个加热腔可独立控制的目的。

本实施例中，油箱、微油泵、雾化器与烟杆的连接关系可采用可拆卸的方式固定，便于更换。如将烟杆的内腔设计成几段，每段相对应油箱、微油泵、雾化器的结构设计对应的卡接结构即可。

本实施例中，由于雾化器的结构限制，需要将烟杆与烟嘴设计成有一定角度的安装结构，使电子烟在使用时，烟杆处于倾斜或者竖直状态，保证烟油与加热面接触。

本实施例中电子烟还包括LED指示装置13，设置于烟杆腔体11上远离烟嘴12的一端。用于显示电子烟是否开启，同时可用于显示报警。

本实施例中，还提供了控制系统，如图23所示，包括：

流量检测模块，本实施例采用MEMS流量传感器，用于采集烟雾流量并输出烟雾流量数据；MEMS流量传感器预设有单次流量预设值；MEMS流量传感器将当前采集的烟雾流量数据与单次流量预设值进行比较，大于单次流量预设值，则将该烟雾流量数据发送给控制器，以筛选电子烟轻微晃动等外在原因导致的数据误传。

本实施例使用了MEMS流量传感器代替了传统的驻极体膜片以及气压传感器。MEMS流量传感器可以准确测量腔体中空气的流速。当使用者吸气时，电子烟腔体中的空气会产生流动，空气流速的变化会被MEMS流量传感器所感知，随后MEMS流量传感器会将这些细微的变化转换为能被信号控制器识别的电学信号，并传输给信号控制器。

控制系统启动初期，控制器第一次接收到烟雾流量数据后，控制电源管理模块向烟雾质量检测模块、主动给油装置、烟雾产生装置供电，控制系统正式进入工作状态。

烟雾质量检测模块，本实施例采用MEMS气体传感器，用于采集烟雾质量并输出烟雾质量数据。MEMS气体传感器预设有质量预设值，MEMS气体传感器将采集的当前烟雾质量数据与质量预设值进行比较，当小于预设值时，则将数据发送给控制器。当使用者开始吸烟时，MEMS气体传感器通过检测气体中特定气体例如CO₂的浓度来检测产生烟雾气体的质量，并将感知到的浓度转换为能被信号控制器识别的电学信号，并传输给控制器。

如图24所示，控制器包括控制电路和单片机。控制电路包括：

电桥测量电路，与MEMS流量传感器输出端连接，用于将MEMS流量传感器输出的电阻变化信号转变为模拟电压信号，具体为：R1、R2及MEMS流量传感器构成了一个电桥测量电路，通过两个固定电阻以及固定电压组成一个惠思顿电桥电路，R5构成了MEMS气体传感器的分压测量电路。滤波电路，R3、C1,R4、C2以及R6、C3构成了三个滤波电路，与电桥测量电路输出端连接，对前段测量输出值进行简单滤波，避免噪音干扰。输出连接ADS1115芯片，进行模拟信号到数字信号的转换，最后数字信号通过IIC总线传输到单片机。电源管理模块中有多个低压差线性稳压器芯片，用于将电池电压转为合适电压给各部分供电；电源管理模块根据单片机指令进行电压输出，给MEMS流量传感器、MEMS气体传感器、烟雾产生装置、主动给油装置供电。其中电源管理模块中中包括一个运算放大器，与电阻R7，R8构成一个电压负反馈电路，用于检测烟雾产生装置工作状态是否正常，维持合适的加热功率，并将结果反馈至控制电路。

单片机用于对整个系统进行控制，其中预先写入一个健康监测模块，统计单位时间内吸入的烟雾流量总数，用于对使用者规定时间内的吸烟量进行干预，最大程度的保护使用者的健康。同时还写入一个目标BP神经网络算法，用于根据对烟雾流量数据、烟雾质量数据、单位时间的烟雾流量总数进行拟合，获得流量检测模块和烟雾质量检测模块的控制电压，实现对系统进行合理有效的控制。

健康监测模块，接收用于统计单位时间内烟雾流量总数。健康监测模块预设有报警预设值，将单位时间内烟雾流量总数与报警预设值进行比较，若大于报警预设值，则发出调整工作电压信号和报警信号，单片机根据调整工作电压信号控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置的输出电压。用于对使用者规定时间内的吸烟量进行干预，最大程度的保护使用者的健康。

如图26所示，目标BP神经网络的训练过程为：根据烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据，构建样本集合，并将样本集合分为训练集和测试集；

使用训练集训练预先构建的目标BP神经网络，直至收敛；并使用测试集测试收敛后的BP神经网络，判断收敛后的BP神经网络的准确率是否大于或者等于预设阈值，若是，将收敛后的BP神经网络作为目标BP神经网络；若否，将调节BP神经网络中参数的权重以及超参数，并返回执行使用训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛。

本实施例中，主动给油装置25为微油泵，受到控制电路控制进行主动吸油。烟雾产生装置26为雾化器，雾化器的进油腔与微油泵25出油口连通。

如图25所示，本实施例的控制系统控制原理为：控制系统包含有三个闭环控制：

首先为了避免空气流速波动的影响，带来不好的用户体验，只有当MEMS流量传感器21检测到的烟雾流量数据大于单次流量预设值时，才认为是使用者已经开始吸气，避免干扰误报。此后单片机迅速感知这个变化，控制电源管理模块27调整主动给油装置、烟雾产生装置的电压，同时健康监测模块以及烟雾质量传感器开始工作，另外两个闭环启动。

对于健康监测模块的闭环，控制电路在识别到有效流量以后，会将流量记录到相应的寄存器，当某一时间段使用者吸入太多流量的烟雾时，报警系统启动，会输入相应的处理方式到单片机，调控工作电压。

对于烟雾质量检测的闭环，当有烟雾产生，烟雾质量传感器就会进行实时检测，当检测值不满足最佳质量的要求时，控制电路会对主动给油装置以及烟雾产生装置的工作电压进行控制。与此同时，MEMS流量传感器持续工作，对系统中空气流量进行实时检测，单片机可以综合以上三个闭环的输出进行算法拟合，对系统各部分的工作电压进行实时精确的控制，使得系统工作在最佳状态，在保证烟雾质量的前提下，迅速产生满足使用者需求的烟雾量，同时可以节约电量以及烟油量。

单片机中预先写入的目标BP神经网络算法如图26所示：

在本算法中，有三个信号输入：烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据。3个数据输入后，进行神经网络运算，L1为输入层，L2至Ln为隐含层，首先算法根据预设值将数据从输入层前向传播到隐含层，进行拟合，得到一个二输出结果，此后再将结果进行反向传播，计算与三个输入值得误差，对预设值进行调整，反复迭代，得到最佳的输出值：主动给油装置电压以及烟雾产生装置电压。在本算法中，使用了一个典型的两输出神经网络算法，它的权重预设值需要根据MEMS流量传感器和烟雾质量检测传感器的实际特性不断进行实验进行拟合得到，具有很强的针对性，可以降低算法运行时间，迅速提高处理结果准确度，无法轻易复制。

具体工作中，当使用者初次吸气时，MEMS流量传感器21迅速响应，电桥测量电路测量到MEMS流量传感器的变化，ADS1115芯片将这个模拟电压变化转变为便于传输的数字信号，随后单片机根据MEMS流量传感器响应结果控制主动给油装置主动吸取匹配结果的烟油量至烟雾产生装置中的烟油容纳腔，随后产生对应烟雾，MEMS气体传感器开始工作，检测本次产生烟雾的质量，并通过测量电路以及信号转换电路，将数据传输到单片机，初次吸气以后系统可以完整运转，MEMS流量传感器、MEMS气体传感器以及预设在控制电路中的健康监测模块开始同时工作。当使用者再次吸气时，MEMS流量传感器会将当次吸气的流量信息传输到单片机，单片机判断本次吸气流量达到预先设计阈值而非空气波动时，就会将本次的实际流量值存于规定寄存器，对流量值进行叠加，当该值不符合健康监测模块的预先设置要求时，健康监测模块会产生相应处理信号。同时，单片机将当次吸气MEMS流量传感器产生的流量信息、前次MEMS气体传感器产生的质量信息以及健康监测模块的处理信号输入到预先写入的目标BP神经网络算法中，通过对三个输入值进行拟合，迅速得到最精准的处理结果，之后控制器根据算法响应结果控制电源管理模块迅速对系统进行调整，例如当规定时间内流量叠加值超过健康监测模块预设的值以后，为了保证使用者的健康，单片机会按照比例对加热电压以及单位时间给油量进行定量缩放，在保证烟雾质量的前提下降低烟雾产生量，同时会启动LED灯13闪不同的颜色灯光，以提醒使用者注意健康问题；除此之外，当电子烟工作状态符合健康监测模块的要求时，电子烟开始正常工作，若使用者增大吸气力度，则MEMS流量传感器会迅速感知这个变化，同时MEMS气体传感器会迅速检测产生烟雾的质量，单片机会根据这个结果进行拟合，根据拟合结果精确调大加热电压以及给油量，在保证产生烟雾质量的前提下迅速产生满足使用者需求的烟雾量；当使用者突然小口吸气时，MEMS流量传感器会迅速感知这个变化，同时MEMS气体传感器会迅速检测产生烟雾的质量，单片机会根据这个结果进行拟合，根据拟合结果精确调小加热电压以及给油量，在保证产生烟雾质量的前提下迅速产生满足使用者需求的烟雾量，同时可以节约电能以及烟油，所以由于同时使用了MEMS流量传感器以及MEMS气体传感器对系统进行整体的实时检测，以及内部预先写入的神经网络算法，使得加热功率以及主动给油量可以得到最佳的匹配，避免出现加热功率过高给油不足的干扰问题以及加热功率不够无法提供质量最佳烟雾的问题，使得系统更加智能化，用户可以获得最佳的口感体验，同时可以节约电能，烟油，具有很高的社会价值以及经济价值。除此之外，为了保证烟雾产生装置与主动给油装置工作电压稳定，电源管理模块通过一个反馈电路进行反馈调节，维持工作电压稳定，使得主动给油量和加热功率达到最佳匹配，迅速产生最能满足使用者需求的烟雾量。

本实施例还提供一种电子烟烟雾质量和流量控制方法，包括以下步骤：

先采用MEMS流量传感器进行烟雾流量数据的采集，MEMS流量传感器预设有单次流量预设值；MEMS流量传感器将当前采集的烟雾流量数据与单次流量预设值进行比较，大于单次流量预设值，则将该烟雾流量数据发送给控制器；

控制器第一次接收到烟雾流量数据后，控制电源管理模块向烟雾质量检测模块、主动给油装置、烟雾产生装置供电，系统正式启动；

采用MEMS气体传感器采集烟雾质量并输出烟雾质量数据，MEMS气体传感器可以检测烟雾产生装置产生烟雾的质量。当使用者开始吸烟时，MEMS气体传感器通过检测气体中特定气体例如CO2的浓度来检测产生烟雾气体的质量，并将感知到的浓度转换为能被信号控制器识别的电学信号，并传输给控制器；

控制器包括控制电路和单片机。控制电路包括电桥测量电路，与MEMS流量传感器输出端连接，用于将MEMS流量传感器输出的电阻变化信号转变为模拟电压信号，具体为：R1、R2及MEMS流量传感器构成了一个电桥测量电路，通过两个固定电阻以及固定电压组成一个惠思顿电桥电路，R5构成了MEMS气体传感器的分压测量电路。滤波电路，R3、C1,R4、C2以及R6、C3构成了三个滤波电路，与电桥测量电路输出端连接，对前段测量输出值进行简单滤波，避免噪音干扰。输出连接ADS1115芯片，进行模拟信号到数字信号的转换，最后数字信号通过IIC总线传输到单片机。电源管理模块中有多个低压差线性稳压器芯片，用于将电池电压转为合适电压给各部分供电；电源管理模块根据单片机指令进行电压输出，给MEMS流量传感器、MEMS气体传感器、烟雾产生装置、主动给油装置供电。其中电源管理模块中中包括一个运算放大器，与电阻R7，R8构成一个电压负反馈电路，用于检测烟雾产生装置工作状态是否正常，维持合适的加热功率，并将结果反馈至控制电路。

单片机用于对整个系统进行控制，其中预先写入一个健康监测模块，统计单位时间内吸入的烟雾流量总数，用于对使用者规定时间内的吸烟量进行干预，最大程度的保护使用者的健康。同时还写入一个目标BP神经网络算法，用于根据对烟雾流量数据、烟雾质量数据、单位时间的烟雾流量总数进行拟合，获得流量检测模块和烟雾质量检测模块的控制电压，实现对系统进行合理有效的控制。

健康监测模块，用于统计单位时间内烟雾流量总数。健康监测模块预设有报警预设值，将单位时间内烟雾流量总数与报警预设值进行比较，若大于报警预设值，则发出调整工作电压信号和报警信号，单片机根据调整工作电压信号控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置的输出电压。用于对使用者规定时间内的吸烟量进行干预，最大程度的保护使用者的健康。

目标BP神经网络的训练过程为：根据烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据，构建样本集合，并将样本集合分为训练集和测试集；

使用训练集训练预先构建的目标BP神经网络，直至收敛；并使用测试集测试收敛后的BP神经网络，判断收敛后的BP神经网络的准确率是否大于或者等于预设阈值，若是，将收敛后的BP神经网络作为目标BP神经网络；若否，将调节BP神经网络中参数的权重以及超参数，并返回执行使用训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种电子烟雾化芯片，其特征在于：包括底座和盖板，底座和盖板固定配合后形成至少一个加热腔，每个加热腔独立进油；所述盖板构造有与加热腔数量相同的烟雾通道，每个烟雾通道将加热腔与外部连通；每个加热腔对应底座位置的下表面固定有加热组件；每个加热腔的腔壁均开设有进油孔，每个所述加热腔通过进油孔与外部独立连通。

2.根据权利要求1所述的一种电子烟雾化芯片，其特征在于：所述底座包括第一衬底，第一衬底为半导体；在所述第一衬底的下表面沉积支撑膜，上表面刻蚀有至少一个第一微型腔；所述第一微型腔的底壁为所述支撑膜；所述加热组件设置在支撑膜的下表面，加热组件外覆有绝缘层。

3.根据权利要求2所述的一种电子烟雾化芯片，其特征在于：所述盖板为半导体板状结构，与第一衬底上表面键合固定后，第一微型腔形成所述加热腔，加热腔与所述盖板对应的地方构造有所述烟雾通道；

或者，所述盖板为薄膜结构，覆盖在第一衬底上，并覆盖第一微型腔，第一微型腔形成所述加热腔，加热腔与所述薄膜结构对应的地方构造有所述烟雾通道；

或者，所述盖板包括第二衬底，第二衬底为半导体；在所述第二衬底的上表面沉积有过滤膜，第二衬底的下表面刻蚀有与第一微型腔位置、数量相对应的第二微型腔；所述第二微型腔的顶壁为所述过滤膜；所述第二衬底与第一衬底固定后，第一微型腔与第二微型腔形成所述加热腔；所述烟雾通道刻蚀在过滤膜上；所述烟雾通道由多个微孔组成。

4.根据权利要求3所述的一种电子烟雾化芯片，其特征在于：所述进油孔开设在所述第一衬底、第二衬底、板状结构的盖板三者的其中一个或多个上。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种电子烟雾化芯片，其特征在于：所述加热组件通过一根或多根加热丝旋涡形均匀盘绕而成，多根加热丝分别独立供电；所述加热组件形成的加热区域的平面面积大致等于对应的加热腔底部面积。

6.根据权利要求5所述的一种电子烟雾化芯片，其特征在于：所述加热组件包括n根相同材料的金属丝，n为大于1的整数，n根金属丝相互独立的涡形盘绕在加热腔底壁下表面，大致形成多个同心圆或同心多边形框，其中m根金属丝为温度传感器，且温度传感器与加热丝的同心圆或同心多边形框在同一平面内交错布置；1≤m＜n；n-m根金属丝作为加热丝。

7.一种电子烟，其特征在于：包括烟杆，烟杆一端固定烟嘴；所述烟杆内固定油箱、雾化芯片；所述雾化芯片为权利要求1至6任一所述的雾化芯片；所述雾化芯片处于油箱与烟嘴之间；雾化芯片与油箱之间固定有给油装置；所述加热腔通过给油装置与油箱连通。

8.根据权利要求7所述的一种电子烟，其特征在于：还包括控制系统；所述控制系统包括

流量检测模块，用于采集烟雾流量并输出烟雾流量数据；

烟雾质量检测模块，用于采集烟雾质量并输出烟雾质量数据；

主动给油装置，用于向烟雾产生装置供油；

烟雾产生装置，对油烟进行加热产生烟雾；

控制器，接收烟雾流量数据、烟雾质量数据，并统计单位时间内烟雾流量总数，对烟雾流量数据、烟雾质量数据、单位时间内烟雾流量总数进行处理，形成主动给油装置电压控制信号和烟雾产生装置调整工作电压信号，并控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置输出相应电压；

电源管理模块，分别向流量检测模块、烟雾质量检测模块、主动给油装置、烟雾产生装置供电。

9.根据权利要求8所述的一种电子烟，其特征在于：所述控制器包括健康监测模块，健康监测模块预设有报警预设值，健康监测模块将单位时间内烟雾流量总数与报警预设值进行比较，若大于报警预设值，则发出调整工作电压信号和报警信号，控制器根据调整工作电压信号控制电源管理模块分别对主动给油装置和烟雾产生装置输出电压。

10.根据权利要求7至9任一所述的一种电子烟，其特征在于：所述控制器使用预先训练的目标BP神经网络对烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据进行拟合，获得流量检测模块和烟雾质量检测模块的控制电压；

所述目标BP神经网络的训练过程为：根据烟雾流量数据、烟雾质量数据、健康流量数据，构建样本集合，并将所述样本集合分为训练集和测试集；

使用所述训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛；并使用测试集测试收敛后的BP神经网络，判断收敛后的BP神经网络的准确率是否大于或者等于预设阈值，若是，将所述收敛后的BP神经网络作为目标BP神经网络；若否，将调节所述BP神经网络中参数的权重以及超参数，并返回执行所述使用所述训练集训练预先构建的BP神经网络，直至收敛。