CN112638184A - 用于气溶胶生成装置的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于气溶胶生成装置的设备包括电路，该电路包括用于加热感受器布置以加热气溶胶生成材料的感应元件。该设备还包括控制器，控制器被配置为当该电路在空载状态和负载状态之间改变时，确定电路的电参数的变化，在空载状态下感受器布置未感应地耦合到感应元件，在负载状态下感受器布置感应地耦合到感应元件。控制器被配置为根据电路的电参数的变化来确定感受器布置的属性。

Description

用于气溶胶生成装置的设备
技术领域
本发明涉及用于气溶胶生成装置的设备，尤其是用于确定与气溶胶生成装置一起使用的感受器布置的属性的设备。
背景技术
吸烟物品，如香烟、雪茄等，在使用期间会燃烧烟草，制造烟草烟雾。已经尝试通过制造不燃烧释放化合物的产品来提供这些物品的替代物。此类产品的示例是所谓的“不燃烧即热”产品或烟草加热装置或产品，其通过加热而不是燃烧材料来释放化合物。例如，该材料可以是烟草或其他非烟草产品，其可以包含或可以不包含尼古丁。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于气溶胶生成装置的设备，该设备包括：电路，该电路包括用于加热感受器布置以加热气溶胶生成材料的感应元件；以及控制器，被配置为：当该电路在空载状态和负载状态之间改变时，确定电路的电参数的变化，在空载状态下感受器布置未感应地耦合到感应元件，在负载状态下感受器布置感应地耦合到感应元件；以及根据电路的电参数的变化来确定感受器布置的属性。
当感受器布置被装置容纳时，该电路可以从空载状态改变为负载状态，并且当感受器布置从装置移除时，该电路可以从负载状态改变为空载状态。
电参数的变化可以通过比较当电路处于负载状态时测量的参数值与当电路处于空载状态时测量的参数值来确定。
电参数的变化可以通过比较当电路处于负载状态时测量的参数值与对应于处于空载状态的电路的参数的预定值来确定。
确定感受器布置的属性可包括将电参数的值的所确定的变化与至少一个存储值的列表进行比较，其中，通过确定所确定的变化对应于列表中的哪个值来指示该感受器布置的属性。
控制器可被配置为根据感受器布置的所确定的属性允许激活气溶胶生成装置以供使用或不允许激活气溶胶生成装置以供使用。
控制器可被配置为基于电路的电参数的变化的幅度来确定感受器布置的属性。
控制器可被配置为基于电路的电参数的变化的标志来确定感受器布置的属性。
感受器布置的属性可以是装置中是否存在该感受器布置，并且控制器可以被配置为基于电参数中是否存在变化来确定该装置中是否存在该感受器布置。
设备可包括温度测量装置，并且控制器可被配置为当电路在负载状态和空载状态之间改变时从温度测量装置接收感受器布置的测量温度，并且使用感受器布置的测量温度确定感受器布置的属性。
感受器布置可以在包含要加热的气溶胶生成材料的消耗品中，并且控制器可被配置为从感受器布置的所确定的属性来确定消耗品的属性。
消耗品的属性可以包括该消耗品是否为经批准的消耗品的指示符，并且控制器可以被配置为确定该消耗品是否是经批准的消耗品，并且如果该消耗品是经批准的消耗品，则激活装置以供使用；如果该消耗品不是经批准的消耗品，则不激活装置以供使用。
电参数可以是电路的谐振频率。
电参数可以是感应元件和感受器布置的有效分组电阻r。
设备还包括用于使得能够从直流电压源生成变化电流并流过感应元件的电容元件和切换布置；并且控制器被配置为根据提供给感应元件的变化电流的频率、来自直流电压源的直流电流和直流电压源的直流电压来确定有效电阻r，并且其中，感应元件和感受器布置的有效分组电阻r根据以下关系由该控制器确定：
Figure BDA0002954911160000031
其中Vs是直流电压，Is是直流电流，C是电路的电容，以及f0是提供给感应元件的变化电流的频率。
根据本发明的第二方面，提供了一种确定用于气溶胶生成装置的感受器布置的属性的方法，其中该感受器布置用于加热气溶胶生成材料，并且该气溶胶生成装置包括控制器和电路，该电路包括用于加热该感受器的感应元件，其中，该方法包括：当电路在空载状态和负载状态之间改变时，通过控制器确定电路的电参数的变化，在空载状态下感受器布置未感应地耦合到感应元件，在负载状态下感受器布置感应地耦合到感应元件；以及通过该控制器，从该电路的电参数的变化确定感受器布置的属性。
感受器布置可以在包含要加热的气溶胶生成材料的消耗品中，并且该方法可以包括从感受器布置的属性来确定消耗品的属性。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于气溶胶生成装置的控制器，其中该控制器被配置为执行根据第二方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种气溶胶生成装置，该装置包括根据第一方面的设备。
根据本发明的第五方面，提供了一组机器可读指令，当由气溶胶生成装置中的控制器执行时，使得控制器执行根据第二方面的方法。
附图说明
图1示意性地示出了根据示例的气溶胶生成装置；
图2示意性地示出了根据示例的谐振电路。
图3根据示例，示出了图2的谐振电路的谐振频率与时间的关系图。
具体实施方式
感应加热是通过电磁感应加热导电物体(或感受器)的过程。感应加热器可以包括感应元件，例如，感应线圈和用于通过感应元件传递变化电流(例如交流电)的装置。感应元件中的变化电流产生变化的磁场。变化的磁场穿透相对于感应元件适当定位的感受器，在感受器内生成涡流。感受器对涡流有电阻，因此涡流对该电阻的流动使感受器被焦耳加热。在感受器包含铁磁性材料(例如铁、镍或钴)的情况下，热也可由感受器中的磁滞损耗生成，即，由于磁偶极子与变化的磁场对准而导致磁性材料中的磁偶极子的方向变化。
在感应加热中，例如，与传导加热相比，热在感受器内部生成，允许快速加热。此外，在感应加热器和感受器之间不需要任何物理接触，允许在构造和应用中增强自由度。
感应加热器可以包括LC电路，LC电路具有由感应元件(例如，可以被布置为感应加热感受器的电磁铁)提供的电感L和由电容器提供的电容C。在某些情况下，该电路可以表示为RLC电路，其包括由电阻器提供的电阻R。在某些情况下，电阻是由连接感应器和电容器的电路部分的欧姆电阻提供的，因此该电路不必包括这样的电阻器。这种电路可以称为，例如LC电路。这种电路可能表现出电谐振，当电路元件的阻抗或导纳的虚部相互抵消时，这种谐振在特定的谐振频率下发生。
显示电谐振的电路的一个示例是LC电路，其包括感应器、电容器和可选的电阻器。LC电路的一个示例是串联电路，其中感应器和电容器串联连接。LC电路的另一个示例是并联LC电路，其中感应器和电容器并联连接。谐振发生在LC电路中，因为感应的磁场收缩在其绕组中生成电流，为电容器充电，而放电电容器提供电流，在感应器中形成磁场。本文描述了一个示例并联LC电路。当并联LC电路以谐振频率驱动时，电路的动态阻抗最大(感应器的电抗等于电容器的电抗)，电路电流最小。然而，对于并联LC电路，并联感应器和电容器环路起到电流倍增器的作用(有效地将环路内的电流相乘，并且从而使电流通过感应器)。因此，在谐振频率或在谐振频率附近驱动RLC或LC电路可以通过提供穿透感受器的磁场的最大值来提供有效和/或高效的感应加热。
晶体管是用来切换电子信号的半导体装置。晶体管通常包括至少三个用于连接到电子电路的端子。在一些现有技术示例中，交流电可以通过提供驱动信号提供给使用晶体管的电路，该驱动信号使得晶体管以预定频率(例如在电路的谐振频率)切换。
场效应晶体管(FET)是一种晶体管，其中施加电场的效应可用于改变晶体管的有效电导。场效应晶体管可包括主体B、源极端子S、漏极端子D和栅极端子G。场效应晶体管包括有源沟道，有源沟道包括半导体，载流子、电子或空穴可通过该半导体在源极S和漏极D之间流动。沟道的导电性，即漏极D和源极S端子之间的导电性，是栅极G和源极S端子之间的电位差的函数，例如，由施加到栅极端子G的电位生成。在增强模式FET中，当栅极G到源极S的电压基本为零时，FET可以关断(即，基本上防止电流通过)，并且当栅极G到源极S的电压基本为非零时，FET可以导通(即，基本上允许电流通过)。
n沟道(或n型)场效应晶体管(n-FET)是场效应晶体管，其沟道包括n型半导体，其中电子是多数载流子，并且空穴是少数载流子。例如，n型半导体可包括掺杂施主杂质(例如磷)的本征半导体(例如硅)。在n沟道FET中，漏极端子D被置于比源极端子S更高的电势(即存在正漏-源极电压，或者换句话说，存在负源-漏极电压)。为了使n沟道FET“导通”(即允许电流从中通过)，向栅极端子G施加高于源极端子S处的电势的切换电势。
p沟道(或p型)场效应晶体管(p-FET)是场效应晶体管，其沟道包括p型半导体，其中空穴是多数载流子，并且电子是少数载流子。例如，p型半导体可包括掺杂有受主杂质(例如硼)的本征半导体(例如硅)。在p沟道FET中，源极端子S被置于比漏极端子D更高的电势(即存在负漏-源极电压，或者换句话说，存在正源-漏极电压)。为了使p沟道FET“导通”(即允许电流通过其中)，向栅极端子G施加低于源极端子S处的电势(并且例如可以高于漏极端子D处的电势)的切换电势。
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是场效应晶体管，其栅极端子G通过绝缘层与半导体沟道电绝缘。在一些示例中，栅极端子G可以是金属，并且绝缘层可以是氧化物(例如二氧化硅)，因此“金属氧化物半导体”。然而，在其它示例中，栅极可由金属以外的其它材料(例如多晶硅)制成，和/或绝缘层可由氧化物以外的其它材料(例如其它介电材料)制成。然而，此类装置通常被称为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且应当理解，如本文所使用的术语金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET应被解释为包括此类装置。
MOSFET可以是n沟道(或n型)MOSFET，其中半导体为n型。n沟道MOSFET(n-MOSFET)可以与上述n沟道FET相同的方式操作。作为另一示例，MOSFET可以是p沟道(或p型)MOSFET，其中半导体为p型。p沟道MOSFET(p-MOSFET)可以与上述p沟道FET相同的方式操作。n-MOSFET通常比p-MOSFET具有更低的源-漏电阻。因此，在“导通”状态下(即，电流通过时)，n-MOSFET生成的热量比p-MOSFET少，因此在操作中可能比p-MOSFET浪费更少的能量。此外，与p-MOSFET相比，n-MOSFET典型地具有更短的切换时间(即，从改变提供给栅极端子G的切换电势到改变电流是否通过其中的MOSFET的特征响应时间)。这可以允许更高的切换速率和改进的切换控制。
图1示意性地示出了根据示例的气溶胶生成装置100。气溶胶生成装置100包括直流电源104(在该示例中为电池104)、包括感应元件158的电路150、感受器布置110和气溶胶生成材料116。
在图1的示例中，感受器布置110与气溶胶生成材料116一起位于消耗品120内。直流电源104电连接到电路150并且被布置为向电路150提供直流电功率。装置100还包括控制电路106，这里也称为控制器。在该示例中，电路150经由控制电路106连接到电池104。
控制电路106可包括用于例如响应于用户输入来切换装置100导通和关断的办法。控制电路106可包括例如本身已知的烟团检测器(未示出)，和/或可经由至少一个按钮或触摸控制(未示出)获取用户输入。控制电路106可包括用于监测装置100的部件或插入装置中的消耗品120的部件的温度的办法。除了感应元件158之外，电路150还包括下面描述的其他组件。
感应元件158可以是例如线圈，其可以是例如平面的。感应元件158可以由例如铜(其具有相对低的电阻率)形成。电路150被布置为通过感应元件158将来自直流电源104的输入直流电流转换为变化的，例如交流电。电路150被布置为驱动通过感应元件158的变化电流。
感受器布置110相对于感应元件158布置，用于从感应元件158到感受器布置110的感应能量转移。感受器布置110可由可感应加热的任何合适材料形成，例如金属或金属合金，例如钢。在一些实施方式中，感受器布置110可包括，或完全由铁磁性材料形成，铁磁性材料可包括例如铁、镍和钴的一种或多种示例金属的组合。在一些实施方式中，感受器布置110可包括非铁磁性材料(例如铝)或完全由非铁磁性材料形成。如上所述，具有通过其驱动的变化电流的感应元件158通过焦耳加热和/或磁滞加热使感受器布置110加热。感受器布置110被布置为例如通过传导、对流和/或辐射加热来加热气溶胶生成材料116，以生成使用中的气溶胶。在一些示例中，感受器布置110和气溶胶生成材料116形成可插入和/或从气溶胶生成装置100移除的整体单元，并且可以是一次性的。在一些示例中，感应元件158可从装置100移除，例如用于替换。气溶胶生成装置100可以是手持式的。气溶胶生成装置100可被布置为加热气溶胶生成材料116以生成供用户吸入的气溶胶。
注意，如本文所使用的，术语“气溶胶生成材料”包括在加热时提供挥发组分的材料，通常以蒸汽或气溶胶的形式。气溶胶生成材料可以是不含烟草的材料或含烟草的材料。例如，气溶胶生成材料可以是烟草或包括烟草。例如，气溶胶生成材料可包括烟草本身、烟草衍生物、膨化烟草、再造烟草、烟草提取物、均质烟草和烟草替代品中的一种或多种。气溶胶生成材料可以是磨碎烟草、烟丝、挤压烟草、重组烟草、重组材料、液体、凝胶、凝胶片、粉末或团块等形式。气溶胶生成材料还可以包括其他非烟草产品，根据产品的不同，这些产品可能含有尼古丁，也可能不含有尼古丁。气溶胶生成材料可包括一种或多种保湿剂，例如甘油或丙二醇。
回到图1，气溶胶生成装置100包括容纳直流电源104的外部主体112、控制电路106和包括感应元件158的电路150。在该实施方式中，包括感受器布置110和气溶胶生成材料116的消耗品120也被插入主体112中以配置装置100以供使用。外部主体112包括口114，以允许在使用中生成的气溶胶离开装置100。
在使用中，用户可经由例如按钮(未示出)或烟团检测器(未示出)激活电路106以使变化的(例如交流)电流驱动通过感应元件108，从而感应地加热感受器布置110，其进而加热气溶胶生成材料116，并且从而使气溶胶生成材料116生成气溶胶。气溶胶是从进气口(未示出)吸入到装置100中的空气中生成，并由此被输送到口104，其中气溶胶离开装置100以供用户吸入。
包括感应元件158的电路150以及作为一个整体的感受器布置110和/或装置100可以被布置为将气溶胶生成材料116加热到一定温度范围，以挥发气溶胶生成材料116的至少一个组分而不燃烧气溶胶生成材料。例如，温度范围可为约50℃至约350℃，例如在约50℃至约300℃之间、在约100℃至约300℃之间、在约150℃至约300℃之间、在约100℃至约200℃之间、在约200℃至约300℃之间或在约150℃至约250℃之间。在一些示例中，温度范围在约170℃和约250℃之间。在一些示例中，温度范围可能不是这个范围，并且温度范围的上限可能大于300℃。
应当理解，例如在感受器布置110的加热期间，例如在加热速率较大的情况下，在感受器布置110的温度和气溶胶生成材料116的温度之间可能存在差异。因此，应当理解，在一些示例中，例如，将感受器布置110加热到的温度可以高于期望将气溶胶生成材料116加热到的温度。
现在参考图2，示出了用于感受器布置110的感应加热的示例电路150，该电路150是谐振电路。谐振电路150包括并联连接的感应元件158和电容器156。
谐振电路150包括切换布置M1，M2，在该示例中，切换布置M1，M2包括第一晶体管M1和第二晶体管M2。第一晶体管M1和第二晶体管M2各自包括第一端子G、第二端子D和第三端子S。第一晶体管M1和第二晶体管M2的第二端子D连接到并联感应元件158和电容器156组合的任一侧，下面将更详细地解释。第一晶体管M1和第二晶体管M2的第三端子S分别连接到地151。在图2中所示的示例中，第一晶体管M1和第二晶体管M2都是MOSFET，第一端子G是栅极端子，第二端子D是漏极端子，第三端子S是源极端子。
应当理解，在替代示例中，可以使用其他类型的晶体管来代替上述MOSFET。
谐振电路150具有电感L和电容C。谐振电路150的电感L由感应元件158提供，并且还可以受到由感应元件158布置用于感应加热的感受器布置110的感应的影响。感受器布置110的感应加热是通过由感应元件158生成的变化磁场来实现的，感应元件158以上述方式在感受器布置110中诱导焦耳加热和/或磁滞损耗。谐振电路150的电感L的一部分可归因于感受器布置110的磁导率。由感应元件158生成的变化磁场是由通过感应元件158的变化的(例如交流)电流生成的。
例如，感应元件158可以是线圈导电元件的形式。例如，感应元件158可以是铜线圈。例如，感应元件158可以包括多股线，例如Litz线，例如包括多条绞合在一起的单独绝缘线的线。多股线的交流电阻是频率的函数，并且多股线的配置方式可以使得在驱动频率下感应元件的功率吸收降低。作为另一示例，例如，感应元件158可以是印刷电路板上的盘绕轨道。使用印刷电路板上的盘绕轨道可能是有用的，因为其提供了刚性和自支撑轨道，其横截面避免了对多股绞合线(可能是昂贵的)的任何要求，其可以以低成本的高再现性批量生产。尽管示出了一个感应元件158，但是容易理解的是，可以有多个感应元件158被布置用于一个或多个感受器布置110的感应加热。
谐振电路150的电容C由电容器156提供。电容器156可以是例如1类陶瓷电容器，例如COG型电容器。总电容C还可以包括谐振电路150的杂散电容；然而，与电容器156提供的电容相比，这是可以忽略的。
谐振电路150的电阻未在图2中示出，但是应当理解，电路的电阻可以由连接电路150的元件的轨道或导线的电阻、感应器158的电阻和/或流过电路150的电流的电阻提供，该电路150由被布置为与感应器158进行能量转移的感受器布置110提供。在一些示例中，谐振电路150中可以包括一个或多个专用电阻器(未示出)。
谐振电路150被提供有来自直流电源104(参见图1)，例如来自电池的直流电源电压V1。直流电压源V1的正极端子在第一点159和第二点160处连接到谐振电路150。直流电压源V1的负极端子(未示出)连接到地151，因此在该示例中，连接到MOSFET M1和M2的源极端子S。在示例中，直流电源电压V1可直接从电池或经由中间元件供应至谐振电路。
因此，谐振电路150可以被认为是作为电桥连接的，感应元件158和电容器156并联连接在电桥的两个臂之间。谐振电路150用于以产生切换效果，如下所述，该切换效果导致交流电流通过感应元件158，从而产生交流磁场并加热感受器布置110。
第一点159连接到第一节点A，第一节点A位于感应元件158和电容器156的并联组合的第一侧。第二点160连接到第二节点B，第二节点B连接到感应元件158和电容器156的并联组合的第二侧。第一扼流圈感应器161串联连接在第一点159和第一节点A之间，并且第二扼流圈感应器162串联连接在第二点160和第二节点B之间。第一扼流圈161和第二扼流圈162分别用于滤除从第一点159和第二点160进入电路的交流频率，但允许直流电流被吸入和通过感应器158。扼流圈161和162允许A和B处的电压在第一点159或第二点160处振荡，几乎没有或没有可见的影响。
在该特定示例中，第一MOSFET M1和第二MOSFET M2是n沟道增强模式MOSFET。第一MOSFET M1的漏极端子经由导线等连接到第一节点A，而第二MOSFET M2的漏极端子经由导线等连接到第二节点B。每个MOSFET M1，M2的源极端子连接到地151。
谐振电路150包括第二电压源V2、栅极电压供应(或有时在本文中称为控制电压)，其正极端子连接在第三点165处，第三点165用于向第一MOSFET M1和第二MOSFET M2的栅极端子G提供电压。在该示例中，在第三点165处提供的控制电压V2独立于在第一点159和第二点160处提供的电压V1，这使得能够在不影响控制电压V2的情况下改变电压VI。第一上拉电阻器163连接在第三点165和第一MOSFET M1的栅极端子G之间。第二上拉电阻器164连接在第三点165和第二MOSFET M2的栅极端子G之间。
在其它示例中，可以使用不同类型的晶体管，例如不同类型的FET。应当理解，用于能够从“导通”状态切换到“关断”状态的不同类型的晶体管，可以同样地实现下面描述的切换效果。电源电压V1和V2的值和极性可结合所用晶体管和电路中其他元件的属性来选择。例如，可以依赖于使用n沟道晶体管还是p沟道晶体管，或者依赖于晶体管连接的配置，或者依赖于在晶体管的端子之间施加的导致晶体管处于导通或关断状态的电位差的差异来选择电源电压。
谐振电路150还包括第一二极管d1和第二二极管d2，在该示例中其是肖特基二极管，但是在其他示例中可以使用任何其他合适类型的二极管。第一MOSFET M1的栅极端子G经由第一二极管d1连接到第二MOSFET M2的漏极端子D，第一二极管d1的正向朝向第二MOSFET M2的漏极D。
第二MOSFET M2的栅极端子G经由第二二极管d2连接到第一第二MOSFET M1的漏极D，第二二极管d2的正向朝向第一MOSFET M1的漏极D。第一肖特基二极管d1和第二肖特基二极管d2可以具有约0.3V的二极管阈值电压。在其它示例中，可使用具有约0.7V的二极管阈值电压的硅二极管。在实例中，结合栅极阈值电压来选择所使用的二极管的类型，以允许MOSFET M1和M2的期望切换。应当理解，还可以结合上拉电阻器163和164的值以及谐振电路150的其他组件来选择二极管和栅极供电电压V2的类型。
谐振电路150支持通过感应元件158的电流，该电流是由于第一MOSFET M1和第二MOSFET M2的切换而变化的电流。由于在该示例中，MOSFET M1和M2是增强模式MOSFET，因此当施加在其中一个MOSFET的栅极端子G处的电压使得栅极-源极电压高于该MOSFET的预定阈值时，MOSFET转到导通状态。然后，电流可以从漏极端子D流向连接到地151的源极端子S。就电路的操作而言，处于该导通状态的MOSFET的串联电阻可以忽略不计，并且当MOSFET处于导通状态时，漏极端子D可以被认为处于地电势。MOSFET的栅极源阈值可以是谐振电路150的任何合适值，并且应当理解，电压V2的幅度和电阻器164和163的电阻取决于MOSFETM1和M2的栅极源阈值电压来选择，基本上使电压V2大于栅极阈值电压。
现在将从第一节点A处的电压高而第二节点B处的电压低的条件开始描述导致流过感应元件158的变化电流的谐振电路150的切换过程。
当节点A处的电压高时，第一MOSFET M1的漏极端子D处的电压也高，因为在该示例中，M1的漏极端子通过导线直接连接到节点A。同时，节点B处的电压保持低，并且第二MOSFET M2的漏极端子D处的电压相应地低(在该示例中，M2的漏极端子通过导线直接连接到节点B)。
因此，此时，M1的漏极电压的值高并且大于M2的栅极电压。因此，此时，第二二极管d2反向偏置。此时，M2的栅极电压大于M2的源极端子电压，并且电压V2使得M2处的栅极-源极电压大于MOSFET M2的导通阈值。因此，M2此时处于导通状态。
同时，M2的漏极电压低，并且第一二极管d1由于向M1的栅极端子提供栅极电压V2而正向偏置。因此，M1的栅极端子经由正向偏置的第一二极管d1连接到第二MOSFET M2的低压漏极端子，并且M1的栅极电压因此也低。换言之，因为M2是导通的，所以它充当接地钳的作用，这导致第一二极管d1正向偏置，并且M1的栅极电压低。因此，M1的栅极源极电压低于导通阈值并且第一MOSFET M1关断。
总之，此时电路150处于第一状态，其中：
节点A处电压高；
节点B处电压低；
第一二极管d1正向偏置；
第二MOSFET M2导通；
第二二极管d2反向偏置；以及
第一MOSFET M1关断。
从这一点出发，当第二MOSFET M2处于导通状态，并且第一MOSFET M1处于关断状态时，电流从电源V1通过第一扼流圈161和感应元件158被吸取。由于存在感应扼流圈161，节点A处的电压自由振荡。由于感应元件158与电容器156并联，因此在节点A处观测到的电压遵循半正弦电压曲线的电压。在节点A处观测到的电压的频率等于电路150的谐振频率f0。
由于节点A处的能量衰减，节点A处的电压在时间上从其最大值向0呈正弦曲线下降。节点B处的电压保持较低(因为MOSFET M2导通)，并且感应器F由直流电源V1充电。当节点A处的电压等于或低于栅极阈值电压M2加正向偏置电压d2时的时间点，MOSFET M2关断。当节点A处的电压最终达到零时，MOSFET M2将完全关断。
同时，或不久之后，节点B处的电压变高。这是由于感应元件158和电容器156之间能量的谐振转移而发生的。当节点B处的电压由于能量的这种谐振转移而变得高时，上述关于节点A和B以及MOSFET M1和M2的情况被反转。也就是说，当A处的电压向零降低时，M1的漏极电压降低。M1的漏极电压降低到第二二极管d2不再反向偏置并且变为正向偏置的点。类似地，节点B处的电压上升到其最大值，并且第一二极管d1从正向偏置切换到反向偏置。当这种情况发生时，在栅极供电电压V2的应用下，M1的栅极电压不再耦合到M2的漏极电压，并且因此M1的栅极电压变高。第一个MOSFET M1因此被切换到导通状态，因为其栅源电压现在高于导通阈值。由于M2的栅极端子现在经由正向偏置的第二二极管d2连接到M1的低压漏极端子，因此M2的栅极电压低。因此，M2被切换到关断状态。
总之，此时电路150处于第二状态，其中：
节点A处电压低；
节点B处电压高；
第一二极管d1反向偏置；
第二MOSFET M2关断；
第二二极管d2正向偏置；以及
第一MOSFET M1导通。
此时，通过第二扼流圈162电流从电源电压V1流过感应元件158。因此，由于谐振电路150的切换操作，电流的方向已经反转。谐振电路150将继续在上述第一状态和上述第二状态之间切换，在上述第一状态第一MOSFET M1关断并且第二MOSFET M2导通，在上述第二状态第一MOSFET M1导通并且第二MOSFET M2关断。
在稳定操作状态下，能量在静电域(即，在电容器156中)和磁域(即，感应器158)之间转移，反之亦然。
净切换效应响应于谐振电路150中的电压振荡，在谐振电路150中我们在静电域(即，电容器156中)和磁域(即，感应器158)之间具有能量转移，从而在并联EC电路中产生时变电流，该电流在谐振电路150的谐振频率变化。这有利于感应元件158和感受器布置110之间的能量转移，因为电路150以其最佳效率水平运行，因此与非谐振运行的电路相比，实现气溶胶生成材料116的更有效加热。所描述的切换布置是有利的，因为其允许电路150在变化的负载条件下以谐振频率驱动自身。这意味着，在电路150的属性改变的情况下(例如，感受器110是否存在，或者感受器的温度是否改变，或者甚至感受器元件110的物理运动)，电路150的动态特性连续地调整其谐振点以最佳方式传输能量，因此意味着电路150总是以谐振方式被驱动。此外，电路150的配置使得不需要外部控制器等将控制电压信号施加到MOSFET的栅极以实现切换。
在上述示例中，参考图2，栅极端子G经由与源电压V1不同电源的第二电源提供栅极电压。然而，在一些示例中，栅极端子可以被提供与源电压V1相同的电压源。在这样的示例中，例如，电路150中的第一点159、第二点160和第三点165可以连接到同一电源轨。在这样的示例中，应当理解，必须选择电路的组件的属性以允许所描述的切换动作发生。例如，应选择栅极电源电压和二极管阈值电压，以便电路的振荡触发适当电平的MOSFET的切换。为栅极供电电压V2和源极电压V1提供单独的电压值允许源极电压V1独立于栅极供电电压V2而变化，而不影响电路的切换机构的操作。
电路150的谐振频率f0可以在MHz范围内，例如在0.5MHz到4MHz范围内，例如在2MHz到3MHz范围内。应当理解，谐振电路150的谐振频率f0取决于如上所述的电路150的电感L和电容C，电感L和电容C又取决于感应元件158、电容器156以及另外的感受器布置110。因此，电路150的谐振频率f0可能因实施方式而变化。例如，频率可以在0.1MHz到4MHz的范围内，或者在0.5MHz到2MHz的范围内，或者在0.3MHz到1.2MHz的范围内。在其它示例中，谐振频率可以在不同于上述的范围内。通常，谐振频率将取决于电路的特性，例如所用组件的电和/或物理特性，包括感受器布置110。
还应当理解，谐振电路150的属性可以基于给定的感受器布置110的其他因素来选择。例如，为了改进从感应元件158到感受器布置110的能量传递，基于感受器布置110的材料属性选择皮肤深度(即，从感受器布置110的表面开始的深度，在该深度内电流密度下降了l/e的系数，这至少是频率的函数)可能很有用。对于感受器布置110的不同材料，外皮深度不同，并且随着驱动频率的增加而减小。另一方面，例如，为了减少提供给谐振电路150和/或驱动元件102的功率在电子器件内作为热量损失的比例，具有以相对较低频率驱动自身的电路可能是有益的。由于在该示例中驱动频率等于谐振频率，因此这里关于驱动频率的考虑是关于获得适当的谐振频率，例如通过设计感受器布置110和/或使用具有特定电容的电容器156和具有特定感应的感应元件158。在一些示例中，因此可以适当地和/或期望地选择这些因素之间的折衷。
图2的谐振电路150具有谐振频率f0，在该谐振频率处电流I最小，动态阻抗最大。谐振电路150以该谐振频率驱动自身，因此由感应器158生成的振荡磁场是最大的，并且由感应元件158对感受器布置110的感应加热是最大的。
在一些示例中，谐振电路150对感受器布置110的感应加热可以通过控制提供给谐振电路150的供电电压来控制，而供电电压又可以控制在谐振电路150中流动的电流，并且因此可以控制由谐振电路150转移到感受器布置110的能量，从而控制感受器布置110被加热的程度。在其它示例中，应当理解，例如，可以通过改变到感应元件158的电压供应(例如，通过改变供应电压的幅度或通过改变脉冲调制电压信号的占空比)来监测和控制感受器布置110的温度，这取决于是否要将感受器布置110加热到更大或更小的程度。
如上所述，谐振电路150的电感L由感应元件158提供，感应元件158被布置为用于对感受器布置110进行感应加热。谐振电路150的电感L的至少一部分是由感受器布置110的磁导率引起的。因此，谐振电路150的电感L和谐振频率f0可取决于所使用的特定感受器及其相对于感应元件158的位置，其可不时地改变。此外，感受器布置110的磁导率可随感受器110的变化温度而变化。
在本文描述的示例中，感受器布置110包含在消耗品中，因此是可更换的。例如，感受器布置110可以是一次性的，并且例如与气溶胶生成材料116集成，以使其被布置为加热。谐振电路150允许以谐振频率驱动电路，自动考虑不同感受器布置110之间的结构和/或材料类型的差异，和/或感受器布置110相对于感应元件158的布置的差异，以及当感受器布置110被替换时。此外，谐振电路配置为在谐振时驱动自身，而特定感应元件158无关，或者实际上所使用的谐振电路150的任何组件无关。这对于感受器布置110方面和电路150的其他组件方面适应制造中的变化特别有用。例如，谐振电路150允许电路保持自身以谐振频率驱动，而不考虑使用具有不同感应值的不同感应元件158，和/或感应元件158相对于感受器布置110的布置差异。电路150还能够在谐振状态下驱动自身，即使在设备的寿命期间更换了组件。
现在将根据示例描述包括谐振电路150的气溶胶生成装置100的操作。在装置100接通之前，装置100可以处于“关断”状态，即谐振电路150中没有电流流动。例如，通过用户接通装置100，将装置150切换到“导通”状态。在接通装置100时，谐振电路150开始从电源104吸取电流，通过感应元件158的电流以谐振频率f0变化。装置100可以保持在接通状态，直到控制器106接收到进一步的输入，例如直到用户不再按压电源按钮(未显示)或烟团探测器(未显示)不再激活，或直到达到最大加热持续时间。谐振电路150被驱动在谐振频率f0使交流电流I在谐振电路150和感应元件158中流动，从而使感受器布置110感应加热。当感受器布置110被感应加热时，其温度(因此气溶胶生成材料116的温度)升高。在该示例中，将感受器布置110(和气溶胶生成材料116)加热以使其达到稳定温度TMAX。温度TMAX可以是基本上等于或高于由气溶胶生成材料116生成大量气溶胶的温度。例如，温度TMAX可以在大约200℃和大约300℃之间(尽管当然可以是不同的温度，这取决于材料116、感受器布置110、整个装置100的布置和/或其他要求和/或条件)。因此，装置100处于“加热”状态或模式，其中气溶胶生成材料116达到基本上产生气溶胶或产生大量气溶胶的温度。应该理解，在大多数情况下，如果不是所有情况下，感受器布置110的温度改变，谐振电路150的谐振频率f0也是如此。这是因为感受器布置110的磁导率是温度的函数，并且如上所述，感受器布置110的磁导率影响感应元件158和感受器布置110之间的耦合，从而影响谐振电路150的谐振频率f0。
本公开主要描述LC并联电路布置。如上所述，对于谐振的LC并联电路，阻抗最大，电流最小。注意，最小电流通常是指在并联LC回路外部观测到的电流，例如在扼流圈161的左侧或扼流圈162的右侧。相反，在串联LC电路中，电流最大，一般来说，需要插入电阻器，将电流限制在安全值，否则会损坏电路中的某些电气元件。因为能量会通过电阻器损，这通常会降低电路的效率失。在谐振状态下工作的并联电路不需要这样的限制。
在一些示例中，感受器布置110包括铝或由铝组成。铝是有色金属材料的一个示例，因此具有接近1的相对磁导率。这意味着铝对外加磁场的磁化程度通常较低。因此，通常认为很难对铝进行感应加热，特别是在低电压下，如气溶胶供应系统中使用的电压。通常，还发现，谐振频率下的驱动电路是有利的，因为这提供了感应元件158和感受器布置110之间的最佳耦合。对于铝，观测到与谐振频率的微小偏差导致在感受器布置110和感应元件158之间的感应耦合的显著降低，并且因此加热效率的显著降低(在某些情况下，达到不再观测到加热的程度)。如上所述，随着感受器布置110的温度改变，电路150的谐振频率也改变。因此，在感受器布置110包括或由诸如铝的有色金属感受器组成的情况下，本公开的谐振电路150的优点在于电路总是以谐振频率驱动(独立于任何外部控制机构)。这意味着在任何时候都能实现最大的感应耦合，从而达到最大的加热效率，从而使铝得到有效的加热。已经发现，当消耗品包括形成闭合电路和/或厚度小于50微米的铝包裹时，包括铝感受器的消耗品可以有效地加热。
在感受器布置110形成消耗品一部分的示例中，消耗品可以采用PCT/EP2016/070178中描述的形式，其全部通过引用并入本文。
装置100提供有用于在使用中确定感受器布置110的温度的温度测定器。如图1所示出的，温度测定器可以是控制电路106，例如，控制装置100整体操作的处理器。温度测定器106基于谐振电路150正被驱动的频率、来自直流电压源V1的直流电流和直流电压源V1的直流电压，来确定感受器布置110的温度。
在不希望受理论约束的情况下，以下描述解释了谐振电路150的电属性和物理属性之间的关系的推导，其允许确定本文所描述的示例中的感受器布置110的温度。
在使用中，感应元件158和电容器156并联组合的谐振处的阻抗是动态阻抗Rdyn。
如上所述，切换布置M1和M2的动作导致从直流电压源V1吸取的直流电流被转换为流过感应元件158和电容器156的交流电。感应交流电压也在感应元件158和电容器156之间生成。
由于谐振电路150的振荡性质，对于给定的源电压Vs(电压源V1的)，观察振荡电路的阻抗是Rdyn。响应Rdyn将产生电流Is。因此，谐振电路150的负载Rdyn的阻抗可以等于有效电压和电流消耗的阻抗。这允许通过确定(例如测量值)直流电压Vs和直流电流Is来确定负载的阻抗，如下等式(1)所示。
Figure BDA0002954911160000201
在谐振频率f0处，动态阻抗Rdyn为
Figure BDA0002954911160000202
其中，可以认为参数r表示感应元件158的有效分组电阻和感受器布置110(当存在时)的影响，并且如上所述，L是感应元件158的感应，C是电容器156的电容。本文将参数r描述为有效分组电阻。如将从下面的描述中理解的，参数r具有电阻单元(Ohms)，但是在某些情况下可不被认为表示电路150的物理/实际电阻。
如上所述，这里感应元件158的电感考虑了感应元件158与感受器布置110的相互作用。因此，电感L取决于感受器布置110的属性和感受器布置110相对于感应元件158的位置。除其他因素外，感应元件158的电感L以及谐振电路150的电感L，取决于感受器布置110的磁导率μ。磁导率μ是一种材料支持内部磁场形成能力的量度，表示材料在外加磁场作用下所获得的磁化程度。包括感受器布置110的材料的磁导率μ可随温度而改变。
由等式(1)和等式(2)可得到下列等式(3)
Figure BDA0002954911160000203
谐振频率f0与电感L和电容C的关系至少可以用两种方式建模，由下面的等式(4a和4b)给出。
Figure BDA0002954911160000204
Figure BDA0002954911160000205
等式(4a)表示使用包括感应器L和电容器C的并联LC电路建模的谐振频率，然而，等式(4b)表示使用并联LC电路建模的谐振频率，该并联LC电路具有与感应器L串联的附加电阻器r。对于等式(4b)应理解，当r趋于零时，等式(4b)趋于等式(4a)。
在下文中，我们假设r很小，并且因此我们可以利用等式(4a)。如下文所述，该近似起到很好的作用，因为它将电路150内的变化(例如，感应和温度)结合在L的表示中。从等式(3)和(4a)可以获得以下表达式
Figure BDA0002954911160000211
应当理解，等式(5)提供了关于可测量或已知量的参数r的表达式。这里应当理解，参数r受谐振电路150中的感应耦合的影响。当加载时，即，当存在感受器布置时，我们可能不认为参数r的值小。在这种情况下，参数r可以不再是群电阻的精确表示，而是受电路150中的有效感应耦合影响的参数。参数r被称为动态参数，其取决于感受器布置110的属性以及感受器布置的温度T。直流电源Vs的值是已知的(例如电池电压)，或者可以用电压表测量，并且从直流电压源V1引出的直流电流的值可以用任何合适的办法测量，例如通过使用适当放置的电压表来测量电源电压Vs。
可测量和/或确定频率f0以允许随后获得参数r。
在一个示例中，可以通过使用频率-电压(F/V)转换器210来测量频率f0。例如，F/V转换器210可以耦合到第一MOSFET M1或第二MOSFET M2之一的栅极端子。在电路的切换机构中使用其他类型的晶体管的示例中，F/V转换器210可耦合到栅极端子或提供频率等于晶体管之一的切换频率的周期性电压信号的其他端子。因此，F/V转换器210可以从MOSFETM1、M2之一的栅极端子接收代表谐振电路150的谐振频率f0的信号。由F/V转换器210接收的信号可以是具有代表谐振电路210的谐振频率的周期的近似方波表示。F/V转换器210然后可以基于输出电压使用该周期来表示谐振频率f0。
因此，由于C是从电容器156的电容的值已知的，并且可以测量Vs、Is和f0，例如如上所述，可以从这些测量值和已知的值确定参数r。
参数r作为温度的函数而改变，并且进一步作为电感L的函数而改变。这意味着当谐振电路150处于“空载”状态时(即当感应元件158未感应地耦合到感受器布置110时)，参数r具有第一值，当电路进入“负载”状态时(即当感应元件158和感受器布置110彼此感应耦合时)，r的值改变。类似地，如上所述，谐振频率f0的值作为温度的函数而改变，并且进一步作为电感L的函数而改变。
在示例中，控制器106被配置为当电路在空载状态和负载状态之间改变时，确定电路的电参数的变化。本质上，控制器106可以使用电路150的任何给定的电参数，所述电参数可以被测量并且显示出负载和空载状态之间的变化。在一个示例中，使用的电参数是电路的谐振频率。在另一个示例中，使用的电参数是参数r。通过确定给定电参数中的变化，控制器106可以确定已经耦合到感应元件158的感受器布置110的属性。在示例中，当感受器布置110耦合到感应元件158时，感受器布置110的属性(例如，感受器布置110由其形成的材料的类型，或感受器布置110的大小或形状)影响电参数的变化。因此，在示例中，可以通过确定或测量给定电参数中的变化来确定感受器布置110和/或包含感受器布置110的消耗品的某些属性。
在示例中，当装置100接收到包含感受器布置110的消耗品时，例如当消耗品被插入装置100时，电路150可以从空载状态改变为负载状态。当消耗品从装置100中移除时，电路150可以类似地从负载状态改变为空载状态。在空载状态下，给定的电参数可以取第一个值，而在负载状态下，给定的电参数可以取不同的值。因此，在示例中，在空载状态和负载状态之间的给定电参数的变化可以向控制器106指示消耗品中存在的感受器布置110的类型。因此，根据给定电参数的变化，控制器106配置为确定由气溶胶生成装置100接收的消耗品的类型。在一些实施方式中，一系列消耗品(例如，具有不同烟草混合物或不同香味)可提供有不同的感受器布置110，其随后可用于识别消耗品。
在示例中，控制器106可以访问电参数的变化值的预定列表或表，其中该列表包括电参数变化的至少一个值，每个值与一种消耗品类型相关。因此，给定电参数改变的测量可通过，例如查找表，与特定类型的消耗品相关联。电参数的变化可以是电参数的幅度的变化，例如，当电路150在负载和空载状态之间改变时，电路150的谐振频率的幅度的变化，或者参数r的幅度的变化。在一些实施方式中，当确定感受器布置并且因此确定消耗品类型时，可替代地或附加地考虑改变的符号(即，相对于空载状态的正或负)。例如，已经发现对于含铝感受器布置，频率从空载状态增加到负载状态。不希望受到理论的束缚，这被认为是由于事实上，铝的相对磁导率为1或接近1(即低)，并且因此是非铁素体。包含其它非铁素体材料的感受器布置可类似地导致当从空载状态进入负载状态时电路的谐振频率增加。相反地，已经发现对于铁素体材料，例如铁，含有感受器排列(其相对磁导率大于1，例如几十或几百)，频率从空载状态降低到负载状态。因此，电参数的变化的符号也可用于确定感受器布置110的属性。例如，从空载状态到负载状态时谐振频率的变化的符号可用于确定感受器布置110是包括具有相对磁导率低的材料还是具有相对磁导率高的材料。在某些示例中，在负载和空载状态之间的电路的谐振频率或其他电参数的行为可能因电路的属性而不同，例如空载状态下电路的谐振频率。例如，在负载和空载状态之间时，电路谐振频率变化的幅度或符号可能因电路的谐振频率而不同。
对于给定的示例，特定消耗品可具有特定尺寸并且包括特定类型和数量的气溶胶生成材料，并且包括具有特定尺寸和形状的铝感受器布置110。查找表可以保存用于电路150的谐振频率的改变幅度的值，该值在通过引入这种消耗品而在电路150在负载状态和空载状态之间改变时发生。例如，该值可以存储在电路150的初始设置中的查找表中，其中消耗品的类型已知并且测量其在电路150中影响的电参数的变化。因此，当电路150通过引入消耗品而改变为负载状态时，控制器106可以确定参数r的改变。通过在查找表中查找与所确定的参数r的变化相关联的消耗品类型，确定加载到装置100中的消耗品的类型。应当理解，在电参数是电路150的谐振频率f0的情况下，上述描述经必要的修改后适用。
还应当理解，在相同类型的消耗品之间的电参数的变化中可能存在一些微小的变化。例如，对于相同类型的感受器布置110，所使用的材料中可能存在轻微的制造差异(例如，纯度或缺陷)，并且感受器布置的整体形状(例如，管感受器的横截面可能最终为略微椭圆形)可能影响电参数的改变。这些是由感受器布置本身的制造引起的差异。此外，基于感受器布置110与消耗品的对准(例如，感受器与消耗品轴线的偏离程度)和/或装置内消耗品相对于感应元件158的对准，可能存在差异，并且，这些差异会影响电参数的变化。这些差异是由消耗品和/或装置本身的制造引起的。因此，在一些实施方式中，例如，通过指定满足查找表的每个标准的值的范围，上述查找表可以考虑到这些差异。此外，控制器106可以实施从查找表中识别最近值的算法。
还应当理解，特别是对于电路150，一旦感受器布置110处于负载状态并且接通电路，则感受器布置110逐渐被加热。如上所述，在加热过程中，谐振频率随温度而改变。因此，取决于何时进行给定电参数的测量，由于加热，电参数的改变也可能存在一些变化。在这种情况下，可以校准每个设备以考虑测量时间，也可以修改查找表以考虑到测量时间的差异。
在示例中，使用所确定的电参数的变化，控制器106可以确定是否允许激活气溶胶生成装置100以用于容纳的消耗品。例如，确定的电参数的变化可用于指示消耗品是否是被批准用于气溶胶生成装置100的消耗品。该表可保存一个或多个经批准的消耗品的列表，并且控制器106可仅在消耗品被确定为经批准的消耗品时激活装置100以供使用。经批准的含有感受器的消耗品可使用其在电路150中引起的电参数改变的已知值来制造。例如，谐振频率变化的已知值，或由该消耗品引起的参数r的变化的已知值。
在示例中，使用所确定的电参数的变化，控制器106可以确定装置100与容纳的消耗品一起使用的加热模式。例如，确定的电参数变化可用于指示所容纳的消耗品的类型，例如，感受器布置的材料和/或尺寸和/或消耗品中生成的气溶胶的材料的类型或数量，并且控制器106可以基于所确定的电参数的改变来选择适当的操作模式以加热所容纳的消耗品。例如，不同的加热曲线可适于加热不同类型的消耗品，并且控制器106可基于对所容纳的消耗品属性的确定来选择合适的加热曲线。以与如上所述类似的方式，控制器106可访问的查找表可以保存一种或多种类型的消耗品的列表，以及每种类型的消耗品的一种或多种相应的加热模式。
在一个实施方式中，控制器106可以通过测量空载状态下的电参数并将其与负载状态下测量的电参数进行比较来确定电参数值的改变。换句话说，控制器106可被配置为当该装置处于空载状态时激活感应元件158(换句话说，向感应元件158供电)，以获得空载状态下测量的电参数值，并且当装置处于负载状态时激活感应元件158以获得负载状态下测量的电参数值。在一个实施方式中，控制器106配置为以连续的方式(例如，当用户接通装置时，例如通过激活按钮)向感应元件158供电，以及设置成监测电参数中的电参数的后续变化(其可指示装置现在处于负载状态)。控制器可连续或间歇监测电参数。此外，控制器106被布置为以设定的间歇周期(例如每秒一次)间歇地向感应元件158供电，并且在相应时间测量电参数。当两次测量之间的电参数发生变化时，这表明装置处于负载状态，并且电参数的变化(如上所述)可用于识别消耗品。广义地说，因此，控制器106可以通过在电路150处于负载状态时测量电参数并将该测量值与在电路150处于空载状态时测量的电参数值进行比较来确定电参数值的变化。换句话说，控制器106可被配置为当装置100处于空载状态时激活感应元件158(换句话说，向感应元件158供电)，以获得空载状态下测量的电参数值，并且当装置100处于负载状态时激活感应元件158以获得负载状态下测量的电参数值。例如，当向感应元件158供电时，控制器106可以使用F/V转换器来测量谐振频率，或者如本文所述(例如使用等式5)，来测量空载电路150的参数r。当电路150进入负载状态时，可以再次测量电参数，并且比较两个测量值以确定电参数中的变化，例如幅度的变化。例如，当装置100通电但未插入感受器布置110时，可以进行空载状态下的电参数的测量。如本文所述，控制器106可以通过任何合适的方式来确定装置100处于负载状态还是空载状态，例如经由光学传感器或电容传感器(其感测消耗品的插入)，或者可替代地，电参数的值，或者其中的变化，可以指示装置100已经在负载和空载状态之间切换。因此，控制器106可以将电测量的参数与负载或空载状态相关联。
在另一示例中，例如如上所述，控制器106可以在电路150处于负载状态时测量电参数，并且将负载状态的该测量值与空载状态的电参数的预定值进行比较。也就是说，当确定电参数的变化时，控制器106可以预定和访问空载状态下的电参数的值。在示例中，空载状态下的电参数的值可以是存储在控制器106可访问的存储器中的固定值。例如，空载状态下的电参数的值可以是基于电路150的属性确定的值，或者是在电路150的初始配置期间为电路150测量的值。在另一示例中，可如本文所述测量用于空载状态的电参数的值，并且存储该值以在随后确定的在负载/空载包含感受器布置110的消耗品的电参数变化中再次使用。这样，如果通过装置100已经容纳的感受器布置110给装置101通电，则控制器106可以测量电参数的值(即，电路150在负载状态下的值)，并且当电路150在空载状态下时将其与电参数的预定值相比较。控制器106可以经由来自感测感受器布置110/消耗品被装置100容纳的传感器(未示出)的输入来确定对应于负载状态的测量值，或者在其他示例中可以通过电参数本身的幅度来确定电路150处于负载状态。例如，电路150可以存储空载状态下电路150的已知值，并且如果测量电参数的值与空载状态下的已知值相差一定量，则可以确定电路150处于负载状态。
图3示出了气溶胶生成装置100的使用过程的示例性表示，其中通过使感受器布置110与感应元件158相互作用，从而电路150从空载状态改变为负载状态。图3示出了沿水平轴的时间和沿竖直轴的电路150的谐振频率。
在图3中，示出了两个曲线图A和B，它们分别对应于第一消耗品中的第一感受器布置110和第二消耗品中的第二感受器布置110。对于每个图，在时间t1之前，电路150处于空载状态并且具有空载谐振频率funloaded。如上所述，该谐振频率是电路150的属性，并且至少取决于电路150的组件。在时间t1，消耗品被插入到装置100中。第一曲线图A是实线，并且对应于包括第一感受器布置110的第一消耗品在t1处的插入。第二曲线图B是虚线，并且对应于包括第二感受器布置110的第二消耗品在t1处的插入。在时间t1，即插入时间，在图3所示的示例中，电路150改变为负载状态，并且电路150的谐振频率改变。在该示例中，感受器布置110具有大于1的相对磁导率，这意味着谐振频率从空载状态降低到负载状态。对于第一消耗品，假设从空载状态到负载状态时谐振频率的预期变化为Δf1。对于第二消耗品，假设从空载状态到负载状态时谐振频率的预期变化为Δf2。因此，在示例中，值Δf1和Δf2被存储在控制器106可访问的查找表中，并且这些值分别与第一消耗品和第二消耗品相关联。当消耗品被加载时，控制器106随后可以确定谐振频率的改变，谐振频率的改变是电路150的空载谐振频率funloaded和测量的负载谐振频率floaded之间的差，并且在查找表中查找所确定的谐振频率的变化。如果确定的谐振频率变化对应于Δf1，则控制器106确定插入的消耗品是第一消耗品。如果测得的频率变化对应于Δf2，则控制器确定插入的消耗品是第二消耗品。在时间t1之后，曲线图A和B中的每一个的谐振频率随时间的减小对应于谐振频率随感受器布置110和消耗品的温度升高而减小。也就是说，在曲线图A和B中，插入的消耗品在时间t1从插入开始加热，并且因此在这两种情况下，谐振频率f0从该时间开始降低。
一旦确定或可以假设谐振电路150处于负载状态，并且感受器布置110感应地耦合到感应元件158，则可以假设参数r中的变化指示感受器布置110的温度改变。例如，r中的变化可被认为指示由感应元件158对感受器布置110的加热，而不是电路在负载和空载状态之间的变化。
在示例中，气溶胶生成装置100包括温度传感器140，温度传感器140用于测量温度，该温度指示感受器布置110在被加载到装置100时(即在图3中的时间t1时)的温度。温度传感器140可将该测量温度提供给控制器106。控制器106可以使用由温度传感器140提供的温度来提供对由控制器106测量的电参数的变化的校正。也就是说，当电路150加载有特定消耗品时的谐振频率取决于进行测量时消耗品的温度；这同样适用于参数r。这样，为了比较当消耗品被插入到装置100中时电参数的变化，从而识别消耗品，控制器106可以被配置为对电参数的测量值进行校正，以考虑到消耗品/感受器布置110的温度。可基于温度对谐振频率或参数r的校准曲线(未示出)对装载有特定类型消耗品的电路150进行校正。可以通过在谐振电路150本身(或在用于校准目的的相同测试电路上)执行的校准来获得校准曲线，该校准是通过使用合适的温度传感器(例如热电偶)在参数r的多个给定值下测量感受器布置110的温度T，并绘制r对T的曲线图。例如，用于电参数变化的多个值可以在设置时存储在查找表中，每个值对应于不同的测量的感受器温度(也存储在表中)。当在表中查找电参数的变化时，在这种示例中，控制器106还可以在查找操作中使用测量的温度。在另一个示例中，可通过实验或理论确定定义电参数的变化如何随感受器布置110的温度而变化的等式，并且控制器106应用该等式来校正电参数变化的测量值以便在表中查找。因此，考虑到插入时感受器布置110的温度，控制器106可以准确地确定装置100容纳的消耗品类型。
在一些示例中，如上所述的校准曲线可以预加载到装置100上，并且可以配置为考虑装置100中的变化。例如，由于制造公差内的变化，装置100的某些属性可能在装置100的副本之间变化。考虑到这些差异，校准曲线可以加载到装置100的每个副本上。类似地，校准曲线可考虑相同类型的不同消耗品之间的差异。例如，某些属性，例如某种类型消耗品的重量或成分可能会略有不同，例如由于制造过程中的公差。校准曲线可考虑此类变化。在其他示例中，每个单独的装置100可以在制造过程中被单独校准。这可允许将装置之间的变化反映在特定于校准对应的特定装置的校准曲线中。
在又一示例中，当用户使用装置100时，可以确定装置100的校准曲线。例如，装置100可以被配置为当用户第一次操作装置100时确定参数r的值以及与参数r的确定值相对应的温度值，从而获得校准曲线。例如，可以使用温度传感器140获得温度值。在另一示例中，可使用感受器布置的温度的另一指示符来获得温度值，例如，指示感受器布置处于已知温度的加热剖面的属性。在一个示例中，该过程只能在用户第一次操作装置100时执行，并且由该过程生成的校准曲线可用于随后操作装置100的时间。在另一个示例中，例如在每次使用装置100时，可以多次执行校准过程。
在一个示例中，温度传感器140可以是被配置为检测装置100周围的温度的传感器。控制器106可以接收由温度传感器140检测到的温度，并使用该温度对电参数中测量的变化进行校正，以便与查找表值进行比较。这样，控制器106实际上可以假设在被装置100容纳时，感受器布置110的温度等于环境温度。在另一示例中，气溶胶供给装置100包括用于容纳感受器布置110的腔室，例如，包括感受器布置110的消耗品，并且温度传感器140可以在插入消耗品之前检测腔室的温度，并且在进行校正时使用该检测到的温度。
上述图3描述了电路150的谐振频率根据感受器布置110的属性或感受器布置110的相对位置等改变不同量(例如Δf1或Δf2)的情况。然而，应当理解，空载和负载状态之间的谐振频率的变化可能受到其他方面的影响。例如，提供给电路150的电压可以影响谐振频率的变化。例如，如果向电路150提供4伏电压，则空载和负载状态之间的谐振频率的变化可能大于如果向电路150提供3伏电压。因此，当从电路的电参数的变化(例如，谐振频率或参数r)来确定感受器布置110的属性时，控制器可被配置为考虑电路150的其他参数，例如提供给电路150的电压和/或电流，确定感受器布置的属性。在利用查找表的示例中，查找表可以包括用于不同电压下的不同感受器布置110的条目。该观测还使得能够校准电路150的参数；例如，在不同电压下的频率变化可以使得例如通过解联立方程来检查或导出电路150的不同电特性。
例如，尽管上面已经描述了控制电路使用等式4a和5来确定参数r，但是应当理解，可以根据本发明的原理使用实现相同或类似效果的其他等式。在一个示例中，可以基于电路150中的电流和电压的AC值来计算Rdyn。例如，可以测量节点A处的电压，发现这与Vs不同，我们称之为电压VAC。VAC实际上可以用任何合适的方法测量，但其是并联LC回路中的交流电压。利用这一点，可以通过使交流和直流功率相等来确定交流电流IAC。也就是说，VACIAC＝VsIs。参数Vs和Is可以用等式5中的AC等价物或参数r的任何其他合适等式来代替。应该理解，在这种情况下可以实现不同的校准曲线集。
尽管上述描述已经在电路150的环境中描述了温度测量概念的操作，该电路150配置为在谐振频率下自驱动，但是上述概念也适用于未配置为在谐振频率下驱动的感应加热电路。例如，当装置100在负载和空载状态之间改变时，通过电路150的电参数的变化来确定感受器布置110的属性的上述方法可以与以预定频率驱动的感应加热电路一起使用，可能不是感应加热电路的谐振频率。在一个这样的示例中，感应加热电路可经由H桥驱动，H桥包括诸如多个MOSFET的切换机构。可以经由微控制器等来控制H桥，以使用DC电压以由微控制器设置的H桥的切换频率向感应器线圈提供交流电。在这样的示例中，假设等式(1)到(5)中列出的上述关系保持，并且提供包括谐振频率在内的频率范围内的频率的参数r和感受器温度T的有效(例如，可用)估计。
在一些示例中，该方法可包括分配Vs和Is常数值，并且假设这些值在计算参数r时不改变。然后可能不需要测量电压Vs和电流Is即可估计感受器的温度。例如，可以根据电源和电路的属性大致知道电压和电流，并且可以假设在所使用的温度范围内是恒定的。在这样的示例中，可以通过仅测量电路工作的频率并使用电压和电流的假设值或先前测量值来估计温度T。因此，本发明可以提供一种通过测量电路的工作频率来确定感受器温度的方法。因此，在一些实施方式中，本发明可以提供一种仅通过测量电路的工作频率来确定感受器的温度的方法。
上述示例应理解为本发明的说明性示例。应当理解，关于任何一个示例所描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他示例的一个或多个特征组合使用，或者与任何其他示例的任何组合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上文未描述的等效物和修改。

Claims (33)

1.一种用于气溶胶生成装置的设备，所述设备包括：
电路，包括用于加热感受器布置以加热气溶胶生成材料的感应元件；以及
控制器，被配置为：
当所述电路在空载状态和负载状态之间改变时，确定所述电路的电参数的变化，在所述空载状态下所述感受器布置未感应地耦合到所述感应元件，在所述负载状态下所述感受器布置感应地耦合到所述感应元件；并且
根据所述电路的所述电参数的所述变化来确定所述感受器布置的属性。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
当所述装置容纳所述感受器布置时，所述电路从所述空载状态改变为所述负载状态，以及
当从所述装置中移除所述感受器布置时，所述电路从所述负载状态改变为所述空载状态。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述电参数的所述变化是通过比较当所述电路处于所述负载状态时测量的参数值与当所述电路处于所述空载状态时测量的参数值来确定的。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述电参数的所述变化是通过比较当所述电路处于所述负载状态时测量的参数值与对应于处于所述空载状态的所述电路的参数的预定值来确定的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，确定所述感受器布置的所述属性包括将所述电参数的值的所确定的变化与至少一个存储值的列表进行比较，其中，通过确定所确定的变化对应于所述列表中的哪个值来指示所述感受器布置的所述属性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为根据所述感受器布置的所确定的属性允许激活所述气溶胶生成装置以供使用或不允许激活所述气溶胶生成装置以供使用。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为使所述装置根据所述感受器布置的所确定的属性在第一加热模式下操作。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为基于所述电路的所述电参数的所述变化的幅度来确定所述感受器布置的属性。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为基于所述电路的所述电参数的所述变化的符号来确定所述感受器布置的属性。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述感受器布置的所述属性是所述装置中是否存在所述感受器布置，并且所述控制器被配置为基于所述电参数中是否存在变化来确定所述装置中是否存在所述感受器布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括温度测量装置，其中，所述控制器被配置为当所述电路在所述负载状态和所述空载状态之间改变时从所述温度测量装置接收所述感受器布置的测量温度，并且使用所述感受器布置的所述测量温度确定所述感受器布置的所述属性。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述感受器布置在包含要加热的所述气溶胶生成材料的消耗品中，并且所述控制器被配置为从所述感受器布置的所确定的属性来确定所述消耗品的属性。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述消耗品的所述属性包括所述消耗品是否为经批准的消耗品的指示符，并且所述控制器被配置为确定所述消耗品是否是经批准的消耗品，并且如果所述消耗品是经批准的消耗品，则激活所述装置以供使用；如果所述消耗品不是经批准的消耗品，则不激活所述装置以供使用。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电参数是所述电路的谐振频率。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述电参数是所述感应元件和所述感受器布置的有效分组电阻r。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备还包括用于使得能够从直流电压源生成变化电流并流过所述感应元件的电容元件和切换布置；并且所述控制器被配置为根据提供给所述感应元件的变化电流的频率、来自所述直流电压源的直流电流和所述直流电压源的直流电压来确定所述有效电阻r，并且其中，所述感应元件和所述感受器布置的所述有效分组电阻r根据以下关系由所述控制器确定：
Figure FDA0002954911150000031
其中Vs是所述直流电压，Is是所述直流电流，C是所述电路的电容，以及f0是提供给所述感应元件的所述变化电流的所述频率。
17.一种确定用于气溶胶生成装置的感受器布置的属性的方法，其中，所述感受器布置用于加热气溶胶生成材料，并且所述气溶胶生成装置包括控制器和电路，所述电路包括用于加热所述感受器的感应元件，其中，所述方法包括：
当所述电路在空载状态和负载状态之间改变时，通过所述控制器确定所述电路的电参数的变化，在所述空载状态下所述感受器布置未感应地耦合到所述感应元件，在所述负载状态下所述感受器布置感应地耦合到所述感应元件；并且
通过所述控制器，根据所述电路的所述电参数的所述变化来确定所述感受器布置的属性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
当所述装置容纳所述感受器布置时，所述电路从所述空载状态改变为所述负载状态，以及
当所述感受器布置从容纳在所述装置中被移除时，所述电路从所述负载状态改变为所述空载状态。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，所述电参数的所述变化是通过比较当所述电路处于所述负载状态时测量的参数值与当所述电路处于所述空载状态时测量的参数值来确定的。
20.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，所述电参数的所述变化是通过比较当所述电路处于所述负载状态时测量的参数值与对应于处于所述空载状态的所述电路的参数的预定值来确定的，其中，所述预定值通过所述控制器从存储器访问。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中，确定所述感受器布置的所述属性包括将所述电参数的值的所确定的变化与至少一个存储值的列表进行比较，其中，通过确定所确定的变化对应于所述列表中的哪个值来指示所述感受器布置的所述属性。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，包括根据所述感受器布置的所确定的属性激活所述装置以供使用或不激活所述装置以供使用。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，包括使所述装置根据所述感受器布置的所确定的属性在第一加热模式下操作。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，包括当所述电路在所述负载状态和所述空载状态之间改变时测量所述感受器布置的温度，并且使用所述感受器布置的所述测量温度确定所述感受器布置的所述属性。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其中，所述电参数的所述变化的幅度用于确定所述感受器布置的所述属性。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的方法，其中，所述感受器布置在包含要加热的气溶胶生成材料的消耗品中，并且所述方法包括从所述感受器布置的所述属性来确定所述消耗品的属性。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述消耗品的所述属性包括所述消耗品是否为经批准的消耗品的指示符，并且所述方法包括确定所述消耗品是否是经批准的消耗品，并且如果所述消耗品是经批准的消耗品，则激活所述装置以供使用；如果所述消耗品不是经批准的消耗品，则不激活所述装置以供使用。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其中，所述电参数是所述电路的谐振频率。
29.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其中，所述电参数是所述感应元件和所述感受器布置的有效分组电阻r。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述设备还包括用于使得能够从直流电压源生成变化电流并流过所述感应元件的电容元件和切换布置；并且所述方法包括根据提供给所述感应元件的变化电流的频率、来自所述直流电压源的直流电流和所述直流电压源的直流电压来确定所述有效分组电阻r，并且其中，所述感应元件和所述感受器布置的所述有效分组电阻r根据以下关系由所述控制器确定：
Figure FDA0002954911150000061
其中Vs是所述直流电压，Is是所述直流电流，C是所述电路的电容，以及f0是提供给所述感应元件的所述变化电流的所述频率。
31.一种用于气溶胶生成装置的控制器，其中，所述控制器被配置为执行根据权利要求17到30中任一项所述的方法。
32.一种气溶胶生成装置，包括根据权利要求1至16中任一项所述的设备。
33.一组机器可读指令，当由气溶胶生成装置中的控制器执行时，使所述控制器执行根据权利要求17至30中任一项所述的方法。
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