CN115363282A - 电子雾化装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种电子雾化装置及控制方法；其中，电子雾化装置包括：储液腔；可振动元件，被配置为产生振动，以雾化液体基质生成气溶胶；峰值电压检测模块，被配置为检测可振动元件两端的峰值电压；控制器，被配置为基于峰值电压控制可振动元件的振动。以上电子雾化装置通过检测可振动元件两端的峰值电压，可获取可振动元件上的液体基质供应和工作参数，进而对应调节可振动元件工作以阻止可振动元件在供液不足或偏离状态下工作。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电子雾化技术领域，尤其涉及一种电子雾化装置及控制方法。
背景技术
烟制品(例如，香烟、雪茄等)在使用过程中燃烧烟草以产生烟草烟雾。人们试图通过制造在不燃烧的情况下释放化合物的产品来替代这些燃烧烟草的制品。
此类产品的示例为雾化装置，例如有加热式雾化装置或超声雾化装置。其中，加热式雾化装置是通过加热元件加热汽化由毛细元件递送的液体生成供吸食的气溶胶；超声雾化装置，是通过可以往复高频振动的振动部件例如压电陶瓷片通过高频振动打散毛细元件递送的液体变成微粒，形成可吸入的气溶胶。该液体可包含尼古丁和/或芳香剂和/或气溶胶生成物质(例如，甘油)。以上雾化装置工作中，需要保持毛细元件递送给加热元件或振动部件的液体充足，以避免在供液不足时产生“干烧”。加热式雾化装置通常通过监测加热元件的温度，确定供应至振动部件的液体是否充足；而对于超声雾化装置，无法准确确定供应至振动部件的液体是否充足。
发明内容
本申请的一个实施例提供一种电子雾化装置，包括：
储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
峰值电压检测模块，被配置为检测所述可振动元件两端的峰值电压；
控制器，被配置为基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动。
在一些实施中，控制所述可振动元件的振动可以包括：控制可振动元件的振动频率、振幅、位移、速度或加速度、相位。
以上峰值电压是可振动元件两端呈简谐变化的电压的最大值。
在优选的实施中，所述控制器被配置为基于所述峰值电压确定所述可振动元件所受的阻尼，并根据该阻尼控制所述可振动元件的振动。在可选的实施中，所述可振动元件所受的阻尼是由提供至所述可振动元件的液体基质所产生的。
在优选的实施中，所述控制器被配置为将所述阻尼与预设值进行比较，并在所述阻尼小于预设值时阻止所述可振动元件振动。
在优选的实施中，所述峰值电压检测模块包括：
保持电容，被配置为保持所述可振动元件两端的峰值电压。
在优选的实施中，所述峰值电压检测模块还包括：
运算放大器，被配置为向所述保持电容输出所述可振动元件两端的电压；
电压跟随器，被配置为输出所述保持电容保持的所述可振动元件两端的峰值电压。
在优选的实施中，所述峰值电压检测模块还包括：
放电开关，被配置为在导通时使所述保持电容放电。
在优选的实施中，所述运算放大器的采样端与所述可振动元件连接；
所述保持电容包括三路；其中，第一路与所述运算放大器的输出端连接，第二路与所述放电开关连接，第三路与所述电压跟随器的采样端连接。
在优选的实施中，所述可振动元件至少包括压电陶瓷。
在优选的实施中，所述控制器被配置为基于所述峰值电压确定所述可振动元件的振动频率。
在优选的实施中，所述控制器还被配置为：
调整所述可振动元件的振动频率，以使所述振动频率与预设频率保持相同或基本接近。
在优选的实施中，所述控制器被配置为：
采用变化频率驱动所述可振动元件振动，检测所述可振动元件两端的峰值电压；
根据所述峰值电压的最大值，确定所述可振动元件的最适的谐振频率。
本申请的又一个实施例还提出一种电子雾化装置，包括：
储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
所述控制器被配置为根据所述可振动元件受液体基质的阻尼控制所述可振动元件的振动。
在优选的实施中，所述控制器被配置为将所述阻尼与预设值进行比较，并在所述阻尼小于预设值时阻止所述可振动元件振动。
本申请的又一个实施例还提出一种电子雾化装置的控制方法，所述电子雾化装置包括：储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
所述方法包括：
检测所述可振动元件两端的峰值电压；
基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动。
在优选的实施中，基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动包括：
基于所述峰值电压确定所述可振动元件受液体基质的阻尼，并根据该阻尼控制所述可振动元件的振动。
在优选的实施中，基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动包括：
基于所述峰值电压确定所述可振动元件的振动频率；
调整所述可振动元件的振动频率，以使所述振动频率与预设频率保持相同或基本接近。
以上电子雾化装置通过检测可振动元件两端的峰值电压，可获取可振动元件上的液体基质供应和工作参数，进而对应调节可振动元件工作以阻止可振动元件在供液不足或偏离状态下工作。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本申请一实施例提供的电子雾化装置的结构示意图；
图2是图1中电路一个实施例的结构框图；
图3是图2中驱动模块一个实施例的基本组件的示意图；
图4是图3中第一采样点采样的可振动元件的电压变化的示意图；
图5是图2中峰值电压检测模块一个实施例的基本组件的示意图；
图6是图5中峰值电压检测模块的输出结果的示意图；
图7是一个实施例中液体基质充足时可振动元件的电压变化的示意图；
图8是一个实施例中液体基质消耗后可振动元件的电压变化的示意图；
图9是一个实施例中电子雾化装置的控制方法的示意图；
图10是一个实施例中扫频时可振动元件的电压变化的示意图；
图11是又一个实施例中电子雾化装置的控制方法的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。
本申请的一个实施例提出一种电子雾化装置，用于雾化液体基质生成供吸食的气溶胶。本公开的电子雾化装置还可以被表征为气溶胶生成系统或药物递送制品。因此，这种装置或系统可以被适配以便提供一种或多种可吸入形式或状态的物质(例如，风味剂和/或药物活性成分)。例如，可吸入物质可以基本上呈气溶胶形式(即，气体中细固体颗粒或液滴的悬浮液)。
图1示出了电子雾化装置100的一个实施例的结构示意图；装置通常包括设置在外部主体或外壳(可以被称为壳体)内的数个部件。外部主体或外壳的总体设计可变化，且可限定电子雾化装置100的总体尺寸和形状的外部主体的型式或配置可变化。通常，类似于香烟或雪茄的形状的细长主体可由单个一体式壳体形成，或细长壳体可由两个或更多个可分离的主体形成。例如，电子雾化装置100可以在一端具有控制主体，该控制主体具备包含一个或多个可重复使用的部件(例如，诸如充电电池和/或可充电的超级电容器的蓄电池、以及用于控制该制品的操作的各种电子器件)的壳体，并且在另一端具有能可移除地耦合且包含一次性部分(例如，一次性含香料筒)的外部主体或外壳。
具体进一步参见图1所示，电子雾化装置100包括存储有液体基质并对其进行雾化生成气溶胶的雾化器10、以及为雾化器10供电的电源机构20。电源机构20和雾化器10以功能性关系可拆卸地对齐。可以利用各种机构将雾化器10连接到电源机构20，从而产生螺纹接合、压入配合接合、过盈配合、磁性接合等等。在一些示例实施方式中，当雾化器10和电源机构20处于组装配置时，电子雾化装置100可基本上是棒状、扁筒状、杆状、柱状形状等。
在可选的实施中，电源机构20和雾化器10可包括可由多种不同材料中的任意材料形成的分离的单独的壳体或外部主体。壳体可由任何适合的结构上完好的材料形成。在一些示例中，壳体可由诸如不锈钢、铝之类的金属或合金形成。其它适合的材料包括各种塑料(例如，聚碳酸酯)、金属电镀塑料(metal-plating over plastic)、陶瓷等等。
进一步参见图1所示，电子雾化装置100具有沿长度方向相对的近端110和远端120；其中，在使用中近端110通常作为被用户抽吸的一端、远端120远离用户的一端。雾化器10被布置于近端，电源机构20倍布置于远端120。
根据图1，电源机构20包括：
电芯21，用于供电；电芯21可包括例如电池(一次性的或可充电的)、可充电的超级电容器、可充电的固态电池(SSB)、可充电的锂离子电池(LiB)等或它们的某种组合。
电路22，用于在电芯21和雾化器10之间引导电流。
根据图1所示，雾化器10包括：
位于近端110的吸嘴口A，用于供用户抽吸；
储液腔11，用于存储液体基质；
可振动元件12，与储液腔12流体连通的，通过机械振动将传递至可振动元件12上的液体基质雾化成气溶胶；
液体传递元件13，用于在储液腔11与可振动元件12之间传递液体基质。
在一个可选的实施中，可振动元件12可以是通常的片状的超声振动部件或者是片状的压电陶瓷；或者是例如CN112335933A号专利提出的超声波雾化片等。这些可振动元件12在使用中通过高频振动(优选振动频率为1.7MHz～4.0MHz，超过人的听觉范围属于超声频段)将液体基质打散而产生微粒自然悬浮的气溶胶。
在一个可选的实施中，液体传递元件13可以是通常的毛细元件，例如纤维棉、多孔体等。在其他的优选的实施中，液体传递元件13可以是微型泵，将预定量的液体基质成储液腔11中泵出至可振动元件12上；例如基于微机电系统(MEMS)技术的微型泵。合适的微型泵的例子包括thinXXS Microtechnology AG的MDP2205型微型泵和其他微型泵、BartelsMikrotechnik GmbH的mp5和mp6型微型泵和其他微型泵、以及Takasago Fluidic Systems的压电微型泵。
进一步电路22包括数个电子部件，且在一些示例中可以形成在支撑且电连接电子部件的印刷电路板(PCB)上。电子部件可包括微处理器或处理器核以及存储器。在一些示例中，控制部件可包括具有集成的处理器核和存储器的微控制器，且可以进一步包括一个或多个集成输入/输出外围设备。
根据图2所示，电路22包括有：
MCU控制器221；
驱动模块222，定位于电芯10和可振动元件12之间，以在它们之间引导电流。基于超声雾化的通常实施，驱动可振动元件12超声雾化的电流可以有两种，一种是通常的高频交流，另一种是脉冲式的方向恒定大小变化的电流。具体在比较优选实施中，该驱动模块222优选采用引导产生包括呈周期性的正向电流和负向电流的交流电供应至可振动元件12上；
峰值电压检测模块223，用于检测可振动元件12两端的峰值电压。
进一步图3示出了一个实施例的驱动模块222的基本器件的结构的示意图；在图3所示的实施例中驱动模块222包括：
第一电感L1，第一端与电芯21的电压输出端连接、第二端与可振动元件12的第一端连接；
第二电感L2，第一端与电芯21的电压输出端连接、第二端与可振动元件12的第二端连接；
第一开关管Q1，D极与第一电感L1的第二端连接、S极接地、G极接收MCU控制器221的pwm1驱动信号进而导通/断开；
第一开关管Q2，D极与第二电感L2的第二端连接、S极接地、G极接收MCU控制器221的pwm2驱动信号进而导通/断开。
以上驱动模块222通过第一开关管Q1和第二开关管Q2的交替导通，进而周期性地引导交替的正向和负向电流供应至可振动元件12，以使可振动元件12往复振动。
进一步对于可振动元件12的工作状态，包括：
当没有液体基质提供至可振动元件12时，其振动过程可以等同于无阻尼振动；当有液体基质提供至可振动元件12时，其振动过程可以等同于阻尼振动。则可振动元件12振动过程中的振幅和两端的峰值电压与驱动频率、驱动电流和所受阻尼力相关。其中：
驱动频率和驱动电流是由MCU控制器221设定的，可认为是给定的或已知的；则峰值电压基本仅与所受阻尼相关，而阻尼力由液体基质提供和产生，基于此即可通过检测峰值电压确定可振动元件12上的液体基质是否充分，进一步可以确定是否“干烧”。
在进一步优选的实施中，基于提升可振动元件12的振动效率，MCU控制器221控制过程中使驱动频率与可振动元件12的固有振动频率相同或非常接近，则可振动元件12工作中处于谐振状态，效率最大；同样，谐振状态下振幅和峰值电压也是最大的。进而在又一个优选的实施中，MCU控制器221还可以通过以上谐振状态时峰值电压的检测，寻找或获取可振动元件12的最适谐振频率，并采用该最适谐振频率作为驱动频率驱动可振动元件12工作。
进一步图4示出了图3中通过第一采样点W1采样获取的可振动元件12的正向电压信号S1与PWM1控制信号S2的示意图。同理可知，第二采样点W2采样的电压变化与第一采样点W1采样的正向电压信号S1共同组成可振动元件12的两端的电压变化大体是简谐波形。
进一步图5示出了一个实施例的峰值电压检测模块223的基本器件的结构的示意图；包括：
运算放大器U1，该运算放大器U1的采样端in-与图3中可振动元件12两端的第一采样点W1和/或第二采样点W2连接，以获取可振动元件12两端的电压，并通过二极管D1输出运算结果；
保持电容C1，与运算放大器U1的输出端是连接的，进而通过该保持电容C1可以保持或锁定运算放大器U1输出峰值电压。例如在图4中所示的电压变化周期的t1～t2时间段中，运算放大器U1输出逐步增大的电压值，保持电容C1接收输出的电压并存储，直至t2时刻当运算放大器U1输出电压值达到最大时，保持电容C1两端的电压同步达到最大；而当时间经过t2时刻后，运算放大器U1输出会逐步降低直至为0；但保持电容C1由于没有放电，则两端的电压值始终保持在峰值；
电压跟随器U2，跟随输出保持电容C1所保持的峰值电压。
通过以上保持电容C1和电压跟随器U2，可以始终在检测过程的任意时刻均保持输出峰值电压，进而MCU控制器221可以在任意时刻均能获取或采样所检测的峰值电压。
在图5中所示的优选实施中，运算放大器U1是作为比较器的基础用法使用的，具体运算放大器U1的基准信号输入端in+通过一个电容连接到输出信号的一个固定的信号，则运算放大器U1作为比较器输出可振动元件12两端的电压与固定基准信号的比较运算的结果；即当运算放大器U1的采样端in-采样的电压信号高于输入端in+输入的基准电压信号时，运算放大器U1输出比较结果至保持电容C1保持，直至当采样端in-采样的电压信号为峰值时保持电容C1接收的电压最大即为峰值电压。
具体，图6示出了由峰值电压检测模块223输出的结果信号Vout的电压信号的示意图；从图中可以看出，峰值电压检测模块223输出的信号S3始终是可振动元件12两端的峰值电压。
进一步在图5所示的优选实施中，基于常规跟随输出的连接方式，电压跟随器U2的采样端in+与运算放大器U1的采样端in+是连接的。同时在峰值电压检测模块223还包含有若干电阻、电容等基本器件，它们是用于基本的分压、稳压、以及限流的功能。
具体在图5所示的实施中，峰值电压检测模块223中保持电容C1的负端是接地的、正端连接中包括有三路；其中，
第一路是与运算放大器U1的输出端连接，以用于接收运算放大器U1输出的电压；
第二路是与电压跟随器U2的采样端in-连接，以使电压跟随器U2能输出由保持电容C1保持的峰值电压；
第三路是通过开关管Q3接地的，MCU控制器221通过导通该开关管Q3对保持电容C1的正端进行放电至0，便于下一次峰值电压的采样。
图7示出了一个实施例的电子雾化装置的储液腔11内液体基质充足时可振动元件12两端的电压变化示意图；图8示出了一个实施例的电子雾化装置的储液腔11内液体基质消耗完后可振动元件12两端的电压变化示意图。根据图7和图8可以看出，在基本相同的驱动频率和驱动电流下，液体基质供应充足时可振动元件12工作中两端的峰值电压为51.2V，而无液体基质供应时可振动元件12工作中两端的峰值电压为67.2V。进而基于液体基质提供阻尼导致的可振动元件12峰值电压的变化，即可确定液体基质的提供是否充足，进而确定是否产生“干烧”。
进而本申请的一个实施例提出了一种通过检测液体基质在可振动元件12中的阻尼确定液体基质的提供是否充足等进而控制电子雾化装置的方法，参见图9所示，包括如下步骤：
S10，峰值电压检测模块223检测可振动元件12两端的峰值电压；
S20，根据可振动元件12两端的峰值电压确定液体基质对可振动元件12产生的阻尼；
S30，将液体基质对可振动元件12产生的阻尼与预设值比较，当阻尼小于预设值时阻止可振动元件12振动。
以上步骤中基于振动过程中，供应给可振动元件12的液体基质的量产生的阻尼引起可振动元件12两端的峰值电压的不同，进而监测液体基质是否充足供应至可振动元件12。当阻尼低于预设值过小时，则表明可振动元件12上的液体基质量是不足的，则控制器221可以控制阻止可振动元件12继续振动，以避免“干烧”。
以上方法还可以用于确定在一个抽吸口数中可振动元件12上所载有的液体基质是否被雾化完；在一个抽吸口数中，当液体基质逐渐被雾化减少时，阻尼是逐渐减小而可振动元件12的峰值电压是逐渐增大的；进而在一个抽吸口数中，当阻尼减小至低于预设值表明可振动元件12上负载的液体基质基本已经被雾化完全，即可控制使其停止振动。
进一步在又一个优选的实施中，图10示出了一个通过扫频获取可振动元件12最适驱动频率的结果，分别通过MCU控制器221发出一系列不同的频率(可以由大到小或由小到大)的驱动可振动元件12工作，并由以上峰值电压检测模块223对应检测峰值电压；从图9中看出，不同的驱动频率下峰值电压不同；并且在其中一个2.5～2.6MHz频段下峰值电压能达到最大，此时基本可以确定该最大的峰值电压对应的频率为可振动元件12的固有频率，以此固有频率驱动可振动元件12即可使可振动元件12在最佳谐振下工作。
以上“扫频”是电学术语，是指采用信号在一个频段范围内、频率由高到低(或由低到高)连续变化；通常用于测试。
基于以上，本申请的又一个实施例还提出一种自动寻找和获取最适振动频率的方法，包括：通过扫频的方法驱动可振动元件12振动，并检测可振动元件12两端的峰值电压；当可振动元件12两端的峰值电压达到最大时，即确定当前扫频的频率为所寻找的谐振频率。
基于以上，本申请的又一个实施例还提出一种自适应调节电子雾化装置的可振动元件12振动频率的方法，参见图11所示，包括：
S100，通过峰值电压检测模块223检测可振动元件12两端的峰值电压；
S200，MCU控制器221根据所检测的峰值电压确定可振动元件12当前的振动频率，并调整提供给可振动元件12的驱动频率大小，以使振动频率与所需的最适频率保持相同或基本接近。
该实施例中通过峰值电压检测模块223检测的峰值电压与频率的相关关系反向计算当前的振动频率，而后自适应调节驱动频率与最适谐振频率相同或基本接近。
需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种电子雾化装置，其特征在于，包括：
储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
峰值电压检测模块，被配置为检测所述可振动元件两端的峰值电压；
控制器，被配置为基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动。
2.如权利要求1所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器被配置为基于所述峰值电压确定所述可振动元件所受的阻尼，并根据该阻尼控制所述可振动元件的振动。
3.如权利要求2所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器被配置为将所述阻尼与预设值进行比较，并在所述阻尼小于预设值时阻止所述可振动元件振动。
4.如权利要求1至3任一项所述的电子雾化装置，其特征在于，所述峰值电压检测模块包括：
保持电容，被配置为保持所述可振动元件两端的峰值电压。
5.如权利要求4所述的电子雾化装置，其特征在于，所述峰值电压检测模块还包括：
运算放大器，被配置为向所述保持电容输出所述可振动元件两端的电压；
电压跟随器，被配置为输出所述保持电容保持的所述可振动元件两端的峰值电压。
6.如权利要求5所述的电子雾化装置，其特征在于，所述峰值电压检测模块还包括：
放电开关，被配置为在导通时使所述保持电容放电。
7.如权利要求6所述的电子雾化装置，其特征在于，所述运算放大器的采样端与所述可振动元件连接；
所述保持电容包括三路；其中，第一路与所述运算放大器的输出端连接，第二路与所述放电开关连接，第三路与所述电压跟随器的采样端连接。
8.如权利要求1至3任一项所述的电子雾化装置，其特征在于，所述可振动元件至少包括压电陶瓷。
9.如权利要求1至3任一项所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器被配置为基于所述峰值电压确定所述可振动元件的振动频率。
10.如权利要求9所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：
调整所述可振动元件的振动频率，以使所述振动频率与预设频率保持相同或基本接近。
11.如权利要求1至3任一项所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器被配置为：
采用变化频率驱动所述可振动元件振动，检测所述可振动元件两端的峰值电压；
根据所述峰值电压的最大值，确定所述可振动元件的最适谐振频率。
12.一种电子雾化装置，其特征在于，包括：
储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
所述控制器被配置为根据所述可振动元件所受的阻尼控制所述可振动元件的振动。
13.如权利要求12所述的电子雾化装置，其特征在于，所述控制器被配置为将所述阻尼与预设值进行比较，并在所述阻尼小于预设值时阻止所述可振动元件振动。
14.一种电子雾化装置的控制方法，所述电子雾化装置包括：储液腔，用于存储液体基质；
可振动元件，被配置为产生振动以雾化液体基质生成气溶胶；
其特征在于，所述方法包括：
检测所述可振动元件两端的峰值电压；
基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动。
15.如权利要求14所述的电子雾化装置的控制方法，其特征在于，基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动包括：
基于所述峰值电压确定所述可振动元件所受的阻尼，并根据该阻尼控制所述可振动元件的振动。
16.如权利要求14所述的电子雾化装置的控制方法，其特征在于，基于所述峰值电压控制所述可振动元件的振动包括：
基于所述峰值电压确定所述可振动元件的振动频率；
调整所述可振动元件的振动频率，以使所述振动频率与预设频率保持相同或基本接近。
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