CN115776851A - 用于尼古丁电子蒸气烟装置的过热保护的稳态电阻估计 - Google Patents

用于尼古丁电子蒸气烟装置的过热保护的稳态电阻估计 Download PDF

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Abstract

提供一种尼古丁电子蒸气烟装置(60)，其包括容纳尼古丁蒸气前调配物的储存器、被配置成加热从所述储存器中抽吸的尼古丁蒸气前调配物的加热元件，以及控制电路系统。所述控制电路系统被配置成在向所述尼古丁电子蒸气烟装置(60)第一次施加负压之后的第一时间段内监测所述加热元件的电阻值，使用经训练的神经网络基于所监测到的电阻值来确定所述加热元件的估计稳态电阻值，以及基于所述估计稳态电阻值来控制或禁用对所述加热元件的供电。本发明检测干抽吸状况并且保护所述装置免于过热。

Description

用于尼古丁电子蒸气烟装置的过热保护的稳态电阻估计
技术领域
本公开涉及与估计和/或预测尼古丁电子蒸气烟(electronic vaping)装置(或尼古丁电子蒸气烟(e-vaping)装置)的稳态电阻，以便防止尼古丁电子蒸气烟装置过热相关的系统、设备、方法和/或非暂时性计算机可读介质。
背景技术
尼古丁电子蒸气烟装置(尼古丁e-蒸气烟装置、尼古丁EVD、尼古丁汽化装置、尼古丁蒸气生成器等)通过加热由芯携带到加热器(例如电阻加热线圈、感应加热器等)的尼古丁蒸气前调配物，将尼古丁蒸气前调配物加热成尼古丁蒸气来产生尼古丁蒸气，该尼古丁蒸气前调配物诸如液体、固体和/或凝胶调配物，包括但不限于水、珠粒、溶剂、活性成分、乙醇、植物提取物、天然或人造香料和/或至少一种尼古丁蒸气形成剂，诸如甘油和丙二醇；并且加热器将尼古丁蒸气前调配物加热到所需温度(例如100摄氏度至200摄氏度等)，这致使尼古丁蒸气前调配物蒸发成尼古丁蒸气。然而，当尼古丁电子蒸气烟装置储存在尼古丁筒、储存器、尼古丁容器等中的尼古丁蒸气前调配物的量开始变空时，芯可能开始变干(例如没有完全润湿、没有完全吸收尼古丁蒸气前调配物等)，这继而可能导致加热器过度加热芯以及/或者过度加热尼古丁蒸气前调配物。例如，芯和/或尼古丁蒸气前调配物的过热可能会向成人吸烟者吸入的所产生的尼古丁蒸气引入“焦”、“酸”和/或“苦”的气味或味道。此现象可被称为“干抽吸”和/或“干芯吸”事件。
发明内容
各种示例实施方案涉及用于基于尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的估计稳态电阻值来检测干抽吸事件的系统、设备、方法和/或非暂时性计算机可读介质。
在至少一个示例实施方案中，尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)可包括容纳尼古丁蒸气前调配物的储存器、被配置成加热从所述储存器中抽吸的尼古丁蒸气前调配物的加热元件，以及控制电路系统。所述控制电路系统可被配置成在向所述尼古丁EVD第一次负压施加之后的第一时间段内监测所述加热元件的电阻值，使用经训练的神经网络基于所监测到的电阻值来确定所述加热元件的估计稳态电阻值，以及基于所述估计稳态电阻值来控制对所述加热元件的供电。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：所述控制电路系统还被配置成基于所述加热元件的所述估计稳态电阻值来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况，以及响应于所检测到的干抽吸状况，禁用对所述加热元件的供电。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：所述控制电路系统还被配置成响应于检测到向所述尼古丁EVD第二次施加负压，防止向所述加热元件施加电力。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：所述控制电路系统被配置成通过在所述第一时间段期间确定所述加热元件的峰值电阻值，并且在所述第一时间段期间在所确定的峰值电阻值之后的时间处确定所述加热元件的至少一个额外电阻值，来监测所述加热元件的所述电阻值。所述控制电路系统还可被配置成通过以下步骤来确定所述加热元件的所述估计稳态电阻值：基于所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值，使用经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：经训练的神经网络是函数拟合网络，所述函数拟合网络被配置成接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值，确定在所述第一时间段内所述输入值的衰减，以及基于在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：所述至少一个额外电阻值至少包括第二电阻值和第三电阻值，在确定所述峰值电阻值的所述时间之后并且在确定所述第三电阻值之前的时间处，确定所述第二电阻值，并且在确定所述第二电阻值的所述时间之后并且在检测到第二次施加负压之前的时间处，确定所述第三电阻值。
所述尼古丁EVD的一些示例实施方案提供：所述加热元件连接到惠斯通(Wheatstone)电桥电路，并且所述控制电路系统还被配置成在所述第一时间段内检测对应于所述加热元件的可变电阻值，在所述第一时间段内检测对应于所述惠斯通电桥电路的电阻值，并且基于对应于所述加热元件的所检测到的可变电阻值以及对应于所述惠斯通电桥电路的所检测到的电阻值，使用经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
在至少一个示例实施方案中，一种操作尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)的方法可包括：在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后的第一时间段内，使用所述尼古丁EVD的控制电路系统，监测所述尼古丁EVD中包括的加热元件的电阻值；使用所述控制电路系统，使用经训练的神经网络，基于所监测到的电阻值来确定所述加热元件的估计稳态电阻值；以及使用所述控制电路系统，基于所述估计稳态电阻值来控制对所述加热元件的供电。
在一些示例实施方案中，所述方法还可包括使用所述控制电路系统，基于所述加热元件的所述估计稳态电阻来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况，以及响应于所检测到的干抽吸状况，使用所述控制电路系统禁用对所述加热元件的供电。
在一些示例实施方案中，所述方法还可包括使用所述控制电路系统检测向所述尼古丁EVD第二次施加负压，以及响应于检测到向所述尼古丁EVD第二次施加负压，使用所述控制电路系统防止向所述加热元件施加电力。
在一些示例实施方案中，监测所述加热元件的所述电阻值包括在所述第一时间段期间确定所述加热元件的峰值电阻值，以及在所述第一时间段期间在所确定的峰值电阻值之后的时间处确定所述加热元件的至少一个额外电阻值。确定所述加热元件的所述估计稳态电阻值包括基于所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值，使用经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
在一些示例实施方案中，经训练的神经网络是函数拟合网络，并且所述方法还包括使用所述控制电路系统接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值，使用所述控制电路系统确定在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的衰减，以及在所述第一时间段内，使用所述控制电路系统基于所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
在一些示例实施方案中，在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
在一些示例实施方案中，所述至少一个额外电阻值至少包括第二电阻值和第三电阻值，在确定所述峰值电阻值的所述时间之后并且在确定所述第三电阻值之前的时间处，确定所述第二电阻值，并且在确定所述第二电阻值的所述时间之后并且在检测到第二次施加负压之前的时间处，确定所述第三电阻值。
在一些示例实施方案中，所述方法还可包括在所述第一时间段内使用所述控制电路系统检测对应于所述加热元件的可变电阻值，在所述第一时间段内使用所述控制电路系统检测对应于惠斯通电桥电路的电阻值，以及使用所述控制电路系统，基于对应于所述加热元件的所检测到的可变电阻值以及对应于所述惠斯通电桥电路的所检测到的电阻值，使用经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
在至少一个示例实施方案中，所述尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)可包括储存器，其容纳尼古丁蒸气前调配物；加热元件，其被配置成加热从储存器中抽吸的尼古丁蒸气前调配物；加热器电阻监测电路系统，其被配置成在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后的第一时间段期间，确定所述加热元件的峰值电阻值，以及在所述第一时间段期间确定所述加热元件的至少一个额外电阻值；经训练的神经网络，其被配置成在所述第一时间段期间，基于所确定的峰值电阻值和所确定的至少一个额外电阻值来估计所述加热元件的稳态电阻值；以及控制电路系统，其被配置成基于所述估计稳态电阻值来禁用对所述加热元件的供电。
在一些示例实施方案中，经训练的神经网络还被配置成基于所述加热元件的所述估计稳态电阻值来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况，并且所述控制电路系统还被配置成响应于所检测到的干抽吸状况来禁用对所述加热元件的所述供电。
在一些示例实施方案中，经训练的神经网络是函数拟合网络，所述函数拟合网络被配置成接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值，确定在所述第一时间段内所述输入值的衰减，以及基于在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
在一些示例实施方案中，在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
附图说明
在结合附图审阅详细描述后，本文中的非限制性实施方案的各种特征和优点将变得更显而易见。附图仅出于例示目的而提供，并且不应被解译为限制权利要求书的范围。除非明确指出，否则不应将附图视为按比例绘制。为了清楚起见，可能放大了附图的各种尺寸。
图1是根据至少一个示例实施方案的尼古丁电子蒸气烟(electronic vaping)或尼古丁电子蒸气烟(e-vaping)装置的透视图。
图2示出根据至少一个示例实施方案的装置系统的示例的示意图，该装置系统包括连接到示例尼古丁容器系统的示例尼古丁电子蒸气烟装置主体。
图3A和图3B是示出根据一些示例实施方案的用于尼古丁电子蒸气烟装置的示例加热器电阻监测电路的各种元件的框图。
图4A至图4C是示出根据至少一个示例实施方案的用于预测尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的电阻值的神经网络的图。
图5是根据至少一个示例实施方案的对应于在单次抽吸事件期间尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的电阻值的曲线图。
图6是示出根据至少一个示例实施方案的单次抽吸事件之后的电阻衰减的曲线图。
图7A至图7B是示出根据至少一个示例实施方案的用于使用尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的稳态电阻值来检测干抽吸事件的方法的流程图。
具体实施方式
应注意，这些附图旨在示出特定示例实施方案中所利用的方法和/或结构的一般特征，并且补充下文提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例绘制的，并且可能没有精确地反映任何给定示例实施方案的精确结构或性能特征，并且不该被解译为限定或限制示例实施方案所涵盖的值或特性的范围。
本文中公开了一些详细的示例实施方案。然而，出于描述示例实施方案的目的，本文中公开的具体结构和功能细节仅为代表性的。然而，示例实施方案可以许多替代形式体现，并且不应被解释为仅限于本文中所阐述的示例实施方案。
因此，虽然示例实施方案能够具有各种修改和替代形式，但其示例实施方案在图式中借助于示例展示，并且将在本文中予以详细描述。然而，应理解，并不旨在将示例实施方案限于所公开的特定形式，而是相反，示例实施方案将涵盖属于示例实施方案的范围内的所有修改、等效物和替代方案。贯穿图的描述，相似编号是指相似元件。
应理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“连接到”、“联接到”或“覆盖”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、连接到、联接到或覆盖另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。贯穿本说明书，相似编号是指相似元件。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个列出项目的任何和所有组合。
应理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用以描述各种元件、区域、层和/或区段，但这些元件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语仅用以区分一个元件、区域、层或区段与另一区域、层或区段。因此，在不脱离示例实施方案的教导的情况下，下文论述的第一元件、区域、层或区段可被称为第二元件、区域、层或区段。
为易于描述，本文中可使用空间相对术语(例如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)来描述如图中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。应理解，除了图中描绘的定向以外，空间相对术语还旨在涵盖装置在使用或操作时的不同定向。举例来说，如果图中的装置翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将定向在其他元件或特征“上方”。因此，术语“下方”可涵盖上方和下方的定向两者。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且本文中所用的空间相对描述词可进行相应解释。
本文中使用的术语仅出于描述各种示例实施方案的目的，并且并非旨在限制示例实施方案。如本文中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”和“所述”还旨在包括复数形式。还将理解，当用于本说明书中时，术语“包括(includes/including)”、“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作和/或元件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件和/或其群组的存在或添加。
本文中参考横截面图示来描述实例实施方案，该横截面图示是示例实施方案的理想化实施方案(和中间结构)的示意性图示。由此，应预期到由例如制造技术和/或公差所造成的来自图示的形状的变化。因此，示例实施方案不应被解释为限于本文中所示出的区域的形状，而应包括例如由制造引起的形状偏差。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例实施方案所属领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。还将理解，术语(包括常用词典中所定义的术语)应被解译为具有与其在相关领域中的含义一致的含义，并且除非在本文中如此明确定义，否则将不以理想化或过度形式化的意义上进行解译。
图1是根据至少一个示例实施方案的尼古丁电子蒸气烟装置的透视图，然而示例实施方案不限于此，并且尼古丁电子蒸气烟装置可采取其他形式。参考图1，尼古丁电子蒸气烟装置60包括装置主体10，该装置主体被构造成收容尼古丁容器组件30(例如尼古丁电子蒸气烟筒等)。尼古丁容器组件30是模块化制品，其被配置成容纳尼古丁蒸气前调配物，并且可以是可替换的。“尼古丁蒸气前调配物”是可转变成尼古丁蒸气的材料或材料组合。例如，尼古丁蒸气前调配物可以是液体、固体和/或凝胶调配物，包括但不限于水、珠粒、溶剂、活性成分、乙醇、植物提取物、天然或人工香料，以及/或者尼古丁蒸气形成剂，诸如丙三醇和丙二醇。在尼古丁汽化期间，尼古丁电子蒸气烟装置60被配置成加热尼古丁蒸气前调配物以产生尼古丁蒸气。如本文中所提及，“蒸气”是从根据所公开、所要求保护的示例实施方案中的任一示例实施方案和/或其等同物的任何尼古丁电子蒸气烟装置中产生或输出的任何物质，其中这种物质含有尼古丁。尼古丁电子蒸气烟装置60可被视为电子尼古丁递送系统(ENDS)。
装置主体10包括前盖104、框架106和后盖108。前盖104、框架106和后盖108形成装置壳体，该装置壳体包封与尼古丁电子蒸气烟装置60的操作相关联的机械元件、电子元件和/或电路系统。例如，装置主体10的装置壳体可包封电力供应(例如电源、电池等)，该电力供应被配置成对尼古丁电子蒸气烟装置60供电，这可以包括向尼古丁容器组件30供应电流。另外，当组装时，前盖104、框架106和后盖108可构成装置主体10的大部分可见部分，但示例实施方案不限于此。
前盖104(例如第一盖)限定被构造成容纳边框结构112的一级开口。边框结构112限定通孔150，该通孔被构造成收容尼古丁容器组件30。
前盖104还限定被构造成容纳光导布置的二级开口。二级开口可类似于槽(例如分段槽)，但取决于光导布置的形状，其他形状也是可能的。在示例实施方案中，光导布置包括光导透镜116。此外，前盖104限定被构造成容纳第一按钮118和第二按钮120的三级开口和四级开口。三级开口和四级开口中的每一者可类似于圆角正方形，但取决于按钮的形状，其他形状也是可能的。第一按钮壳体122被构造成暴露第一按钮透镜124，而第二按钮壳体123构造成暴露第二按钮透镜126。
尼古丁电子蒸气烟装置60的操作可由第一按钮118和第二按钮120控制。例如，第一按钮118可以是电力按钮，并且第二按钮120可以是强度按钮。尽管在图式中展示了与光导装置相关的两个按钮，但应理解，取决于可用特征和所需用户界面，可提供更多(或更少)按钮。
框架106(例如基础框架)是装置主体10(以及作为整体的尼古丁电子蒸气烟装置60)的中央支撑结构。框架106可称为底盘。框架106包括近侧端部、远侧端部以及在近侧端部与远侧端部之间的一对侧区段。近侧端部和远侧端部也可分别称为下游端和上游端。如本文中所使用，“近侧”(以及相反地，“远侧”)是相对于在尼古丁汽化期间的成人蒸气烟使用者，并且“下游”(以及相反地，“上游”)是相对于尼古丁蒸气的流动。可在侧区段的相对内表面之间提供桥接区段(例如沿框架106的长度的大约中间位置)以用于附加强度和稳定性。框架106可整体形成，以便成为单体结构。
后盖108(例如第二盖)还限定被构造成容纳边框结构112的开口。前盖104和后盖108可被构造成经由卡扣配合布置而与框架106接合。
装置主体10还包括烟嘴102。烟嘴102可固定到框架106的近侧端部。另外，烟嘴102的至少一个端部可包括多个空气出口(未展示)，可通过该空气出口抽吸由尼古丁电子蒸气烟装置60产生的尼古丁蒸气。
尼古丁电子蒸气烟装置60的远侧端部包括端口110(例如迷你USB连接器等)。端口110被配置成从内部电源接收电流(例如经由迷你USB电缆、USB电缆、电力电缆等)，以便对尼古丁电子蒸气烟装置60内的电力供应(例如电源、电池等)(未展示)进行充电。在至少一个示例实施方案中，尼古丁电子蒸气烟装置60可被配置成从无线电源(例如无线充电板等)接收电流。另外，端口110还可被配置成向另一尼古丁电子蒸气烟装置或其他电子装置(例如电话、平板电脑、计算机等)发送数据以及/或者从尼古丁电子蒸气烟装置或其他电子装置接收数据(例如经由迷你USB电缆、USB电缆等)。此外，尼古丁电子蒸气烟装置60可被配置成用于经由安装在该电子装置上的应用程序软件(应用程序)(例如尼古丁电子蒸气烟装置应用程序等)与另一电子装置(诸如电话、平板电脑、计算机、服务器、信息亭、无线信标、VR/AR装置等)进行无线通信。在这种情况下，成人蒸气烟使用者可通过应用程序控制尼古丁电子蒸气烟装置60或以其他方式与其交互(例如定位尼古丁电子蒸气烟装置60、检查尼古丁电子蒸气烟装置和/或尼古丁容器组件状态信息，改变操作参数，锁定/解锁尼古丁电子蒸气烟装置60等)。
尼古丁电子蒸气烟装置60包括被构造成容纳尼古丁蒸气前调配物的尼古丁容器组件30。尼古丁容器组件30可以是可移除的(例如可替换的)，或者永久地固定到尼古丁电子蒸气烟装置60，并且可重新填充有尼古丁蒸气前调配物。尼古丁容器组件30具有上游端(其面向光导布置)和下游端(其面向烟嘴102)。在非限制性示例实施方案中，上游端是尼古丁容器组件30的与下游端相对的表面。尼古丁容器组件30包括连接器模块(未展示)，该连接器模块设置在尼古丁容器主体内，并且通过上游端中的开口暴露。连接器模块的外部面包括至少一个电触点。该至少一个电触点可包括被构造成与装置主体10的至少一个电力触点(未展示)(例如端口110的至少一个电力触点等)电连接的多个电力触点。另外，尼古丁容器组件30的至少一个电触点包括多个数据触点。尼古丁容器组件30的多个数据触点被构造成与装置主体10的数据触点(未展示)(例如端口110的至少一个电力触点等)电连接。
尼古丁容器组件30可包括储存器(未展示)，该储存器位于组件内，并且被构造成容纳尼古丁蒸气前调配物。储存器可被构造成气密密封尼古丁蒸气前调配物，直到尼古丁容器组件30被激活以从储存器中释放尼古丁蒸气前调配物。作为气密密封的结果，尼古丁蒸气前调配物可与环境隔离，以及与可能与尼古丁蒸气前调配物发生潜在反应的尼古丁容器组件30的内部元件隔离，从而减小或防止对尼古丁蒸气前调配物的保存期和/或感官特性(例如味道)产生不利影响的可能性。尼古丁容器组件30还可含有被构造成激活尼古丁容器组件30以及在激活之后收容并加热从储存器中释放的尼古丁蒸气前调配物的结构。
尼古丁容器组件30可在尼古丁容器组件30插入到装置主体10之前由成人蒸气烟使用者手动激活。另外，尼古丁容器组件30可被激活作为尼古丁容器组件30插入到装置主体10中的部分。在示例实施方案中，尼古丁容器主体包括穿孔器(例如销等)，该穿孔器被构造成在尼古丁容器组件30的激活期间从储存器中释放尼古丁蒸气前调配物。
如所展示，装置主体10和尼古丁容器组件30包括与尼古丁电子蒸气烟装置60的操作相关联的机械元件、电子元件和/或电路系统。例如，尼古丁容器组件30可包括机械元件，该机械元件被构造成致动以从其内的密封储存器中释放尼古丁蒸气前调配物。尼古丁容器组件30还可具有被构造成与装置主体10接合的机械方面，以有助于尼古丁容器组件30的插入和安置。
另外，尼古丁容器组件30可以是“智能容器”，其包括被构造成向/从装置主体10存储、接收和/或发射信息的电子元件和/或电路系统。这种信息可用以认证与装置主体10一起使用的尼古丁容器组件30(例如以减少和/或防止使用未经批准的/修改的/假冒的尼古丁容器组件)。此外，该信息可用以识别尼古丁容器组件30的类型，随后基于所识别的类型使该类型与汽化曲线相关联。汽化曲线可被设计成阐述用于加热尼古丁蒸气前调配物的一般参数，并且可在尼古丁汽化之前和/或期间由成人蒸气烟使用者进行调节、细化或其他调整。
尼古丁容器组件30还可与装置主体10通信可能与尼古丁电子蒸气烟装置60的操作相关的其他信息。相关信息的示例可包括尼古丁容器组件30内的尼古丁蒸气前调配物的含量以及/或者自从尼古丁容器组件30被插入到装置主体10中并被激活以来已过去的时间长度。
装置主体10可包括被构造成接合、容纳和/或激活尼古丁容器组件30的机械元件(例如互补结构)。另外，装置主体10可包括被配置成接收电流以对内部电源进行充电的电子元件和/或电路系统，该内部电源又被配置成在尼古丁汽化期间向尼古丁容器组件30供应电力。此外，装置主体10可包括被配置成与尼古丁容器组件30、不同的尼古丁电子蒸气烟装置、非尼古丁电子蒸气烟装置、其他电子装置(例如电话、平板电脑、计算机等)和/或成人蒸气烟使用者等通信的电子元件和/或电路系统。
装置主体10还可包括装置电连接器(未展示)，该装置电连接器被配置成与尼古丁容器组件30电接合，并且在尼古丁汽化期间经由装置电连接器从装置主体10向尼古丁容器组件30供应电力。另外，可经由装置电连接器向装置主体10和尼古丁容器组件30发送数据以及/或者从该装置主体和该尼古丁容器组件接收数据。
根据一些示例实施方案，尼古丁容器组件30可包括芯(未展示)，该芯被构造成将尼古丁蒸气前调配物转移到加热器(未展示)。加热器被构造成在尼古丁汽化期间加热尼古丁蒸气前调配物以产生尼古丁蒸气。加热器电连接到装置电连接器的至少一个电触点。在示例实施方案中，加热器包括折叠式加热元件，然而示例实施方案不限于此。在这种情况下，芯可具有被构造成由折叠式加热元件保持的平面形式，但示例实施方案不限于此。当组装尼古丁容器组件30时，芯被构造成与吸收材料流体连通，使得将位于吸收材料中的尼古丁蒸气前调配物(当尼古丁容器组件30被激活时)将经由毛细作用被转移到芯。在本说明书中，加热器也可称为加热引擎、加热线圈等。
根据至少一些示例实施方案，芯可以是纤维垫，或者具有针对毛细作用设计的孔/空隙的其他结构。另外，芯可具有矩形形状，但示例实施方案不限于此。
在示例实施方案中，加热器被配置成在向其施加电流时经受焦耳(Joule)加热(其也称为欧姆/电阻加热)。更详细地说，加热器可由一个或多个导体形成，并且被配置成当电流通过时产生热量。电流可由装置主体10内的电力供应(例如电源、电池等)来供应，并且经由电力触点传送到加热器。
加热器和相关联结构在2017年10月11日提交的名称为“Folded Heater ForElectronic Vaping Device”的美国申请第15/729,909号中更详细地论述。
图2示出根据至少一个示例实施方案的装置系统的示例的示意图，该装置系统包括连接到示例尼古丁容器系统的示例尼古丁电子蒸气烟装置主体。
装置系统2100包括控制器2105、电力供应2110、致动器控制器2115、尼古丁容器电/数据接口2120、装置传感器2125、输入/输出(I/O)接口2130、蒸气指示器2135、至少一根天线2140、产品上控制器2150、存储介质2145和/或加热器电阻监测电路3000。然而，装置系统2100不限于图2中所展示的特征，并且可包括更多或更少数量的构成元件。
控制器2105可以是硬件、固件、执行软件的硬件或其任何组合。当控制器2105是硬件时，这种现有硬件可包括一个或多个中央处理单元(CPU)、微处理器、处理器内核、多处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、被配置为专用机器以执行控制器2105的功能的计算机等。CPU、微处理器、处理器内核、多处理器、DSP、ASIC和FPGA一般可称为处理装置。
在控制器2105为或包括执行软件的处理器的情况下，控制器2105被配置为专用机器(例如处理装置)，以执行储存在控制器2105可访问的存储器(例如存储介质2145或另一存储装置)中的软件，以执行控制器2105的功能。软件可体现为程序代码，包括用于执行和/或控制本文中被描述为由控制器2105执行的任何或所有操作的指令。
如本文中所公开，术语“储存介质”、“计算机可读储存介质”或“非暂时性计算机可读储存介质”可表示用于存储数据的一个或多个装置，包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、磁性RAM、磁芯存储器、磁盘储存介质、光学储存介质、闪存装置以及/或者用于存储信息的其他有形机器可读介质。术语“计算机可读介质”可包括但不限于便携式或固定存储装置、光存储装置以及能够存储、含有或携载指令和/或数据的各种其他介质。
根据示例实施方案，控制器2105可包括至少一个微处理器等。此外，控制器2105可包括输入/输出接口，诸如通用输入/输出(GPIO)、内部集成电路(I2C)接口、串行外围接口总线(SPI)接口等；多通道模数转换器(ADC)和/或数模转换器(DAC)；以及/或者时钟输入端子等。然而，示例实施方案不应限于此示例。例如，控制器2105还可包括运算电路系统或电路。
返回图2，控制器2105与电力供应2110、致动器控制器2115、尼古丁容器电/数据接口2120、装置传感器2125、输入/输出(I/O)接口2130、蒸气指示器2135、产品上控制器2150和至少一根天线2140等通信。
控制器2105还可通过尼古丁容器电/数据接口2120和主体电/数据接口2210与尼古丁容器组件30中的非易失性存储器2205b(NVM)、加热器电阻监测电路3000和/或尼古丁容器传感器2220通信。根据至少一个示例实施方案，NVM 2205b可以是密码协处理器和非易失性存储器封装(CC-NVM)(未展示)，但示例实施方案不限于此。更具体地说，控制器2105可利用加密来认证尼古丁容器组件30。如将描述，控制器2105与NVM或CC-NVM封装通信以认证尼古丁容器组件30。更具体地说，非易失性存储器在制造期间使用产品和其他信息进行编码以用于认证。
当尼古丁容器组件30被插入到装置主体10中时，存储装置可使用电子标识进行编码，以准许尼古丁容器组件30的认证和特定于尼古丁容器组件30的类型(或物理构造，诸如加热引擎类型)的操作参数对中的至少一者。除了基于尼古丁容器组件30的电子标识进行认证以外，控制器2105还可基于被编码到NVM或CC-NVM的非易失性存储器中的所存储的尼古丁蒸气前调配物和/或加热器的有效期来授权使用尼古丁容器组件30。如果控制器2105确定被编码到非易失性存储器中的有效期已过去，则控制器2105可以不授权使用尼古丁容器组件30，并且禁用尼古丁电子蒸气烟装置60。
控制器2105(或储存介质2145)存储密钥材料和专有算法软件来进行加密。例如，加密算法依赖于随机数的使用。这些算法的安全性取决于这些数字的真正随机性。这些数字通常预先生成并且编码到处理器或存储装置中。示例实施方案可通过使用尼古丁蒸气抽吸参数(例如尼古丁蒸气抽吸实例的持续时间、尼古丁蒸气抽吸实例之间的间隔或它们的组合)来生成比预先生成的随机数更随机并且个体间差异更大的数字，来增加用于加密的数字的随机性。控制器2105与尼古丁容器组件30之间的所有通信可被加密。
控制器2105还可包括加密加速器，以允许控制器2105的资源执行除认证涉及的编码和解码之外的功能。控制器2105还可包括其他安全特征，诸如，如果尼古丁容器或成人蒸气烟使用者没有被认证，则防止对通信信道的未授权使用，并且防止对数据的未授权访问。
除了加密加速器以外，控制器2105还可包括其他硬件加速器。例如，控制器2105可包括浮点单元(FPU)、独立DSP核心、数字滤波器和快速傅立叶(Fourier)变换(FFT)模块等。
控制器2105被配置成操作实时操作系统(RTOS)，控制装置系统2100，并且可通过与NVM或CC-NVM通信或者当装置系统2100通过I/O接口2130和/或天线2140与其他装置(例如智能电话等)连接时被更新。I/O接口2130和天线2140允许装置系统2100连接到各种外部装置，诸如智能电话、平板电脑、PC等。例如，I/O接口2130可包括微型USB连接器，但不限于此。微型USB连接器可由装置系统2100用以对电源2110b进行充电。
控制器2105可包括机载RAM和闪存以存储和执行代码，包括分析、诊断和软件升级。作为替代方案，存储介质2145可存储代码。另外，在另一示例实施方案中，存储介质2145可以是控制器2105板上的。
控制器2105还可包括板上时钟、复位和电源管理模块，以减小装置主体10中PCB所覆盖的面积。
装置传感器2125可包括向控制器2105提供测量信息的多个传感器换能器。装置传感器2125可包括电力供应温度传感器、外部尼古丁容器温度传感器、用于加热器的电流传感器、电力供应电流传感器、气流传感器，以及用以监测运动和定向的加速度计等，但不限于此。电力供应温度传感器和外部尼古丁容器温度传感器可以是热敏电阻或热电偶，并且用于加热器的电流传感器和电力供应电流传感器可以是基于电阻的传感器，或者被配置成测量电流的另一种类型的传感器。气流传感器可以是微机电系统(MEMS)流量传感器，或者被配置成测量气流的另一种类型的传感器，诸如热线风速计等。此外，替代或除了使用包括在装置主体100的装置系统2100的装置传感器2125中的流量传感器来测量气流，可使用位于尼古丁容器组件30等中的一个或多个传感器来测量气流。
从装置传感器2125中的一个或多个装置传感器中生成的数据可适合于使用离散多通道模数转换器(ADC)测量的参数的采样率进行采样。
控制器2105可基于从控制器2105接收到的测量信息来调适尼古丁蒸气前调配物的加热器曲线和其他曲线。为了方便起见，这些曲线一般被称为汽化或蒸气曲线。加热器曲线标识出在尼古丁蒸气抽吸发生时的几秒期间供应给加热器的功率曲线。例如，当尼古丁蒸气抽吸实例被引发时，加热器曲线可向加热器递送最大功率，但在所需时间段(例如大约一秒左右)之后，立即将功率减小到一半或四分之一。根据至少一些示例实施方案，提供给加热器的电功率的调制可使用脉宽调制来实现。
另外，还可基于施加在尼古丁电子蒸气烟装置60上的负压来修改加热器曲线。MEMS流量传感器的使用允许测量尼古丁蒸气抽吸强度，并且用作对控制器2105的反馈，以调整被递送到尼古丁容器的加热器的功率，这可以称为加热或能量递送。
根据至少一些示例实施方案，当控制器2105识别出当前安装有尼古丁容器时(例如经由SKU、序列号、唯一标识号、对应于个别尼古丁容器的公共加密密钥等)，控制器2105与针对该特定尼古丁容器设计的相关联加热曲线匹配。控制器2105和存储介质2145将存储允许针对各种尼古丁容器类型、尼古丁蒸气前调配物等生成加热曲线的数据和算法。在另一示例实施方案中，控制器2105可从尼古丁容器读取加热曲线。成人蒸气烟使用者也可以调整加热曲线，以适应他们的个人喜好。
如图2中所展示，控制器2105向电力供应2110发送数据，并且从该电力供应接收数据。电力供应2110包括电源2110b和功率控制器2110a，以管理由电源2110b输出的功率。
电源2110b可以是锂离子电池或其变型中的一个变型，例如锂离子聚合物电池。可替代地，电源2110b可以是镍-金属氢化物电池、镍镉电池、锂-锰电池、锂-钴电池或燃料电池单元。电源2110b可以是可充电的，并且包括允许电池可由外部充电装置充电的电路系统。在该情况下，当充电时，电路系统为所需(或替代地，预定)次数的尼古丁蒸气抽吸实例提供电力，此后电路系统必须重新连接到外部充电装置。
电力控制器2110a基于来自控制器2105的指令将命令提供给电源2110b。例如，当尼古丁容器被认证并且成人蒸气烟使用者激活装置系统2100(例如通过激活诸如拨动按钮、电容式传感器、IR传感器的开关，在烟嘴上施加负气压等)时，电力供应2110可从控制器2105接收命令以向尼古丁容器提供电力(通过尼古丁容器电/数据接口2120)。当尼古丁容器未被认证时，控制器2105可以不向电力供应2110发送命令，或者向电力供应2110发送不提供电力的指令。在另一示例实施方案中，如果尼古丁容器未被认证，则控制器2105可禁用装置系统2100的所有操作。
除了向尼古丁容器供应电力以外，电力供应2110还向控制器2105供应电力。此外，功率控制器2110a可将指示电源2110b的性能的反馈提供给控制器2105。
控制器2105向至少一根天线2140发送数据，并且从其接收数据。至少一根天线2140可包括近场通信(NFC)调制解调器和蓝牙低能量(LE)调制解调器以及/或者用于其他无线技术(例如Wi-Fi等)的其他调制解调器。在示例实施方案中，通信堆栈位于调制解调器中，但调制解调器由控制器2105控制。蓝牙LE调制解调器用于与外部装置(例如智能手机、平板电脑、计算机、无线信标等)上的应用程序进行数据和控制通信。NFC调制解调器可用于将尼古丁电子蒸气烟装置60与诊断信息的应用程序和检索配对。此外，蓝牙LE调制解调器可用以在购买期间提供位置信息(供成人蒸气烟使用者寻找尼古丁电子蒸气烟装置60)或认证。
控制器2105将信息供应到蒸气烟使用者指示器2135以向成人蒸气烟使用者指示状态和正在进行的操作。蒸气烟使用者指示器2135包括电力指示器(例如LED)，当控制器2105感测到由成人蒸气烟使用者按下的按钮时，该电力指示器可被激活。蒸气烟使用者指示器2135还可包括振动器、扬声器、针对成人蒸气烟使用者控制的尼古丁汽化参数(例如尼古丁蒸气体积)的当前状态的指示器以及其他反馈机制。
此外，装置系统2100可包括多个产品上控制器2150，该多个产品上控制器将来自成人蒸气烟使用者的命令提供给控制器2105。例如，产品上控制器2150包括可为拨动按钮、电容式传感器或IR传感器的开关按钮。产品上控制器2150还可包括尼古丁汽化控制按钮(在成人蒸气烟使用者希望超驰无按钮尼古丁汽化特征以向加热器通电的情况下)、硬重置按钮、基于触摸的滑动控制器(用于控制尼古丁汽化参数的设置，诸如尼古丁蒸气抽吸体积)、用以激活滑动控制器的尼古丁汽化控制按钮以及用于进气口的机械调整件。手对嘴手势(HMG)检测是无按钮尼古丁汽化的另一示例。此外，击键的组合(例如由成人蒸气烟使用者经由产品上控制器2150输入的击键)可用以锁定尼古丁电子蒸气烟装置60，并且防止该装置操作以产生尼古丁蒸气。根据至少一些示例实施方案，击键组合可由尼古丁电子蒸气烟装置60和/或装置系统2100的制造商来设置。根据至少一些示例实施方案，击键组合可由成人蒸气烟使用者设置或改变(例如通过由成人蒸气烟使用者经由产品上控制器2150输入的击键)。
根据至少一个示例实施方案，尼古丁容器系统2200可包括加热器2215、非易失性存储器2205b、主体电/数据接口2210、一个或多个尼古丁容器传感器2220和/或加热器电阻监测电路3000，但示例实施方案不限于此。尼古丁容器系统2200通过主体电/数据接口2210和尼古丁容器电/数据接口2120与装置系统2100通信。
加热器2215可由控制器2105致动，并且可例如根据来自控制器2105的命令曲线(体积、温度(基于功率曲线)和味道)将热量转移到尼古丁容器组件30中的尼古丁蒸气前调配物的至少一部分，以便使尼古丁蒸气前调配物汽化成尼古丁蒸气。控制器2105可基于来自尼古丁容器传感器或加热器2215的反馈来确定待加热的尼古丁蒸气前调配物的量。尼古丁蒸气前调配物的流动可通过微毛细管或芯吸作用来调节。此外，控制器2105可将命令发送到加热器2215以调整加热器2215的空气入口。
例如，加热器2215可为平面体、陶瓷体、单丝、电阻丝的笼、围绕芯的丝线圈、网、表面或任何其他合适的形式。合适的电阻材料的示例包括钛、锆、钽和铂族金属。合适的金属合金的示例包括不锈钢、含镍、含钴、含铬、含铝、含钛、含锆、含铪、含铌、含钼、含钽、含钨、含锡、含镓、含锰和含铁合金，以及基于镍、铁、钴和不锈钢的超合金。例如，加热器可由镍铝化物、表面上具有一层氧化铝的材料、铁铝化物以及其他复合材料形成，电阻材料可任选地内嵌于绝缘材料中，使用绝缘材料包封或涂覆，或反之亦然，这取决于能量转移的动力学和所需的外部物理化学特性。在一个实施方案中，加热器2215包括选自由以下组成的组的至少一种材料：不锈钢、铜、铜合金、镍铬合金、超合金以及它们的组合。在示例实施方案中，加热器2215由镍-铬合金或铁-铬合金形成。在至少一个示例实施方案中，加热器2215可以是在其外表面上具有电阻层的陶瓷加热器。
在另一示例实施方案中，加热器2215可由铝化铁(例如FeAl或Fe3Al)构成。另外，根据一些示例实施方案，加热器2215可包括在装置系统2100中，并且不包括在尼古丁容器系统2200中。
在图2的示例实施方案中，尼古丁容器系统2200可包括非易失性存储器2205b来代替CC-NVM，并且省略了密码协处理器。当尼古丁容器系统2200中不存在密码协处理器时，控制器2105可从非易失性存储器2205b读取数据，而不使用密码协处理器来控制/定义加热曲线。然而，当尼古丁容器系统2200中包括密码协处理器时，密码协处理器可控制将NVM2205b上编码的信息发射(例如读取)到控制器2105，以及/或者从控制器2105接收(例如写入)待存储在NVM 2205b上的信息。
此外，非易失性存储器2205b可存储信息，诸如尼古丁蒸气前调配物隔室中的尼古丁蒸气前调配物(包括尼古丁蒸气前调配物组合物)的库存单位(SKU)、针对装置系统2100的软件补丁、产品使用信息，诸如尼古丁蒸气抽吸实例计数、尼古丁蒸气抽吸实例持续时间和尼古丁蒸气前调配物含量等。非易失性存储器2205b可存储特定于尼古丁容器和尼古丁蒸气前调配物组合物的类型的操作参数。例如，非易失性存储器2205b可存储供控制器2105用以确定对应于所需尼古丁汽化曲线的命令的尼古丁容器的电设计和机械设计。另外，非易失性存储器2205b可存储对应于经训练的神经网络的专用计算机可读指令。将结合图4A至图7B更详细地论述经训练的神经网络。
尼古丁蒸气前调配物含量可以是尼古丁容器中的尼古丁蒸气前调配物含量的近似测量值，并且可例如使用尼古丁容器传感器2220中的一个尼古丁容器传感器以直接测量尼古丁容器中的尼古丁蒸气前调配物含量来确定，以及/或者使用控制器2105以对与非易失性存储器2205b中的尼古丁容器对应的尼古丁蒸气抽吸实例的数量进行计数来确定，其中尼古丁蒸气抽吸实例的计数用作汽化的尼古丁蒸气前调配物的量的替代。
控制器2105和/或存储介质2145可存储尼古丁蒸气前调配物校准数据，该尼古丁蒸气前调配物校准数据标识尼古丁蒸气前调配物组合物的操作点。尼古丁蒸气前调配物校准数据包括描述尼古丁蒸气前调配物流速如何随剩余的尼古丁蒸气前调配物含量而变化或者挥发性如何随尼古丁蒸气前调配物的年限而变化的数据，并且可用于由控制器2105进行校准。尼古丁蒸气前调配物校准数据可由控制器2105和/或存储介质2145以表形式存储。尼古丁蒸气前调配物校准数据允许控制器2105使尼古丁蒸气抽吸实例计数等于蒸发的尼古丁蒸气前调配物的量。
控制器2105将尼古丁蒸气前调配物含量和尼古丁蒸气抽吸实例计数写回到尼古丁容器中的非易失性存储器2205b，因此如果尼古丁容器从装置主体10移除并且稍后被重新安装，则控制器2105将仍然知晓尼古丁容器的准确尼古丁蒸气前调配物含量。
操作参数(例如电力供应参数、电力持续时间参数、空中信道控制参数等)被称为汽化曲线。此外，非易失性存储器2205b可记录由控制器2105传送的信息。即使当装置主体10与尼古丁容器断开时，非易失性存储器2205b也可保持所记录的信息。
在示例实施方案中，非易失性存储器2205b可以是可编程只读存储器。
尼古丁容器传感器2220生成的数据可使用离散多通道模数转换器(ADC)以适合于所测量参数的采样率进行采样。尼古丁容器传感器2220可包括例如加热器温度传感器、尼古丁蒸气前调配物流速监测器、气流传感器、用以测量加热器的电阻的欧姆表以及/或者抽吸检测器等。根据至少一个示例实施方案，加热器温度传感器可以是热敏电阻或热电偶，并且尼古丁蒸气前调配物流速感测可由尼古丁容器系统2200使用静电干扰或蒸气前调配物内旋转器来执行。
另外，根据至少一个示例实施方案，尼古丁容器系统2200还包括测量加热器2215的电阻的加热器电阻监测电路3000。加热器电阻监测电路将结合图3A和图3B进一步详细论述。此外，根据其他示例实施方案，加热器电阻监测电路3000可包括在装置系统2100中。
虽然图1至图2描绘尼古丁电子蒸气烟装置的示例实施方案，但尼古丁电子蒸气烟装置不限于此，并且可以包括可适用于所展现目的的额外和/或替代硬件配置。例如，尼古丁电子蒸气烟装置可包括多个额外或替代元件，诸如额外或替代加热元件、储存器、电池等。另外，虽然图1至图2将尼古丁电子蒸气烟装置的示例实施方案描绘为体现在两个单独的壳体元件中，但额外示例实施方案可针对布置在单个壳体中和/或多于两个壳体元件中的尼古丁电子蒸气烟装置。
图3A和图3B是示出根据一些示例实施方案的用于尼古丁电子蒸气烟装置的示例加热器电阻监测电路的各种元件的框图。
参考图3A，根据至少一个示例实施方案，尼古丁电子蒸气烟装置可包括加热器电阻监测电路3000A，以实时地或者在由尼古丁电子蒸气烟装置的控制器(诸如控制器2105，但不限于此)控制的所需时间点处，检测加热器(例如加热线圈)(诸如加热器2215)的电阻(例如连续监测和/或动态监测加热器的电阻等)。加热器电阻监测电路3000A可包括至少连接到控制器2105、电源2110和加热器2215的电压表(voltage meter)2221(例如电压表(voltmeter))，但示例实施方案不限于此。例如，示例实施方案还可包括串联在电源2110与加热器2215之间的一个或多个参考电阻器，该一个或多个参考电阻器具有已知电阻值，以有助于对加热器2215的电阻的计算；第二专用控制器，其用于测量加热器的电阻，并且执行用于估计加热器的稳态电阻的经训练的神经网络等。电源2110可被配置成基于从控制器2105输出的触发信号(例如命令信号、指令等)，向加热器2215输出至少两个功率信号：在尼古丁电子蒸气烟装置60的正常操作模式期间的第一功率信号，以及在加热器电阻测量操作模式期间的第二功率信号，但示例实施方案不限于此。在尼古丁电子蒸气烟装置的正常操作期间，来自电源2110的正常操作电力流向加热器2215。响应于控制器2105输出指示加热器电阻测量操作开始的触发信号，电源2110可输出已知电流值的第二功率信号。电压表2221与加热器2215并联地连接到电源2110和控制器2105。电压表2221测量加热器2215上的电压降，并且将所测量的电压降输出到控制器2105。控制器2105随后基于由电源2110输出的已知电流值以及由电压表2221测量的电压降，使用欧姆定律(Ohm's law)来计算加热器2215的电阻。在较短时间段(例如约50ms至约100ms)之后，控制器2105停止向电源2110输出触发信号，并且来自电源2110的正常电力可再次流向加热器2215。
参考图3B，根据至少一个其他示例实施方案，加热器电阻监测电路可被配置成实时地或者在由控制器2105控制的所需时间点处，检测加热器的电阻(例如连续监测和/或动态监测加热器的电阻等)。加热器电阻监测电路3000B可包括多个MOSFET、负载开关3130、至少一个控制器2105、分压器3120和/或惠斯通电桥3140，但示例实施方案不限于此。例如，根据其他示例实施方案，加热器电阻监测电路3000B还可包括第二专用控制器，该第二专用控制器用于测量加热器的电阻，并且执行经训练的神经网络以用于估计加热器的稳态电阻等。多个MOSFET可包括以背对背构型连接并且系连在电源(例如电源2110)与加热器2215之间的至少第一PMOSFET 3151和第二PMOSFET 3152，以及至少一个NMOSFET 3153，其中NMOSFET 3153的漏极D连接到PMOSFET 3151和3152的栅极G，并且NMOSFET 3153的栅极G连接到控制器2105。在尼古丁电子蒸气烟装置的正常操作期间，来自电源2110的电力通过闭合的PMOSFET 3151和3152流向加热器2215。
惠斯通电桥可包括至少第一电阻器R1、第二电阻器R3和第三电阻器R5，但并不限于此，并且电阻器可以都具有固定电阻值(例如已知的非可变电阻值)。惠斯通电桥可连接到加热器2215，并且可使用加热器2215作为与固定值R1电阻器结合的可变电阻，并且R3和R5电阻器可形成惠斯通电桥的固定电阻。惠斯通电桥也可与负载开关3130串联连接。负载开关3130可向控制器2105输出信号R_SENSE_nEN，这致使控制器2105通过向PMOSFET 3151和3152输出COIL_LOCKOUT_nEN信号来开始检测/监测加热器电阻。响应于COIL_LOCKOUT_nEN信号，PMOSFET 3151和3152断开，并且对加热器2215的供电被切断(例如停止)。控制器2105随后使用来自负载开关3130的电压V_BRIDGE来感测可变电阻COIL_RES和固定电阻BRIDGE_REF。在较短时间段(例如约50ms至约100ms等)之后，控制器2105停止输出COIL_LOCKOUT_nEN信号，并且来自电源2110的电力可通过PMOSFET 3151和3152再次流向加热器2215。
控制器2105可通过计算所测量的可变电阻COIL_RES与电阻器R1的已知电阻之间的差来确定加热器2215的电阻值，以在电阻监测的时间段期间确定加热器2215的电阻。
虽然图3A和图3B描绘了加热器电阻监测电路的示例实施方案，但该示例实施方案不限于此，并且其他加热器电阻监测电路可以包括可适用于所展现目的的额外和/或替代硬件配置。
图4A至图4C是示出根据至少一个示例实施方案的用于预测和/或估计尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的稳态电阻值的神经网络的图。图5是示出根据至少一个示例实施方案的在单次抽吸事件期间尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的电阻值的曲线图。图6是示出根据至少一个示例实施方案的单次抽吸事件之后的电阻衰减的曲线图。
根据至少一个示例实施方案，在尼古丁电子蒸气烟装置上实现的神经网络可用以在成人蒸气烟使用者的抽吸事件之后，确定尼古丁电子蒸气烟装置中所包括的加热元件(例如加热器2215)的稳态电阻(例如基线电阻值、最终电阻值等)，并且稳态电阻可用以检测尼古丁电子蒸气烟装置的干抽吸事件(例如干芯吸事件等)。
首先参考图5，加热器2215的电阻取决于加热器的温度和冶金学，并且加热器2215的电阻值可随着加热器温度的升高或降低而变化，诸如当向加热器2215施加电力以便使储存在芯上的尼古丁蒸气前调配物汽化时。例如，如果加热器由镍铬合金-60丝构成，则加热器的温度依赖性电阻可能由于加热器的温度而仅变化约2％，但由不锈钢制成的加热器的温度依赖性电阻可能基于不锈钢加热器的温度等而变化高达约20％。
在抽吸事件(例如由成人蒸气烟使用者在尼古丁电子蒸气烟装置的烟嘴上施加负压)期间，电力从电源2110被供应到加热器2215，从而将加热器2215的温度升高到足以使尼古丁蒸气前调配物汽化的温度。在抽吸事件完成之后(并且假设没有发生另一抽吸事件)，控制器2105停止从电源2110向加热器2215供应的电力，并且加热器2215的温度以及对应地加热器2215的电阻值衰减，直到达到稳态温度/电阻值为止。
如图5中所展示，该图示出对应于多个抽吸事件(例如抽吸事件的训练集)的尼古丁电子蒸气烟装置的示例加热器随时间的电阻值，并且如图6中所展示，该图示出在单个抽吸事件之后电阻值随时间的衰减，在抽吸事件期间的初始电阻测量值可达到局部最大电阻值(例如大约3.67欧姆)，并且随后在大约30至60秒的衰减时段内衰减到局部最小电阻值(例如大约3.6欧姆)。局部最大电阻值可被视为加热器2215针对抽吸事件的峰值电阻值，并且局部最小电阻值可被视为加热器2215针对抽吸事件的稳态电阻值(例如最终电阻值)。根据至少一个示例实施方案，可使用图3A或图3B的加热器电阻监测电路实时测量加热器2215的电阻值，但示例实施方案不限于此，并且可使用其他实时加热器电阻监测电路。
另外，加热器2215的稳态电阻值随着储存在芯上的尼古丁蒸气前调配物的量的减少而增大，并且因此稳态电阻值可基于将稳态电阻值与干抽吸检测阈值进行比较来检测干抽吸事件。另外，根据一些示例实施方案，当尼古丁电子蒸气烟装置不包括芯时，稳态电阻值也随着由加热元件加热和/或汽化的尼古丁蒸气前调配物的量的减少而增大。可基于实验数据(例如实验室测试等)来确定干抽吸检测阈值，该实验数据是关于针对加热器冶金学组成所观测到的稳态电阻值、加热器设计类型，以及针对每个特定尼古丁电子蒸气烟装置供应给加热器的已知功率值。
然而，虽然加热器电阻监测电路可用以在单个抽吸事件之后准确测量加热器的稳态电阻值，但当在衰减时段完成之前出现多个抽吸事件时，加热器电阻监测电路可能并不提供加热器的稳态电阻值的准确测量。例如，普通成人蒸气烟使用者行为可包括在大约30秒或更短时间内出现的两个或更多个抽吸事件(例如成人蒸气烟使用者在t0处施加第一负气压，并且随后在t1处施加第二负气压，t1<＝t0+30秒)。因此，因为尼古丁电子蒸气烟装置的加热器在整个衰变时段(例如约30秒至约60秒)没有断电，所以第一抽吸事件的稳态电阻值没有达到，因为针对第二抽吸事件再次向加热器供应电力。
示例实施方案提供用于确定稳态电阻值的更准确估计的方法，该方法不需要成人蒸气烟使用者在抽吸事件之间等待约30至60秒来检测干抽吸事件是否已出现。
现在参考图4A至图4C，根据至少一个示例实施方案，可提供神经网络，以基于在抽吸事件期间和/或之后加热器的至少两个测量电阻值来估计尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的稳态电阻值。根据至少一个示例实施方案，加热器的两个或更多个测量电阻值可用以估计(和/或预测)在抽吸事件结束之后30至60秒的加热器电阻值，该加热器电阻值对应于稳态电阻值的估计值(例如所估计的最终电阻值)，并且因此不需要成人蒸气烟使用者等待衰减时段(例如约30秒至约60秒)的期满来完成对干抽吸事件的准确检测。例如，可在切断对加热器2215的供电时观测到第一测量加热器电阻值(以测量加热器的峰值电阻值)，并且可在较短时间后，在电阻值的衰减斜率的开始处(例如约0.5秒等)观测到第二测量加热器电阻值。然而，示例实施方案不限于此，并且例如，用以估计稳态加热器电阻值的测量加热器电阻值的数量可以是三个或更多个，并且例如，可在第二测量加热器电阻值之后，诸如在衰减曲线踝部的开始处(例如在对加热器2215的供电被切断之后约2.0秒等)观测第三测量加热器电阻值，并且可在第三测量加热器电阻值之后以及在第二抽吸事件出现之前观测第四测量加热器电阻值，等等。另外，可调整测量加热器电阻的时间，并且可基于包括在尼古丁电子蒸气烟装置中的加热器的温度/电阻特性等将衰减时段调整到合适的时间段。
根据至少一个示例实施方案，神经网络可被实现为被加载到尼古丁电子蒸气烟装置的控制器(诸如控制器2105)上的专用程序代码(例如专用计算机可读指令)，但示例实施方案不限于此，并且神经网络可在尼古丁电子蒸气烟装置等中所包括的单独的专用处理器(例如专用编程FPGA、专用ASIC、专用SoC等)中实现，并且/或者神经网络可通过有线和/或无线网络连接被提供给专门编程的外部计算装置等。
现在更具体地参考图4A，图4A示出根据至少一个示例实施方案的神经网络的整体拓扑。神经网络本身可以是逼近对应于加热器的电阻的衰减过程的“最合理”函数的函数拟合网络，并且根据至少一个示例实施方案，神经网络可计算以下函数：
Figure BDA0004040126010000201
。
在上述等式中，R(t)是指随时间的电阻函数(例如覆盖峰值电阻到稳态电阻值的函数)，A和B是第一衰减幅度和第二衰减幅度，t1是指对应于在尼古丁电子蒸气烟装置中观测到的第一(例如快速)温度衰减速率的第一衰减速率因子，t2是指对应于在尼古丁电子蒸气烟装置中观测到的第二(例如缓慢)温度衰减速率的第二衰减速率因子，并且Rf是指加热器2215的原始电阻值(例如当没有向加热器施加电力时或者在加热器“冷”时加热器的电阻值等)。衰减幅度A和B以及衰减速率t1和衰减速率t2是基于特定尼古丁容器的组成而变化的恒定值(例如基于形成加热器、芯和/或尼古丁蒸气前调配物等的材料的组成/受该组成影响)。这些常数值可从实验数据中获得。
根据至少一个示例实施方案，神经网络的拓扑可包括至少一个输入级，其中尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的测量电阻值被输入到神经网络的至少一个隐藏层中，该至少一个隐藏层向至少一个输出层输出向量，并且输出层可输出单个标量值作为尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的估计稳态(例如最终)电阻值。然而，示例实施方案不限于此，并且在神经网络中可包括更多或更少的层、输入和/或输出。
图4B示出根据至少一个示例实施方案的神经网络的至少一个隐藏层(例如第一层、中间层、激活层等)，但示例实施方案不限于此。虽然为了方便起见，本公开将神经网络的第一层(例如中间层)称为“隐藏”层，但示例实施方案不限于此，并且在一些示例实施方案中，第一层可与输入层一起连接到外部连接，并且因此可能不是真正的“隐藏”层。在图4B中，至少一个隐藏层可在单个隐藏层中包括三个神经元(例如激活节点等)，示例实施方案不限于此，并且隐藏层的数量可大于一，并且隐藏层中的一个或多个隐藏层中的神经元的数量可大于或小于三，等等。三个神经元中的每个神经元可接收包括测量加热器电阻值(例如R0、R1、R2等)的输入向量以及权重矩阵。至少一个隐藏层的神经元中的每个神经元可以取输入向量和权重矩阵的单行的点积，从而得到3元组向量。3元组向量随后可添加偏置值向量，从而产生向量“n”，该向量被逐元素应用于传递函数以产生向量“a”。
根据至少一个示例实施方案，所使用的传递函数可以是正切sigmoid或tansig，如下文所展示，然而示例实施方案不限于此。
Figure BDA0004040126010000202
然而，根据一些示例实施方案，可将tansig函数(等式3)的泰勒(Taylor)展开和/或霍纳法则(Horner's rule)(等式4)的应用用作传递函数，而不是tansig函数，特别是对于低处理能力控制器(例如具有或不具有浮点单元的8位控制器等)，以便更有效地执行隐藏层的计算。
Figure BDA0004040126010000211
Figure BDA0004040126010000212
然而，示例实施方案不限于此。
现在参考图4C，图4C示出根据至少一个示例实施方案的神经网络的输出层。根据至少一个示例实施方案，神经网络的输出层可包括单个神经元，并且该单个神经元可包括输出权重向量、隐藏层输出的输入向量、偏置值和传递函数，然而示例实施方案不限于此。输出层的神经元可以取隐藏层的输出向量“a”和输出权重向量的点积。所得输出可与偏置值相加，并且结果可被输入到传递函数。如图4C中所展示，根据至少一个示例实施方案，偏置值可以是Rf，其为加热器的电阻值随时间衰减到的渐近值(例如在上述等式1中使用的Rf值)，并且传递函数(transfer function)是传递函数(pass-through function)，例如y＝x，然而示例实施方案不限于此。输出层随后输出估计稳态加热器电阻值。
根据至少一个示例实施方案，神经网络的至少一个隐藏层的权重矩阵和偏置值以及至少一个输出层的权重向量和偏置值可通过针对训练数据集训练神经网络来确定，该训练数据集对应于：对应于尼古丁电子蒸气烟装置的加热器(或者呈现与尼古丁电子蒸气烟装置中所包括的加热器类似的温度/电特性的等效加热器)的实际测量电阻值；对应于当被用作神经网络的输入的测量电阻值将被测量时的时间(例如在切断对加热器的供电的时间处，在衰减斜率的开始处，在衰减曲线踝部处等)的测量电阻值；以及实际稳态电阻值的测量值(例如在衰减时段结束(诸如在加热器已关闭之后的30至60秒)时取得的测量值)。在神经网络训练阶段期间，训练数据集的不包括测量稳态电阻值的测量电阻值被输入到神经网络中，并且测量该估计稳态电阻值和实际稳态电阻值的均方误差(MSE)，以产生用于神经网络的估计算法。随后使用估计算法来调整神经网络的参数(例如隐藏层和输出层的权重矩阵值、偏置值等)，并且重复训练，直到神经网络在实际稳态电阻值的所需误差裕度内输出估计稳态电阻值(和/或估计渐近电阻值)为止。基于所进行的实验，训练数据集可包括20至100个抽吸事件/衰减事件，并且可执行五轮训练集来准确训练神经网络。然而，示例实施方案不限于此。
图7A至图7B是示出根据至少一个示例实施方案的用于使用尼古丁电子蒸气烟装置的加热元件的稳态电阻值来检测干抽吸事件的方法的流程图。
根据至少一个示例实施方案，在操作S710中，尼古丁电子蒸气烟装置可检测成人蒸气烟使用者的负压施加(例如抽吸事件)。在操作S720中，在结束负压施加并且随后切断尼古丁电子蒸气烟装置的电源与加热器之间的电力之后，尼古丁电子蒸气烟装置可对尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的电阻值进行至少一次实时测量。根据一些示例实施方案，可获得加热器的电阻值的三个或更多个测量值，包括当对加热器的供电被切断时的时间处的测量值、当观测到衰减斜率的开始时的时间处的测量值，以及/或者当观测到衰减曲线踝部的开始时的时间处的测量值等，然而示例实施方案不限于此。在操作S725处，加热器的测量电阻值随后被输入到经训练的神经网络，并且尼古丁电子蒸气烟装置利用经训练的神经网络来估计加热器的稳态电阻值(例如估计最终电阻值)。将结合图7B更详细地论述估计稳态电阻值的示例计算。
在操作S730中，尼古丁电子蒸气烟装置基于加热器的估计稳态电阻值和所需阈值电阻值来确定尼古丁电子蒸气烟装置的加热器处是否存在干抽吸状况。在尼古丁电子蒸气烟装置确定不存在干抽吸状况的情况下，尼古丁电子蒸气烟装置继续尼古丁电子蒸气烟装置的正常操作(S740)，并且返回到操作S710。
返回到操作S730，在尼古丁电子蒸气烟装置确定存在干抽吸状况的情况下，尼古丁电子蒸气烟装置禁用对加热器的供电(S750)。根据一些示例实施方案，信息可被保存到尼古丁电子蒸气烟装置的存储器和/或含有尼古丁蒸气前调配物的尼古丁容器组件(例如尼古丁容器、含有尼古丁蒸气前调配物的储存器等)的存储器，该信息指示尼古丁容器组件是空的。该信息可包括用于标识尼古丁容器组件的唯一标识符。此外，加热器的电力可保持禁用，直到新的尼古丁容器组件(例如非空的尼古丁容器组件)被插入到尼古丁电子蒸气烟装置中。尼古丁电子蒸气烟装置可基于存储在尼古丁电子蒸气烟装置和/或尼古丁容器组件的存储器上的信息来确定新插入的尼古丁容器组件是新的尼古丁容器组件还是空的尼古丁容器组件。
如上文所提及，图7B示出用于使用经训练的神经网络来估计稳态加热器电阻值的方法。参考图7B，根据至少一个示例实施方案，在操作S726处，尼古丁电子蒸气烟装置使用加热器电阻测量电路在衰减时段(例如第一时间段)期间测量加热器的峰值电阻值(例如当对加热器的供电被切断时的时间处的电阻值)。在操作S727处，尼古丁电子蒸气烟装置使用加热器电阻测量电路在衰减时段(例如第一时间段)期间测量加热器的至少一个额外电阻值。在操作S728中，尼古丁电子蒸气烟装置可将所测量的峰值电阻值和所测量的至少一个额外电阻值输入到经训练的神经网络中。在操作S729中，尼古丁电子蒸气烟装置执行经训练的神经网络的计算，并且输出加热器的估计稳态电阻值，该估计稳态电阻值在图7A的操作S730中使用。
所描述的示例实施方案提供用于基于尼古丁电子蒸气烟装置的加热器的估计稳态电阻值来检测干抽吸事件的方法、系统、设备和/或非暂时性计算机可读介质。一个或多个示例实施方案可减小尼古丁电子蒸气烟装置的大小和/或制造成本，并且/或者提供更准确的温度读数。
虽然本文中已公开示例实施方案，但应理解，其他变化是可能的。不应将这类变化视为脱离本公开的范围，并且如对本领域的技术人员将显而易见，所有这类修改旨在包括于以下权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)，其包括：
储存器，其容纳尼古丁蒸气前调配物；
加热元件，其被配置成加热从所述储存器中抽吸的尼古丁蒸气前调配物；以及
控制电路系统，其被配置成
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后的第一时间段内监测所述加热元件的电阻值，
使用经训练的神经网络基于所监测到的电阻值来确定所述加热元件的估计稳态电阻值；以及
基于所述估计稳态电阻值来控制对所述加热元件的供电。
2.如权利要求1所述的尼古丁EVD，其中所述控制电路系统还被配置成：
基于所述加热元件的所述估计稳态电阻值来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况；以及
响应于所检测到的干抽吸状况，禁用对所述加热元件的供电。
3.如权利要求2所述的尼古丁EVD，其中所述控制电路系统还被配置成：
响应于检测到向所述尼古丁EVD第二次施加负压，防止向所述加热元件施加电力。
4.如权利要求1、2或3所述的尼古丁EVD，其中所述控制电路系统被配置成：
通过以下步骤来监测所述加热元件的所述电阻值，
在所述第一时间段期间确定所述加热元件的峰值电阻值，以及
在所述第一时间段期间在所确定的峰值电阻值之后的时间处，确定所述加热元件的至少一个额外电阻值；以及
通过以下步骤来确定所述加热元件的所述估计稳态电阻值，
基于所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值，使用所述经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
5.如权利要求4所述的尼古丁EVD，其中所述经训练的神经网络是函数拟合网络，所述函数拟合网络被配置成：
接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值；
确定在所述第一时间段内所述输入值的衰减；以及
基于在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
6.如权利要求4或5所述的尼古丁EVD，其中
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
7.如权利要求6所述的尼古丁EVD，其中
所述至少一个额外电阻值至少包括第二电阻值和第三电阻值；
在确定所述峰值电阻值的所述时间之后并且在确定所述第三电阻值之前的时间处，确定所述第二电阻值；并且
在确定所述第二电阻值的所述时间之后并且在检测到第二次施加负压之前的时间处，确定所述第三电阻值。
8.如任一前述权利要求所述的尼古丁EVD，其中
所述加热元件连接到惠斯通电桥电路；并且
所述控制电路系统还被配置成
在所述第一时间段内检测对应于所述加热元件的可变电阻值；
在所述第一时间段内检测对应于所述惠斯通电桥电路的电阻值；以及
基于对应于所述加热元件的所检测到的可变电阻值以及对应于所述惠斯通电桥电路的所检测到的电阻值，使用所述经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
9.一种操作尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)的方法，所述方法包括：
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后的第一时间段内，使用所述尼古丁EVD的控制电路系统，监测所述尼古丁EVD中包括的加热元件的电阻值；
使用所述控制电路系统，使用经训练的神经网络，基于所监测到的电阻值来确定所述加热元件的估计稳态电阻值；以及
使用所述控制电路系统，基于所述估计稳态电阻值来控制对所述加热元件的供电。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：
使用所述控制电路系统，基于所述加热元件的所述估计稳态电阻来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况；以及
响应于所检测到的干抽吸状况，使用所述控制电路系统禁用对所述加热元件的供电。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括：
使用所述控制电路系统检测向所述尼古丁EVD第二次施加负压；以及
响应于检测到向所述尼古丁EVD第二次施加负压，使用所述控制电路系统防止向所述加热元件施加电力。
12.如权利要求9、10或11所述的方法，其中
监测所述加热元件的所述电阻值包括
在所述第一时间段期间确定所述加热元件的峰值电阻值，以及
在所述第一时间段期间在所确定的峰值电阻值之后的时间处，确定所述加热元件的至少一个额外电阻值；以及
确定所述加热元件的所述估计稳态电阻值包括基于所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值，使用所述经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
13.如权利要求12所述的方法，其中
所述经训练的神经网络是函数拟合网络；并且
所述方法还包括
使用所述控制电路系统接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值；
使用所述控制电路系统确定在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的衰减；以及
使用所述控制电路系统，基于在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
15.如权利要求14所述的方法，其中
所述至少一个额外电阻值至少包括第二电阻值和第三电阻值；
在确定所述峰值电阻值的所述时间之后并且在确定所述第三电阻值之前的时间处，确定所述第二电阻值；并且
在确定所述第二电阻值的所述时间之后并且在检测到第二次施加负压之前的时间处，确定所述第三电阻值。
16.如权利要求9至15中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在所述第一时间段内使用所述控制电路系统检测对应于所述加热元件的可变电阻值；
在所述第一时间段内使用所述控制电路系统检测对应于惠斯通电桥电路的电阻值；以及
基于对应于所述加热元件的所检测到的可变电阻值以及对应于所述惠斯通电桥电路的所检测到的电阻值，使用所述控制电路系统，使用所述经训练的神经网络来估计所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
17.一种尼古丁电子蒸气烟装置(EVD)，其包括：
储存器，其容纳尼古丁蒸气前调配物；
加热元件，其被配置成加热从所述储存器中抽吸的尼古丁蒸气前调配物；
加热器电阻监测电路系统，其被配置成
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后的第一时间段期间，确定所述加热元件的峰值电阻值，以及
在所述第一时间段期间确定所述加热元件的至少一个额外电阻值；
经训练的神经网络，其被配置成
在所述第一时间段期间，基于所确定的峰值电阻值和所确定的至少一个额外电阻值，估计所述加热元件的稳态电阻值；以及
控制电路系统，其被配置成基于所述估计稳态电阻值来禁用对所述加热元件的供电。
18.如权利要求17所述的尼古丁EVD，其中
所述经训练的神经网络还被配置成基于所述加热元件的所述估计稳态电阻值来检测所述尼古丁EVD处的干抽吸状况；并且
所述控制电路系统还被配置成响应于所检测到的干抽吸状况，禁用对所述加热元件的所述供电。
19.如权利要求17或18所述的尼古丁EVD，其中所述经训练的神经网络是函数拟合网络，所述函数拟合网络被配置成：
接收所述峰值电阻值和所述至少一个额外电阻值作为输入值；
确定在所述第一时间段内所述输入值的衰减；以及
基于在所述第一时间段内所述加热元件的所述电阻值的所确定衰减的结果，输出所述加热元件的所述估计稳态电阻值。
20.如权利要求17、18或19所述的尼古丁EVD，其中
在向所述尼古丁EVD第一次施加负压之后，在停止向所述加热元件施加所述电力时的时间处，确定所述峰值电阻值。
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