CN205449105U - 基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于摩擦发电的气动传感器，包括：外壳，内部形成有容置腔室，侧壁上形成有进气口，底壁上形成有出气口，进气口和出气口分别与容置腔室相连通；振膜组件，设置在外壳内部的容置腔室中，分别与信号输出组件和外壳的底壁之间形成有振动间隙；信号输出组件，为气动传感器的信号输出端，设置在外壳内部的容置腔室中，信号输出组件与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面；其中，外壳的侧壁上形成有至少两个进气口，外壳的底壁上形成有至少一个出气口，以增大容置腔室内部的气流强度。本实用新型还公开了一种气流处理装置及电子烟。本实用新型空气流动量大，输出电压较高，不需要复杂的电路进行放大即可容易地检测到触发信号。

Description

基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟

技术领域

本实用新型涉及摩擦发电领域，尤其涉及一种基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟。

背景技术

电子烟又叫做电子香烟、虚拟香烟，它有着与传统香烟近似的外观和近似的味道，电子烟也能够像传统香烟一样能吸出烟。另外，有些电子烟还可以根据用户个人的喜好，添加薄荷等各种味道的香料。

随着人们生活需求的不断发展，由于电子烟没有传统香烟中的焦油、悬浮微粒等其他有害成分，越来越多的人选择使用电子烟来代替传统香烟，有些人还使用电子烟进行戒烟。

目前已经出现将基于摩擦发电的气动传感器应用于电子烟中，用来检测是否有吸气动作。当气动传感器检测到吸气动作时给控制器芯片提供触发信号，从而启动雾化装置或LED照明装置。但是，该传感器输入气流量较小，空气流动量不够大，致使整个气动传感器的输出电压较低，信号不容易检测到，因而需要复杂的电路进行放大以满足需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空气流动量大，输出电压较高，不需要复杂的电路进行放大即可容易地检测到触发信号的基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟。

为实现上述目的，本实用新型的一种基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟的具体技术方案为：

一种基于摩擦发电的气动传感器，包括：外壳，内部形成有容置腔室，侧壁上形成有进气口，底壁上形成有出气口，进气口和出气口分别与容置腔室相连通，以形成气流通路；振膜组件，设置在外壳内部的容置腔室中，分别与信号输出组件和外壳的底壁之间形成有振动间隙，在容置腔室内部气流的带动下，振膜组件可相对于信号输出组件和外壳的底壁往复振动；信号输出组件，为气动传感器的信号输出端，设置在外壳内部的容置腔室中，信号输出组件与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面，往复振动的振膜组件与信号输出组件相互摩擦可产生感测电信号，并由信号输出组件输出；其中，外壳的侧壁上形成有至少两个进气口，外壳的底壁上形成有至少一个出气口，以增大容置腔室内部的气流强度。

一种气流处理装置，包括上述基于摩擦发电的气动传感器以及信号处理模块，其中，基于摩擦发电的气动传感器用于感测气流通过，并在气流的作用下产生感测电信号；信号处理模块，与基于摩擦发电的气动传感器相连，用于接收、处理感测电信号，并根据感测电信号输出控制电信号。

一种电子烟，包括上述气流处理装置以及烟杆、雾化器、电源器件。

本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟具有以下优点：

1)本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的进气口设置方式可以增大空气流动量，进而提高了振膜的振动频率，明显增加信号强度，无需放大电路，简化了电路，信号易于检测。

2)本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的结构及制作工艺简单、制作成本低，仅需将信号输出组件、振膜组件等直接装入到外壳中即可，比现有技术中的气动传感器更适合工业生产。

3)本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器对信号处理模块的要求低，可以轻易地通过信号处理模块的设计来区分气流和振动干扰产生的电信号，从而有效地防止振动干扰的误触发，提高了气动传感器工作的稳定性。

4)本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器降低了电子烟的制作成本、简化了电子烟的制作工艺，并且有效地防止振动干扰的误触发，提高了电子烟工作的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的一实施例的立体拆分图；

图2为本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的另一实施例的立体拆分图；

图3为本实用新型的电子烟的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种基于摩擦发电的气动传感器、气流处理装置及电子烟做进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器包括外壳110、振膜组件120和信号输出组件130。其中，外壳110为圆筒形结构，外壳110的内部形成有容置腔室111，外壳110的侧壁上形成有至少两个进气口112，底壁上形成有至少一个出气口113，且外壳110上的进气口112和出气口113分别与外壳110内部的容置腔室111相连通，以形成贯通外壳110内外的气流通路。应注意的是，本实用新型中的外壳优选为圆筒形结构，但根据实际需要，也可设置为其他形状，如方形等。

进一步，振膜组件120的形状优选为长条形(如梯形结构或矩形结构等)，长条形振膜组件120设置在外壳110内部的容置腔室111中，且振膜组件120分别与信号输出组件130和外壳110的底壁之间形成有振动间隙，在容置腔室111内部气流的带动下，振膜组件120可相对于信号输出组件130和外壳110的底壁往复振动。其中，本实用新型中的振膜组件120优选为一端固定设置，另一端自由设置，但根据实际需要，也可设置为两端都是固定设置。下面以振膜组件一端固定设置，另一端自由设置为例来进行说明：

如图1和图2所示，外壳110内部的容置腔室111中设置有振膜环121、第一垫圈122和第二垫圈123。其中，振膜环121呈环形，振膜组件120的一端固定设置在振膜环121上，另一端自由设置，且振膜组件120的两侧边与振膜环121之间分别形成有气流通道，在容置腔室111内部的气流的带动下，振膜组件120可在振膜环121上相对于信号输出组件130和外壳110的底壁往复振动。此外，应注意的是，本实用新型中的外壳110侧壁上的进气口112位于振膜组件120的两侧，分别与振膜组件120和振膜环121之间的气流通道对应设置。

优选的是，外壳110侧壁上的进气口112相对于振膜组件120对称设置。具体来说，外壳110侧壁上的进气口112可设为偶数个(如图1所示，进气口为两个)，且偶数个进气口112对称设置在振膜组件120的固定端的两侧；或者，外壳110侧壁上的进气口112设为奇数个(如图2所示，进气口为三个)，其中一个进气口112设置在外壳110上与振膜组件120的固定端相对应的位置处，其余的进气口112对称设置在振膜组件120的固定端的两侧。当然，根据实际情况，也可将外壳110侧壁上的进气口112的数量及位置设置为其他形式，如进气口112相对于振膜组件120非对称设置等。由此，本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的进气口设置方式可以增大空气流动量，进而提高了振膜的振动频率，明显增加信号强度，无需放大电路，简化了电路，信号易于检测。

此外，如图1和图2所示，第一垫圈122为带缺口的环形，位于振膜环121与信号输出组件130之间，以使振膜组件120与信号输出组件130之间形成振动间隙。其中，该环形第一垫圈122上的缺口对应于外壳110侧壁上的进气口112(数量及设置位置相同)，以便外部气流可通过外壳110侧壁上的进气口112和第一垫圈122上的缺口进入外壳110内部的容置腔室111中，具体为流入振膜组件120与信号输出组件130之间的腔室中(即振膜组件120与信号输出组件130之间的振动间隙中)。

第二垫圈123也为带缺口的环形，位于振膜环121与外壳110的底壁之间，以使振膜组件120与外壳110的底壁之间形成振动间隙。其中，该环形第二垫圈123上的缺口也对应于外壳110侧壁上的进气口112(数量及设置位置相同)，以便外部气流通过外壳110侧壁上的进气口112和第二垫圈123上的缺口进入外壳110内部的容置腔室111中，具体为流入振膜组件120与外壳110的底壁之间的腔室中(即振膜组件120与外壳110的底壁之间的振动间隙中)。

当然，可选择的是，本实用新型中也可不设置振膜环121、第一垫圈122和第二垫圈123，而是将振膜组件120直接设置在外壳110的侧壁上，如将振膜组件120的两端分别固定连接在外壳110的侧壁上，振膜组件120与信号输出组件130、外壳110的底壁之间的振动间隙通过振膜组件120的端部与外壳110的侧壁的具体连接位置设定。

进一步，信号输出组件130为气动传感器的信号输出端，固定设置在外壳110内部的容置腔室111中。其中，信号输出组件130与振膜组件120相对设置，以形成摩擦界面，往复振动的振膜组件120与信号输出组件130相互摩擦可产生感测电信号，并进而由信号输出组件130输出。

下面结合图1至图2，对本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器的原理进行简要说明：气流从外壳110侧壁上的至少两个进气口112流入容置腔室111(具体为，通过外壳110侧壁上的进气口112和第一垫圈122上的缺口流入振膜组件120与信号输出组件130之间的腔室中；通过外壳110侧壁上的进气口112和第二垫圈123上的缺口流入振膜组件120与外壳110的底壁之间的腔室中)，并从外壳110的底壁上的至少一个出气口113流出容置腔室111，由此，可在外壳110内部的容置腔室111中产生涡流。在容置腔室111内部的涡流的作用下，振膜组件120在振膜环121上可相对于信号输出组件130和外壳110的底壁往复振动，并与信号输出组件130接触摩擦，以产生感测电信号，产生的感测电信号可由信号输出组件130输出。

进一步，本实用新型中的信号输出组件130可包括电极单元。其中，电极单元与振膜组件120相对设置，以形成摩擦界面。应注意的是，本实用新型中的电极单元的材料可以为金属或导电金属氧化物。

此外，优选的是，本实用新型中的信号输出组件130包括层叠设置的电极单元和第一摩擦薄膜单元。其中，第一摩擦薄膜单元与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面。

进一步，本实用新型中的振膜组件120可包括振膜单元。其中，振膜单元与信号输出组件130相对设置，以形成摩擦界面。

此外，可选择的是，本实用新型中的振膜组件120包括层叠设置的振膜单元和柔性电极单元。其中，振膜单元与信号输出组件130相对设置，以形成摩擦界面，柔性电极单元和信号输出组件130为气动传感器的两个信号输出端。应注意的是，柔性电极单元的材料可选用金属或导电金属氧化物，且可通过本领域技术人员已知的技术，如磁控溅射技术加工到振膜单元上，并且不影响振膜单元的能够产生形变的条件。

进一步，本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器还可包括第二摩擦薄膜单元。其中，第二摩擦薄膜单元设置在外壳底壁的内侧，且在对应于外壳底壁上的出气口处设置有气孔。此外，第二摩擦薄膜单元与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面。

进一步，本实用新型中的振膜单元的材料优选为聚偏氟乙烯(PVDF)，第一摩擦薄膜单元和第二摩擦薄膜单元的材料优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。当然，本实用新型中的振膜单元、第一摩擦薄膜单元和第二摩擦薄膜单元的材料根据需要也可以选自下述材料：聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、氯磺化聚乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚苯硫醚、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维(再生)海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、丁基橡胶薄膜、丁腈橡胶薄膜、氢化丁腈薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜、硅橡胶薄膜、三元乙丙橡胶薄膜、丁苯橡胶薄膜、异戊橡胶薄膜、顺丁橡胶薄膜或氟橡胶薄膜。

此外，应注意的是，因为不同物质使电子脱离原来的物体表面所需要的逸出功有所区别，当具有不同静电序列的两个物质接触或分离时，逸出功小的物质表面失去电子而带正电，因此就可以输出感测电信号，故在选用材料时，应使第一摩擦薄膜单元和第二摩擦薄膜单元选用的材料与振膜单元选用的材料的静电序列排序不同。

进一步，本实用新型中的外壳的材料可以为导电材料，也可以为非导电材料。其中，当外壳的材料为导电材料时，必须保证电极单元与外壳相互不接触，例如：可通过设置绝缘隔离层隔离电极单元与外壳的接触部分；当外壳为金属导电材料时，其不仅可以与电极单元一起作为气动传感器的两个信号输出端，也能起到屏蔽的效果，防止外界电磁信号的干扰；当外壳的材料为非导电材料时，为了防止外界电磁信号的干扰，起到屏蔽的效果，还需在外壳的外侧包覆金属屏蔽层。

本实用新型还提供了一种气流处理装置。该气流处理装置包括：上述基于摩擦发电的气动传感器及信号处理模块。其中，基于摩擦发电的气动传感器用于感测气流通过，并将气流通过时作用在其上的机械能转换成感测电信号输出；信号处理模块，其输入端与基于摩擦发电的气动传感器的输出端相连，用于接收、处理基于摩擦发电的气动传感器输出的感测电信号，并根据该感测电信号输出控制电信号。

进一步，信号处理模块包括：放大模块、整流模块、滤波模块、模数转换模块、微控制模块和电源模块；其中，放大模块，其输入端与基于摩擦发电的气动传感器的输出端相连，用于放大气动传感器输出的感测电信号；整流模块，其输入端与放大模块的输出端相连，用于对放大模块输出的放大后的感测电信号进行整流处理；滤波模块，其输入端与整流模块的输出端相连，用于滤除整流模块输出的感测电信号中的干扰杂波；模数转换模块，其输入端与滤波模块的输出端相连，用于将滤波模块输出的模拟感测电信号转换为数字感测电信号；微控制模块，其输入端与模数转换模块的输出端相连，根据模数转换模块输出的数字感测电信号，输出控制电信号；电源模块，其输出端分别与放大模块的电源输入端、整流模块的电源输入端、滤波模块的电源输入端、模数转换模块的电源输入端和微控制模块的电源输入端相连，用于提供电能。

可选地，微控制模块用于将数字感测电信号的电压与预设电压阈值进行比较，若数字感测电信号的电压低于预设电压阈值，则微控制模块输出低电平控制电信号；若数字感测电信号的电压高于或等于预设电压阈值，则微控制模块输出高电平控制电信号。

可选地，微控制模块还用于将数字感测电信号的频率与预设频率范围进行比较，若数字感测电信号的频率不属于预设频率范围，则微控制模块输出低电平控制电信号；若数字感测电信号的频率属于预设频率范围，则微控制模块输出高电平控制电信号。

应当注意的是，微控制模块可以仅判断数字感测电信号的电压值，也可以仅判断数字感测电信号的频率，还可以同时判断数字感测电信号的电压值和频率，对数字感测电信号的电压值和频率同时进行判断，可以降低误报率，使其工作更为准确和稳定。

本实用新型还提供了一种电子烟。如图3所示，本实用新型的电子烟包括：上述气流处理装置210、烟杆220、雾化器230和电源器件240。具体来说，电源器件240为雾化器230和气流处理装置210供电，气流处理装置210与雾化器230连接。此外，电子烟上设置有进气口(图中未示出)和烟嘴250，气流处理装置210位于与电子烟的进气口、烟嘴250相通的烟雾通道内。

由此，当用户通过烟嘴250吸气时，气流通过电子烟的进气口进入气流处理装置210，使得气流处理装置中的基于摩擦发电的气动传感器内部的振膜组件与信号输出组件相互接触摩擦，产生感测电信号，该感测电信号被信号处理模块接收处理后，信号处理模块会根据该感测电信号产生对应的控制电信号，从而控制与其相连的雾化器230的工作，使其旁边的烟油挥发从而产生烟雾，所产生的烟雾通过烟雾通道供用户吸用。

应注意的是，本实用新型中所提到的各种模块均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。

本实用新型的基于摩擦发电的气动传感器结构及制作工艺简单、制作成本低，对信号处理模块的要求低，同时，进气口设置方式可以增大空气流动量，进而提高了振膜的振动频率，明显增加信号强度，无需放大电路，简化了电路，信号易于检测。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，包括：

外壳，内部形成有容置腔室，侧壁上形成有进气口，底壁上形成有出气口，所述进气口和所述出气口分别与所述容置腔室相连通，以形成气流通路；

振膜组件，设置在外壳内部的容置腔室中，分别与信号输出组件和外壳的底壁之间形成有振动间隙，在容置腔室内部气流的带动下，振膜组件可相对于信号输出组件和外壳的底壁往复振动；

信号输出组件，为气动传感器的信号输出端，设置在外壳内部的容置腔室中，信号输出组件与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面，往复振动的振膜组件与信号输出组件相互摩擦可产生感测电信号，并由信号输出组件输出；

其中，外壳的侧壁上形成有至少两个进气口，外壳的底壁上形成有至少一个出气口，以增大容置腔室内部的气流强度。

2.根据权利要求1所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述外壳内部的容置腔室中设置有振膜环，振膜组件设置在振膜环上，振膜组件的两侧边与振膜环之间分别形成有气流通道，外壳侧壁上的进气口位于振膜组件的两侧，且分别与振膜组件和振膜环之间的气流通道对应设置。

3.根据权利要求2所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述振膜组件的一端固定设置在振膜环上，另一端自由设置，外壳侧壁上的进气口相对于振膜组件对称设置。

4.根据权利要求3所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述外壳侧壁上的进气口为偶数个，对称设置在振膜组件固定端的两侧。

5.根据权利要求3所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述外壳侧壁上的进气口为奇数个，其中一个进气口设置在外壳上与振膜组件的固定端相对应的位置处，其余的进气口对称设置在振膜组件固定端的两侧。

6.根据权利要求2至5中任一所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述外壳内部的容置腔室中设置有第一垫圈和第二垫圈，第一垫圈位于振膜环与信号输出组件之间，以使振膜组件与信号输出组件之间形成振动间隙，且第一垫圈上对应于外壳侧壁上的进气口处形成有缺口，气流可通过外壳侧壁上的进气口和第一垫圈上的缺口流入振膜组件与信号输出组件之间的腔室中；第二垫圈位于振膜环与外壳的底壁之间，以使振膜组件与外壳的底壁之间形成振动间隙，第二垫圈上对应于外壳侧壁上的进气口处形成有缺口，气流可通过外壳侧壁上的进气口和第二垫圈上的缺口流入振膜组件与外壳的底壁之间的腔室中。

7.根据权利要求1所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，所述信号输出组件包括电极单元，或包括层叠设置的电极单元和第一摩擦薄膜单元；振膜组件包括振膜单元，或包括层叠设置的振膜单元和柔性电极单元。

8.根据权利要求1或7所述的基于摩擦发电的气动传感器，其特征在于，还包括第二摩擦薄膜单元，第二摩擦薄膜单元设置在外壳底壁的内侧，且在对应于外壳底壁上的出气口处设置有气孔，第二摩擦薄膜单元与振膜组件相对设置，以形成摩擦界面。

9.一种气流处理装置，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的基于摩擦发电的气动传感器以及信号处理模块，其中，基于摩擦发电的气动传感器用于感测气流通过，并在气流的作用下产生感测电信号；信号处理模块，与基于摩擦发电的气动传感器相连，用于接收、处理感测电信号，并根据感测电信号输出控制电信号。

10.一种电子烟，其特征在于，包括权利要求9中所述的气流处理装置以及烟杆、雾化器、电源器件。