KR20190046798A - 에어로졸 분석용 분광기를 갖춘 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

에어로졸 분석용 분광기를 갖춘 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 손에 드는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 발광하도록 구성된 방출기(2)를 포함한다. 게다가, 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 수광하도록 구성된 센서(4), 및 에어로졸을 포함하도록 구성된 에어로졸 챔버(8)를 포함한다. 방출기는 에어로졸 챔버 내로 광을 방출하도록 추가로 구성된다. 센서는 에어로졸 챔버로부터 광을 수용하고 수용된 광의 스펙트럼 중 적어도 하나의 파장을 측정하도록 추가로 구성된다.

Description

에어로졸 분석용 분광기를 갖춘 에어로졸 발생 시스템
본 발명은 전자기 방사선용 방출기와 수신기, 및 분석될 에어로졸을 보유하는 에어로졸 챔버를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
배터리와 제어 전자기기를 포함하는 장치부 및 액체 저장부 내에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부와 전기 작동식 기화기 또는 히터 요소를 포함하는 개별 카트리지로 구성된 손에 드는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이 공지되어 있다. 발생된 에어로졸의 품질은 장치마다 상이할 수 있다. 또한, 발생된 에어로졸의 품질은 사용된 액체 에어로졸 형성 기재에 의존할 수 있는데, 이는 예를 들어 상이한 향미 성분을 갖는 상이한 액체 에어로졸 형성 기재가 사용될 수 있기 때문이다. 게다가, 에어로졸 발생 시스템의 성능은 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 발생된 에어로졸의 품질은 또한, 제1 퍼프, 제2 퍼프 등인 경우에, 또는 시스템이 청결하거나 더러운 경우에, 퍼프 세기, 퍼프 지속기간에 의존할 수 있다. EP 2 493 342 호에 개시된 것과 같은 종래의 에어로졸 발생 시스템에서, 시스템이 얻는 유일한 피드백은 히터 요소의 임피던스이다. 그러나, 발생된 에어로졸의 품질은 직접 측정되지 않는다. 또한, 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸 형성 기재의 양은 직접 측정되지 않는다.
발생된 에어로졸의 품질을 직접 측정하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 액체 저장부에 보유된 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 직접 측정하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 양태에 따라서, 방출기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 방출기는 발광하도록 구성된다. 에어로졸 발생 시스템은 수광하도록 구성되는 센서를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸을 포함하도록 구성된 에어로졸 챔버를 포함한다. 방출기는 에어로졸 챔버 내로 발광하도록 구성된다. 센서는 에어로졸 챔버로부터 수광하고 수용된 광의 스펙트럼 중 적어도 하나의 파장을 측정하도록 구성된다.
에어로졸 발생 시스템은 손에 드는 에어로졸 발생 장치를 포함할 수 있다. 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 사용자 흡입을 위한 에어로졸을 발생시키도록 구성될 수 있다. 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 장치에 의해 발생된 에어로졸을 사용자가 장치로부터 빨아들여 흡인할 수 있는 마우스피스를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 배터리 작동식 장치일 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 배터리를 보유하는 하우징, 방출기 및 센서를 포함할 수 있다. 장치는 바람직하게는, 한 손의 손가락들 사이에 보유하는데 편안한 휴대용 장치이다. 장치는 실질적으로 원통형 형상일 수 있으며 70 mm 내지 200 mm의 길이를 가진다. 장치의 최대 직경은 바람직하게는 10 mm 내지 30 mm이다.
본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 챔버 내의 에어로졸의 매개변수, 바람직하게는 에어로졸의 존재가 직접 측정되는 것을 허용한다. 에어로졸 챔버 내의 에어로졸 매개변수의 이러한 직접적인 측정은 에어로졸 발생 시스템이 최적으로 작동될 수 있게 한다. 에어로졸 챔버는 에어로졸 발생 시스템 내부의 통로 또는 경로일 수 있으며, 이를 통해 에어로졸 형성 기재가 기화된 형태로 흐른다. 에어로졸 챔버는 또한, 내부에서 액체 에어로졸 형성 기재가 기화되고 에어로졸이 형성되는 발생 챔버일 수 있다. 일반적으로, 에어로졸 챔버는 기화된 에어로졸 형성 기재 또는 에어로졸이 존재하는 개방 또는 폐쇄 챔버일 수 있다.
에어로졸 챔버 내의 에어로졸은 기화된 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 다수의 증기 성분을 포함할 수 있다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 차후에 사용자에 의해 흡입되는 에어로졸을 형성하도록 제공된다. 액체 에어로졸 형성 기재의 기화 중에 원하지 않는 생성물이 형성될 수 있다. 원하지 않는 생성물의 형성은 기화된 에어로졸 형성 기재를 초래하는 가열 체제에 의해 방지되어야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이 액체 에어로졸 형성 기재의 기화는 액체 에어로졸 형성 기재의 유형, 가열 공정의 수 등과 같은 다수의 인자에 의존한다. 본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 이제, 기화된 에어로졸 형성 기재의 성분 중 적어도 하나의 유형 및 양을 직접 측정할 가능성을 제공한다.
측정은 기화된 에어로졸 형성 기재의 적어도 하나의 성분에 대한 결정을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 기화된 에어로졸 형성 기재의 스펙트럼이 분석된다. 기화된 에어로졸 형성 기재의 스펙트럼 또는 전자기 스펙트럼은 기화된 에어로졸 형성 기재에 의해 흡수된 전자기 방사선의 특성 분포에 의해 기화된 에어로졸 형성 기재 성분의 특징을 나타낸다.
더 상세하게는, 기화된 에어로졸 형성 기재의 모든 성분은 특정 주파수 또는 파장을 갖는 전자기파를 흡수할 수 있다. 본 발명에서, 바람직하게는 적외선 분광법(또는 IR 분광법)이 사용된다. 광이 이들 구성요소로 지향되면, 구성요소는 광의 특정 파장을 흡수할 것이다. 따라서, 기화된 에어로졸 형성 기재의 모든 성분은 관찰될 수 있는 특성 분광 분포 또는 스펙트럼을 가진다. 관찰된 스펙트럼에서, 특정 주파수의 흡수 광에 대응하는 특정 피크가 관찰될 수 있다. 통상적으로, 모든 성분은 상이한 파장을 갖는 광을 흡수하며, 이에 따라 모든 성분이 스펙트럼에서 다수의 흡수 피크를 나타낸다. 이들 흡수 피크의 파장 및 진폭은 그 성분의 지표이다. 따라서, 측정 신뢰도는 다수의 흡수 피크 및/또는 피크 진폭을 측정함으로써 향상될 수 있다. 관찰은 전자기파를 방출하도록 구성된 방출기 및 전자기파를 수용하도록 구성된 센서를 요구한다. 이하에서, 일반적인 용어 "전자기파"는 더 구체적인 용어인 "광"으로 표시된다. 그러나, 파장은 "광"이라는 용어에 의해 배제되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 방출기는 200 나노미터 내지 30 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있으며, 수신기는 200 나노미터 내지 30 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 파장 스펙트럼 내부에서, 원하지 않는 생성물은 전자 담배(e-cigarette)용 전자 액체(e-liquid)와 같은 에어로졸 형성 기재에서 결정될 수 있다.
방출기는 에어로졸, 예를 들어 기화된 에어로졸 형성 기재의 방향으로 광을 방출하며 기화된 에어로졸 형성 기재는 기화된 에어로졸 형성 기재에 존재하는 성분에 따라 광의 특정 파장을 흡수한다. 환언하면, 기화된 에어로졸 형성 기재에 존재하는 성분에 따라서, 방출기에 의해 방출되는 광의 특정 파장은 기화된 에어로졸 형성 기재에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 반면에, 다른 파장은 기화된 에어로졸 형성 기재를 통과할 수 있다. 따라서, 전자기 방사선의 특성 분포가 기화된 에어로졸 형성 기재를 통과하여, 기화된 에어로졸 형성 기재의 특정 조성물의 특징을 나타낸다. 이러한 특성 분포는 기화된 에어로졸 형성 기재의 특정 성분뿐만 아니라 기화된 에어로졸 형성 기재 내의 이들 성분의 양에 관한 정보를 포함한다.
센서는 기화된 에어로졸 형성 기재를 통과하는 이러한 특성 분포를 수용하도록 구성된다. 이와 관련하여, 센서는 이러한 스펙트럼의 단일 파장만을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 센서는 단일의 흡수 대역을 검출하고 따라서 기화된 에어로졸 형성 기재 내부의 단일 성분을 검출하도록 제공된다. 더 상세하게는, 센서에 의해 검출될 특정 성분은 특정 파장을 흡수할 수 있다. 방출기는 이러한 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있으며 센서는 이러한 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 센서가 이러한 특정 파장을 갖는 광을 수용할 때, 센서는 그 성분이 에어로졸 챔버에 존재하지 않는다는 것을 검출한다. 센서가 광을 수용하지 않거나 미리 결정된 임계값 미만인 세기를 갖는 광을 수용하면, 센서는 그 성분이 에어로졸 챔버에 존재한다는 것을 검출한다. 이는 기화된 에어로졸 형성 기재에서 원하지 않는 생성물을 검출하는데 이용될 수 있다. 따라서, 센서가 방출기에 의해 방출되는 파장을 검출하지 않거나 방출기에 의해 방출되는 낮은 광량만을 검출하는 경우에 원하지 않는 특정 생성물이 기화된 에어로졸 형성 기재에 존재한다는 것을 센서가 검출한다.
방출기는 다수의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있으며 센서는 이러한 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 방출기/센서는 광대역 갭 마이크로전자기계 시스템 방출기/센서와 같은 광대역 갭 방출기/센서로서 구성될 수 있다. 따라서, 에어로졸 발생 기재의 전자기 스펙트럼이 광대역 갭 방출기 및 센서로 관찰될 수 있다. 이러한 방식으로, 기화된 에어로졸 형성 기재 내부의 상이한 성분의 존재가 동시에 결정될 수 있다. 또한, 단일 성분과 관련된 다수의 흡수 대역이 검출될 수 있으므로, 단일 성분의 검출 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 단일 파장을 갖는 상이한 광을 방출/검출할 수 있는 다수의 방출기 및 센서가 각각 제공될 수 있다. 이러한 다수의 방출기 및 센서가 측정의 신뢰도를 높이기 위해 제공될 수 있다. 더 상세하게는, 상이한 파장을 갖는 광을 방출하는 2개의 방출기가 제공될 수 있다. 대응하는 2개의 센서가 제공될 수 있으며, 여기서 제1 센서는 제1 방출기에 의해 방출되는 광을 검출하도록 구성되며 제2 센서는 제2 방출기에 의해 방출되는 광을 검출하도록 구성된다. 검출될 에어로졸의 특정 성분이 다수의 상이한 파장을 흡수할 수 있기 때문에, 2개의 방출기/센서 쌍이 대응하는 흡수 대역을 방출/검출하도록 구성되면 이러한 성분의 검출이 증가된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 다수의 방출기/센서 쌍이 다수의 성분을 검출하도록 제공될 수 있다. 더 상세하게는, 단일 방출기/센서 쌍은 이러한 경우에 단일 협대역 방출기/센서로서 구성될 수 있다. 따라서, 에어로졸 발생 기재의 특정 성분, 즉 특정 분자의 존재가 단일 협대역 방출기 및 센서로 관찰될 수 있다. 기화된 에어로졸 발생 기재의 다른 성분을 검출하기 위해 모든 단일 방출기/센서 쌍이 제공될 수 있다. 또한, 별개의 흡수 대역을 측정함으로써 기화된 에어로졸 발생 기재의 특정 성분을 신뢰성있게 검출하기 위해 다수의 방출기/센서 쌍이 제공될 수 있으며, 기화된 에어로졸 발생 기재의 추가 성분을 검출하기 위해 추가의 방출기/센서 쌍이 제공될 수 있다.
방출기는 튜닝 가능한 단일 협대역 방출기로 구성될 수 있다. 이러한 유형의 방출기는 상이한 파장을 갖는 광을 방출하도록 조정 가능하게 구성된다. 따라서, 센서는 상이한 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성된 튜닝 가능한 단일 협대역 센서로서 구성될 수 있다. 튜닝 가능한 단일 협대역 방출기 및 센서를 제공함으로써, 기화된 에어로졸 형성 기재 내부의 상이한 성분이 차례로 결정될 수 있다.
또한, 다수의 협대역 방출기 및 센서가 제공될 수 있다. 다수의 협대역 방출기는 상이한 본질적으로 개별 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된다. 따라서, 센서는 상이한 본질적으로 개별 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성된다. 따라서, 기화된 에어로졸 형성 기재 내부의 상이한 성분의 존재가 높은 정확도로 동시에 결정될 수 있다.
기화된 에어로졸 형성 기재의 성분을 직접 결정함으로써, 에어로졸 발생 시스템의 작동이 최적화될 수 있다. 예를 들어, 원하지 않는 생성물이 기화된 에어로졸 형성 기재에서 검출되면, 히터 요소의 온도가 낮아지거나 히터 요소가 비활성화될 수 있다. 이와 관련하여, 센서뿐만 아니라 방출기는 제어 회로에 연결될 수 있으며, 제어 회로는 전력 공급부로부터 히터 요소로의 전기 에너지의 흐름을 제어하도록 추가로 구성된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 기화된 에어로졸 형성 기재 내의 원하지 않는 생성물의 검출시 제어 회로에 의해 경고 신호가 발생될 수 있다.
방출기 및 센서는 에어로졸로부터 격리되게 배열될 수 있다. 더 상세하게는, 방출기뿐만 아니라 센서는 에어로졸 챔버 또는 액체 저장부의 외부에 각각 배열될 수 있다. 방출기와 센서를 에어로졸로부터 격리되게 배열함으로써, 센서와 방출기의 오염이 방지될 수 있다. 따라서, 다수의 측정이 이루어지더라도 그리고 다수의 교체 가능한 에어로졸 챔버가 사용되더라도 측정 품질은 항상 높다.
에어로졸 챔버가 액체 저장부의 일부로서 제공될 때, 액체 저장부는 교체 가능하게 제공될 수 있다. 액체 저장부 내의 액체 에어로졸 형성 기재가 고갈되면, 액체 저장부는 에어로졸 발생 시스템으로부터 분리되며 새로운 액체 저장부가 에어로졸 발생 시스템에 부착된다. 방출기뿐만 아니라 센서는 에어로졸 발생 시스템의 일부로서 제공될 수 있어서, 새로운 액체 저장부가 제공될 때 새로운 방출기 또는 센서가 제공되지 않아야 한다.
방출기 및 센서가 에어로졸 챔버로부터 격리되게 제공될 수 있도록 촉진시키기 위해, 에어로졸 챔버는 적어도 부분적으로 투명한 하우징을 가질 수 있다. 에어로졸 챔버의 적어도 부분적으로 투명한 하우징을 제공함으로써, 방출기에 의해 방출되는 광은 에어로졸 챔버 내로 통과하여 센서 방향으로 에어로졸 챔버를 빠져나갈 수 있다. 부분적으로 투명한 하우징이 에어로졸 챔버의 내부와 방출기 및 센서 사이에 배열된다.
센서뿐만 아니라 방출기는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 또는 광학 반도체 또는 화합물 반도체 또는 하이브리드 전자 장치로서 제공될 수 있다. MEMS는 20 마이크로미터 내지 1 밀리미터의 전형적인 크기를 갖는 매우 작은 장치이다. 최근의 발전으로 인해 적절한 검출기와 결합된 중-적외선 및 원-적외선 MEMS 방출기가 생겨났다. 예를 들어, Microsyst Technol (2012) 18: 1147-1154에 게재된 "통합 NDIR 분광기용 MEMS 기반 열 적외선 방출기(a MEMS based thermal infra-red emitter for an integrated NDIR spectrometer)"를 참조하라. 동 문헌은 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 일반적으로, 센서 및 대응 방출기가 에어로졸 발생 시스템에서 사용될 수 있을 정도로 충분히 작기만 하면, 임의의 적합한 방출기 및 대응 센서가 사용될 수 있다. 또한, 방출기와 센서는 에어로졸 챔버에서 에어로졸을 검사하기 위해 200 나노미터 내지 30 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출(방출기)하고 수용(센서)할 수 있어야 한다. 방출기 또는 센서는 0.5 내지 5 밀리미터 또는 1 내지 3.5 밀리미터 또는 약 2 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 센서는 적어도 2개의 센서 층을 포함할 수 있으며, 이들 각각의 층은 특정 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성된다. 또한, 센서 층은 특정 파장을 갖는 광에 대해 투명하게 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 단일 센서가 다수의 파장을 검출하여 기화된 에어로졸 형성 기재의 다수의 성분을 검사할 수 있다.
방출기는 2.8 내지 3.2 마이크로미터, 바람직하게는 약 3.0 마이크로미터 및/또는 6.0 마이크로미터 내지 6.6 마이크로미터, 바람직하게는 약 6.3 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이들 파장을 검출함으로써, 기화된 에어로졸 형성 기재에서 물의 존재가 결정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 방출기는 5.9 마이크로미터 내지 6.1 마이크로미터, 바람직하게는 약 5.9 마이크로미터 및/또는 3.3 마이크로미터 내지 4.0 마이크로미터, 바람직하게는 약 3.7 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이들 파장을 검출함으로써, 기화된 에어로졸 형성 기재에서 카르복실산의 존재가 결정될 수 있다. 카르복실산은 바람직하지 않은 생성물이고 히터가 너무 고온일 때 발생될 수 있다. 센서는 각각의 파장을 수용하도록 구성될 수 있다. 당업자에게 주지된 유사한 스펙트럼이 기화된 에어로졸 형성 기재 내의 상이한 성분에 대하여 검출되고 결정될 수 있다. 예를 들어, 1.3-부타디엔이 검출될 수 있다. 이러한 성분은 카르복실산과 같이 기화된 에어로졸 형성 기재 내의 바람직하지 않은 생성물인 대표적인 성분이다. 전술한 방식으로 검출될 수 있는 다른 성분은 벤젠, 포름알데히드 및 니코틴이다. 벤젠에 대한 각각의 파장은 약 2.5 마이크로미터, 3.3 마이크로미터 및 5.7 마이크로미터이다. 이들 성분의 존재를 결정함으로써, 에어로졸 챔버 내의 에어로졸의 품질이 결정될 수 있다. 바람직하게는, 다수의 파장이 각각의 성분에 대해 측정되어 검출 신뢰도를 증가시킨다.
다수의 방출기는 행렬로 제공 및 배열될 수 있다. 방출기의 행렬은 에어로졸 챔버의 표면의 본질적으로 절반이 방출기의 행렬로 덮이도록 에어로졸 챔버 주위에 배열될 수 있다. 에어로졸 챔버의 표면의 다른 절반은 각각의 센서의 행렬로 덮일 수 있다. 따라서, 본질적으로 에어로졸 챔버의 전체 용적이 전술한 바와 같이 측정될 수 있다는 의미에서 에어로졸 챔버에서 3D 분광법이 수행될 수 있다. 결과적으로, 측정 품질, 즉 측정 정확성이 개선될 수 있다. 더 상세하게는, 에어로졸 챔버의 전체 용적 또는 본질적으로 전체 용적이 방출기로부터의 광으로 조사된다. 이러한 광은 에어로졸 챔버의 전체 용적을 통해 이동하고 나서 센서의 행렬에 의해 수용된다. 따라서, 에어로졸 챔버 내의 기화된 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 챔버의 방위에 관계없이 측정될 수 있다. 예시적으로, 바람직하지 않은 성분이 에어로졸 챔버의 특정 구역에 존재하는 지를 검출할 수 있다. 센서는 이러한 바람직하지 않는 성분의 농도가 에어로졸 챔버의 특정 구역에서 미리 정의된 임계값을 초과하면, 바람직하지 않는 성분이 에어로졸 챔버 내에 존재한다는 것을 검출할 수 있다.
또한, 방출기 및 대응 센서의 행렬은 방출기의 행렬의 방출기의 제1 행이 특정 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되며 센서의 행렬의 대응하는 제1 행이 이러한 특정 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성되게 배열될 수 있다. 이와 관련하여, 방출기의 제1 행은 협대역 방출기로 구성될 수 있다. 추가의 방출기, 바람직하게는 똑같은 협대역 방출기의 제2 행은 유사하게 상이한 특정 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 대응하는 센서의 제2 행은 유사하게 상이한 특정 파장을 갖는 이러한 광을 수용하도록 구성된다. 이와 관련하여, 센서의 행은 각각 협대역 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 상이한 특정 파장을 갖는 광을 방출하고 수용하도록 적응된 다수의 방출기 및 다수의 센서를 제공함으로써 에어로졸의 다수의 성분이 동시에 측정될 수 있다. 또한, 측정 신뢰도는 단일 성분의 스펙트럼의 상이한 파장을 관찰함으로써 향상될 수 있다. 그러나, 유리하게는 사용된 방출기 및 센서는 특정 단일 파장을 갖는 광을 방출(방출기)하고 수용(센서)하는 데에만 적합한 저렴한 방출기 및 센서일 수 있다.
다수의 방출기 및 다수의 센서가 에어로졸 챔버 주위에 배열될 수 있으며, 방출기 및 센서는 행렬 형태로 배열되지 않지만, 방출기 센서 쌍은 특정 파장을 갖는 광을 방출 및 검출할 수 있도록 형성된다. 이러한 방식으로, 에어로졸 내부의 다수의 성분이 검출되거나 측정 신뢰도가 향상될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라서, 에어로졸 발생 시스템의 제작 공정이 제공되며, 여기서 그러한 공정은 이하의 단계, 즉:
i) 전력 공급부 및 전력 공급부를 제어하기 위한 전기 회로를 둘러싸는 하우징 제공하는 단계,
ii) 발광하도록 구성된 방출기를 제공하는 단계,
iii) 수광하도록 구성된 센서를 제공하는 단계, 및
iv) 에어로졸을 포함하도록 구성된 에어로졸 챔버를 제공하는 단계를 포함하며,
방출기는 에어로졸 챔버 내로 광을 방출하도록 추가로 구성되며, 센서는 에어로졸 챔버로부터 광을 수용하고 수용된 광의 스펙트럼 중 적어도 하나의 파장을 측정하도록 추가로 구성된다. 에어로졸 발생 시스템은 손에 드는 에어로졸 발생 장치일 수 있다.
일 양태와 관련하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 양태에 동일하게 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 개략적인 방출기 및 개략적인 센서의 예시도이며;
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 방출기 및 센서의 행렬의 예시이며;
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 챔버를 둘러싸는 방출기 및 센서의 행렬의 예시도이며;
도 4는 본 발명의 추가 구현예에 따른 센서의 예시도이며;
도 5는 방출기가 에어로졸 챔버 주위에 층으로서 제공되는 본 발명의 추가 구현예의 예시도를 도시하며;
도 6은 다수의 센서 층을 포함하는 본 발명에 따른 센서의 구현예의 예시도를 도시하며; 그리고
도 7은 위키피디아(Wikipedia) 문서 "적외선 분광법" 에서 발췌한 예시적인 IR 분광법이다.
도 1은 방출기(2) 및 센서(4)를 도시한다. 방출기는 센서(4)의 방향으로 광(6)을 방출한다. 방출된 광(6)은 에어로졸 챔버(8) 쪽으로 지향된다.
에어로졸 챔버(8) 내에는 에어로졸 형성 기재의 성분(10)이 포함된다. 성분(10)은 다수의 작은 입자를 갖는 기화된 성분으로서 도 1에 도시된다. 도 1.1로서 표시된 도 1의 좌측 부분은 에어로졸 챔버(8) 내에 적은 양의 성분(10)을 갖는 에어로졸 챔버(8)를 도시한다. 방출기(2)에 의해 방출되어 에어로졸 챔버(8) 쪽으로 지향되는 광은 성분(10)에 의해서 오직 부분적으로 흡수된다.
더 상세하게는, 성분(10)은 방출기(2)에 의해 방출되는 광을 적어도 부분적으로 흡수할 수 있다. 이와 관련하여, 방출기(2)는 특정 파장 또는 특정 파장들을 갖는 광을 방출하며 성분은 이러한 광을 적어도 부분적으로 흡수한다. 따라서, 에어로졸 챔버(8)에 존재하는 성분의 양에 따라서, 다소의 광이 에어로졸 챔버(8)를 통과한다. 도 1.1에서, 상대적으로 적은 양의 성분(10)이 에어로졸 챔버(8)에 존재한다. 따라서, 다량의 광이 센서(4)에 도달한다. 따라서, 센서(4)는 에어로졸 챔버(8) 내에 소량의 성분(10)이 존재하거나 성분(10)이 존재하지 않는다는 것을 검출한다. 측정 신뢰도를 높이기 위해, 다수의 파장이 방출기(2)에 의해 방출되고 센서(4)에 의해 수용되어 성분(10), 따라서 성분(10) 자체의 흡수 스펙트럼이 모호하지 않게 검출될 수 있게 한다.
따라서, IR 흡수 스펙트럼은 센서(4)에 의해 측정된다. 예시적인 적외선 흡수 스펙트럼이 도 7에 도시되며, 이는 위키피디아 문서 "적외선 분광법" 으로부터 발췌한 브로모메탄(CH3Br)에 대한 적외선 스펙트럼의 샘플을 도시한다. 도 7은 상이한 진폭을 갖는 3000, 1300, 및 1000 센티미터-1 부근(수평축 상)의 흡수 피크를 명확하게 도시한다. 유사한 적외선 스펙트럼이 에어로졸의 각각의 성분에 대해 생성되며, 여기서 이들 스펙트럼은 에어로졸에 대한 단일 스펙트럼을 형성하도록 중첩된다. 다수의 피크 및 피크-진폭은 검출될 적어도 하나의 성분에 대해 이러한 스펙트럼에서 센서(4)에 의해 측정되어 이러한 성분의 존재 및 양을 신뢰성 있게 검출한다.
도 1.2로 표시된 도 1의 우측 부분에서, 비교적 다량의 성분(10)이 에어로졸 챔버(8)에 존재한다. 따라서, 소량의 광이 센서(4)에 도달한다. 따라서, 센서(4)는 다량의 성분(10) 또는 그러한 성분(10)이 에어로졸 챔버(8)에 존재한다는 것을 검출한다.
에어로졸 챔버(8)에 존재하는 성분(10)의 양은 기화된 에어로졸 형성 기재 내의 바람직하지 않는 생성물의 양에 대한 지표이다.
도 2는 다수의 방출기(2) 및 다수의 센서(4)가 제공되는 본 출원의 제2 구현예를 도시한다. 방출기(2)뿐만 아니라 방출기(2)가 행렬 형태로 제공된다. 방출기(2)는 도 4에 도시된 바와 같이 에어로졸 챔버(8) 주위에 배열된다. 따라서, 방출기(2)는 에어로졸 챔버(8) 내로 광을 방출하도록 제공된다. 이를 가능하게 하기 위해서, 에어로졸 챔버(8)는 적어도 부분적으로 투명하다. 다수의 방출기(2)를 제공하고 에어로졸 챔버(8) 주위에 행렬 형태로 방출기를 배열함으로써, 에어로졸 챔버(8)의 전체 내부는 방출기(2)의 광으로 조사될 수 있다.
결과적으로, 센서(4)의 행렬이 도 2에 도시된 바와 같은 이러한 구현예에 제공된다. 센서(4)는 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 에어로졸 챔버(8) 주위에 배열된다. 센서(4)는 방출기(2)에 대향하게 배열되어, 방출기(2)에 의해 방출된 광이 에어로졸 챔버(8)로 조사되고 후속하여 센서(4)에 의해 수용된다. 다량의 특정 흡수 성분이 에어로졸 챔버(8)에 존재하면, 센서(4)에 의해 검출될 오직 소량의 광만이 에어로졸 챔버(8)를 통과하거나 심지어 에어로졸 챔버를 전혀 통과하지 못한다. 그런 다음, 센서(4)는 다량의 흡수 성분이 에어로졸 챔버(8)에 존재한다는 것을 검출한다. 따라서, 에어로졸 챔버(8) 내의 에어로졸의 품질 및 양이 높은 정확도로 결정될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 구현예에서, 방출기(2)는 특정 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되며 센서(4)는 동일한 특정 파장을 갖는 광을 수용하고 검출하도록 구성된다.
도 3은 다수의 방출기(2) 및 다수의 센서(4)가 각각의 행렬에 제공되는 본 발명의 추가 구현예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같은 구현예와는 대조적으로, 방출기(2)는 동일한 특정 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되지 않는다. 오히려, 도 3에 도시된 바와 같은 방출기(2)는 행(2.1 내지 2.6)에 배열되며, 여기서 방출기(2)의 각각의 행은 동일한 특정 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 방출기(2)로 구성된다. 방출기(2)의 상이한 행은 상이한 특정 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 방출기(2)로 구성된다. 방출기(2)의 반대쪽에는 센서(4)가 배열되며 센서는 행(4.1 내지 4.6)으로 대칭적으로 구성된다. 즉, 방출기(2)의 제1 행(2.1)이 특정한 제1 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되면, 센서(4)의 제1 행(4.1)은 이러한 제1 파장을 갖는 광을 수용하고 검출하도록 구성된다. 방출기(2)의 제2 행(2.2) 및 센서(4)의 제2 행(4.2)은 특정한 제2 파장을 갖는 광을 방출/수용하도록 구성된다. 상이한 흡수 대역은 방출기(2)/센서(4)의 상이한 행에 의해 결정된다.
도 4는 에어로졸 챔버(8) 주위의 방출기(2) 및 센서(4)의 분포를 도시한다. 방출기(2)뿐만 아니라 센서(4)는 에어로졸 챔버(8)의 길이를 따라 반원 형상으로 배열된다. 방출기(2)는 이들이 에어로졸 챔버(8)의 내부로 광(6)을 조사하도록 배열된다. 에어로졸 챔버(8)는 광(6)이 에어로졸 챔버(8)의 내부로 진입할 수 있도록 투명하게 제공된다. 방출기(2)는 다수의 방출기가 에어로졸 챔버(8) 주위에 배치될 수 있도록 약 2 밀리미터의 직경을 갖는 광대역 갭 MEMS 방출기로서 제공된다. 센서(4)는 반원 형상으로 방출기(2)의 반대편에서 에어로졸 챔버(8) 주위에 배열되는 광대역 갭 MEMS 센서로서 제공된다. 센서(4)는 에어로졸 챔버(8)의 내부로부터의 광(6)이 센서(4)에 의해 수용될 수 있도록 구성되고 배열된다.
도 5는 방출기(2)가 에어로졸 챔버(8) 주위에 층으로서 제공되는 추가 구현예를 도시한다. 이러한 구현예에서, 층은 전술한 바와 같이 에어로졸 챔버(8)의 내부로 광(6)을 조사하는 다수의 방출기(2)를 포함한다. 센서(4) 또는 센서(4)만이 도 4에 도시된 바와 같이 별개의 분리된 센서(4) 대신에 층에 제공될 수 있다.
도 6은 다수의 센서 층(4.10, 4.12 및 4.14)을 포함하는 센서(4)의 구현예를 도시한다. 상이한 센서 층(4.10, 4.12, 4.14)은 특정 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성된다. 또한, 센서 층(4.10, 4.12, 4.14)은 특정 파장을 갖는 광에 대하여 투명하도록 구성된다. 더 상세하게는, 제1 센서 층(4.10)은 제2 파장(6.2) 및 제3 파장(6.3)에 대해서는 투명하면서도 제1 파장(6.1)을 갖는 광은 수용하도록 구성된다. 제1 센서 층(4.10) 뒤에, 제2 센서 층(4.12)이 배열된다. 제2 센서 층(4.12)은 제3 파장(6.3)을 갖는 광에 대해서는 투명하면서도 제2 파장(6.2)을 갖는 광은 수용하도록 구성된다. 제2 센서 층(4.12) 뒤에, 제3 센서 층(4.14)이 배열된다. 제3 센서 층(4.14)은 제3 파장(6.3)을 갖는 광을 수용하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 단일 센서(2)는 다수의 파장을 검출하고, 따라서 다수의 흡수 스펙트럼을 검사할 수 있다. 이러한 구현예에서, 센서(4)는 적어도 2개의 센서 층을 포함한다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (15)

  1. 손에 드는 에어로졸 발생 장치로서:
    발광하도록 구성된 방출기;
    수광하도록 구성된 센서; 및
    에어로졸을 포함하도록 구성된 에어로졸 챔버를 포함하며,
    방출기는 에어로졸 챔버 내로 광을 방출하도록 추가로 구성되며, 센서는 에어로졸 챔버로부터 광을 수용하고 수용된 광의 스펙트럼 중 적어도 하나의 파장을 측정하도록 추가로 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방출기는 200 나노미터 내지 30 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되며, 상기 센서는 200 나노미터 내지 30 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 적어도 2개의 방출기 및 2개의 센서를 포함하며, 상기 제1 센서는 제1 파장을 갖는 광을 방출하도록 제공되며, 상기 제2 센서는 제2 파장을 갖는 광을 방출하도록 제공되며, 상기 제1 파장은 제2 파장과 상이한, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 센서는 제1 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성되며 상기 제2 센서는 제2 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기와 센서 중 적어도 하나는 에어로졸로부터 격리되게 추가로 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 챔버는 적어도 부분적으로 투명한 하우징을 가지는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기와 센서 중 적어도 하나는 마이크로전자기계 시스템, 광학 반도체, 화합물 반도체 및 하이브리드 전자 장치 중 하나로서 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 손에 드는 에어로졸 발생 장치는 2개 초과의 방출기 및 2개 초과의 센서를 포함하는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 방출기와 센서는 각각 행렬 형태로 배열되며, 바람직하게는 각각 본질적으로 반원 형상으로 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방출기의 행렬의 각각의 행은 행렬의 상이한 행의 방출기에 의해 방출된 광의 파장과 상이한 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된 방출기를 포함하며, 상기 센서의 행렬의 각각의 행은 방출기에 의해 방출된 파장에 대응하는 파장을 갖는 광을 수용하도록 구성된 센서를 포함하는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기, 바람직하게는 제3항에 따른 제1 방출기는 2.8 마이크로미터 내지 3.2 마이크로미터, 바람직하게는 약 3.0 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기, 바람직하게는 제3항에 따른 제2 방출기는 6.0 마이크로미터 내지 6.6 마이크로미터, 바람직하게는 약 6.3 마이크로미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기 중 적어도 하나는 다수의 협대역 방출기로서 구성되며 상기 센서는 다수의 협대역 센서로서 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 CO2, 물, 벤젠, 1.3-부타디엔, 포름알데히드, 니코틴 및 카르복실산 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치.
  15. 손에 드는 에어로졸 발생 장치의 제작 방법으로서,
    i) 전력 공급부 및 전력 공급부를 제어하기 위한 전기 회로를 둘러싸는 하우징 제공하는 단계,
    ii) 발광하도록 구성된 방출기를 제공하는 단계,
    iii) 수광하도록 구성된 센서를 제공하는 단계, 및
    iv) 에어로졸을 포함하도록 구성된 에어로졸 챔버를 제공하는 단계를 포함하며,
    방출기는 에어로졸 챔버 내로 광을 방출하도록 추가로 구성되며, 센서는 에어로졸 챔버로부터 광을 수용하고 수용된 광의 스펙트럼 중 적어도 하나의 파장을 측정하도록 추가로 구성되는, 손에 드는 에어로졸 발생 장치의 제작 방법.
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