Устройство и способ измерения массового расхода воздуха
Изобретение относится к системе, способу, устройству и компьютерной программе для измерения и мониторинга расхода среды, включая расход газа, поток жидкости, поток аэрозоля. Электронная сигарета содержит корпус, распылитель внутри корпуса, микроконтроллер, источник питания внутри корпуса, электрически соединенный с микроконтроллером и распылителем, и датчик массового расхода воздуха, содержащий множество термопар и нагреватель, причем датчик массового расхода воздуха электрически соединен с микроконтроллером. Электронная сигарета содержит первый кожух и второй кожух; распылитель внутри первого кожуха; микроконтроллер внутри второго кожуха, содержащий схему получения данных и аналого-цифровой преобразователь, источник питания внутри второго кожуха, выполненный с возможностью электрического соединения с микроконтроллером и распылителем, и датчик расхода, содержащий множество термопар и нагреватель, причем датчик расхода электрически соединен с микроконтроллером, причем первый кожух выполнен с возможностью соединения со вторым кожухом. Техническим результатом изобретения является потребность в датчике, способном обнаруживать затяжку, которую делает пользователь, и при этом имеющем небольшие размеры и малую потребляемую мощность. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.
Перекрестная ссылка на родственную заявку
В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по временной заявке США №61/836,923, поданной 19 июня 2013 г., полное содержание которой вводится здесь посредством отсылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к системе, способу, устройству и компьютерной программе для измерения и мониторинга расхода среды, включая расход газа, поток жидкости, поток аэрозоля и т.п.
Уровень техники
Электронные сигареты и паровые ингаляторы для личного пользования представляют собой электронные ингаляторы, которые испаряют или распыляют жидкий раствор для получения аэрозоля, который может быть доставлен в организм пользователя. Типичная электронная сигарета содержит две части: блок с батарейкой и картомайзер. Блок с батарейкой обычно содержит литиево-ионный аккумулятор, светоизлучающий диод и датчик давления. Картомайзер обычно содержит жидкий раствор, распылитель и мундштук. Распылитель обычно содержит нагревательную спираль, которая испаряет жидкий раствор.
В известных конструкциях электронных сигарет используется датчик давления, предназначенный для обнаружения всасывания воздуха пользователем через мундштук электронной сигареты (затяжка) и подачи сигнала включения на нагревательную спираль для испарения жидкого раствора. Однако датчики давления могут иметь большие размеры, и их стоимость может быть высокой. Соответственно, имеется потребность в датчике, способном обнаруживать затяжку, которую делает пользователь, и при этом имеющем небольшие размеры и малую потребляемую мощность.
В настоящем изобретении предлагаются система, способ, устройство и компьютерная программа, которые решают указанную задачу с помощью небольшого устройства с малым потреблением энергии.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагается система, способ, устройство и компьютерная программа для обнаружения и мониторинга потока среды. Устройство содержит датчик расхода, в состав которого входит термостолбик, который может содержать первую термопару и вторую термопару. Датчик расхода может также содержать эталонный элемент и нагревательный элемент. Эталонный элемент может представлять собой эталонный резистор. Нагревательный элемент может представлять собой нагревательный резистор.
Система содержит датчик расхода и микроконтроллер. Микроконтроллер может содержать микрокомпьютер, запоминающее устройство и интерфейс. Микроконтроллер может также содержать часы реального времени. Микроконтроллер может содержать специализированную интегральную микросхему. Микроконтроллер сконфигурирован для приема сигналов от датчика расхода и измерения потока среды в заданной зоне. Микроконтроллер может быть сконфигурирован для мониторинга потока среды во времени. Микроконтроллер может быть сконфигурирован для документирования данных о расходе среды с отметками времени (дата и время). Средой может быть аэрозоль, газ (например, воздух), жидкость и т.п. Микроконтроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он не только включал/выключал нагреватель в соответствии с вышеуказанными данными, но также регулировал некоторые параметры управления, такие как ширина импульсов, подаваемых на нагреватель, или количество жидкого раствора, подаваемого на нагревательную поверхность. Это регулирование может осуществляться в пропорциональной зависимости от параметров потока в соответствии с алгоритмом, в котором параметры потока являются входной информацией. Кроме того, микроконтроллер может использовать данные о расходе для определения направления потока и предотвращения или ограничения ложных включений нагревателя, например, в том случае, когда пользователь случайно подует внутрь устройства.
Способ может быть реализован для измерения потока среды в заданной зоне или возле этой зоны. Способ включает прием сигналов датчика, обнаружение изменений температуры и выявление ситуаций, когда превышается пороговое значение. Такая ситуация может включать смещение профиля температуры в датчике расхода, превышающее заданное пороговое значение.
Компьютерная программа может быть записана на машиночитаемом носителе, так что когда она выполняется компьютером, обеспечивается выполнение способа измерения расхода среды. Машиночитаемый носитель может хранить один или несколько сегментов компьютерного кода, который обеспечивает выполнение стадий процессов, раскрытых в настоящем описании, включая способ измерения расхода среды.
В одном из вариантов раскрывается электронная сигарета, которая содержит корпус; распылитель внутри корпуса; микроконтроллер; источник питания внутри корпуса, соединенный электрически с микроконтроллером и распылителем; и датчик массового расхода воздуха, соединенный электрически с микроконтроллером.
В другом варианте электронная сигарета может содержать первый кожух и второй кожух; распылитель внутри первого кожуха; микроконтроллер внутри второго кожуха, содержащий схему получения данных и аналого-цифровой преобразователь; источник питания внутри второго кожуха, выполненный с возможностью электрического соединения с микроконтроллером и распылителем; и датчик расхода, соединенный электрически с микроконтроллером, причем первый кожух выполнен с возможностью соединения со вторым кожухом.
Еще в одном варианте электронная сигарета может содержать распылитель; микроконтроллер, содержащий схему получения данных и аналого-цифровой преобразователь; источник питания, соединенный электрически с микроконтроллером и распылителем; и датчик расхода, содержащий термостолбик и нагреватель, причем датчик расхода соединен электрически с микроконтроллером.
Другие особенности, преимущества и достоинства изобретения могут быть указаны в нижеприведенном подробном описании со ссылками на прилагаемые чертежи или могут быть понятны из этого описания. Кроме того, следует понимать, что вышеприведенное краткое описание и нижеприведенное подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи содержат примеры для лучшего понимания сущности изобретения и никоим образом не ограничивают его объем, определяемый прилагаемой формулой.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, предназначенные для обеспечения лучшего понимания изобретения, являются частью настоящего описания и иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с подробным описанием служат целям объяснения принципов изобретения. В этой связи представленные варианты рассматриваются лишь с той степенью детализации, которая необходима для глубокого понимания изобретения и различных способов возможного практического осуществления изобретения. На прилагаемых чертежах показано:
Фигура 1 - вид электронной сигареты, выполненной в соответствии с одним из вариантов изобретения.
Фигура 2 - блок-схема микроконтроллера, выполненного в соответствии с одним из вариантов изобретения.
Фигура 3 - схематический вид датчика расхода, выполненного в соответствии с одним из вариантов изобретения.
Фигуры 4А, 4В - примеры распределения (профиля) температуры в зависимости от движения воздушного потока.
Фигура 5 - пример канала для потока в соответствии с принципами изобретения.
Фигуры 6А, 6В - блок-схемы усиления и фильтрации сигналов с использованием соответственно одного или нескольких усилителей.
Фигура 7 - электрическая схема электронной сигареты, содержащая первый и второй термостолбики.
Фигура 8 - электрическая схема электронной сигареты, содержащая один термостолбик.
Фигуры 9, 10, 11 - графики опорного сигнала и сигнала датчика расхода воздуха в соответствии с изобретением.
Фигура 12 - блок-схема способа обработки сигналов в соответствии с изобретением. Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Изобретение и различные его особенности, достоинства и преимущества ниже описаны более полно со ссылками на неограничивающие варианты и примеры, которые представлены и/или иллюстрируются на прилагаемых чертежах. Следует отметить, что элементы, показанные на чертежах, необязательно выполнены в масштабе, и, как это будет понятно специалисту в данной области, элементы одного варианта могут использоваться в других вариантах, даже если это не указано в явной форме в настоящем описании. Описания хорошо известных компонентов и технологических процессов могут быть опущены, чтобы не загромождать рассмотрение отдельных вариантов осуществления изобретения. Примеры, рассмотренные в настоящем описании, предназначены лишь для обеспечения лучшего понимания возможностей практической реализации изобретения и помощи специалистам в разработке различных его вариантов. Соответственно, рассмотренные в настоящем описании примеры и варианты не следует понимать как ограничения объема изобретения. Кроме того, следует отметить, что на разных чертежах одинаковые части указаны одинаковыми ссылочными номерами.
На фигуре 1 представлен вид электронной сигареты 10, выполненной в соответствии с одним из вариантов изобретения. Электронная сигарета 10 содержит картридж 14 и корпус 18. Картридж 14 имеет отверстие 12, через которое аэрозоль 12 может быть доставлен в организм пользователя. Картридж 14 содержит ароматизирующий компонент (не показан) и распылитель (не показан). Ароматизирующий компонент может представлять собой, например, жидкий раствор, гель, твердое вещество или газ, молекулы которого доставляются в аэрозоле в организм пользователя. Корпус 18 электронной сигареты содержит источник питания (например, литиево-ионный аккумулятор) (не показан) и светодиод (не показан). В качестве источника питания может использоваться литиево-ионный аккумулятор, литиево-ионная батарейка (неперезаряжаемая), перезаряжаемая или неперезаряжаемая щелочная батарейка, конденсатор, ультраконденсатор, солнечный фотоэлемент или иное устройство аккумулирования электрической энергии, известное специалистам. Электронная сигарета 10 содержит измеритель расхода (не показан), в состав которого входит микроконтроллер 20 (показан на фигуре 2) и датчик 30 расхода (показан на фигуре 3).
На фигуре 2 представлена блок-схема микроконтроллера 20, выполненного в соответствии с одним из вариантов изобретения. Микроконтроллер 20 содержит микрокомпьютер 26, запоминающее устройство 24 и интерфейс 28. Микроконтроллер 20 может содержать задающее устройство 22, осуществляющее управление работой распылителя (не показан). Задающее устройство 22 может содержать, например, широтно-импульсный модулятор или генератор сигналов. Микрокомпьютер 20 сконфигурирован для выполнения компьютерной программы, которая записанная на внешнем носителе или запоминающем устройстве 24, для управления работой электронной сигареты (например, электронной сигареты 10, показанной на фигуре 1), в частности управления включением и выключением нагревательного элемента. Запоминающее устройство 24 содержит машиночитаемый носитель, который может хранить один или несколько сегментов компьютерного кода для выполнения процессов, раскрытых в настоящем описании. Кроме этого или дополнительно к этому сегменты программного кода могут быть обеспечены на внешнем машиночитаемом носителе (не показан), доступ к которому может обеспечиваться через интерфейс 28.
Следует отметить, что микроконтроллер 20 может представлять собой специализированную интегральную микросхему или иное аналогичное устройство вместо микрокомпьютера 26, задающей схемы 22, запоминающего устройства 22 и/или интерфейса 28.
Микроконтроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он документировал информацию о потоке среды, включая массовый расход, объемный расход, скорость, время, дату, продолжительность потока и т.п., то есть все данные, связанные с потоком среды. Средой может быть аэрозоль, газ (например, воздух), жидкость и т.п. Микроконтроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он не только включал/выключал нагреватель в соответствии с вышеуказанными данными, но также регулировал некоторые параметры, такие как ширина импульсов, подаваемых на нагреватель, или количество жидкого раствора, подаваемого на нагревательную поверхность. Это регулирование может осуществляться в пропорциональной зависимости от характеристик потока или в соответствии с алгоритмом, в котором эти характеристики являются входной информацией. Кроме того, микроконтроллер может использовать характеристики потока для определения его направления и предотвращения или ограничения ложного включения нагревателя в тех случаях, когда пользователь случайно подует в мундштук электронной сигареты.
На фигуре 3 приведен схематический вид датчика 30 расхода, выполненного в соответствии с одним из вариантов изобретения. Датчик 30 расхода содержит опорную пластинку 31 и термостолбик (например, две или более термопар), включая верхний (по потоку) термостолбик (или термопару) 32 и нижний (по потоку) термостолбик (или термопару) 33. Опорная пластинка 31 может иметь термоизоляционное основание. Датчик 30 расхода может содержать нагревательный элемент 34. Датчик 30 расхода может содержать эталонный элемент 35. Нагревательный элемент 34 может представлять собой нагревательный резистор. Эталонный элемент 35 может представлять собой эталонный резистор.
Как можно видеть на фигуре 3, термостолбики 32, 33 могут быть расположены симметрично относительно нагревательного элемента соответственно выше и ниже его по потоку. Нагревательный элемент 34 нагревает горячие спаи термостолбиков 32, 33. В результате каждый термостолбик 32, 33 вырабатывает выходное напряжение, которое пропорционально градиенту температур между горячими и холодными спаями (эффект Зеебека). Горячие спаи термостолбиков 32, 33 и нагревательный элемент 34 могут быть расположены на термоизоляционном основании. Обработка сигнала массового расхода воздуха может содержать различные формы фильтрации или усиления напряжения. Фильтрация может использоваться для устранения шумов перед усилением сигнала или после него, в результате чего снижается чувствительность к изменениям характеристик внешней среды или к изменениям давления. Фильтрация может осуществляться с использованием фильтров нижних частот, фильтров верхних частот, полосовых фильтров и их комбинаций. Усиление сигналов напряжения может осуществляться с помощью электронных усилителей сигналов термостолбиков, расположенных выше или ниже по потоку, или их комбинаций. Для усиления сигналов термостолбиков, расположенных выше или ниже по потоку, могут использоваться схемы, содержащие один или несколько каскадов, для каждого сигнала или комбинации этих сигналов, формирующей сумму или разность сигналов. Схема усилителя может содержать средства, обеспечивающие смещение сигнала. Усилитель может содержать транзисторы, схемы операционных усилителей или другие интегральные микросхемы.
На фигурах 4А, 4В приведены примеры профилей 41, 42 температур в зависимости от движения воздушного потока;
Как показано на фигурах 3, 4А и 4В, иллюстрирующих работу устройства, когда среда неподвижна, профиль 41 температуры, по существу, симметричен относительно нагревательного элемента 34 в направлении потока (см. фигуру 4А). Когда среда (например, аэрозоль) перемещается, профиль 42 температуры смещается в направлении потока из-за переноса тепла движущейся средой, в результате чего изменяются выходные сигналы термостолбиков 32, 33. Перенос тепла пропорционален массовому расходу и теплоемкости среды. Поэтому датчик 30 расхода измеряет массовый расход среды.
Эталонный элемент 35 может быть расположен рядом с холодным спаем верхнего столбика 32 для обеспечения данных для температурной компенсации.
Микроконтроллер 20 и датчик 30 расхода могут быть расположены в картридже 14 или в корпусе 18 электронной сигареты 10 (см. фигуры 1, 2, 3). Электронная сигарета 10 может содержать несколько микроконтроллеров 20 и/или датчиков 30 расхода. Датчик 30 расхода может быть установлен в электронной сигарете 10 в канале потока среды таким образом, чтобы он обеспечивал обнаружение и измерение расхода среды (например, воздушного потока, потока жидкости и т.п.), когда пользователь сигареты 10 делает затяжку. Например, датчик 30 расхода может быть установлен возле впускного отверстия для воздуха, возле выходного отверстия для аэрозоля, в канале воздушного потока или в других соответствующих местах электронной сигареты 10.
Для минимизации потребления энергии батареи в процессе работы электронной сигареты микроконтроллер 20 может выполнять адаптивный алгоритм, в котором измерение расхода среды в области датчика 30 расхода осуществляется, например, путем включения нагревательного элемента 34 режиме сна в короткие, редкие интервалы с получением сигналов от термостолбиков 32, 33 и затем, в случае обнаружения затяжки (например, расхода среды, превышающего заданное пороговое значение), включения нагревательного элемента 34 с большей частотой (рабочий режим) для получения сигналов от термостолбиков 32, 33. Например, нагревательный элемент в режиме сна может включаться каждую секунду на 10 мс, а в рабочем режиме он может включаться на 10 мс каждые 50 мс.
Электронная сигарета 10 может содержать датчик ВКЛ./ВЫКЛ., в качестве которого может использоваться емкостной датчик (не показан), который обнаруживает контакт пользователя с картриджем 14 (например, касание картриджа пальцами или губами пользователя) и/или с корпусом 18 (например, касание пальцами); температурный датчик (не показан), который обнаруживает контакт пользователя (касание пальцами или губами) с картриджем 14 и/или корпусом 18; датчик давления (не показан), который обнаруживает усилие, прикладываемое к картриджу 14 и/или корпусу 18 (например, сжатие пальцами или губами); инерционный датчик (не показан), который обнаруживает движение электронной сигареты 10 и т.п. В ответ на сигнал ВКЛ., полученный от датчика ВКЛ./ВЫКЛ., микроконтроллер 20 может "просыпаться" (например, выходить из режима сна) для задания режима работы датчика 20 расхода на более высокой частоте (например, каждые 50 мс), чтобы минимизировать задержку между затяжкой и доставкой аэрозоля в организм пользователя. В ответ на сигнал ВЫКЛ., полученный от датчика ВКЛ./ВЫКЛ., или после прохождения заданного интервала бездействия микроконтроллер 20 может быть переведен в режим сна для экономии энергии батарейки. В этом режиме сна может задаваться режим работы датчика 20 расхода на низкой частоте (например, один импульс в течение 1 секунды).
Датчик 30 расхода подходит для измерения расхода жидкости, газа и для измерения перепада давления. Датчик 30 расхода может измерять очень малые величины расхода и давления и не имеет существенного сдвига сигналов или дрейфа в связи с тем, что он работает на разнице величин. Датчик 30 расхода обеспечивает быструю реакцию и устойчив к действию вибрации и резкого изменения давления. Датчик 30 также устойчив к действию коррозионно-активных газов/жидкостей и к абразивному истиранию. Датчик 30 расхода обеспечивает возможность реализации схем упрощенной обработки сигналов (см. фигуры 6А, 6В) в электронной сигарете 10 (см. фигуру 1).
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения для определения температуры могут использоваться термостолбики и нагреватель. Например, когда воздушный поток отсутствует, нагреватель может быть включен для получения известного сигнала. Термостолбики будут передавать сигналы, соответствующие этому известному действию нагревателя. На величины этих сигналов может влиять температура окружающего воздуха, и это влияние может быть определено. Таким образом, вместо определения разности сигналов достаточно использовать сигнал только от одного из термостолбиков.
На фигуре 5 представлен пример канала для потока в соответствии с идеей изобретения. Как можно видеть на фигуре 5, канал для потока может быть сформирован возле датчика таким образом, чтобы основная часть потока проходила над измерительной поверхностью, в результате чего чувствительность системы повышается. Как показано на фигуре 5, основную часть нормального сечения кожуха 120 занимает проход для потока. Возле датчика 131 проход суживается, и печатная плата 132 и датчик 131 расположены в нем таким образом, что основная часть потока обтекает датчик 131.
В другом варианте для определения температуры окружающего воздуха термистор или другой температурный датчик может быть установлен в воздушном потоке. Сигнал, вырабатываемый этим датчиком, может использоваться отдельно или вместе с сигналом массового расхода воздуха для регулирования сигнала управления нагревателем или для выключения электронной сигареты в соответствии с предельными значениями температуры. Например, можно задать выключение электронной сигареты, если высокая температура может вызывать порчу экстракта, или же предельные температуры могут приводить к повреждению батарейки или к ухудшению ее характеристик.
Следует отметить, что для определения температуры окружающего воздуха, а также для управления работой нагревателя с использованием широтно-импульсной модуляции или его выключения, когда предельные значения температуры превышаются, может использоваться эталонный резистор.
Поскольку работающий датчик массового расхода воздуха потребляет электрический ток батарейки, могут понадобиться дополнительные средства для включения этого датчика. Одно такое возможное средство реализуется в форме перезаряжаемой конфигурации электронной сигареты, то есть такой конфигурации, в которой жидкость и нагреватель расположены в отдельном корпусе, отделяемом от датчика и батарейки. Когда кожух электронной сигареты, содержащий жидкость и нагреватель, подсоединяется к кожуху, в котором расположены датчик и батарейка, это событие может быть обнаружено микроконтроллером, который может быть расположен в одном кожухе с датчиком. В одном из вариантов нагреватель, выполненный в форме резистора, может быть снабжен схемой, которая вырабатывает сигнал прерывания на входном контакте микроконтроллера. Этот сигнал прерывания может вызывать включение микроконтроллером ранее выключенного датчика массового расхода воздуха, после чего микроконтроллер начинает считывать сигналы датчика, содержащие величину измеренного массового расхода воздуха. Когда кожух с жидкостью и нагревателем отсоединяют от кожуха с датчиком и батарейкой, микроконтроллер может выключать датчик массового расхода воздуха.
Как уже указывалось в предыдущем варианте, включение датчика массового расхода воздуха может быть осуществлено с использованием нагревательного резистора, замыкающего цепь, однако это не единственное средство осуществления запуска. Другое средство осуществления такого запуска включает выделенное физическое соединение или проводящую дорожку на плате, которая замыкает схему, конденсатор, который разряжается или заряжается, когда осуществляется соединение, и интегральную микросхему, которая устанавливает связь с микроконтроллером, когда осуществлено соединение.
Фигуры 6А, 6В иллюстрируют варианты, содержащие соответственно один усилитель с фильтром и дифференциальный усилитель с фильтрами для сигналов верхнего и нижнего датчиков и с напряжением смещения. Как показано на фигуре 6А, в схеме 164 с одним усилителем и фильтром, сигнал 160, содержащий величину расхода воздуха, проходит через фильтр 161 и усилитель 162 напряжения, в результате чего формируется выходной сигнал 163. На фигуре 6В, приведена схема 180, содержащая дифференциальный усилитель 174, фильтры сигналов 170, 171 верхнего и нижнего датчиков соответственно и напряжение смещения. Сигнал 170 верхнего датчика проходит через первый фильтр 172, и сигнал 171 нижнего датчика проходит через второй фильтр 173. Затем выходные сигналы первого 172 и второго 173 фильтров поступают на входы дифференциального усилителя 174. Затем выходной сигнал дифференциального усилителя 174 поступает на вход усилителя 175 напряжения, на который подается напряжение 176 смещения. Усилитель 175 напряжения формирует выходной сигнал 177.
На фигуре 7 приведена электрическая схема варианта осуществления изобретения, содержащего первый термостолбик 252 и второй термостолбик 253. Схема электронной сигареты, приведенная на фигуре 7, содержит микроконтроллер 240, датчик 250 массового расхода воздуха, усилитель 249 и нагреватель 256. Датчик 250 массового расхода воздуха содержит нагреватель 251 воздушного потока, первый термостолбик 252 и второй термостолбик 253. На электрической схеме также показано направление воздушного потока 254, проходящего над нагревателем 251, а также над первым 252 и вторым 253 термостолбиками. Микроконтроллер 240 может содержать схему (DAQ) 241 получения данных и аналого-цифровой преобразователь (ADC) 242. Схема 241 получения данных может документировать и передавать данные, такие как температура нагревателя 256, количество включений нагревателя 256 в течение некоторого временного интервала, продолжительность включения нагревателя 256 и другую информацию. Более подробное описание схемы получения и передачи данных приведено во временной заявке США №61/907,239, поданной 21 ноября 2013 г. (правообладателем по заявке является заявитель по настоящей заявке), полное содержание которой включается здесь ссылкой. Аналого-цифровой преобразователь 242 может передавать информацию об электронной сигарете в микроконтроллер 240, в схему 241 получения данных и в другие устройства и датчики, которые могут быть в микроконтроллере 240 или иным образом подсоединены к электронной сигарете.
На фигуре 8 приведена электрическая схема другого варианта осуществления изобретения, содержащего один термостолбик 352. Схема электронной сигареты, приведенная на фигуре 8, содержит микроконтроллер 340, датчик 350 массового расхода воздуха, усилитель 349 и нагреватель 356. Датчик 350 массового расхода воздуха содержит нагреватель 351 воздушного потока и термостолбик 352. На электрической схеме также показано направление воздушного потока 354, проходящего над нагревателем 351 и термостолбиком 352. Микроконтроллер 340 может содержать схему 341 получения данных и аналого-цифровой преобразователь 342. Схема 341 получения данных может документировать и передавать данные, такие как температура нагревателя 356, количество включений нагревателя 356 в течение некоторого временного интервала, продолжительность включения нагревателя 356 и другую информацию. Аналого-цифровой преобразователь 342 может передавать информацию об электронной сигарете в микроконтроллер 340, в схему 341 получения данных и в другие устройства и датчики, которые могут быть в микроконтроллере 340 или иным образом подсоединены к электронной сигарете. В одном из вариантов электронная сигарета может также содержать резистор 357 обратной связи и резистор 358 задания коэффициента усиления.
На фигурах 9-11 приведены графики выходного опорного сигнала и выходного сигнала датчика массового расхода воздуха. В рассматриваемом варианте опорный сигнал 460 нормализован относительно базового уровня 2,0 вольт. В других вариантах опорный сигнал 460 может быть нормализован относительно другого базового уровня. Опорный сигнал 460 состоит из смещенной средней величины сигнала расхода воздуха, когда воздушный поток отсутствует. В этом случае может быть установлен опорный уровень для состояния отсутствия потока. Тогда выходной сигнал 461 датчика массового расхода воздуха относительно опорного сигнала может быть приведен к базовому уровню 2,0 В. Когда выходной сигнал датчика массового расхода воздуха снижается ниже заданного порогового значения, опорный сигнал 460 будет нормализовывать это изменение относительно базового уровня. В этом случае возможны небольшие изменения параметров внешней среды, такие как изменения температуры или снижение уровня заряда батарейки, без смещения выходного сигнала 461 датчика массового расхода воздуха относительно опорного сигнала. Когда выходной сигнал превышает заданное пороговое значение, опорный сигнал 460 будет оставаться на ранее нормализованном базовом уровне, и выходной сигнал 461 датчика массового расхода воздуха относительно опорного сигнала будет изменяться пропорционально количеству текучей среды, обтекающей датчик. Когда текучая среда обтекает датчик массового расхода воздуха, выходной сигнал этого датчика может изменяться пропорционально объему или скорости текучей среды, протекающей возле датчика.
Когда опорный базовый уровень нарушается, выходной сигнал датчика может измениться, однако со скоростью изменения, не превышающей заданного порогового значения, и в этом случае микроконтроллер может нормализовать опорный сигнал 460 и приводить выходной сигнал 461 датчика массового расхода воздуха относительно опорного сигнала к требуемому базовому уровню. Воздействие на датчик массового расхода воздуха может быть электрическим или механическим. Воздействие на датчик массового расхода воздуха может также происходить из-за изменения температуры текучей среды, обтекающей датчик. В некоторых вариантах микроконтроллер может изменять выходную мощность, подаваемую на распылитель или на нагревательную спираль, в соответствии с измеренным количеством текучей среды или воздуха, обтекающего датчик. Путем изменения выходной мощности микроконтроллер может лучше регулировать температуру распылителя или нагревательной спирали. В одном из вариантов микроконтроллер может использовать данные, полученные из датчика расхода, для осуществления работы нагревателя электронной сигареты при постоянной температуре в условиях изменений интенсивности потока среды. Эта постоянная температура может обеспечивать улучшение ощущений пользователя, поскольку ароматизатор или экстракт внутри картомайзера электронной сигареты будет испаряться при постоянной температуре.
На фигуре 12 приведена блок-схема алгоритма осуществления способа, посредством которого микроконтроллер или другой компонент может обрабатывать сигналы, поступающие из датчика массового расхода воздуха или из другого устройства. На стадии 500 микроконтроллер может осуществлять мониторинг сигнала, поступающего из датчика массового расхода воздуха. Когда микроконтроллер обнаруживает изменение сигнала датчика, мониторинг которого осуществляется на стадии 500, он может определить, опустился ли сигнал датчика ниже запрограммированного порогового значения (стадия 501). Если изменение сигнала датчика в течение некоторого временного интервала ниже запрограммированного порогового значения, микроконтроллер или другой компонент может нормализовать опорный сигнал и сравниваемый сигнал относительно заданного базового уровня (стадия 502). В одном из вариантов исходный опорный сигнал может быть установлен на базовом уровне 2,0 вольт. Затем микроконтроллер продолжает осуществлять на стадии 500 мониторинг сигнала датчика массового расхода воздуха для обнаружения изменения этого сигнала. Если изменение сигнала датчика во времени превышает запрограммированное пороговое значение (стадия 501), то микроконтроллер или другой компонент вычисляет разность между опорным сигналом и сравниваемым сигналом (стадия 503). На стадии 504 микроконтроллер или другой компонент может осуществлять управление работой устройства, датчика или другого компонента в соответствии с разностью между опорным сигналом и сравниваемым сигналом. Затем управление переходит на стадию 500, и микроконтроллер или другой компонент продолжает осуществлять мониторинг сигнала датчика массового расхода воздуха для обнаружения изменения этого сигнала во времени.
В одном из вариантов микроконтроллер может определять количество воздуха, обтекающего датчик массового расхода воздуха по разности между опорным сигналом и сравниваемым сигналом. В другом варианте микроконтроллер может определять количество воздуха, протекающего через корпус электронной сигареты, по разности между опорным сигналом и сравниваемым сигналом. Когда микроконтроллер определяет или оценивает количество воздуха, обтекающего датчик массового расхода воздуха или протекающего через корпус электронной сигареты, микроконтроллер может изменять выходную мощность, подаваемую на распылитель или нагреватель. Микроконтроллер может изменять выходную мощность для поддержания температуры распылителя или нагревателя на постоянном уровне или может иным образом регулировать работу распылителя или нагревателя.
Настоящее изобретение может использоваться для измерения и мониторинга массового потока, перепада давлений и/или скорости воздуха в таких применениях, как, например, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в автомобильной промышленности, в медицинских респираторах, в медицинских вентиляторах, в дизельных генераторах и двигателях (например, для контроля расхода топлива), в устройствах доставки лекарства в организм пациента, в биомедицинских аналитических приборах и т.п.
Термин "компьютер" или "микрокомпьютер", как они используются в настоящем описании, означает аппарат, устройство, схему, компонент или модуль или же любую систему аппаратов, устройств, схем, компонентов, модулей или т.п., которые способны обрабатывать данные в соответствии с одной или несколькими командами, таких как, например, процессор, микропроцессор, центральный процессор, универсальный компьютер или т.п., или же группа процессоров, микропроцессоров, центральных процессоров, универсальных компьютеров и т.п.
Термин "машиночитаемый носитель", как он используется в настоящем описании, означает любой носитель, который участвует в обеспечении данных (например, команд), которые могут быть считаны компьютером. Такие носители могут иметь различные формы, в том числе носители, сохраняющие информацию при отключении питания, носители, теряющие информацию при отключении питания, и средства передачи информации. Носители, не теряющие информацию при отключении питания, могут включать, например, оптические или магнитные диски и другие устройства постоянной памяти. Носители, теряющие информацию при отключении питания, могут включать динамическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). К средствам передачи информации относятся коаксиальные кабели, медные и волоконно-оптические проводники, в том числе провода, составляющие системную шину, соединенную с процессором. Среда передачи может включать акустические волны, световые волны и электромагнитные волны, например, используемые для передачи данных по линиям радиосвязи или ИК-связи. Типичными видами машиночитаемых носителей являются, например, гибкие диски, жесткие диски, магнитная лента и другие магнитные носители, любые другие оптические носители, ОЗУ, ППЗУ, ЭППЗУ, устройства флеш-памяти и другие чипы или картриджи памяти, несущие колебания, переносящие информацию (см. ниже), или любой другой носитель, с которого компьютер может считывать информацию.
Различные формы машиночитаемых носителей могут использоваться для передачи последовательностей команд в компьютер. Например, последовательности команд могут быть переданы из ОЗУ в процессор, могут быть переданы по линии беспроводной связи, и/или могут быть сформированы с использованием различных форматов, стандартов или протоколов, известных специалистам на дату настоящего описания.
Указания "включающий", "содержащий" и их производные, используемые в настоящем описании, означают "включающий (без ограничения)", если в явной форме не указано иное.
Указания единственного числа в настоящем описании означают "один или несколько", если в явной форме не указано иное.
Устройства, обменивающиеся информацией друг с другом, необязательно должны быть связаны друг с другом постоянно, если в явной форме не указано иное. Кроме того, устройства, обменивающиеся информацией друг с другом, могут делать это напрямую или опосредованно через одно или несколько промежуточных звеньев.
Хотя стадии процессов, способов и алгоритмов могут быть описаны в определенном порядке, такие процессы, способы и алгоритмы могут выполняться и в другом порядке. Иначе говоря, любая последовательность или порядок стадий, которые указаны в настоящем описании, не означает, что стадии должны выполняться только в указанном порядке. Стадии процессов, способов или алгоритмов, рассмотренных в настоящем описании, могут выполняться на практике в любом порядке, если он приводит к необходимому результату. Кроме того, некоторые стадии могут выполняться одновременно.
Когда в настоящем описании указывается одно устройство или один элемент, будет понятно, что вместо одного устройства или одного элемента может использоваться несколько таких устройств или элементов. Когда в настоящем описании указывается несколько устройств или элементов, будет понятно, что вместо нескольких устройств или элементов может использоваться одно устройство или один элемент. Функциональные возможности или особенности устройства могут быть реализованы в других вариантах с использованием одного или нескольких устройств, которые не указываются в настоящем описании как имеющие такие функциональные возможности или особенности.
1. Электронная сигарета, содержащая:
корпус;
распылитель внутри корпуса;
микроконтроллер;
источник питания внутри корпуса, электрически соединенный с микроконтроллером и распылителем; и
датчик массового расхода воздуха, содержащий множество термопар и нагреватель, причем датчик массового расхода воздуха электрически соединен с микроконтроллером.
2. Электронная сигарета по п. 1, в которой микроконтроллер сконфигурирован для формирования опорного базового уровня.
3. Электронная сигарета по п. 2, в которой микроконтроллер также сконфигурирован для сравнения выходного сигнала датчика массового расхода воздуха с опорным базовым уровнем.
4. Электронная сигарета по п. 1, в которой распылитель содержит нагреватель.
5. Электронная сигарета по п. 1, в которой микроконтроллер содержит микрокомпьютер, запоминающее устройство и интерфейс.
6. Электронная сигарета по п. 1, в которой микроконтроллер сконфигурирован для использования данных о расходе для определения направления потока.
7. Электронная сигарета по п. 6, в которой микроконтроллер также сконфигурирован для ограничения включения нагревателя в соответствии с направлением воздушного потока.
8. Электронная сигарета по п. 1, в которой микроконтроллер сконфигурирован для документирования данных о расходе среды.
9. Электронная сигарета по п. 1, в которой микроконтроллер сконфигурирован для использования данных о расходе для определения количества воздуха, проходящего через корпус.
10. Электронная сигарета по п. 9, в которой микроконтроллер также сконфигурирован для изменения выходной мощности, подаваемой на распылитель, в соответствии с количеством воздуха, проходящим через корпус.
11. Электронная сигарета, содержащая:
первый кожух и второй кожух;
распылитель внутри первого кожуха;
микроконтроллер внутри второго кожуха, содержащий схему получения данных и аналого-цифровой преобразователь;
источник питания внутри второго кожуха, выполненный с возможностью электрического соединения с микроконтроллером и распылителем; и
датчик расхода, содержащий множество термопар и нагреватель, причем датчик расхода электрически соединен с микроконтроллером,
причем первый кожух выполнен с возможностью соединения со вторым кожухом.
12. Электронная сигарета по п. 11, в которой микроконтроллер сконфигурирован для формирования опорного базового уровня.
13. Электронная сигарета по п. 12, в которой микроконтроллер также сконфигурирован для сравнения выходного сигнала датчика массового расхода воздуха с опорным базовым уровнем.
14. Электронная сигарета по п. 11, в которой распылитель содержит нагреватель.
15. Электронная сигарета по п. 11, в которой микроконтроллер содержит микрокомпьютер, запоминающее устройство и интерфейс.
16. Электронная сигарета по п. 11, в которой микроконтроллер сконфигурирован для использования данных о расходе для определения направления потока.
17. Электронная сигарета по п. 11, в которой датчик массового расхода воздуха содержит опорную пластинку и термостолбик.
18. Электронная сигарета, содержащая:
распылитель;
микроконтроллер, содержащий схему получения данных и аналого-цифровой преобразователь;
источник питания, электрически соединенный с микроконтроллером и распылителем; и
датчик расхода, содержащий множество термопар и нагреватель, причем датчик расхода электрически соединен с микроконтроллером.
19. Электронная сигарета по п. 18, в которой распылитель содержит нагреватель.
20. Электронная сигарета по п. 18, в которой микроконтроллер содержит микрокомпьютер, запоминающее устройство и интерфейс.
