Определение температуры
Предложены способ и устройство для определения температуры воспринимающего элемента устройства, генерирующего аэрозоль, причем воспринимающий элемент выполнен с возможностью индукционного нагрева резонансным RLC-контуром. Устройство содержит контроллер и выполнено с возможностью при использовании определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура и определения температуры воспринимающего элемента на основе определенной частотной характеристики. Изобретение позволяет определить температуру воспринимающего элемента, например, для управления нагреванием материала для генерации аэрозоля, например для предотвращения нагревания выше определенной температуры, например, чтобы он не сгорал или обугливался или чтобы он был нагрет до определенной температуры или, например, в соответствии с определенным температурным профилем. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.
Определение температуры
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам и способам определения температуры воспринимающего элемента устройства, генерирующего аэрозоль, более конкретно, воспринимающего элемента, выполненного с возможностью индукционного нагрева с помощью резонансного RLC-контура.
Уровень техники
В курительных изделиях, таких как сигареты, сигары и т.п., при использовании сжигают табак для образования табачного дыма. Были предприняты попытки предложить альтернативы этим изделиям, путем создания продуктов, в которых вещества высвобождаются без сжигания. Примерами таких продуктов являются так называемые продукты «нагревать, но не сжигать» или нагревающие табак устройства или продукты, в которых соединения выделяются при нагревании материала, а не его сжигания. Этот материал может быть, например, табаком или другим, не табачным продуктом, который может как содержать, так и не содержать никотин.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство для определения температуры воспринимающего элемента устройства, генерирующего аэрозоль, при этом воспринимающий элемент выполнен с возможностью индукционного нагрева с помощью резонансного RLC-контура, указанное устройство выполнено с возможностью: определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура; и определения на основе определенной частотной характеристики температуры воспринимающего элемента.
Эта частотная характеристика может быть резонансной частотой резонансного RLC-контура.
Эта частотная характеристика может характеризовать частотный диапазон пика амплитудно-частотной характеристики RLC-контура.
Устройство может быть выполнено с возможностью: определения данных, которые характеризуют температуру в зависимости от частотной характеристики; при этом температуру определяют на основе определенных данных и определенной частотной характеристики.
Данные могут содержать один или несколько параметров функциональной формы, которая описывает температуру в зависимости от частотной характеристики.
Данные могут представлять коэффициент пропорциональности между температурой и частотной характеристикой.
Данные могут содержать серию точек данных температуры, которые измерены в зависимости от частотной характеристики.
Устройство может быть выполнено с возможностью: определения на основе определенной частотной характеристики сопротивления RLC-контура; при этом определение температуры основано на определенном сопротивлении RLC-контура.
Устройство может быть выполнено с возможностью: определения температурного коэффициента сопротивления воспринимающего элемента; при этом определение температуры основано на определенном сопротивлении и определенном температурном коэффициенте сопротивления.
Устройство может быть выполнено с возможностью: определения контрольной характеристики, которая характеризует частотную характеристику при контрольной температуре; сравнения определенной частотной характеристики с определенной контрольной характеристикой; при этом определение температуры основано на сравнении определенной частотной характеристики с контрольной характеристикой.
Устройство может быть выполнено с возможностью: измерения контрольной характеристики, по существу, при запуске устройства, генерирующего аэрозоль, и/или, по существу, при установке нового воспринимающего элемента и/или замене воспринимающего элемента в устройстве, генерирующем аэрозоль, и/или, по существу, при установке новой катушки индуктивности и/или замене катушки индуктивности в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Устройство может быть выполнено с возможностью: измерения электрического параметра RLC-контура в зависимости от частоты возбуждения, на которой возбуждается RLC-контур; при этом определение частотной характеристики основано на измеренном электрическом параметре RLC-контура в зависимости от частоты возбуждения, на которой возбуждается RLC-контур.
Электрический параметр может быть напряжением, измеренным на катушке индуктивности RLC-контура, при этом катушка индуктивности выполнена с возможностью передачи энергии на воспринимающий элемент.
Измерение электрического параметра может быть пассивным измерением.
Электрический параметр может характеризовать ток, индуцированный в измерительной катушке с помощью катушки индуктивности RLC-контура, при этом катушка индуктивности выполнена с возможностью передачи энергии на воспринимающий элемент.
Электрический параметр может характеризовать ток, индуцированный в токосъемной катушке с помощью элемента электропитания, при этом элемент электропитания выполнен с возможностью подачи напряжения на возбуждающий элемент, а возбуждающий элемент выполнен с возможностью возбуждения RLC-контура.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложено устройство для генерации аэрозоля, содержащее: воспринимающий элемент, который выполнен с возможностью нагревания материала для генерации аэрозоля при использовании; резонансный RLC-контур, который выполнен с возможностью индукционного нагрева воспринимающего элемента при использовании; и устройство, соответствующее первому аспекту.
Воспринимающий элемент может содержать никель.
Воспринимающий элемент может содержать основу с нанесенным покрытием из никеля.
Толщина покрытия из никеля может быть меньше, по существу, 5 мкм или, по существу, может находиться в диапазоне от 2 мкм до 3 мкм.
Покрытие из никеля может быть нанесено на основу гальваническим способом.
Воспринимающий элемент может содержать один или несколько следующих материалов: сталь, железо и кобальт.
Воспринимающий элемент может быть листом из мягкой стали.
Толщина листа из мягкой стали может находиться в диапазоне, по существу, от 10 мкм до, по существу, 50 мкм или толщина может составлять, по существу, 25 мкм.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен способ определения температуры воспринимающего элемента устройства, генерирующего аэрозоль, при этом воспринимающий элемент выполнен с возможностью индукционного нагрева с помощью резонансного RLC-контура, указанный способ включает в себя: определение частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура; и определение на основе определенной частотной характеристики температуры воспринимающего элемента.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, предложена компьютерная программа, которая, при исполнении системой обработки, вызывает выполнение системой обработки способа, соответствующего третьему аспекту.
Дополнительные признаки и достоинства изобретения будут ясны из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, приведенного только в качестве примера и со ссылками на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематично показывает устройство для генерации аэрозоля, которое соответствует одному примеру;
фиг. 2а - схематично показывает резонансный RLC-контур, который соответствует первому примеру;
фиг. 2b - схематично показывает резонансный RLC-контур, который соответствует второму примеру;
фиг. 2с - схематично показывает резонансный RLC-контур, который соответствует третьему примеру;
фиг. 3а - схематично показывает пример амплитудно-частотной характеристики для примера резонансного RLC-контура;
фиг. 3b - схематично показывает пример амплитудно-частотной характеристики для примера резонансного RLC-контура при двух разных температурах Т1 и Т2 воспринимающего элемента, в соответствии с одним примером;
фиг. 3с - схематично показывает пример амплитудно-частотной характеристики примера резонансного RLC-контура при двух разных температурах Т1 и Т2 воспринимающего элемента, в соответствии с другим примером; и
фиг. 4 - схематично показывает блок-схему примера способа.
Подробное описание изобретения
Индукционное нагревание представляет собой процесс нагревания электропроводящего объекта (или воспринимающего элемента) с помощью электромагнитной индукции. Индукционный нагреватель может содержать электромагнит и устройство для прохождения изменяющегося электрического тока, такого как переменный ток, через электромагнит. Изменяющийся электрический ток в электромагните генерирует изменяющееся магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле проникает в воспринимающий элемент, который подходящим образом расположен относительно электромагнита, в результате чего внутри воспринимающего элемента генерируются вихревые токи. Воспринимающий элемент обладает электрическим сопротивлением вихревым токам и, следовательно, протекание вихревых токов при этом сопротивлении приводит к нагреванию воспринимающего элемента за счет джоулева выделения теплоты. В случаях, когда воспринимающий элемент содержит ферромагнитный материал, такой как железо, никель или кобальт, тепло также может быть генерировано благодаря потерям из-за магнитного гистерезиса в воспринимающем элементе, то есть из-за изменения ориентации магнитных диполей в магнитном материале в результате их выравнивания относительно изменяющегося магнитного поля.
При индукционном нагреве, по сравнению, например, с нагреванием за счет теплопроводности, тепло генерируется внутри воспринимающего элемента, что дает возможность быстрого нагревания. Далее, отсутствует необходимость в физическом контакте между индукционным нагревателем и воспринимающим элементом, что дает больше свободы при проектировании и применении.
Электрический резонанс возникает в электрической цепи на конкретной резонансной частоте, когда мнимые части импедансов или полной проводимости элементов цепи взаимно уничтожаются. Одним примером электрической цепи, в которой возникает электрический резонанс, является RLC-контур, обладающий сопротивлением (R), которое создает резистор, индуктивностью (L), которую обеспечивает катушка индуктивности, и емкостью (С), которую обеспечивает конденсатор, при этом резистор, катушка индуктивности и конденсатор соединены последовательно. Резонанс возникает в RLC-контуре благодаря тому, что уменьшающееся магнитное поле катушки индуктивности генерирует электрический ток в ее обмотках, который заряжает конденсатор, при этом разряжающийся конденсатор обеспечивает электрический ток, который создает магнитное поле в катушке индуктивности. Когда контур возбуждается на резонансной частоте, импеданс последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора находится на минимуме, а ток контура максимален. Резонансная частота и частотный диапазон резонансного RLC-контура зависят от емкости, индуктивности и сопротивления контура.
На фиг. 1 схематично показан пример устройства 150, генерирующего аэрозоль, которое содержит резонансный RLC-контур 100 для индукционного нагрева материала 164 для генерации аэрозоля с помощью воспринимающего элемента 116. В некоторых примерах воспринимающий элемент 116 и материал 164 для генерации аэрозоля образуют объединенный блок, который может быть вставлен в устройство 150, генерирующее аэрозоль, и/или может быть извлечен из устройства 150, генерирующего аэрозоль, или он может быть одноразовым. Устройство 150, генерирующее аэрозоль, является ручным устройством. Устройство 150, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью нагревания материала 164 для генерации аэрозоля с целью генерации аэрозоля для вдыхания пользователем.
Заметим, что в настоящем документе термин «материал для генерации аэрозоля» включает в себя материалы, которые при нагревании образуют испаренные компоненты, обычно в виде пара или аэрозоля. Материал для генерации аэрозоля может быть материалом, не содержащим табак, или материалом, содержащим табак. Материал для генерации аэрозоля может, например, содержать один или несколько следущих элементов: собственно табак, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак, экстракт табака, гомогенизированный табак или заменители табака. Материал для генерации аэрозоля может быть в виде размолотого табака, резанного табака, прессованного табака, восстановленного табака, восстановленного материала, жидкости, геля, загущенного листа, порошка или агломератного материала и т.п. Материал для генерации аэрозоля также может содержать другие, не табачные, продукты, которые, в зависимости от продукта, могут как содержать, так и не содержать никотин. Материал для генерации аэрозоля может содержать один или несколько увлажнителей, таких как глицерин или пропиленгликоль.
Как показано на фиг. 1, устройство 150, генерирующее аэрозоль, содержит внешний корпус 151, в котором расположен резонансный RLC-контур 100, воспринимающий элемент 116, материал 164 для генерации аэрозоля, контроллер 114 и батарея 162. Батарея выполнена с возможностью подачи электрической энергии на резонансный RLC-контур 100. Контроллер 114 выполнен с возможностью управления резонансным RLC-контуром 100, например, путем управления напряжением, подаваемым на резонансный RLC-контур 100 от батареи 162, и частотой f, на которой возбуждается резонансный RLC-контур 100. Резонансный RLC-контур выполнен с возможностью индукционного нагрева воспринимающего элемента 116. Воспринимающий элемент 116 выполнен с возможностью нагревания материала 164 для генерации аэрозоля с целью генерации аэрозоля при использовании. Внешний корпус 151 содержит мундштук 160 для того, чтобы предоставить возможность аэрозолю, который генерирован при использовании, выходить из устройства 150.
При использовании пользователь может запустить контроллер 114, например, с помощью кнопки (не показана) или устройства обнаружения затяжки (не показано), которое хорошо известно, чтобы возбудить резонансный RLC-контур, например, при резонансной частоте fr резонансного RLC-контура 100. Таким образом, резонансный контур 100 индукционно нагревает воспринимающий элемент 116, который, в свою очередь, нагревает материал 164 для генерации аэрозоля и, таким образом, вызывает генерацию аэрозоля с помощью материала 164 для генерации аэрозоля. Аэрозоль генерируется в воздухе, который втягивается в устройство 150 из входного отверстия (не показано) для воздуха и который, таким образом, переносится к мундштуку 160, где аэрозоль выходит из устройства 150.
Контроллер 114 и устройство 150 в целом могут быть выполнены с возможностью нагревания материала для генерации аэрозоля до некоторого диапазона температур с целью испарения по меньшей мере одного компонента материала для генерации аэрозоля без сжигания материала для генерации аэрозоля. Например, упомянутый диапазон температур может составлять примерно от 50°C до примерно 350°C, например, примерно от 50°C до примерно 250°C, примерно от 50°C до примерно 150°C, примерно от 50°C до примерно 120°C, примерно от 50°C до примерно 100°C, примерно от 50°C до примерно 80°C или примерно от 60°C до примерно 70°C. В некоторых примерах упомянутый диапазон температур составляет примерно от 170°C до примерно 220°C. В некоторых примерах диапазон температур может отличаться от указанного диапазона и верхний предел диапазона температур может быть больше 300°C.
Желательно определить температуру воспринимающего элемента 116, например, для управления нагреванием материала 164 для генерации аэрозоля, например, для предотвращения нагревания выше определенной температуры, например, чтобы он не сгорал или обугливался или чтобы он был нагрет до определенной температуры или, например, в соответствии с определенным температурным профилем. Например, может быть желательно, чтобы температура воспринимающего элемента 116 не превышала 400°C, чтобы воспринимающий элемент 116 не вызывал горение или обугливание материала 164 для генерации аэрозоля. Следует понимать, что может существовать разница между температурой воспринимающего элемента 116 и температурой материала 164 для генерации аэрозоля в целом, например, в ходе разогревания воспринимающего элемента 116, например, при большой скорости нагревания. Следовательно, понятно, что в некоторых примерах значение температуры, до которой должна регулироваться температура воспринимающего элемента 116 или которое не должно быть превышено для воспринимающего элемента 116, может быть выше температуры, до которой желательно нагревать материал 164 для генерации аэрозоля или которая не должна быть превышена для материала 164 для генерации аэрозоля.
В соответствии с примерами настоящего изобретения, устройство (например, контроллер 114) выполнено с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116. Вообще говоря, и как более подробно описано ниже, контроллер 114 выполнен с возможностью определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура 100. Частотная характеристика изменяется при изменении температуры воспринимающего элемента 116. Частотная характеристика, например, может быть резонансной частотой или частотным диапазоном пика. Контроллер выполнен с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116 на основе определенной частотной характеристики. Определение температуры воспринимающего элемента 116 исходя из частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура 100, позволяет определить температуру воспринимающего элемента 116 без физического контакта с воспринимающим элементом 116 и, следовательно, например, позволяет получить больше свободы при проектировании устройства 150, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 2а показан пример резонансного RLC-контура 100, который выполнен с возможностью индукционного нагрева воспринимающего элемента 116. Резонансный контур 100 содержит резистор 104, конденсатор 106 и катушку 108 индуктивности, которые соединены последовательно. Резонансный контур 100 обладает сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью С.
Индуктивность L контура 100 обеспечивается катушкой 108 индуктивности, которая выполнена с возможностью индукционного нагрева воспринимающего элемента 116. Индукционный нагрев воспринимающего элемента 116 осуществляется с помощью переменного магнитного поля, создаваемого катушкой 108 индуктивности, что, как упомянуто выше, генерирует джоулево нагревание и/или потери из-за магнитного гистерезиса в воспринимающем элементе 116. Участок с индуктивностью L контура 100 может объясняться магнитной проницаемостью воспринимающего элемента 116. Переменное магнитное поле, генерируемое катушкой 108 индуктивности, создается с помощью переменного тока, протекающего через катушку 108 индуктивности. Переменный ток, протекающий через катушку 108 индуктивности, является переменным током через резонансный RLC-контур 100. Катушка 108 индуктивности, например, может быть в виде проволочной спирали, например, медной катушки. Катушка 108 индуктивности может содержать, например, литцендрат, например, провод, содержащий некоторое количество отдельных изолированных скрученных вместе проводов. Литцендраты могут быть особенно полезны тогда, когда используют частоты f возбуждения в диапазоне МГц, так как при этои уменьшаются потери энергии из-за скин- эффекта, что хорошо известно. При этих сравнительно высоких частотах, нужны меньшие значения индуктивности. В качестве другого примера катушка 108 индуктивности может быть спиральной дорожкой на печатной плате. Использование спиральной дорожки на печатной плате может быть полезно, так как создается жесткая и отдельная дорожка, поперечное сечение которой устраняет необходимость в литцендрате (который может быть дорогим) и которая может быть изготовлена с высокой повторяемостью при низких затратах. Хотя показана одна катушка 108 индуктивности, ясно, что может быть более одной катушки индуктивности, которые выполнены с возможностью индукционного нагрева одного или нескольких воспринимающих элементов 116.
Емкость С контура 100 обеспечивается конденсатором 106. Конденсатор 106 может быть, например, керамическим конденсатором класса 1, например, COG конденсатором. Емкость С также может содержать паразитную емкость контура 100; тем не менее эта емкость является пренебрежимо малой или может быть сделана пренебрежимо малой по сравнению с емкостью С, обеспечиваемой конденсатором 106.
Сопротивление R контура 100 обеспечивается резистором 104, сопротивлением дорожки или провода, которые соединяют компоненты резонансного контура 100, сопротивлением катушки 108 индуктивности и сопротивлением току, который протекает в резонансном контуре 100 и который обеспечивается воспринимающим элементом 116, который выполнен для передачи энергии с катушкой 108 индуктивности. Понятно, что контур 100 не обязательно содержит резистор 104 и сопротивление R в контуре 100 может быть обеспечено сопротивлением соединительной дорожки или провода, катушкой 108 индуктивности и воспринимающим элементом 116.
Контур 100 возбуждается управлеющей мостовой схемой 102. Управляющая мостовая схема 102 является возбуждающим элементом для обеспечения переменного тока в резонансном контуре 100. Управляющая мостовая схема 102 соединена с источником 110 постоянного напряжения VSUPP и с электрическим заземлением GND 112. Источник 110 постоянного напряжения VSUPP 110 может быть, например, батареей 162. Мостовая схема 102 может быть интегральной схемой или может содержать дискретные переключающие компоненты (не показаны), которые могут быть полупроводниковыми или механическими. Управляющая мостовая схема 102 может быть, например, высокоэффективным мостовым выпрямителем. Хорошо известная управляющая мостовая схема 102 может обеспечить переменный ток в контуре 100 от источника 110 постоянного напряжения VSUPP благодаря изменению направления (и далее восстановления) напряжения на контуре с помощью переключающих компонентов (не показаны). Указанное может быть полезным, так как это позволяет подавать электрическую энергию на резонансный RLC-контур с помощью батареи постоянного тока и позволяет управлять частотой переменного тока.
Управляющая мостовая схема 102 соединена с контроллером 114. Контроллер 114 управляет мостовой схемой 102 или ее компонентами (не показаны) для создания переменного тока I в резонансном RLC-контуре 100 с заданной частотой f возбуждения. Например, частота f возбуждения может быть в диапазоне МГц, например, от 0,5 до 4 МГц, например, в диапазоне от 2 до 3 МГц. Понятно, что могут быть использованы другие частоты f или диапазоны частот, например, в зависимости от используемых конкретного резонансного контура 100 (и/или его компонентов), воспринимающего элемента 116 и/или возбуждающего элемента 102. Например, понятно, что резонансная частота fr RLC-контура 100 зависит от индуктивности L и емкости C контура 100, которые в свою очередь зависят от катушки 108 индуктивности, конденсатора 106 и воспринимающего элемента 116. Диапазон частот f возбуждения может быть в области резонансной частоты fr конкретного RLC-контура 100 и/или, например, используемого воспринимающего элемента 116. Также понятно, что используемые резонансный контур 100 и/или частота возбуждения или диапазон частот f возбуждения могут быть выбраны на основе других факторов для заданного воспринимающего элемента 116. Например, для улучшения передачи энергии от катушки 108 индуктивности на воспринимающий элемент 116, может быть полезно обеспечить малую глубину проникновения (то есть, глубину от поверхности воспринимающего элемента 116, на которой поглощается переменное магнитное поле из катушки 108 индуктивности), например, меньше толщины материала воспринимающего элемента 116 в количество раз, равное двум или трем. Глубина скин-слоя отличается для разных материалов и зависит от конструкции воспринимающих элементов 116, и она уменьшается при увеличении частоты f возбуждения. Следовательно, в некоторых примерах может быть полезно использовать сравнительно высокие частоты f возбуждения. С другой стороны, например, для уменьшения доли электрической энергии, которую подают на резонансный контур 100 и/или возбуждающий элемент 102 и которая теряется в электронике, может быть полезно использовать меньшие частоты f возбуждения. Следовательно, в некоторых примерах может быть выбран надлежащий и/или желаемый компромисс между указанными факторами.
Как упомянуто выше, контроллер 114 выполнен с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116 посредством определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура и определения температуры воспринимающего элемента 116 на основе определенной частотной характеристики.
На фиг. 3а схематично показана амплитудно-частотная характеристика 300 резонансного контура 100. В примере с фиг. 3a, амплитудно-частотная характеристика 300 резонансного контура 100 показана с помощью схематичного графика тока I, протекающего в контуре 100 в зависимости от частоты f возбуждения, на которой мостовая схема 102 возбуждает контур.
Резонансный контур 100 с фиг. 2a имеет резонансную частоту fr , при которой импеданс Z последовательно соединенных катушки 108 индуктивности и конденсатора 106 минимален и, следовательно, ток I контура максимален. Следовательно, как показано на фиг. 2a, когда мостовая схема 102 возбуждает контур 100 на резонансной частоте fr , переменный ток I в контуре 100 и, следовательно, в катушке 108 индуктивности будет максимальным Imax. Следовательно, колеблющееся магнитное поле, создаваемое катушкой 108 индуктивности, будет максимальным и, таким образом, максимальным индуктивное нагревание воспринимающего элемента 116 с помощью катушки 108 индуктивности. Когда мостовая схема 102 возбуждает контур 100 на частоте f, которая не является резонансной частотой, то есть которая больше или меньше резонансной частоты fr , переменный ток I в контуре 100 и, следовательно, в катушке 108 индуктивности будет меньше максимального и, таким образом, колеблющееся магнитное поле, генерируемое катушкой 108 индуктивности, будет меньше максимального и, следовательно, индукционный нагрев воспринимающего элемента 116 катушкой 108 индуктивности будет меньше максимального. Следовательно, как показано на фиг. 3а, частотная характеристика 300 резонансного контура 100 содержит пик, отцентрированный относительно резонансной частоты fr , и она уменьшается при частотах, которые больше и меньше резонансной частоты fr .
Как упомянуто выше, контроллер 114 выполнен с возможностью определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура 100. Указанная характеристика пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 может быть, например, резонансной частотой fr относительно которой центрирован пик. В качестве другого примера, указанная характеристика пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 может представлять собой ширину пика. Ширина пика может характеризоваться частотным диапазоном B пика, который в примере, показанном на фиг. 3а, является полной шириной пика при Imax/
.
В некоторых примерах для определения частотной характеристики пика контроллер 114 выполнен с возможностью измерения амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура 100. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью измерения некоторого электрического параметра RLC-контура 100 в зависимости от частоты f возбуждения, на которой возбуждается RLC-контур. Контроллер 114 может содержать тактовый генератор (не показан) для определения абсолютной частоты, на которой должен возбуждаться RLC-контур. Контроллер 114 может быть выполнен с возможностью управления мостовой схемой 102 для сканирования диапазона частот f возбуждения в течении некоторого периода времени. Электрический параметр RLC-контура 100 может быть измерен в ходе сканирования частот возбуждения и, следовательно, может быть определена амплитудно-частотная характеристика 300 RLC-контура 100 в зависимости от частоты f возбуждения.
Измерение электрического параметра может быть пассивным измерением, то есть измерением, которое не предполагает какого-либо прямого электрического контакта с резонансным контуром 100.
Например, снова обращаясь к примеру, который показан на фиг. 2а, электрический параметр может характеризовать ток, индуцированный в измерительной катушке 120а катушкой 108 индуктивности RLC-контура 100. Как показано на фиг. 2a, измерительная катушка 120a расположена для передачи энергии от катушки 108 индуктивности и выполнена с возможностью определения тока I, протекающего в контуре 100. Измерительная катушка 120а может быть, например, катушкой из провода или дорожкой на печатной плате. Например, в случае, когда катушка 108 индуктивности является дорожкой на печатной плате, измерительная катушка 120а может быть дорожкой на печатной плате и может быть расположена выше или ниже катушки 108 индуктивности, например, в плоскости, которая параллельна плоскости катушки 108 индуктивности. В качестве другого примера, в примере, в котором присутствует более одной катушки 108 индуктивности, измерительная катушка 120а может быть расположена между катушками 108 индуктивности для передачи энергии от обеих катушек индуктивности. Например, в случае катушек 108 индуктивности, которые являются дорожками на печатной плате и которые расположены в плоскостях, параллельных друг другу, измерительная катушка 120а может быть дорожкой на печатной плате, расположенной между двумя катушками индуктивности и в плоскости, параллельной катушкам 108 индуктивности.
В любом случае переменный ток I, протекающий в контуре 100 и, следовательно, в катушке 108 индуктивности, вызывает генерацию переменного магнитного поля катушкой 108 индуктивности. Переменное магнитное поле индуцирует ток в измерительной катушке 120а. Ток, индуцированный в измерительной катушке 120а, создвет напряжение VIND на измерительной катушке 120а. Напряжение VIND на измерительной катушке 120а может быть измерено, и оно пропорционально току I, текущему в RLC-контуре 100. Напряжение VIND на измерительной катушке 120а может быть записано в зависимости от частоты f возбуждения, на которой мостовая схема 102 возбуждает резонансный контур 100 и, следовательно, может быть определена амплитудно-частотная характеристика 300 контура 100. Например, контроллер 114 может записать измерение напряжения VIND на измерительной катушке 120а в зависимости от частоты f, на которой он управляет мостовой схемой 102 для получения переменного тока в резонансном контуре 100. Далее контроллер может анализировать амплитудно-частотную характеристику 300 для определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300, например, резонансной частоты fr, относительно которой центрирован пик, или определения частотного диапазона B пика.
На фиг. 2b показан другой пример пассивного измерения электрического параметра RLC-контура 100. Фиг. 2b совпадает с фиг. 2а за исключением того, что измерительная катушка 120а с фиг. 2а заменена токосъемной катушкой 120b. Как показано на фиг. 2b, токосъемная катушка 120b расположена так, чтобы перекрывать участок магнитного поля, создаваемого проводом или дорожкой 110 подачи постоянного напряжения, когда текущий через нее ток изменяется из-за изменения потребления RLC-контуром 100. Магнитное поле, создаваемое благодаря изменениям тока, текущего в проводе или дорожке 110 подачи постоянного напряжения, индуцирует ток в токосъемной катушке 120b, что создает напряжение VIND на токосъемной катушке 120b. Например, хотя в идеальном случае ток, текущий в проводе или дорожке 110 подачи постоянного напряжения, будет только постоянным током, на практике ток, текущий в проводе или дорожке 110 подачи постоянного напряжения, может быть модулированным до некоторой степени, например, с помощью мостовой схемы 102 из-за несовершенства при переключении в мостовой схеме 102. Соответственно, эти модуляции тока индуцируют ток в токосъемной катушке и их определяют с помощью напряжения VIND на токосъемной катушке 120b.
Напряжение VIND на токосъемной катушке 120b может быть измерено и записано в зависимости от частоты f возбуждения, на которой мостовая схема 102 возбуждает контур 100 и, в результате, определена амплитудно-частотная характеристика 300 контура 100. Например, контроллер 114 может записать измерение напряжения VIND на токосъемной катушке 120b в зависимости от частоты f, на которой он управляет мостовой схемой 102 для получения переменного тока в резонансном контуре 100. Далее контроллер может анализировать амплитудно-частотную характеристику 300 с целью определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300, например, резонансной частоты fr , относительно которой центрирован пик, или определения частотного диапазона B пика.
Заметим, что в некоторых примерах желательно уменьшить или удалить модулированный компонент тока в проводе или дорожке 110 подачи постоянного напряжения, который может быть вызван несовершенствами в мостовой схеме 102. Указанное может быть достигнуто, например, путем реализации развязывающего конденсатора (не показан) для мостовой схемы 102. Следует понимать, что в этом случае электрический параметр RLC-контура 100, который используют для определения амплитудно-частотной характеристики 300 контура 100, может быть измерен по-другому, без помощи токосъемной катушки 120b.
На фиг. 2с показан пример активного измерения электрического параметра RLC-контура. Фиг. 2c совпадает с фиг. 2a за исключением того, что измерительная катушка 120а на фиг. 2a заменена элементом 120c, например, пассивным дифференциальным контуром 120c, который выполнен с возможностью измерения напряжения VL на катушке 108 индуктивности. Так как изменяется ток I в резонансном контуре 100, будет изменяться напряжение VL на катушке 108 индуктивности. Напряжение VL на катушке 108 индуктивности может быть измерено и записано в зависимости от частоты f возбуждения, на которой мостовая схема 102 возбуждает резонансный контур 100 и, в результате, определена амплитудно-частотная характеристика 300 контура 100. Например, контроллер 114 может записать измерение напряжения VL на катушке 108 индуктивности в зависимости от частоты f возбуждения, на которой он управляет мостовой схемой 102 для получения переменного тока в резонансном контуре 100. Далее контроллер 114 может анализировать амплитудно-частотную характеристику 300 для определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300, например, резонансной частоты fr, относительно которой центрирован пик, или определения частотного диапазона B пика.
В каждом из примеров, показанных на фиг. 2а - 2с, или других, контроллер 114 может анализировать частотную характеристику 300 с целью определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300, например, резонансной частоты fr, относительно которой центрирован пик, или определения частотного диапазона B пика. Например, контроллер 114 может использовать известные технологии анализа данных для определения частотной характеристики пика. Например, контроллер может делать вывод о резонансной частоте fr и/или частотном диапазоне B непосредственно по данным частотной характеристики. Например, для резонансной частоты fr, контроллер 114 может определить частоту f, при которой наибольший отклик был записан, в качестве резонансной частоты fr , или может определить частоты f для которых были записаны два наибольших отклика и может определить среднее этих двух частот f в качестве резонансной частоты fr . Для частотного диапазона B, контроллер 114 может определить частоты f, при которых отклик был равен 1/ от наибольшего отклика, и, например, определить разницу между этими двумя частотами как частотный диапазон В. В качестве еще одного примера, контроллер 114 может приспособить функцию, описывающую ток I (или другой отклик) в функциональной зависимости от частоты f для RLC-контура, к данным амплитудно-частотной характеристики и сделать вывод или вычислять по упомянутой функции резонансную частоту fr и/или частотный диапазон B пика данных амплитудно-частотной характеристики.
Как упомянуто выше, контроллер 114 выполнен с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116 на основе определенной частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100.
В одном примере указанная характеристика пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 является резонансной частотой fr относительно которой центрирован пик и которая, например, измерена в Гц. Резонансная частота fr контура 100 зависит от емкости C и индуктивности L контура 100 и находится по следующей формуле:
. (1)
Индуктивность L катушки 108 индуктивности и, следовательно, резонансного контура 100 зависит от магнитной проницаемости 
воспринимающего элемента 116. Магнитная проницаемость является мерой способности материала поддерживать формирование магнитного поля в указанном материале и выражает степень намагничивания, которой обладает материал в результате приложения магнитного поля. Чем больше магнитная проницаемость воспринимающего элемента 116, тем больше индуктивность L. Магнитная проницаемость материала, который содержит воспринимающий элемент 116, может изменяться при изменении температуры.
Например, для ферромагнитных и ферримагнитных материалов, таких как железо, никель, кобальт и их сплавы, их намагниченность насыщения (то есть максимальная намагниченность, достижимая для приложенного магнитного поля) уменьшается при приближении температуры материала к его температуре Tc Кюри, при которой теряются постоянные магнитные свойства материала. Например, температура Tc Кюри никеля составляет 358°C и относительное изменение намагниченности насыщения для никеля при температуре 250°C по сравнению с намагниченностью насыщения при температуре 358°C составляет более 50%. Следовательно, в этом случае при увеличении температуры воспринимающего элемента 116 с приближением к температуре TcКюри, магнитная проницаемость воспринимающего элемента 116 будет уменьшаться и, следовательно, будет уменьшаться индуктивность L в резонансном контуре 100 и, следовательно, с учетом формулы (1), будет увеличиваться резонансная частота fr , относительно которой центрирован пик.
На фиг. 3b схематично показаны амплитудно-частотные характеристики 360, 370 резонансного контура 100, когда воспринимающий элемент 116 находится при двух разных температурах Т1 (сплошная кривая 360) и Т2 (пунктирная кривая 370), при этом Т2 больше Т1. В примере с фиг. 3b, амплитудно-частотные характеристики 360, 370 резонансного контура 100 показаны с помощью схематичного графика тока I, текущего в контуре 100, в зависимости от приводящей частоты f, на которой работает контур 100. Как упомянуто выше, когда воспринимающий элемент 116 находится при более низкой температуре T1, индуктивность L контура 100 равна L1, а резонансная частота fr равна fr1. Тем не менее, когда воспринимающий элемент 116 находится при более высокой температуре T2 (которая меньше, но приближается к температуре Tc Кюри материала, который содержит воспринимающий элемент 116), индуктивность L контура 100 уменьшается до L2 и, следовательно, резонансная частота fr контура 100 увеличивается до fr2.
Следовательно, благодаря определению резонансной частоты fr контура 100, контроллер 114 может определить, например, сделать вывод или вычислить (как более подробно описано ниже), температуру воспринимающего элемента 116.
Использование резонансной частоты fr контура 100 для определения температуры воспринимающего элемента 116 может быть полезно в случаях, когда, например, рабочий диапазон температур воспринимающего элемента 116 (то есть диапазон температур, до которых необходимо нагревать воспринимающий элемент 116 в устройстве 150, генерирующем аэрозоль) меньше температуры Tc Кюри воспринимающего элемента 116 (или материала, который содержит воспринимающий элемент 116). Указанное может исключить ситуацию, когда рассматриваемая резонансная частота fr соответствует более чем одной температуре воспринимающего элемента 116, и, следовательно, позволяет более точно измерять температуру. Более того, использование резонансной частоты fr контура 100 для определения температуры воспринимающего элемента 116 может быть полезно в случаях, когда, например, рабочий диапазон температур воспринимающего элемента 116 находится в области температуры Tc Кюри воспринимающего элемента 116 (или материала, который содержит воспринимающий элемент 116), то есть при приближении к указанной температуре. Указанное объясняется тем, что намагниченность насыщения ферромагнитного или ферримагнитного материала изменяется быстрее в зависимости от температуры в области температуры Tc Кюри материала, то есть при приближении к указанной температуре, по сравнению с температурами, далекими от температуры Tc Кюри материала. Следовательно, в области температуры Tc Кюри материала, то есть при приближении к указанной температуре, изменение рассматриваемой температуры приводит к большему изменению намагниченности насыщения воспринимающего элемента 116 и, следовательно, изменению резонансной частоты fr резонансного контура 100 и, следовательно, позволяет более чувствительным образом измерять температуру воспринимающего элемента 116.
В качестве конкретного примера, воспринимающий элемент 116 может содержать никель. Например, воспринимающий элемент 116 может содержать основу или подложку, которая содержит тонкое покрытие из никеля. Например, основа может быть листом из мягкой стали, толщина которого составляет примерно 25 мкм. В других примерах, лист может быть выполнен из другого материала, такого как алюминий или пластик, или нержавеющая сталь, или другого немагнитного материала, и/или может иметь другую толщину, например, в диапазоне от 10 мкм до 50 мкм. Основа может быть покрыта никелем или на нее может быть нанесено гальваническое покрытие из никеля. Толщина никеля может составлять, например, менее 5 мкм, например, составлять от 2 мкм до 3 мкм. Покрытие или гальваническое покрытие может быть выполнено из другого материала. Наличие воспринимающего элемента 116 со сравнительно малой толщиной может помочь уменьшить время, требующееся для нагревания воспринимающего элемента 116 при его использовании. Листовая форма воспринимающего элемента 116 может обеспечить большую степень эффективности теплопередачи от воспринимающего элемента 116 до материала 164 для генерации аэрозоля. Воспринимающий элемент 116 может быть встроен в одноразовый продукт, который содержит материал 164 для генерации аэрозоля. Тонкий лист материала воспринимающего элемента 116 может быть особенно полезен для указанной цели. Воспринимающий элемент 116 может быть одноразовым. Такой воспринимающий элемент 116 может быть малозатратным.
Никель является ферромагнитным материалом. Температура Tc Кюри никеля составляет 358°C. В одном примере воспринимающий элемент 116 с покрытием из никеля может быть нагрет до температур, которые находятся в диапазоне примерно от 200°C до примерно 300°C, который может быть рабочим диапазоном устройства 150, генерирующего аэрозоль. Изменение намагниченности насыщения никеля при 250°C составляет 50% относительно значения при температурах окружающей среды. Следовательно, в этом случае измерение резонансной частоты fr резонансного контура 100 позволит точно и чувствительным образом определять температуру воспринимающего элемента 116.
Тем не менее, другие материалы, которые может содержать или из которых может быть выполнен воспринимающий элемент 116, такие как железо, или кобальт, или мягкая сталь, могут обладать более высокой температурой Tc Кюри, которая может быть сравнительно дальше от рабочего диапазона температур воспринимающего элемента 116 в рассматриваемом устройстве 150, генерирующем аэрозоль. Например, воспринимающий элемент 116 из мягкой стали может обладать температурой Tc Кюри, составляющей примерно 770°C. В этом случае, изменение намагниченности насыщения такого материала, как сталь, при 250°C может быть сравнительно мало, например, менее 10% относительно значения при температурах окружающего воздуха и, следовательно,
результирующее изменение индуктивности L и, следовательно, резонансной частоты fr, контура 100 при разных температурах в примере рабочего диапазона может быть сравнительно мало.
Может быть полезно использовать для воспринимающего элемента 116 материал, для которого температура Tc Кюри далека и превосходит рабочий диапазон температур устройства, так как указанное может помочь избежать уменьшения эффективности индукционного нагрева, которое может иметь место с уменьшением намагниченности насыщения материала близко к температуре Tc Кюри.
Другой характеристикой пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 может быть ширина пика. Ширина пика может характеризоваться частотным диапазоном B пика. Частотный диапазон B пика представляет собой полную ширину пика в Гц на Imax/. Частотный диапазон B пика зависит от индуктивности L и сопротивления R последовательного резонансного контура 100 и определяется следующим образом:
. (2)
Как указано выше, сопротивление R контура 100 обеспечивается, по меньшей мере частично, сопротивлением воспринимающего элемента 116 вихревым токам, индуцированным в нем катушкой 108 индуктивности, которое в свою очередь добавляется к сопротивлению катушки 108 индуктивности, которая выполнена для индукционного нагрева воспринимающего элемента 116. Сопротивление R воспринимающего элемента 116 (и, следовательно, катушки 108 индуктивности и, таким образом, контура 100) может изменяться при изменении температуры воспринимающего элемента 116.
Например, для воспринимающих элементов 116, содержащих проводники, такие как железо, кобальт или сталь, сопротивление R увеличивается при увеличении температуры, например, увеличивается линейно или почти линейно, или по меньшей мере монотонно при увеличении температуры воспринимающего элемента 116. Следовательно, при увеличении температуры воспринимающего элемента 116, увеличивается сопротивление воспринимающего элемента 116, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления R резонансного RLC-контура 100, что, в свою очередь, как указано в формуле (2), приводит к увеличению частотного диапазона B пика частотной характеристики резонансного контура 100.
На фиг. 3с схематично показаны амплитудно-частотные характеристики 380, 390 резонансного контура 100, когда воспринимающий элемент 116 находится при двух разных температурах Т1 (сплошная кривая 380) и Т2 (пунктирная кривая 390), при этом Т2 больше Т1. В примере на фиг. 3с, амплитудно-частотная характеристика резонансного контура 100 показана с помощью схематичного графика тока I, текущего в контуре 100 в зависимости от частоты f возбуждения, на которой возбуждается контур мостовой схемой 102 управления. Когда воспринимающий элемент 116 находится при более низкой температуре T1, сопротивление R контура 100 равно R1 и частотный диапазон B пика равен B1. Тем не менее, как упомянуто выше, когда воспринимающий элемент 116 находится при более высокой температуре T2, сопротивление R контура 100 увеличивается до R2 и, следовательно, частотный диапазон B пика амплитудно-частотной характеристики резонансного контура 100 увеличивается до B2.
Следовательно, благодаря частотному диапазону B пика амплитудно-частотной характеристики 380, 390 контура 100, контроллер 114 может определить, например, сделать вывод или вычислить (как более подробно описано ниже), температуру воспринимающего элемента 116.
Использование частотного диапазона Вr пика характеристик 380, 390 контура 100 для определения температуры воспринимающего элемента 116 может быть полезно в случаях, когда, например, рабочий диапазон температур воспринимающего элемента 116 (то есть диапазон температур, до которых необходимо нагревать воспринимающий элемент 116 в устройстве 150, генерирующем аэрозоль) далек, то есть не приближается, к температуре Tc Кюри воспринимающего элемента 116 (или материала, из которого выполнен воспринимающий элемент 116). В этих случаях, индуктивность L контура 100 может остаться сравнительно постоянной при разных температурах и, следовательно, сопротивление R контура 100 и, следовательно, температура воспринимающего элемента 116, могут быть определены непосредственно по определенному частотному диапазону В. Указанное позволяет просто определять температуру воспринимающего элемента 116.
В качестве конкретного примера, воспринимающий элемент 116 может содержать сталь. Воспринимающий элемент 116 может быть листом из мягкой стали, толщина которого составляет примерно от 10 мкм до примерно 50 мкм, например, толщина которого составляет примерно 25 мкм. Наличие воспринимающего элемента 116 со сравнительно малой толщиной может уменьшить время, требуемое для нагревания воспринимающего элемента при его использовании. Воспринимающий элемент 116 может быть, например, встроен в устройство 150, что противоположно ситуации, когда воспринимающий элемент 116 встроен в материал 164 для генерации аэрозоля, при этом материал для генерации аэрозоля может быть одноразовым. Тем не менее, воспринимающий элемент 116 может быть выполнен с возможностью извлечения из устройства 150, например, для того, чтобы иметь возможность заменить воспринимающий элемент 116 после использования, например, после ухудшения качества из-за теплового напряжения и окисления при использовании. Таким образом, воспринимающий элемент 116 может быть «наполовину постоянным», в том плане, что его нужно не часто заменять. В качестве воспринимающих элементов 116 могут особенно подходить листы или фольга из мягкой стали или стальные листы с покрытием из никеля, так как они износоустойчивы и, следовательно, например, могут сопротивляться повреждениями при нескольких использованиях и/или, например, нескольких контактах с материалом 164 для генерации аэрозоля. Листовая форма может обеспечить большую степень эффективности теплопередачи от воспринимающего элемента 116 до материала 164 для генерации аэрозоля.
Температура Tc Кюри железа составляет 770°C. Температура Tc Кюри мягкой стали может составлять примерно 770°C. Температура Tc Кюри кобальта составляет 1127°C. В одном примере воспринимающий элемент 116 из мягкой стали может быть нагрет до температур, которые находятся в диапазоне примерно от 200°C до примерно 300°C, который может быть рабочим диапазоном устройства 150, генерирующего аэрозоль. Изменение намагниченности насыщения мягкой стали при 250°C составляет менее 10% относительно значения при температурах окружающей среды. Следовательно, изменение индуктивности L для разных температур в рабочем диапазоне температур сравнительно мало и указанная индуктивность может считаться постоянной для стального воспринимающего элемента 116. Следовательно, изменение частотного диапазона B пика амплитудно-частотной характеристики контура 100 может непосредственно касаться сопротивления R контура 100 (как указано в формуле (2)) и, следовательно, температуры стального воспринимающего элемента 116. Следовательно, в этом случае измерение частотного диапазона B пика позволит просто и точно определить температуру воспринимающего элемента 116.
В некоторых примерах контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения только одного параметра из резонансной частоты fr и частотного диапазона B с целью определения температуры воспринимающего элемента. В некоторых примерах контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения любого параметра из резонансной частоты fr и частотного диапазона B с целью определения температуры воспринимающего элемента 116, в зависимости от типа используемого воспринимающего элемента 116 и/или рабочего диапазона температур устройства 150. В некоторых примерах, конкретный параметр из резонансной частоты fr и частотного диапазона B, используемый контроллером 114 для определения температуры воспринимающего элемента 116, определен заранее или определен в контроллере 114 и/или всем устройстве 150. В некоторых примерах контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения как резонансной частоты fr, так и частотного диапазона B и использования обоих указанных параметров для определения температуры воспринимающего элемента 116. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью вычисления среднего температур, которые определены с использованием резонансной частоты fr и частотного диапазона B, и определения указанного среднего в качестве температуры воспринимающего элемента 116.
Как упомянуто выше, контроллер 114 выполнен с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116 на основе определенной частотной характеристики, например, резонансной частоты fr контура 100 или частотного диапазона B пика амплитудно-частотной характеристики 300 контура 100. Существуют разные способы, с помощью которых может быть достигнуто указанное.
В одном примере контроллер 114 выполнен с возможностью определения данных, характеризующих температуру в зависимости от частотной характеристики; и определения температуры на основе определенных данных и определенной частотной характеристики.
Например, эти данные могут содержать несколько точек измерения для температуры, которые измерены в зависимости от первой характеристики. Например, контроллер 114 может хранить в памяти (не показана) калибровочные данные, которые сопоставляют частотную характеристику с температурой воспринимающего элемента 116. Например, температура в зависимости от первой характеристики может быть монотонной. Например, калибровочные данные могут быть определены в ходе изготовления устройства 150 или контроллера 114 путем измерения частотной характеристики контура в зависимости от температуры воспринимающего элемента 116, которую определяют с использованием термометра, такого как, например, термопара. Далее эти калибровочные данные могут быть сохранены в устройстве 150 или контроллере 114, например, в качестве таблицы соответствия в памяти (не показана) устройства 150 или контроллера 114. При использовании контроллер 114 может определить частотную характеристику пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 и использовать эту определенную частотную характеристику для поиска соответствующей температуры воспринимающего элемента 116 по калибровочным данным. Указанное может быть полезно в случаях, когда сложна взаимосвязь частотной характеристики и температуры, и, следовательно, в этих случаях указанное может обеспечить точное определение температуры.
В качестве другого примера, контроллер 114 или устройство 150 могут сохранять данные, содержащие один или несколько параметров функциональной формы, которая описывают температуру в зависимости от частотной характеристики. Например, можно считать, что частотная характеристика изменяется линейно при изменении температуры воспринимающего элемента 116. В этом случае функциональная форма, описывающая температуру Т воспринимающего элемента 116 в зависимости от частотной характеристики F, может быть следующей: T = aF + b, где а и b представляют собой константы, являющиеся параметрами функциональной формы. Эти параметры могут быть определены в ходе процесса изготовления контроллера 114 или устройства 150 и могут быть сохранены в памяти (не показана) контроллера или устройства 150. При использовании контроллер может определить частотную характеристику пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100 и использовать параметры а и b, сохраненные в памяти, для вычисления температуры воспринимающего элемента 116. Следует понимать, что при необходимости могут быть использованы другие функциональные формы, например, при необходимости, нелинейные функциональные формы, например, функции-многочлены с параметрами. Указанное может быть полезно, так как при хранении параметров используется меньше пространства для хранения по сравнению, например, с хранением ряда данных для частотной характеристики и температуры.
В некоторых примерах данные могут представлять собой просто коэффициент пропорциональности между температурой и частотной характеристикой. Этот коэффициент может быть сохранен в памяти (не показана) и может быть использован контроллером для вычисления температуры воспринимающего элемента 116 непосредственно по частотной характеристике. Указанное может быть полезно, так как это просто с вычислительной точки зрения и подразумевает хранение одного параметра, что может уменьшить требуемый объем памяти для хранения.
В случаях, когда частотная характеристика является частотным диапазоном B пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного контура 100, контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения сопротивления R резонансного контура 100 с использованием формулы (2) с известным, то есть заранее определенным, значением индуктивности L. Далее температура воспринимающего элемента 116 может быть определена по определенному сопротивлению R. Например, вклад в сопротивление R, который отличается от вклада воспринимающего элемента 116, может быть известен или заранее определен и предполагается постоянным. Далее может быть определено сопротивление воспринимающего элемента 116 как разность между определенным сопротивлением R и вкладом в сопротивление R, который отличается от вклада воспринимающего элемента 116. В качестве другого примера, вклад в сопротивление R, отличающийся от вклада воспринимающего элемента 116, может считаться пренебрежимо малым и, следовательно, определенное сопротивление R приравнивается к сопротивлению воспринимающего элемента. Далее может быть определена температура воспринимающего элемента 116 путем умножения сопротивления воспринимающего элемента на коэффициент, например, коэффициент зависимости температуры от сопротивления, для воспринимающего элемента 116, который может быть сохранен в памяти (не показана) контроллера 114 или устройства 150. Разные материалы обладают разными температурными коэффициентами сопротивления. Следовательно, контроллер 114 может сохранять несколько температурных коэффициентов сопротивления для разных материалов и может определять надлежащий температурный коэффициент сопротивления для использования при определении температуры воспринимающего элемента 116 в соответствии с материалом, который содержит воспринимающий элемент 116. Например, материал, который содержит воспринимающий элемент 116, может быть известен контроллеру 114 благодаря вводу данных пользователем или из других введенных данных, с помощью чего контроллер 114 может идентифицировать воспринимающий элемент 116. Указанное может быть полезно, так как обеспечивает точное определение температуры при одновременном обеспечении гибкости в плане используемых воспринимающих элементов 116.
В некоторых примерах контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения контрольной характеристики, которая характеризует частотную характеристику при контрольной температуре; сравнения определенной частотной характеристики с определенной контрольной характеристикой; и определения температуры воспринимающего элемента 116, которое основано на сравнении определенной частотной характеристики с контрольной характеристикой.
Например, контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения частотной характеристики, когда известно, что воспринимающий элемент 116 находится при определенной температуре или можно считать, что воспринимающий элемент 116 находится при определенной температуре. Например, контроллер 114 может быть выполнен с возможностью определения частотной характеристики при запуске устройства 150 (например, с использованием описанных выше способов), когда можно считать, что температура воспринимающего элемента 116 равна температуре окружающей среды, например, равна 20°C. Далее контроллер 114 может сохранить эту определенную частотную характеристику в качестве контрольной частотной характеристики при контрольной температуре, равной 20°C. На более поздних этапах, например, когда воспринимающий элемент 116 индукционно нагревают, контроллер 114 может снова определить частотную характеристику. Далее контроллер 114 может сравнить определенную частотную характеристику с контрольной частотной характеристикой. Например, контроллер 114 может вычислить разность между определенной частотной характеристикой с контрольной частотной характеристикой. Далее контроллер 114 может определить температуру воспринимающего элемента 116 на основе этой разности. Например, разность может быть сопоставлена с температурой воспринимающего элемента 116 аналогично описанному выше, например, с помощью заранее сохраненных калибровочных данных или с помощью калибровочной функции или коэффициента пропорциональности.
Определение температуры воспринимающего элемента 116 на основе сравнения определенной частотной характеристики с контрольной частотной характеристикой, которая определена при контрольной температуре, исключает необходимость в предположениях о частотной характеристике резонансного контура при рассматриваемой температуре и, следовательно, обеспечивает более точное определение температуры. Более того, определение температуры более устойчиво к изменениям воспринимающего элемента 116 или резонансного контура 100 или устройства 150 в целом. Например, воспринимающий элемент 116 может быть сменным. Например, воспринимающий элемент 116 может быть одноразовым и, например, встроенным в материал 164 для генерации аэрозоля, который он должен нагревать. Следовательно, определение контрольной частотной характеристики может быть связано с отличием для разных воспринимающих элементов 116 и/или из-за расположения воспринимающего элемента 116 относительно катушки 108 индуктивности при смене воспринимающего элемента 116. Более того, катушка 108 индуктивности или фактически любой компонент резонансного контура 100 может быть сменным, например, после определенного использования или после повреждения. Аналогично, определение контрольной частотной характеристики может быть связано с отличием характеристики из-за разных катушек 108 индуктивности и/или отличающегося расположения катушки 116 индуктивности относительно воспринимающего элемента 116 при смене воспринимающего элемента 108.
Соответственно, контроллер 114 может быть выполнен с возможностью измерения контрольной характеристики, по существу, при запуске устройства 150, генерирующего аэрозоль, и/или, по существу, при установке нового воспринимающего элемента 116 и/или замене воспринимающего элемента 116 в устройстве 150, генерирующем аэрозоль, и/или, по существу, при установке новой катушки 108 индуктивности и/или замене катушки 108 индуктивности в устройстве 150, генерирующем аэрозоль.
На фиг. 4 схематично показана блок-схема, иллюстрирующая способ 400 определения температуры воспринимающего элемента 116 устройства 150, генерирующего аэрозоль, при этом воспринимающий элемент 116 выполнен с возможностью индукционного нагрева резонансным RLC-контуром 100. На этапе 402 способ 400 включает в себя определение частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура 100. Как упомянуто выше, частотная характеристика может быть резонансной частотой fr резонансного контура 100 или может быть частотным диапазоном B пика амплитудно-частотной характеристики 300 контура 100. Частотная характеристика может быть получена, например, с использованием описанных выше технологий. На этапе 404 способ 400 включает в себя определение, на основе определенной частотной характеристики, температуры воспринимающего элемента 116. Температура воспринимающего элемента может быть получена по определенной частотной характеристике, например, с использованием описанных выше технологий.
Контроллер 114 может содержать процессор и память (не показана). Память может хранить команды, которые могут быть исполнены с помощью процессора. Например, память может хранить команды, которые, при исполнении процессором, могут вызывать выполнение процессором описанного выше способа 400. Команды могут храниться на любом подходящем носителе информации, например, на долговременном носителе информации.
Хотя некоторые из описанных выше примеров касаются амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура 100 в терминах тока I, текущего в резонансном RLC-контуре 100, в зависимости от частоты f, на которой возбуждается контур, следует понимать, что это не является обязательным и в других примерах амплитудно-частотная характеристика 300 RLC-контура 100 может быть любой мерой, касающейся тока I, текущего в резонансном RLC-контуре 100, в зависимости от частоты f, на которой возбуждается контур. Например, амплитудно-частотная характеристика 300 может быть зависимостью импеданса контура от частоты f или, как описано выше, может быть напряжением, измеренным на катушке индуктивности, или напряжением или током, которые получены благодаря индуцированию тока в токосъемной катушке из-за изменения тока, текущего в линии или дорожке подачи напряжения в резонансный контур, или напряжением или током, которые получены благодаря индуцированию тока в измерительной катушке с помощью катушки 108 индуктивности в резонансном RLC-контуре, или сигналом из неиндуктивной токосъемной катушки или неиндуктивного датчика возбуждения, такого как устройство на основе эффекта Холла, в зависимости от частоты f, на которой возбуждается контур. В любом случае может быть определена частотная характеристика пика амплитудно-частотной характеристики 300.
Хотя в некоторых из описанных выше примеров указанная частотная характеристика является частотным диапазоном В пика амплитудно-частотной характеристики 300, следует понимать, что это не является обязательным и частотная характеристика может характеризовать частотный диапазон пика. Например, могут быть использованы полная ширина или половина ширины пика на произвольной заранее определенной амплитуде характеристики или доля максимальной амплитуды характеристики. Эта характеристика, которая характеризует частотный диапазон пика, при необходимости может быть использована вместо частотного диапазона с надлежащими применяемыми коэффициентами масштабирования. Следует понимать, что в других примерах так называемый коэффициент «Q» или «добротность» резонансного контура 100, который может быть связан с частотным диапазоном B и резонансной частотой fr резонансного контура 100 в виде соотношения Q = fr/B, может быть определен и/или измерен и использован как частотная характеристика вместо частотного диапазона B и/или резонансной частоты fr, аналогично описанным выше примерам с надлежащими примененными коэффициентами. Следовательно, понятно, что в некоторых примерах коэффициент Q контура 100 может быть измерен или определен и, соответственно, резонансная частота fr контура 100, частотный диапазон B контура 100 и/или температура воспринимающего элемента 116 могут быть определены на основе определенного коэффициента Q.
Хотя упомянутые выше примеры касаются пика, связанного с максимумом, следует понимать, что это не является обязательным и что, в зависимости от определенной амплитудно-частотной характеристики 300 и способа ее измерения, пик может быть связан с минимумом. Например, при резонансе, импеданс RLC-контура 100 является минимальным и, следовательно, в случаях, когда импеданс в зависимости от частоты f возбуждения используют в качестве амплитудно-частотной характеристики 300, например, пик амплитудно-частотной характеристики 300 RLC-контура будет связан с минимумом.
Хотя в некоторых упомянутых выше примерах описано, что для определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура, контроллер 114 выполнен с возможностью измерения амплитудно-частотной характеристики 300 резонансного RLC-контура 100, следует понимать, что это не является обязательным и в других примерах контроллер 114 может определять частотную характеристику путем анализа данных амплитудно-частотной характеристики, переданных ему с помощью отдельной системы измерения или управления (не показана), или может определить частотную характеристику непосредственно путем передачи частотной характеристики с помощью, например, отдельной системы управления или измерения. Далее контроллер 114 может определить температуру воспринимающего элемента 116 на основе определенной частотной характеристики, например, с помощью описанных выше технологий.
Хотя в некоторых из упомянутых выше примеров описано, что контроллер 114 выполнен с возможностью определения температуры воспринимающего элемента 116, следует понимать, что это не является обязательным и в других примерах устройство не обязательно является контроллером 114 или содержит контроллер 114 и оно может быть выполнено с возможностью определения частотной характеристики и определения температуры воспринимающего элемента на основе определенной частотной характеристики, например, с помощью измерения самой амплитудно-частотной характеристики 300, или, например, путем передачи данных амплитудно-частотной характеристики или частотной характеристики, как описано выше. Устройство может быть выполнено с возможностью определения температуры по определенной частотной характеристике, например, с использованием описанных выше способов. Следует понимать, что это устройство или контроллер 114 не обязательно являются неотъемлемой частью устройства 150, генерирующего аэрозоль, и, например, они могут быть отдельными устройством или контроллером 114 для использования с устройством 150, генерирующим аэрозоль.
Хотя в упомянутых выше примерах описано, что устройство или контроллер 114 выполнены с возможностью определения температуры воспринимающего элемента устройства, генерирующего аэрозоль, это не является обязательным и в других примерах устройство или контроллер 114 могут быть выполнены с возможностью определения температуры воспринимающего элемента любого устройства, где воспринимающий элемент индукционно нагревают с помощью резонансного RLC-контура, например, любого устройства индукционного нагрева.
Хотя в упомянутых выше примерах описано, что резонансный RLC-контур возбуждается мостовой схемой 102, это не является обязательным и в других примерах резонансный RLC-контур может возбуждаться любым другим подходящим возбуждающим элементом, который выполнен с возможностью обеспечения переменного тока в резонансном контуре 100, таким как генератор колебаний и т.п.
Описанные выше примеры следует воспринимать как наглядные примеры изобретения. Понятно, что любой признак, описанный в связи с любым примером, может быть использован отдельно или в комбинации с другими описанными признаками и также может быть использован в комбинации с одним или несколькими признаками любого другого примера или в любой комбинации с любыми другими примерами. Более того, также могут быть использованы неописанные выше эквиваленты и модификации, не выходя при этом за пределы объема изобретения, который определен приложенной формулой изобретения.
1. Устройство для генерации аэрозоля, содержащее
резонансный RLC-контур, выполненный с возможностью индукционного нагрева воспринимающего элемента, помещаемого в устройство для генерации аэрозоля при использовании, и
контроллер, выполненный с возможностью, при использовании,
определения частотной характеристики пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура и
определения температуры воспринимающего элемента, помещаемого в устройство для генерации аэрозоля при использовании, на основе указанной определенной частотной характеристики.
2. Устройство по п. 1, в котором частотная характеристика представляет собой резонансную частоту резонансного RLC-контура.
3. Устройство по п. 1, в котором частотная характеристик характеризует частотный диапазон пика амплитудно-частотной характеристики RLC-контура.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором контроллер также выполнен с возможностью
определения данных, характеризующих температуру в виде зависимости от указанной частотной характеристики;
при этом температуру определяют на основе указанных определенных данных и определенной частотной характеристики.
5. Устройство по п. 4, в котором указанные данные содержат один или несколько параметров функциональной формы, описывающей температуру в зависимости от указанной частотной характеристики.
6. Устройство по п. 4 или 5, в котором указанные данные представляют собой коэффициент пропорциональности между температурой и частотной характеристикой.
7. Устройство по п. 4, в котором указанные данные содержат серию точек данных температуры, измеренной в зависимости от указанной частотной характеристики.
8. Устройство по п. 3, в котором контроллер выполнен с возможностью
определения сопротивления RLC-контура на основе указанной определенной частотной характеристики;
при этом указанное определение температуры основано на определенном сопротивлении RLC-контура.
9. Устройство по п. 8, в котором контроллер выполнен с возможностью
определения температурного коэффициента сопротивления воспринимающего элемента;
при этом указанное определение температуры основано на указанных определенном сопротивлении и определенном температурном коэффициенте сопротивления.
10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором контроллер выполнен с возможностью
определения контрольной характеристики, представляющей указанную частотную характеристику при контрольной температуре;
сравнения определенной частотной характеристики с определенной контрольной характеристикой;
при этом указанное определение температуры основано на сравнении определенной частотной характеристики с контрольной характеристикой.
11. Устройство по п. 10, в котором контроллер выполнен с возможностью
измерения указанной контрольной характеристики, по существу, при запуске устройства, генерирующего аэрозоль, и/или, по существу, при установке нового воспринимающего элемента и/или замене воспринимающего элемента в устройстве, генерирующем аэрозоль, и/или, по существу, при установке новой катушки индуктивности и/или замене катушки индуктивности в устройстве, генерирующем аэрозоль.
12. Устройство по любому из пп. 1-11, в котором контроллер выполнен с возможностью
измерения электрического параметра RLC-контура в зависимости от частоты возбуждения, на которой возбуждается RLC-контур;
при этом определение указанной частотной характеристики основано на измеренном электрическом параметре RLC-контура в зависимости от частоты возбуждения, на которой возбуждается RLC-контур.
13. Устройство по п. 12, в котором электрический параметр является напряжением, измеренным на катушке индуктивности RLC-контура, при этом катушка индуктивности выполнена с возможностью передачи энергии воспринимающему элементу, помещаемому в устройство для генерации аэрозоля при использовании.
14. Устройство по п. 12, в котором измерение электрического параметра является пассивным измерением.
15. Устройство по п. 14, в котором электрический параметр характеризует ток, индуцируемый в измерительной катушке катушкой индуктивности RLC-контура, при этом указанная катушка индуктивности выполнена с возможностью передачи энергии воспринимающему элементу.
16. Устройство по п. 14, в котором электрический параметр характеризует ток, индуцируемый в токосъемной катушке элементом электропитания, при этом элемент электропитания выполнен с возможностью подачи напряжения на возбуждающий элемент, и возбуждающий элемент выполнен с возможностью возбуждения RLC-контура.
17. Устройство по любому из пп.1-16, в котором указанный воспринимающий элемент, выполнен с возможностью нагревания материала, предназначенного для генерации аэрозоля, с тем чтобы генерировать аэрозоль при использовании.
18. Устройство по п. 17, в варианте зависимости по п. 2, в котором воспринимающий элемент содержит никель.
19. Устройство по п. 18, в котором воспринимающий элемент содержит основу с нанесенным никелевым покрытием.
20. Устройство по п. 19, в котором толщина никелевого покрытия меньше, по существу, 5 мкм или, по существу, находится в диапазоне от 2 до 3 мкм.
21. Устройство по п. 19 или 20, в котором никелевое покрытие нанесено на основу гальваническим способом.
22. Устройство по п. 17, в варианте зависимости по п. 3, при этом воспринимающий элемент содержит сталь, и/или железо, и/или кобальт.
23. Устройство по п. 22, в котором воспринимающий элемент является листом из мягкой стали.
24. Устройство по п. 23, в котором лист мягкой стали имеет толщину в диапазоне, по существу, от 10 мкм до, по существу, 50 мкм или имеет толщину, по существу, 25 мкм.
25. Способ определения температуры воспринимающего элемента устройства для генерации аэрозоля, характеризующийся тем, что воспринимающий элемент выполнен с возможностью индукционного нагрева резонансным RLC-контуром указанного устройства для генерации аэрозоля, и указанный способ включает этапы, на которых
определяют частотную характеристику пика амплитудно-частотной характеристики резонансного RLC-контура; и
определяют температуру воспринимающего элемента на основе определенной частотной характеристики.
