一种不易损坏的电子烟咪头及电子烟的制作方法

本发明涉及电子烟咪头的电容检测，尤其涉及一种不易损坏的电子烟咪头及电子烟。

背景技术：

1、电子烟咪头属于电容式电子开关，是电子烟中用于检测用户吸烟动作的器件，传统结构如图1-2所示，金属外壳10顶面通孔1，内部由上至下依次设置透气金属片20、绝缘垫30、导电层50，外壳底面为pcb板70，pcb板正面的覆铜通过导电支架50连接薄膜，pcb反面的覆铜经金属外壳10连接透气金属片20，导电支架60和金属外壳通过绝缘环40彼此绝缘。金属外壳10需要连通至电子烟出烟气道，用户吸烟时，气道形成负压通过金属片20上的透气孔2带动薄膜50朝金属片20方向移动，薄膜50与金属片20之间距离降低，互电容增大。pcb板70正面是检测芯片80，基于频率法进行检测，具体通过电阻r配合薄膜50与金属片60之间构建的电容c，形成rc振荡，互电容改变引起振荡频率变化，通过阈值比较输出开关量信号。频率法本身检测灵敏度不高，导致需要两个方面的配合，一是要求薄膜与金属片之间要离得非常之近，因此需要绝缘垫间隔，绝缘垫厚度几个微米，连卡尺有测量不出来；二是pcb板需要开透气孔使薄膜易于形变，增加电容变化量。因为外壳顶面通孔连通吸烟气道，而金属片需要带孔使薄膜能响应负压，因此防烟油渗透进金属片与薄膜间隙中就成了行业头疼的问题，一旦烟油进入间隙，薄膜容易油粘到金属片上，造成互电容极大增加，开关量永远输出高电平，即便无人抽取电子烟也一直加热产生烟雾。

2、cn213307429u提出通过在外壳顶面的通孔上加防尘网阻油，由于要保障通气，时间久后烟油还是会渗透防尘网，导致咪头失灵。

3、cn116473306a提出将薄膜与透气金属片倒置的方案，薄膜直接连通气道，一方面可以响应负压远离金属片，互电容发生衰减进而实现辨别，另一方面薄膜无孔，通过薄膜可以达到阻油效果。但薄膜出于要易受气流带动形变的目的，材料采用prt/pps塑料膜上蒸镀银，薄膜非常薄，倒置直接连通气道中间没有阻隔的话，实验发现薄膜容易破裂。如果增强薄膜拉伸强度，如采用将薄膜加厚的办法，则会损坏薄膜的形变性能，薄膜形变程度小产生的互电容幅度也低，导致超出频率法的检测量程，频率法无法检测薄膜形变带来的互电容变化。

技术实现思路

1、本发明既要防止从外壳顶面通孔进入的烟油流至金属片与薄膜之间的间隙造成咪头失灵，同时也要解决膜薄易坏与rc震荡检测灵敏度不高带来的矛盾冲突。

2、本发明的电子烟咪头，包括外壳、导电基板、气密薄膜、电容数字转换电路、处理模块、开关阵列；外壳顶面用于连通至电子烟的出烟气道；导电基板、气密薄膜沿自外壳底面到顶面的方向依次设置于外壳从而通过气密薄膜形成对从外壳顶面至底面方向的烟油的阻挡；气密薄膜至少具有导电层，导电层与导电基板绝缘设置；气密薄膜受气流带动发生形变且拉伸强度上限至少达到20-200mpa；电容数字转换电路通过开关阵列分别耦合导电基板、导电层以获取由吸烟气流带动气密薄膜形变而引起的导电基板与导电层之间的互电容变化和/或自电容变化；处理模块耦合电容数字转换电路，用于依据互电容变化和/或自电容变化输出吸烟的判断信号。

3、本发明的结构，导电基板、气密薄膜沿自外壳底面到顶面的方向依次设置且层叠，形成倒置，利用薄膜达到从外壳顶面至底面方向的阻油，通过增强拉伸强度上限解决倒置直接连通气道中间没有阻隔时的薄膜易破裂问题，同时利用电容数字转换电路(cdc)，例如ad i 7142、ad i 7147，采用δ-σ调制方式通过多次对被测电容进行充放电并于参考电容比较的方法(参见：us patent number:5,134,401)直接将被测电容值转换成数字值，对电容的测量灵敏度提高到1ff级别，用其检测高灵敏度来弥补薄膜形变下滑带来的负面影响进而检测导电基板与导电层之间的互电容变化和/或自电容变化，达到咪头的使用可靠性以及检测准确性。

4、本发明中，咪头可以采用驻极体以叠汉堡包封装方式制造。对于导电基板与导电层之间的电容变化，可以采用自电容方式或互电容方式，自电容感测距离强，互电容对环境敏感程度不高，两者各有所长且均可以反映基板与薄膜之间距离。测互电容时cdc输出激励给基板与导电层中的一者，另一者作为接收输入cdc，测自电容式通过开关阵列将基板与导电层中的一者接地，cdc输出激励给另一者同时接收其信号变化。优选地，以和的方式对自互电容均做采集实施综合判断，可以提高判断准确性并兼具两者优势。

5、出于成本考虑，本发明中，拉伸强度上限可以配置为至少达到20-80mpa或者80-140mpa或者140-200mpa以分别面对不同对象。其中，对拉伸强度上限的改变，可以基于对气密薄膜的厚度和/或材料调整实现，例如气密薄膜的厚度采用为0.01-0.1mm，和/或材料设置为pet/pps。

6、本发明中，导电基板、气密薄膜可以是单层结构，也可以是双层结构。例如，在一种实现方式中，导电基板可以是双层复合结构，如在导电基板的靠近导电层的侧面设置有绝缘层，气密薄膜可以是单层，如气密薄膜只有导电层，使用高强度金属薄膜材料以增加其强度，配合cdc的高灵敏度达到检测，具有可靠性优势；或者，在另一种实现方式中，气密薄膜为双层复合结构，配置为至少包括设置在导电层的靠近导电基板的侧面的绝缘层，如prt/pps塑料膜上镀银/铜，导电基板可以是单层结构，直接使用金属板实现；或者，在一种实现方式中，导电基板可以是带绝缘层的双层复合结构，气密薄膜也是导电层加绝缘层的双层复合结构；或者，在另一种实现方式中，导电基板、气密薄膜都是单层结构，如导电基板采用金属板，气密薄膜使用高强度金属薄膜材料，两者依靠空气绝缘。本发明中，导电基板、导电层之间可以配置为仅通过空气进行间隔，也即，取消传统结构中导电基板与薄膜之间的绝缘垫，咪头生产量巨大，取消绝缘垫对企业成本的降低效果非常显著，同时，作为弥补的，设置导电基板、导电层之间的间隔距离增长至0.05-0.1mm之间，并利用cdc的高灵敏度达到检测。本发明中，所述的间距应当理解为导电基板、导电层两者之间的物理距离。

7、本发明中，可以以气密薄膜作为外壳的顶面达到结构简化，或者，外壳顶面配置为具有一定硬度的保护板，导电基板、气密薄膜位于外壳内，保护板开设有通道连通出烟气道与气密薄膜，达到对薄膜的保护。

8、对于咪头而言，虽然其底面不直接连通吸烟气道，但空气蔓延或装配间隙导致存有少量烟油自外壳底面至顶面方向进入导电基板、导电层两者之间的风险，进一步地，为改善这一现象，本发明的结构中，在倒置阻挡自外壳顶面至底面方向的烟油的基础上，额外在从外壳底面到导电基板之间设置至少一层气流阻挡层来阻挡从外壳底面至顶面方向的烟油，形成上下气流封堵，使烟油进入导电基板、导电层两者之间的可能降至极低概率，达到咪头阻油性能的最大化提升。由于底面方向不透气，薄膜形变进一步减弱，但cdc对电容的测量灵敏度到1ff级别，实验中依旧能够准确获取电容信号变化，达到检测目的。进一步地，可以使导电基板表面气密从而形成气流阻挡层，即导电基板表面不再开设透气孔；和/或，可以使外壳底部密封从而形成气流阻挡层，例如pcb板表面不再开设透气孔。

9、进一步地，工作时，获取导电基板、导电层两者之间的互电容值和/或自电容值；基于，若有人吸烟时，导电基板、导电层之间的互电容值和/或自电容值发生显著变化，作为吸烟的判断条件；处理模块接收互电容值和/或自电容值的变化信号，依据上述判断条件进行判断，产生控制信号。在此基础上，由于薄膜连通气道，烟油可能缓慢附着于薄膜与气道连通的侧面带来对电容的影响，此时，可以基于，若长时间工作下烟油积累在导电层时，烟油积累引起的电容变化缓慢，吸烟引起的电容变化属于突变，作为区分烟油积累与吸烟的判断条件，需要说明的是，此处的突变应当理解为短时间内具有大于一定幅度的电容变化。或者，在另一种消除烟油积累带来的干扰的方案中，可以跟踪长时间工作下烟油积累在导电层上引起的电容变化，并将其更新为基准值，工作时，获取导电基板、导电层两者之间的互电容值和/或自电容值；基于，若有人吸烟时，导电基板、导电层之间的互电容值和/或自电容值大于设定阈值，作为吸烟的判断条件；处理模块接收互电容值和/或自电容值的变化信号，依据上述判断条件进行判断，产生控制信号。

10、还提供一种电子烟，其特征在于，包括上述的电子烟咪头。

11、电子烟由于需要达到几十个毫秒内产生大量可吸入烟雾的目的，雾化芯使用加热丝而抛弃超声波，对于使用加热丝方案，需要额外关注烟油耗尽时的干烧现象，一旦干烧，除容易损坏雾化芯外，将产生大量有害气体损害用户健康，因此电子烟领域有对防干烧进行监测的需求，为此，作为一种改进，可以设置电子烟设置有烟弹，烟弹具有用于存储烟油的储油仓、内置于储油仓的雾化管、位于雾化管内用于雾化烟油的加热器、位于加热器上的贮油物质、开设于雾化管上的导油通道以及交流接地电极和检测电极；交流接地电极设置于雾化器上，并配置为在交流激励下等效接地；检测电极配置为经由与交流接地电极构建的自电容来感知贮油物质的介电常数的变化；电容数字转换电路、处理模块位于电子烟咪头的外壳之外，导电基板、导电层与检测电极共用同一电容数字转换电路及处理模块；电容数字转换电路经电容c1耦合至检测电极以获取其自电容，电容c1的容值配置在10-20pf之间。该方案中，自电容/互电容检测的激励信号为交流信号，交流接地电极在交流激励下等效变成交流接地，由于等效交流接地，互电容无法实现，因此采用自电容检测方案，在自电容检测中，由于烟油尤其是自配后的烟油虽然阻抗极大，但并非完全绝缘，导致了自电容检测信号中的电阻成分比重大而电容成分比重小，造成自电容难以获得较好检测结果，为解决这一问题，通过cdc串联容值10-20pf之间的电容c1耦合至用于感知贮油物质的介电常数的检测电极，利用电容c1隔离直流成分从而降低信号中电阻比重，得到合适自电容信号，进而，通过利用烟油在从有到无的变化过程中所检测到的自电容随用户对电子烟的抽烟动作的变化情况，判断是否需要防干烧响应；更甚至的，利用有油时烟油与自电容正相关的特点，还能达到在干烧警报前利用自电容反映储油仓内烟油的油量信息，实现既测防干烧，又测油量，其中油量的检测用于显示/提醒，防干烧用于强制关闭，更主要的，设置导电基板、导电层与检测电极共用同一电容数字转换电路及处理模块，例如，可以将咪头的导电基板、导电层直接通过引线外接至检测干扰的cdc上，达到共用，由于电子烟量大定价亲民，共用对成本的降低更能使方案获得竞争力优势。

12、进一步地，加热器为加热丝，加热丝配置为在电子开关的导通下能够构建自电子烟中的供电线路到地的直流导通回路，加热丝复用为交流接地电极，贮油物质为吸油棉，利用电子烟本身已有的加热丝复用作为电极，达到成本、易于布置性。或者，考虑到对陶瓷加热器的覆盖，加热器为加热丝或红外管，贮油物质为固定在加热丝或红外管上的陶瓷。

13、进一步地，检测电极的实现可以是在雾化管附近加装一电极，例如在雾化管与加热器之间，或雾化管远离加热器的一侧，但优选地，可以将雾化管配置为全部或部分为导电体，以导电体复用作为检测电极，尽可能利用原有结构。其中将雾化管全部作为导电体是最为优选方案，例如将雾化管直接作为金属材质，一方面加工简单，另一方面金属也能提供较好刚性起到对内保护作用。