一种基于资源共用的电子烟的制作方法

本技术涉及一种基于资源共用的电子烟。

背景技术：

1、为保护未成年人，相关表征规定仅允许售卖具有儿童锁(简称童锁)的电子烟。目前市面上的带童锁的电子烟，普遍的解锁方式为在规定时间内(例如2秒内)连续吸三口，其中用户的吸或吹动作依赖于电子烟上设置的电子烟咪头，通过气流差压使咪头中的振膜发生形变进而产生电容变化来进行检测。

2、另一方面，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(包括具有内置于储油仓(即烟弹)的雾化管、位于雾化管内的加热丝、开设于雾化管上的导油孔，以及填充于雾化管与加热丝之间的吸油物质如吸油棉)使用加热丝而抛弃超声波，对于加热方案，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，因此电子烟领域普遍需要对油量进行检测，甚至有直接进行干烧检测的需求。

3、油量检测中，有通过测光通量反映油量的技术，例如专利文献202222715106.2，光通量方案存在成本与难布置问题。相比于测光通量的技术，在电子烟油量检测方面，电容检测技术由于电极的易于布置性，具有结构、成本等优势，目前更受青睐。例如专利文献202021711532.3、201590001289.7、201580000257.x等，均公开通过电容电极达到油量检测目的。

4、此外，电子烟作为便携日用品，成本、体积一直是需要重点把控的对象，上述无论是用于解锁童锁的解锁操作部件(如电子烟咪头)，还是用于检测烟油的电容式传感器，均需占用电容采集通道，尤其是在电子烟上还有其他需要电容感知的功能时，如何低成本地满足多通道的采集需求，同时确保准确性，是需要解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型目的在于，低成本地满足电子烟中诸如电容式解锁操作部件、测油/干扰的电容传感器等的多通道电容采集需求，同时兼顾检测准确性指标。

2、为此，提出一种基于资源共用的电子烟，包括内置于储油仓的雾化管、位于雾化管内的加热丝、开设于雾化管上的导油孔、填充于雾化管与加热丝之间的吸油物质，以及处理模块；还包括电容数字转换电路、模拟信号路由器、用于解锁电子烟童锁的电容式解锁操作部件，以及基于电容方式检测电子烟干烧和/或油量的电容传感器；模拟信号路由器包括连接线组、模拟开关矩阵与一个或多个电容端口，连接线组包括至少第一连接线和/或第二连接线，模拟开关矩阵将连接线组耦合到电容端口，其中在任意时刻，模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到连接线组的一条连接线，以及模拟开关矩阵将连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口，模拟开关矩阵还用于将连接线组耦合到电容数字转换电路；一个或多个电容端口耦合电容式解锁操作部件、电容传感器，用于测量一个或多个电容；处理模块耦合电容数字转换电路。

3、本实用新型中，一方面，基于电容数字转换电路(cdc)，例如adi7142、adi7147，采用δ-∑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：uspatentnumber：5,134,401)直接将被测电容值转换成数字值，将对电容的测量灵敏度提高到1ff级别，满足测量系统对电容测量灵敏度的要求，同时获得对杂散电容免疫的特性，达到准确性检测；另一方面，通过cdc配合以模拟信号路由器，达到cdc资源的共用，实现一个cdc即可充分采集多个电容式检测装置的电容，低成本地满足多通道电容采集需求。

4、上述方案的多通道电容采集，借助于我司自主研发的红宝石芯片能够十分便捷可靠的实现，甚至，基于红宝石芯片的24位高速cdc、有效分辨率21.9位，还能达到0.5ms的转换时间以及高精度信号采集和编码。其中，红宝石芯片的技术资料可以参考专利cn202110956246.6，其模拟信号路由器资料可以参考专利cn202110957486.8，此处不再赘述。在此基础上，第一连接线配置为激励信号线，用以传输cdc的激励，第二连接线是互电容输入信号线或自电容输入信号线。

5、作为一种改进方案，对于目前的在规定时间内连续吸三口的童锁解锁方式，由于较为简单，仅对防止5岁以下幼儿误吸电子烟有一定的作用，对具备较强学习能力的6岁以上的未成年人难以起到保护作用，存在易于破译的安全性问题，在此基础上，结合成本、布置性、操作的便利性考虑，本实用新型中的电容式解锁操作部件配置为包括以下至少两者的组合：用于检测用户点击或滑动的动作传感器；用于检测用户吹和/或吸动作的电容式咪头；用于检测烟弹推拉的第一传感器；用于检测电子烟震动的第二传感器；用于检测用户或特定人群声音的第三传感器。

6、在该改进方案中，通过将解码操纵部件配置为动作传感器、电子烟咪头、第一传感器、第二传感器、第三传感器中的至少两种，使得电子烟的解码操作可以形成至少两种不同操作类型的组合，在此基础上，配合以先后顺序和/或时间限制，例如，设置至少两种不同位置按设定顺序解锁密码操作(例如：先在两秒内抽拉2下，再在两秒内连吸三口)；或在同一位置按设定的顺序进行至少两种不同的操作(例如：先两秒内连续吹三下，在2秒内连续吸三下)；或在电子烟表面至少两个不同部位按设定顺序和时间要求点击或滑动操作(例如：先在位置1点击2下，再在位置2点击1下，再在位置1点击2下，或在九宫格上连续画出设定的图形)，可以极大扩展密码设计长度，使密码具备一定复杂度，达到对未成年人的童锁安全性保障。

7、并且，考虑到电子烟体积小结构紧凑带来的布置性要求，以及必要的兼顾用户操作便利性，基于电子烟的特点，将解码操作配置为由点击、滑动、推拉、吹、吸、震动、声音中至少两种形成的组合，其中：

8、点击、滑动可以由电容式动作传感器实现检测，利用其电容电极的结构成本优势以及易于布置特点，便捷地在电子烟表层形成触觉感应，用户能在表面进行滑动和/或点击也十分方便；

9、烟弹的推拉检测属于本身电子烟必须具有的能力，此处可将其复用作为密码解锁操作的一种，既能丰富密码设计的复杂性，又避免增加成本，同样，电子烟本身具有电子烟咪头用于检测用户吹或吸动作从而响应启动加热，此处复用其作为解锁操作的一种也能达到成本控制目的，同时，电子烟的抽拉、吹、吸操作也具备便捷性；

10、震动、声音的检测传感器在目前能够做到集成度非常高，其成品体积十分小巧，非常容易地放置于电子烟壳体内部，同时由集成化带来造价低廉的特点，也具有布置性、成本优势，并且，用户对震动例如敲击电子烟或声音的产生也十分便捷，具有易于操作性，而利用声音还能收集用户或特点人群如成人的人声频率，提高识别的准确性。

11、作为该改进方案的进一步改进，可以设置动作传感器配置为分布于电子烟上的至少两个触摸电极；触摸电极耦合一个或多个电容端口，用于获取触摸电极的自电容和/或互电容。其中，触摸电极的数量具有至少两个，可同步具备点击的感测功能，以及滑动的感测功能，如点击其中一个，或从其中一个滑动至另一个。

12、作为另一种改进方案，解码操纵部件也可以单独配置为设于电子烟上的电容式指纹检测传感器，其本身具备足够可靠性来确保密码安全。

13、作为另一种改进方案，如背景技术所述，现有的电容检测方案中仅能检测油量，虽然通过检测油量也能起到一定的防干烧功能，例如在低油量时提醒，但如果能有强制性保障措施会是更安全性的选择。为此，本实用新型中，将电容传感器配置为包括电子开关、交流接地电极、检测电极、电容c1；加热丝复用为交流接地电极，并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；检测电极配置为感知雾化管与加热丝之间的介电常数，电容数字转换电路经电容c1耦合至检测电极以获取检测电极的自电容，电容c1的容值配置在10-20pf之间；处理模块耦合电容数字转换电路以及电子开关，用于依据自电容输出防干烧信号和/或储油仓内烟油的油量信息。

14、在该改进方案中，一方面是利用了电子烟已有的加热丝复用作为电极，其中，由于加热丝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，换言之，加热丝一端耦合至地，另一端经电子开关耦合至供电线路，或者加热丝一端耦合至供电线路，另一端经电子开关耦合至地，而自电容/互电容检测的激励信号为交流信号，加之电子开关因其结电容存在在交流下会等效短路，因此，加热丝在交流激励下就等效变成交流接地，因此为交流接地电极。电子烟中的供电线路供应直流信号，电子开关导通才能形成回路使加热丝工作，电子开关断开则停止工作，而交流直流互不影响，因此可以发现，选用加热丝复用作为自电容/互电容检测的交流接地电极时，无论电子开关导通还是截止，都能实现自电容/互电容检测，且检测并不影响加热丝的本身工作，同时，也利用了电子烟原有的加热丝作为检测的一部分，达到成本、易于布置性。在此基础上，可以发现由于激励下加热丝的等效交流接地，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，本发明在上述基础上，再通过cdc串联容值10-20pf之间的电容c1耦合至用于感知雾化管与加热丝之间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，使得能够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，就能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，相当于同一结构多用。其中油量的检测用于显示/提醒，防干烧用于强制关闭。

15、在本实用新型中，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丝之间，或雾化管远离加热丝的一侧，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，达到易于布置、成本控制目的。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。

16、进一步地，考虑到烟弹与电子烟的可插拔配合结构特点，以及线路寄生电容带来的影响，本实用新型中，雾化管与电容数字转换电路之间的导线长度配置为小于3cm，兼顾布置性、插播连接的可靠性以及检测的准确性。

17、关于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，以及有油时烟油与自电容关联特性，下述进行说明。

18、对于有油时烟油与自电容关联特性，我们发现在烟油充足时，烟油的体积与自电容之间呈现正相关关系，利用这个规律，可以通过自电容反映烟油的体积，从而实现对油量的检测。籍此，可以在处理模块中进一步配置油量检测方法包括：在尚未触发防干烧报警之前，监测检测电极的自电容值；依据自电容与烟油量正相关的规律计算储油仓内烟油的油量信息。考虑到油烟晃动对上述正相关特性的影响，进一步地，配置对自电容值的获取时机进一步配置为在烟油处于稳态时，通过稳态避免油烟晃动来获取更为准确的检测结果，其中优选地，当相邻至少两次获取的自电容值相同时，判定烟油处于稳态；或者当相邻至少两次测量所计算出的油量信息相同时，判定烟油处于稳态。该方案中，对于稳态的判定也利用电极实现，最大限度地避免增加成本以及保留烟弹的传统结构设计。或者，不依赖在稳态时进行自电容值的采集，而是通过软件将波动滤除得到稳态值。更进一步地，可以设置显示装置对检测出的油量进行显示，如通过跑马灯或lcd显示等方式。以及，设置处理模块在自电容值小于第四阈值(如对应于储油仓油量低位预警线)时执行低油量响应操作，其中低油量响应操作包括但不局限于产生如光/声/震动等的提醒。在防干烧检测与油量检测并存的考虑在于经济性vs安全性，部分用户群体出于经济性考虑可能会无视提醒继续吸烟，此时就需防干烧作为最后防线进行强制关断。

19、对于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，即用户吸烟的动态对烟油变化引起的自电容变化的影响，我们发现加热对介电的影响较大，以及烟油对加热丝的温度变化也存在影响。具体地，当加热丝有烟油浸润时，加热过程由于需同步加热加热丝以及烟油，温度上升的速率会稍平缓，自电容曲线平缓上升；而在停止加热后，由于烟油对加热丝的加速冷却，自电容曲线回落得快。而当加热丝没有烟油浸润时，加热过程只加热加热丝，自电容曲线上升较快；在停止加热后，由于失去烟油的加速冷却，自电容曲线回落变慢。此外，我们还发现当加热丝在吸烟前后都有烟油浸润时，即非最后一口时，吸烟动作前后的自电容波谷值的差异不大；而在最后一口时，吸烟动作前后的自电容波谷值将产生较大差异，具体吸烟后的自电容波谷值将明显低于吸烟前。基于上述这些规律，可以配置处理模块对干烧的判断方式进一步包括：获取检测电极上随用户吸烟动作而变化的自电容曲线；依据所述自电容曲线随吸烟动作发生的变化速率和/或吸烟动作前后的自电容波谷值的差值，输出所述防干烧信号。其中或的方案可以分别基于各自特点实现独立判断，和的方案更优选，可以利用两者进行综合判断、相互校验，达到准确性的进一步提升。具体判断时，控制处理模块在自电容曲线满足第一条件时输出防干烧信号，第一条件配置为以下的一者或多者的组合：从吸烟动作开始后的自电容上升斜率大于第一阈值；从吸烟动作停止后的自电容下降斜率小于第二阈值；吸烟动作前后的自电容波谷值的差值大于第三阈值。进一步地，控制处理模块在输出防干烧信号时通过电子开关断开直流导通回路，便捷实现强制停止加热。