CN115177034A - 一种雾化器及含其的电子烟 - Google Patents

Abstract

本申请的一个目的在于提供一种雾化效率高、结构简单、低功耗的小型雾化器，包括压电基底、对谐振器、短路栅、声表面波振荡器电路，以及雾化区。其中，对谐振器包括第一叉指换能器和第二叉指换能器，第一叉指换能器和第二叉指换能器相互平行地设置在压电基底上；短路栅对称设置在对谐振器外侧；声表面波振荡器电路用于使对谐振器产生自激振荡；雾化区形成于第一叉指换能器和第二叉指换能器之间。本申请还提供一种包含上述雾化器的电子烟。

Description

一种雾化器及含其的电子烟

技术领域

本申请涉及电子烟领域，特别涉及一种自激振荡的声表面波雾化器，及含该雾化器的电子烟。

背景技术

吸烟除了危害吸烟者的健康，其产生的“二手烟”也直接损害周围人群健康，此外，因烟头引起的火灾也时常发生。虽然吸烟的危害已经被社会所共知，但仍然有数量众多的吸烟者。因此，除了继续进行常规的宣传和法规建设外，研究既能满足吸烟者的需要、又能降低吸烟种种危害的新技术非常重要，这也是目前烟草行业的一个研究重点。

在新技术中，电子吸烟是一个重要的研究方向。市场上已经有很多品牌的电子烟，目前，电加热方式仍然是电子烟雾化烟油的主要形式。电加热的原理是将储油装置中的烟油经过导油管滴入加热装置，通过加热装置的高温将烟油蒸发形成雾化蒸汽，雾化蒸汽随空气被使用者吸入。然而，电加热的高温会导致烟油、加热元件及导油管材料发生一系列复杂的分解、裂解、碳化和溶出反应，容易影响抽吸品质，并存在潜在的健康隐患。

为了解决上述电加热方式的电子烟存在的问题，超声雾化、声表面波雾化等常温雾化技术应运而生。但是，当前采用的声表面波雾化技术需要信号源持续输出一定频率的信号，然后通过叉指换能器转化为声表面波进行雾化，这种设计通常使雾化器结构复杂、能量利用率低。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种雾化效率高、结构简单、低功耗的小型雾化器，包括压电基底、对谐振器、短路栅、声表面波振荡器电路，以及雾化区。其中，对谐振器包括第一叉指换能器和第二叉指换能器，第一叉指换能器和第二叉指换能器相互平行地设置在压电基底上；短路栅对称设置在对谐振器的外侧，可包括第一短路栅和第二短路栅，用于向所述雾化区反射声表面波；声表面波振荡器电路用于使对谐振器产生自激振荡；雾化区形成于第一叉指换能器和第二叉指换能器之间。本申请所述的叉指换能器是指在压电基底的表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声电换能。所述“第一”、“第二”仅用于区分各部件，方便表述，并不用于限定主次关系、信号方向等。

在该技术方案中，由于对谐振器能够自激振荡，便不需要采用额外的信号源来产生所需的频率信号，既能简化整体电路设计，又可以防止产生不必要的频率信号，提高能量利用率。

进一步地，声表面波振荡器电路包括移相网络和信号放大电路。其中，移相网络通过调整信号相位使对谐振器产生自激振荡信号；信号放大电路用于将声表面波保持在设定的强度上。采用该技术方案，只要信号放大电路的增益能够补偿声表面波传播及雾化过程中的损耗、叉指换能器的损耗、信号放大电路与叉指换能器之间的变换损耗，又能满足一定的相位条件，对谐振器和声表面波振荡器电路就可以起振。为了达到起振的相位条件，通常需要引入移相网络，该移相网络可以由可调的电容及电感通过串或并联的方式组成。

进一步地，起振的相位条件为：A>LP+LB+LC，φD+φE＝2nπ；其中，A为信号放大电路增益，LP为声表面波传播及雾化损耗，LB为叉指换能器损耗，LC为信号放大电路与叉指换能器之间的变换损耗，φD为声表面波振荡器电路的相移，φE为信号放大电路与移相网络的相移。

进一步地，第一叉指换能器和第二叉指换能器相距最近的叉指电极的间距为对谐振器自身谐振频率对应波长的10-10000倍。本申请所述的叉指电极是指叉指换能器的每根指状金属图案，间距是以叉指电极靠近雾化区的两个边部来计量的。采用该技术方案，能使声表面波在雾化区形成驻波，以增强振动幅度，提高雾化效率。

进一步地，雾化器包括导液部件，用于将液体导入雾化区，导液部件包括导液通道和渗液结构。导液通道的一端与液体连通，另一端与渗液结构连通；渗液结构靠近雾化区设置，用于将经过导液通道的液体导入所述雾化区。

进一步地，叉指换能器的材料包括但不限于铝、铜、金、铂。

进一步地，压电基底的材料包括但不限于石英、铌酸锂、钽酸锂或硅片。

本发明的另一目的在于提供一种电子烟，包括上述任一技术方案所述的雾化器。

本申请的有益效果为：

声表面波振荡器电路和对谐振器形成的振荡器能够自激振荡，替代了信号源，提高了能量利用率，简化了电路结构，提高了电路的可靠性；

声表面波在雾化区能够形成驻波模式提高了雾化效果；

利用了对谐振器的选频特性进行了两次信号频率筛选，将本申请的雾化器应用于电子烟中，雾化器输出频率稳定，产生了一致性更好的雾化效果。

附图说明

图1示出本申请一种实施方式的雾化器的示意图；

元件编号说明

100雾化器；

10压电基底；

20对谐振器；

21第一叉指换能器；22第二叉指换能器；23第一短路栅；24第二短路栅；

30声表面波振荡器电路；31信号放大电路；32移相网络；

40导液部件；41导液通道；42渗液结构；

50雾化区。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

本申请提供的雾化器100包括：压电基底10、对谐振器20、短路栅、声表面波振荡器电路30，以及雾化区50。压电基底10的材料可采用石英、铌酸锂、钽酸锂或硅片等。对谐振器20包括第一叉指换能器21和第二叉指换能器22，第一叉指换能器21和第二叉指换能器22相互平行地设置在压电基底10上；叉指换能器的材料可采用铝、铜、金、铂等。对谐振器外侧对称设置有短路栅，如图1所示，短路栅包括第一短路栅23和第二短路栅24，用于向雾化区反射声表面波。声表面波振荡器电路30用于使对谐振器20产生自激振荡信号。雾化区50形成于第一叉指换能器21和第二叉指换能器22之间。

在该实施方式中，信号传播的方向例如为：对谐振器20的第一叉指换能器21经过激发产生的电信号经过声表面波振荡器电路30传导到第二叉指换能器22，该电信号通过第二叉指换能器22转换为声表面波并延压电基底10传播，该声表面波经过雾化区50再返回至第一叉指换能器21，此时声表面波再度通过第一叉指换能器21转化为电信号，重新进入声表面波振荡器电路30，如此循环。同样地，信号也可以与上述示例完全相反的方向传播，即第一叉指换能器21也可接收第二叉指换能器22激发并经声表面波振荡器电路30传导的电信号而转换成声表面波，并经雾化器50后返回至第二叉指换能器22再次转化为电信号，如此循环。也就是说，声表面波振荡器电路30与对谐振器20共同组成了一个闭环的信号通路。由于对谐振器20自激振荡，便不需要采用额外的信号源来产生所需的频率信号，既能简化整体电路设计，又可以防止外部输入的信号源可能产生的其他频率的信号，提高能量利用率。

进一步地，声表面波振荡器电路30可具体包括信号放大电路31和移相网络32。信号放大电路31的增益能够补偿声表面波传播及雾化过程中的损耗、叉指换能器的损耗、信号放大电路与叉指换能器之间的变换损耗；移相网络32通过调整信号相位，使对谐振器20产生自激振荡信号，该移相网络32可以由可调的电容及电感通过串/并联的方式组成。

在本申请的实施方式中，信号放大电路31能满足起振的相位条件：A>LP+LB+LC，φD+φE＝2nπ；其中，A为信号放大电路增益，LP为声表面波传播及雾化损耗，LB为叉指换能器损耗，LC为信号放大电路与叉指换能器之间的变换损耗，φD为声表面波振荡器电路的相移，φE为信号放大电路与移相网络的相移。

在本申请的任一实施方式中，第一叉指换能器21和第二叉指换能器22相距最近的叉指电极的间距为对谐振器20自身谐振频率对应波长的10-10000倍。在该条件下，声表面波在雾化区50能够形成驻波，以增强振动幅度，提高雾化效率。

本申请提供的雾化器100还包括用于将待雾化液体导入雾化区50的导液部件40，导液部件40包括导液通道41和渗液结构42。导液通道41的一端与液体连通，另一端与渗液结构42连通，导液通道41可由金属、碳纤维、塑料、石英等材料制成。渗液结构42靠近雾化区50设置，用于将经过导液通道41的液体导入雾化区50。

此外，本申请还提供一种电子烟，该电子烟可包括上述任一实施方式或各实施方式的组合所形成的雾化器。

实施例1

本实施例提供的雾化器100如图1所示，包括：

压电基底10，其材料为36°LiTaO₃。

对谐振器20，包括第一叉指换能器21和第二叉指换能器22，第一叉指换能器21和第二叉指换能器22相互平行地设置在压电基底10上。第一叉指换能器21和第二叉指换能器22的每个叉指的宽度均为5μm，振动频率为200MHz；第一叉指换能器21和第二叉指换能器22距离最近的叉指边部相距1cm，该距离的数值即为该对谐振器20波长的500倍；对谐振器20的各金属叉指的材料均为铝。

短路栅，设置在压电基底10上，且对称设置在对谐振器20外侧，在该实施例中表示为第一短路栅23和第二短路栅24。

声表面波振荡器电路30，包括信号放大电路31和移相网络32。信号放大电路31采用PSA4-5043射频放大器，功能是补充振荡雾化损失的能量，以保证用于雾化的声表面波保持在设定的强度上。移相网络32采用电感电容组成的L型网络，主要功能是通过调整信号相位，使对谐振器20产生自激振荡信号。

雾化区50，形成于压电基底10上的第一叉指换能器21和第二叉指换能器22之间，流入该区域的烟液通过高频振动雾化。

导液部件40，包括导液通道41和渗液结构42，用于将烟液导入雾化区50。导液通道41为毛细吸管，一端与液体连通，另一端与渗液结构42连通；渗液结构42靠近雾化区50设置，用于将导液通道41中的液体导入雾化区50。

当该雾化器100工作时：

声表面波振荡器电路30满足起振的相位条件，使对谐振器20产生自激震荡信号。此时，对谐振器20的第一叉指换能器21经过激发产生的电信号经过信号放大电路31和移相网络32传导到第二叉指换能器22，该电信号通过第二叉指换能器22转换为声表面波并延压电基底10传播，该声表面波经过雾化区50返回至第一叉指换能器21，此时声表面波再度通过第一叉指换能器21转化为电信号，重新进入信号放大电路31。同样地，第一叉指换能器21也可接收第二叉指换能器22激发并经声表面波振荡器电路30传导的电信号而转换成声表面波，并经雾化器50后返回至第二叉指换能器22再次转化为电信号，如此循环，即可以与前述信号传播方向相反的方向传播。也就是说，声表面波振荡器电路30与对谐振器20共同组成了一个闭环的信号通路。

烟液通过毛细吸管吸入，再经过渗液结构42进入雾化区50，通过高频振动雾化。根据该实施例对谐振器20的参数选择，声表面波能够在雾化区50形成驻波，以增强振动幅度，提高雾化效率。

本申请提供的电子烟采用本申请实施例1提供的雾化器100。

表1显示的是采用本申请的雾化器与传统电加热雾化器、普通声表面波雾化器的电子烟的雾化效果对比。可以看出，本申请的雾化器在更低的能耗条件下，可以获得相当或更好的雾化效果，具有显著的技术效果。

表1本申请雾化方案与其他雾化方案的雾化效果对比

	功率(W)	气溶胶捕集量(mg/100口)
			本申请雾化方案	9	251
电加热雾化方案	27	240
			声表面波雾化方案	12	194

虽然通过参照本申请的某些优选实施方式，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (8)

1.一种雾化器，其特征在于，包括

压电基底；

对谐振器，包括第一叉指换能器和第二叉指换能器，所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器相互平行地设置在所述压电基底上；

短路栅，对称设置在所述对谐振器外侧；

声表面波振荡器电路，用于使对谐振器产生自激振荡；

雾化区，形成于所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器之间。

2.如权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述声表面波振荡器电路包括：

移相网络，通过调整信号相位使所述对谐振器产生自激振荡信号；以及

信号放大电路，用于将声表面波保持在设定的强度上。

3.如权利要求2所述的雾化器，其特征在于，所述对谐振器和声表面波振荡器电路产生自激振荡的起振的相位条件为：

A>LP+LB+LC，φD+φE＝2nπ；

其中，A为信号放大电路增益，LP为声表面波传播及雾化损耗，LB为叉指换能器损耗，LC为信号放大电路与叉指换能器之间的变换损耗，φD为声表面波振荡器电路的相移，φE为信号放大电路与移相网络的相移。

4.如权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器相距最近的叉指电极的间距为所述对谐振器自身谐振频率对应波长的10-10000倍。

5.如权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述雾化器还包括导液部件，用于将液体导入所述雾化区，所述导液部件包括：

导液通道，所述导液通道的一端与液体连通，另一端与渗液结构连通；

所述渗液结构靠近所述雾化区设置，用于将经过所述导液通道的液体导入所述雾化区。

6.如权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述叉指换能器的材料选自于铝、铜、金、铂中的一种。

7.如权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述压电基底的材料选自于石英、铌酸锂、钽酸锂或硅片中的一种。

8.一种电子烟，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的雾化器。

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