CN111511234A - 包括多个传感器的气溶胶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气溶胶生成装置(20)，所述气溶胶生成装置包括：空气入口(50)；空气出口(52)；气流通道，所述气流通道沿第一方向在所述空气入口(50)与所述空气出口(52)之间延伸；在所述气流通道中的加热元件(30)，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；第一温度传感器(80)，所述第一温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；第二温度传感器(82)，所述第二温度传感器在所述第一方向上与第一传感器间隔开，用于测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度；以及控制器(14)，所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置(20)的操作参数。

Description

包括多个传感器的气溶胶生成装置

本说明书涉及一种气溶胶生成装置，其用于加热气溶胶形成基质来生成气溶胶。特别地，但并非排他地，本发明涉及一种气溶胶生成装置，其包括用于控制气溶胶生成装置的操作参数的多个温度传感器。

在许多手持式气溶胶生成装置中，电阻加热元件可用于加热气溶胶形成基质以生成气溶胶。电阻加热元件可由控制器控制。控制器可被配置成基于加热器温度控制电阻加热元件的操作，加热器温度可通过测量电阻加热元件两端的电阻来确定。这可以显著地降低电阻加热元件例如由于过热而受损的机会，因为当测量的加热器温度超出给定阈值时，供应到加热元件的电力可受到限制。如果电阻加热元件用于加热液体气溶胶形成基质的供应，并且液体气溶胶形成基质的供应耗尽，则控制器可检测到电阻加热元件的温度显著上升。作为响应，控制器可以通过终止向电阻加热元件的电力供应来防止电阻加热元件产生任何进一步的热。

然而，这种温度测量可能不能检测到电阻加热元件处的局部温度波动。这是因为电阻是在整个加热器电路中测量的，因此代表整个电阻加热元件的总体温度。此外，这种温度测量不指示在装置的除了加热元件之外的位置处的温度。例如，难以仅基于电阻加热元件的电阻准确地得出气溶胶温度。

此外，电阻加热元件处的温度测量基于在使电流通过电阻加热元件时测量电阻。因此，一旦电阻加热元件不运行，温度测量就会停止。这可能会有问题或不方便。例如，如果由于电阻加热元件的温度超过阈值，控制器已终止向电阻加热元件供应电力，则控制器将不能继续确定电阻加热元件的温度。这意味着不再向电阻加热元件供电时，控制器将不能确定电阻加热元件的温度是否降低到低于阈值。这将导致电阻加热元件的温度再次增加。显然，这种类型的温度测量仅对电阻加热元件起作用。因此，这种技术不能与其它类型的基于非电阻式加热器气溶胶生成装置一起使用。

期望提供一种包括加热布置的气溶胶生成装置，所述加热布置减轻或克服已知装置的这些缺点中的至少一些缺点。期望提供一种气溶胶生成装置，其可利用更先进的传感器布置，并且可实施改进的控制机制。

根据本发明的第一方面，提供了一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：空气入口；空气出口；气流通道，所述气流通道在所述空气入口与所述空气出口之间沿第一方向延伸；在所述气流通道中的加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；在所述第一方向上与第一传感器间隔开的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度；以及控制器，所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数。

在一些实施例中，操作参数可以包括多个操作参数。

第一温度传感器和第二温度传感器可以是不同类型的温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器可以是相同类型的温度传感器。

如本文所使用，术语“温度传感器”可以指用于感测指示温度的一个或多个信号的任何合适的感测装置。例如，在加热元件包括电阻加热元件时，电阻加热元件以及用于测量电阻加热元件两端的电阻的控制器用作温度传感器。

如本文所使用，术语“测量的温度”可指直接温度测量或间接温度测量。间接温度测量可以包括由控制器基于指示温度的一个或多个信号确定的温度。

第一位置和第二位置可以位于沿气流通道的任何地方，以测量局部温度。所述第一温度可以包括指示以下各项中的任何一项或组合的温度：在第一位置处的环境空气；在第一位置处流过气流通道的空气；在第一位置处在气流通道中生成的气溶胶；在第一位置处的加热元件；以及在第一位置处供应到加热元件的气溶胶形成基质。所述第二温度可以包括指示以下各项中的任何一项或组合的温度：在第二位置处的环境空气；在第二位置处流过气流通道的空气；在第二位置处在气流通道中生成的气溶胶；在第二位置处的加热元件；以及在第二位置处供应到加热元件的气溶胶形成基质。所测量的温度可有利地允许控制器基于在沿着气流通道的特定已知位置处测量的局部温度控制所述装置的一个或多个操作参数。所测量的温度可有利地允许控制器至少沿着第一方向确定气流通道的温度梯度。所测量的温度可有利地允许控制器确定加热元件处的局部温度波动。

可以选择第一位置和第二位置中的每一个的定位以提供一个或多个有利效应，如下文所讨论的实施例中所述。

第一位置可与加热元件间隔开。第二位置可与加热元件间隔开。这可以允许测量在沿着气流通道的与加热元件间隔开的一个或多个位置(诸如沿着气流通道的第一方向)处的温度。有利地，这可以简化装置的设计，因为温度传感器可以提供为与加热元件分离的组件。这使得加热元件更易于维修或更换。当期望在已经在加热元件处生成气溶胶之后确定气溶胶的温度时，这也可能是有利的。当期望在空气到达加热元件之前的位置处(例如，在供气的温度不可能受到由加热元件产生的热的显著影响的位置处)确定供气的温度时，这可能是有利的。第一位置和第二位置可以各自沿气流通道与加热元件间隔开相同距离。

第一位置可在相对于加热元件的上游方向或下游方向上紧邻加热元件。第二位置可在相对于加热元件的上游方向或下游方向上紧邻加热元件。这可有利地允许第一温度传感器和第二温度传感器中的一者或两者在空气到达加热元件之前立即提供气温的指示。这可有利地允许第一温度传感器和第二温度传感器中的一者或两者在已经在加热元件处生成气溶胶之后立即提供气溶胶温度的指示。

在一些实施例中，第一位置和第二位置中的一者可位于加热元件的上游，第一位置和第二位置中的另一者可位于加热元件的下游。在一些实施例中，第一位置和第二位置两者均可位于加热元件的上游。在一些实施例中，第一位置和第二位置两者均可位于加热元件的下游。

控制器可被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制装置的操作参数。在一些实施例中，控制器被配置成基于第一温度与第二温度之间的差值，控制所述装置的操作参数。在一些实施例中，控制器被配置成基于第一温度与第二温度之间的比率，控制所述操作参数。例如，在一些实施例中，第一温度与第二温度之间的差值可有利地指示空气供应和生成的气溶胶中的一者或两者沿着气流路径的至少部分流动，所述气流路径至少在第一位置与第二位置之间延伸。更具体地，第一温度或第二温度中的一者相对于另一者突然增大可以指示发生这种气流。如果第一位置和第二位置中的一者位于加热元件的下游，并且第一位置和第二位置的另一者位于加热元件的上游，这可能是特别相关的。这是因为加热元件上游的温度突然下降可以表示空气供应流入气流通道。加热元件下游的温度突然上升可以表示已在加热元件处生成气溶胶并且其正流向空气出口。因此，第一温度与第二温度之间的相对差值或相对比率可以指示此类事件。

在一些实施例中，第一位置和第二位置中的一者可对应于加热元件上的一位置，并且第一位置和第二位置中的另一者可以在沿气流通道的方向上与加热元件间隔开。这可以允许将测量的加热元件温度与在加热元件的上游或下游测量的温度进行比较。这可有利地实现气流事件的确定。例如，相比空气流速较低时可能测量到的温度，较高的空气流速可导致在加热元件下游测量的温度较低。因此，控制器可以基于第一温度和第二温度来有利地确定一个或多个气流参数，例如空气流速。

在一些实施例中，控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度来确定气流事件，诸如以下各项中的任一项或多项：吸入、呼出或空气流速，诸如体积空气流速。这可有利地允许控制器基于除所述第一温度和第二温度之外确定的气流事件，控制所述装置的操作参数。实际上，气流事件可影响所测量的第一温度和所测量的第二温度。通过基于气流事件以及第一温度和第二温度控制操作参数，所述装置可以更准确地控制所述操作参数。

在一些实施例中，加热元件可以包括多个加热区段。第一位置和第二位置中的每一个可位于加热元件的相应加热区段处。因此，所测量的第一温度可指示对应于第一位置的加热元件的第一区段的温度。所测量的第二温度可指示对应于第二位置的加热元件的第二区段的温度。这允许传感器用于确定代表加热元件的不同区段的温度。有利地，这使得能够确定跨越加热元件的温度梯度。在一些实施例中，所述控制器被布置成确定跨越所述加热元件的温度分布，并且基于所确定的温度分布来控制所述操作参数。在一些实施例中，每个相应的加热区段可独立地控制。有利地，这使得能够校正跨越加热元件的任何不期望的局部温度波动。实际上，应当理解，在一些实施例中，可以提供超过两个加热区段，每个相应的加热区段具有对应的位置，由此可以测量相应的温度。具有多个位置的多个加热区段有利地使得能够更准确地确定跨越所述加热元件的温度梯度。

在一些实施例中，加热元件可以包括电阻加热元件。在这种实施例中，第一温度传感器和第二温度传感器中的一者可以包括电阻加热元件，相应的第一或第二测量温度可以基于测量电阻加热元件两端的电阻。第一温度传感器和第二温度传感器可以是不同类型的温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器可以是相同类型的温度传感器。

加热元件可包括等离子体加热元件，其包括多个金属纳米粒子，所述多个金属纳米粒子被布置成从光源接收光并通过表面等离子体共振产生热。

如本文所使用，术语“表面等离子体共振”是指金属纳米粒子的自由电子的集体谐振振荡，并且因此在金属纳米粒子的表面处产生电荷偏振。自由电子的集体谐振振荡以及因此电荷偏振通过光从光源入射在金属纳米粒子上来激励。振荡的自由电子的能量可以通过几种机制(包括热量)消散。因此，当金属纳米粒子用光源照射时，金属纳米粒子通过表面等离子体共振产生热。

如本文所使用，术语“金属纳米粒子”是指具有约1微米或更小的最大直径的金属粒子。在被入射光激发时通过表面等离子体共振产生热的金属纳米粒子也可以被称为等离子体纳米粒子。

有利地，与电阻式加热系统和感应式加热系统相比，被布置成通过表面等离子体共振产生热的等离子体加热元件可以提供气溶胶形成基质的更均匀的加热。例如，无论入射光的入射角如何，金属纳米粒子的自由电子都会被相同程度地激发。

有利地，与电阻式加热系统和感应式加热系统相比，被布置成通过表面等离子体共振产生热的等离子体加热元件可以提供更多的局部加热。有利地，局部加热促进气溶胶形成基质的离散部分或多个离散气溶胶形成基质的加热。有利地，局部加热通过增加或最大化由等离子体加热元件产生的热到气溶胶形成基质的传递来提高气溶胶生成装置的效率。有利地，局部加热可以减少或消除气溶胶生成装置的其它部件的不希望加热。

等离子体加热元件可被布置成接收来自外部光源的光，并且通过表面等离子体共振产生热。外部光源可以包括环境光。环境光可以包括太阳辐射。环境光可以包括在气溶胶生成装置外部的至少一个人造光源。

等离子体加热元件可以直接从环境光源接收环境光，或者它可以通过装置中的一个或多个另外的光传输元件接收环境光。可以通过气溶胶生成装置的外表面上的一个或多个窗口或开口将环境光接收到气溶胶生成装置中。环境光源可以用来补充气溶胶生成装置的光源。当试图在操作装置的内部光源之前将气溶胶形成基质预热到升高的温度时，这可能是有利的。这也可以有利地减少气溶胶生成装置所需的功率量。气溶胶生成装置可以包括环境光控制装置，所述环境光控制装置用于控制光透射芯可从环境光源接收的环境光的量。环境光控制装置可以包括自动控制装置，例如自动快门。环境光控制装置可以包括手动控制装置，例如用于覆盖装置中的一个或多个窗口或开口的可释放帽。

气溶胶生成装置可以包括光源，其中等离子体加热元件被布置成接收来自光源的光并且通过表面等离子体共振产生热。

有利地，向气溶胶生成装置提供光源可以允许等离子体加热元件在不接收来自外部光源的光的情况下产生热。有利地，向气溶胶生成装置提供光源可以改善对等离子体加热元件的照射的控制。有利地，控制等离子体加热元件的照射会控制通过表面等离子体共振将等离子体加热元件加热达到的温度。

光源可以包括被布置成发射在电磁光谱的可见光范围内的光的光源。光源可以包括被布置成发射超出电磁光谱的可见光范围的光的光源，例如，紫外光源和红外光源中的至少一者。这可有利地激发更广泛范围的纳米粒子，例如不同大小或组成的纳米粒子。

优选地，光源被配置成发射包括在380纳米和700纳米之间的至少一个波长的光。优选地，光源被配置成峰值发射波长在约495纳米与约580纳米之间。如本文所使用，“峰值发射波长”是指光源呈现最大强度时的波长。有利地，在约495纳米与约580纳米之间的峰值发射波长可以通过表面等离子体共振提供等离子体加热元件的最大加热，尤其当多个金属纳米粒子包括金、银、铂和铜中的至少一者时。

气溶胶生成装置的光源可以包括发光二极管(LED)和激光器中的至少一者。

有利地，发光二极管和激光器可以具有适于在气溶胶生成装置中使用的紧凑尺寸。气溶胶生成装置的光源可能不需要相对较大的电压降来实现表面等离子体共振。例如，气溶胶生成装置的光源可以包括一个或多个发光二极管(LED)。这可以允许使用更安全、更经济的电源来为装置供电。此外，不需要在等离子体加热元件与光源之间提供物理连接。因此，使用等离子体加热元件可有利地减少在维修和维护期间损坏加热元件的可能性。实际上，由于不需要在等离子体加热元件与光源之间提供物理连接，所以可以容易地维修或更换等离子体加热元件。等离子体加热元件也可以意味着装置不易受外部环境的影响，因为使用等离子体加热元件可以消除对暴露的电气部件的需要。

使用激光器作为光源可以实现在相对较窄的波长范围内的光发射。激光器可以包括固态激光器和半导体激光器中的至少一者。窄波长范围可以是与纳米粒子的大小和组成匹配的波长范围，这将在稍后描述。这可有利地提高效率，光源输出的大多数光(如果不是全部的话)可以被金属纳米粒子吸收，以通过表面等离子体共振产生热。另外，与其它光源相比，这种光源可以相对稳固且构造简单。

光源发射的光，诸如每秒发射的光子数量可以通过控制发射光的振幅，或频率，或振幅和频率的组合来改变。光源发射的光量(例如，每秒发射的光子数量)可以通过发射光脉冲来改变。

光源可以包括多个光源。光源可以是相同类型的光源。光源中的至少一些光源可以是不同类型的光源。多个光源可以包括本文所述的光源类型的任何组合。

有利地，多个光源可有助于定制在使用期间由气溶胶生成装置产生的加热廓线。

光源中的至少一个光源可以是主光源，并且光源中的至少一个可以是备用光源。气溶胶生成装置可以被配置成仅当一个或多个主光源无法操作时从一个或多个备用光源发射光。

光源中的至少一个光源可被布置成仅照射多个金属纳米粒子的一部分。多个光源中的每一个光源可被布置成照射多个金属纳米粒子的不同部分。

气溶胶生成装置可以被配置成使得多个光源同时照射多个金属纳米粒子的不同部分。有利地，同时照射多个金属纳米粒子的不同部分可以促进等离子体加热元件的均匀加热。有利地，同时照射多个金属纳米粒子的不同部分可以促进多个离散气溶胶形成基质的同时加热。

气溶胶生成装置可以被配置成使得多个光源在不同时间照射多个金属纳米粒子的不同部分。有利地，在不同时间照射多个金属纳米粒子的不同部分可促进在不同时间加热气溶胶形成基质的不同部分。有利地，在不同时间照射多个金属纳米粒子的不同部分可促进在不同时间加热多个离散气溶胶形成基质。

优选地，气溶胶生成装置包括电源和控制器，所述控制器被配置成将电力从电源供应到光源。

在气溶胶生成装置包括多个光源的实施例中，电源可以包括单个电源，所述单个电源被布置成向多个光源供应电力。

在气溶胶生成装置包括多个光源的实施例中，电源可以包括多个电源，所述多个电源被布置成向多个光源供应电力。

在气溶胶生成装置包括多个光源的实施例中，控制器可被配置成选择性地将电力供应到多个光源中的至少一些光源。控制器可被配置成选择性地改变向多个光源中的至少一些光源的电力供应。

在多个光源被配置成照射多个金属纳米粒子的不同部分以加热多个离散气溶胶形成基质的实施例中，控制器可选择性地将电力供应到多个光源中的至少一些光源，以选择性地加热多个离散气溶胶形成基质中的至少一些。控制器可以选择性地改变向多个光源中的至少一些光源的电力供应，以改变多个离散气溶胶形成基质中的至少一些的加热比率。

有利地，通过改变多个离散气溶胶形成基质中的至少一些的相对加热，气溶胶生成装置可以改变递送至使用者的气溶胶的组成。

优选地，气溶胶生成装置包括用户输入装置。用户输入装置可以包括按钮、滚轮、触摸按钮、触摸屏和麦克风中的至少一者。有利地，用户输入装置允许使用者控制气溶胶生成装置的操作的一个或多个方面。在气溶胶生成装置包括光源、控制器和电源的实施例中，用户输入装置可以允许使用者激活向光源的电力供应、停用向光源的电力供应或这两者。

在控制器被配置成选择性地向多个光源中的至少一些光源供应电力的实施例中，优选地，控制器被配置成响应于用户输入装置接收的用户输入选择性地将电力供应到多个光源中的至少一些光源。

在控制器被配置成选择性地改变向多个光源中的至少一些光源供应电力的实施例中，优选地，控制器被配置成响应于用户输入装置接收的用户输入选择性地改变向多个光源中的至少一些光源的电力供应。

气溶胶生成装置可以包括一个或多个光学元件，以促进光从光源传输到等离子体加热元件。一个或多个光学元件可以包括孔隙、窗口、透镜、反射器和光纤中的至少一者。

有利地，孔隙和窗口中的至少一者可以促进来自外部光源的光透射到等离子体加热元件。气溶胶生成装置可以包括壳体，其中孔隙和窗口中的至少一者位于壳体上。

有利地，透镜、反射器和光纤中的至少一者可以集中或聚焦从光源发射的光到等离子体加热元件上。有利地，将光集中或聚焦到等离子体加热元件上可以增加通过表面等离子体共振将等离子体加热元件加热达到的温度。

多个金属纳米粒子可以包含金、银、铂、铜、钯、铝、铬、钛、铑、钌中的至少一者。多个金属纳米粒子可以包含元素形式的至少一种金属。多个金属纳米粒子可以包含金属化合物中的至少一种金属。金属化合物可以包括至少一种金属氮化物。

优选地，多个金属纳米粒子包含金、银、铂和铜中的至少一者。有利地，金、银、铂和铜纳米粒子在使用可见光照射时可表现出强表面等离子体共振。

多个金属纳米粒子可以包含单个金属。多个金属纳米粒子可以包含不同金属的混合物。

多个金属纳米粒子可包括多个第一纳米粒子和多个第二纳米粒子，所述多个第一纳米粒子包含第一金属，所述多个第二纳米粒子包含第二金属。

多个金属纳米粒子中的至少一些可各自包含两种或更多种金属的混合物。多个金属纳米粒子中的至少一些可包含金属合金。多个金属纳米粒子中的至少一些可各自包括芯-壳构型，其中芯包括第一金属，并且壳包括第二金属。

在气溶胶生成装置包括光源的实施例中，优选地，多个金属纳米粒子包括小于或等于光源的峰值发射波长的数均最大直径。

多个金属纳米粒子可以包括小于约700纳米、优选小于约600纳米、优选小于约500纳米、优选小于约400纳米、优选小于约300纳米、优选小于约200纳米、优选小于约150纳米、优选小于约100纳米的数均最大直径。

等离子体加热元件可由多个金属纳米粒子形成。

等离子体加热元件可包括基底层和位于基底层的至少一部分上的涂层，其中涂层包括多个金属纳米粒子。有利地，基底层可由为所需机械属性选择的材料形成。有利地，可以形成涂层以当涂层暴露于光源的光时，优化多个金属纳米粒子的表面等离子体共振。

基底层可以由任何合适的材料形成。基底层可以包括金属。基底层可以包括聚合物材料。基底层可以包括陶瓷。

基底层可以是导电的。基底层可以是电绝缘的。

可以使用任何合适的工艺在基底层上提供纳米粒子。可以使用物理气相沉积工艺在基底层上沉积金属纳米粒子。

等离子体加热元件可包括金属纳米粒子的多个离散区域，其中所述多个离散区域彼此间隔开。有利地，金属纳米粒子的多个离散区域可有助于加热气溶胶形成基质的多个离散部分。有利地，金属纳米粒子的多个离散区域可有助于加热多个离散气溶胶形成基质。

气溶胶生成装置可以包括被布置成照射金属纳米粒子的多个离散区域的光源。气溶胶生成装置可以包括被布置成照射金属纳米粒子的多个离散区域的多个光源。多个光源中的每一个光源可被布置成仅照射金属纳米粒子的一个离散区域。

等离子体加热元件可以包括布置成从光源接收光并通过多个金属纳米粒子的表面等离子体共振产生热的第一表面。第一表面可以包括限定三维形状的多个表面特征。第一表面可以包括多个凸起和多个凹陷中的至少一者。第一表面可以具有波状形状。

有利地，包括多个表面特征的第一表面可以增加第一表面的表面积。有利地，当光入射在第一表面上时，增加第一表面的表面积可以增加多个金属纳米粒子通过表面等离子体共振的加热。

在等离子体加热元件包括基底层和涂层的实施例中，基底层的第一表面可限定多个表面特征，其中涂层设置在基底层的第一表面上以形成等离子体加热元件的第一表面。

等离子体加热元件可包括被布置成在使用期间将热传递到气溶胶形成基质的第二表面。第二表面可以位于等离子体加热元件的与第一表面相对的一侧上。在等离子体加热元件包括基底层和涂层的实施例中，优选地，基底层包括第一表面和第二表面，涂层设置在所述第一表面上以形成等离子体加热元件的第一表面，所述第二表面形成等离子体加热元件的第二表面。优选地，基底层包括导热材料，以促进从涂层到等离子体加热元件的第二表面的热传递。

在加热元件包括电阻加热元件和等离子体加热元件的实施例中，多个金属纳米粒子可以形成电阻加热元件。

在等离子体加热元件包括基底层和涂层的实施例中，基底层和涂层中的至少一者可形成电阻加热元件。基底层可以包括电阻材料。电阻材料可以包括电阻金属和电阻陶瓷中的至少一者。基底层可以由电阻材料形成。基底层可包括编织材料，其中电阻材料的多个线形成编织材料的至少一部分。

在气溶胶生成装置包括电源和控制器的实施例中，优选地，控制器被布置成提供从电源到电阻加热元件的电力供应。

气溶胶生成装置可以被布置成除了通过多个金属纳米粒子的表面等离子体共振产生热之外还使用电阻加热元件来产生热。气溶胶生成装置可以被布置成使用电阻加热元件来产生热，作为通过多个金属纳米粒子的表面等离子体共振产生热的替代方式。

气溶胶生成装置可以被布置成使用电阻加热元件来产生热，作为通过多个金属纳米粒子的表面等离子体共振产生热的备用方式。例如，如果多个金属纳米粒子通过表面等离子体共振的加热不充足时，气溶胶生成装置可以被布置成使用电阻加热元件产生热。

气溶胶生成装置可以被布置成在加热周期开始时使用电阻加热元件产生热。换句话说，电阻加热元件可以用来产生热以将加热元件的温度升高到初始工作温度。当加热元件的温度达到初始工作温度时，气溶胶生成装置可以被布置成减少或终止向电阻加热元件的电力供应。

装置的操作参数可影响装置的一个或多个部件的操作。操作参数可以包括影响装置的一个或多个部件的操作的一个或多个过程变量。优选地，一个或多个部件包括由装置使用以生成气溶胶的一个或多个部件，例如加热元件或配置成直接或间接地向加热元件供电的电源。例如，在一些实施例中，操作参数可以包括加热元件的温度。操作参数可以包括加热元件的温度廓线，例如随着时间的推移的输出温度。温度或温度廓线可以由控制器控制从电源供应到加热元件的电力来控制。电力可直接供应到加热元件。电力可以例如通过向一个或多个光源供应电力而间接地供应到加热元件，所述一个或多个光源被布置成向加热元件的等离子体加热表面提供光。控制器可被配置成基于测量的第一温度和测量的第二温度控制加热元件的至少一部分的输出温度。在上述实施例中，在第一位置和第二位置位于沿着加热元件的不同加热区段处时，控制器可被配置成基于相应的第一和第二测量温度独立控制与每个加热区段相关联的操作参数。例如，控制器可以被配置成确定跨越所述多个加热区段的温度分布，并且可以基于所确定的温度分布单独控制供应到所述多个加热区段中的每一个加热区段的电力。这可以允许更精确地控制加热元件产生的热。可通过控制供应到多个光源中的一个或多个光源的电力来实现对供应到多个加热区段的电力的控制，所述多个光源被布置成提供光以为加热元件的各个加热区段中的每一个供电。例如，如果第一光源布置成向第一加热区段提供光，并且第二光源布置成向第二加热区段提供光，控制器可以被配置成如果对应于加热元件的第二区段的测量温度已确定为低于对应于加热元件的第一区段的测量温度，则相对于第一光源发射的光的量增加第二光源发射的光的量。

在一些实施例中，控制器可以被配置成在检测气流时激活或以其它方式控制由加热元件消耗的热量。在一些实施例中，控制器可以被配置成基于所确定的空气流速控制操作参数。例如，控制器可以被配置成基于通过气流通道的气流的体积速率控制加热元件的温度。

在一些实施例中，气溶胶生成装置可以包括：包括气溶胶形成基质的液体储存部分；以及用于将气溶胶形成基质从液体储存部分泵送到加热元件的泵；其中，所述装置的操作参数包括从液体储存部分到加热元件的气溶胶形成基质的流速，其中所述控制器被布置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制气溶胶形成基质的流速。在一些实施例中，控制器可以被布置成基于第一温度和第二温度控制泵，以投配受控体积的液体基质。在一些实施例中，控制器可以被布置成基于气流事件，例如通过气流通道的体积空气流速，控制泵以投配受控体积的液体基质。泵可被布置成基于通过气流通道的气流的量来投配受控体积的液体基质。在一些实施例中，液体储存部分可以是可移动筒。例如，气溶胶生成装置可以包括连接器，以用于连接到筒的连接器，例如鲁尔接头。

在一些实施例中，所述第一位置是在加热元件处的位置，并且所述第一温度是在第一位置处的加热元件的温度，而所述第二位置是加热元件下游的位置，并且所述第二温度是在所述第二位置处的气流通道的环境温度。在一些实施例中，所述装置包括用于感测沿气流通道的第三位置处的第三温度的第三温度传感器，其中所述第三位置是所述加热元件上游的位置，并且所述第三温度是在所述第三位置处的气流通道的环境温度，并且其中所述控制器被配置成基于第一温度、第二温度和第三温度控制所述装置的操作参数。这可有利地允许当比较在加热元件的上游和下游测量的相对温度或温度变化时，控制器通过考虑加热器温度更准确地确定空气流速。

在一些实施例中，温度传感器可以是片上温度传感器。温度传感器可以是平面的。温度传感器可嵌入加热元件的表面中。因此，使用这种片上温度传感器可有利地防止对空气在气流通道中的流动的过度妨碍。在一些实施例中，这种片上温度传感器的表面可以涂覆纳米粒子以实现表面等离子体共振。有利地，包括这种片上温度传感器并不会减少可用于实现表面等离子体共振的加热表面积。

电源优选地是可包括DC电源的电源。电源可以包括至少一个电池。至少一个电池可以包括可再充电锂离子电池。电源可以包括另一种形式的电荷储存装置，例如电容器。电源可能需要再充电。电源具有的容量可以允许储存足够气溶胶生成装置使用一次或多次的能量。例如，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规卷烟所耗费的典型时间，或者持续六分钟的倍数的时间。在另一实例中，电源可具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或离散激活。

在气溶胶生成装置包括等离子体加热元件和光源的实施例中，控制器可以被配置成在加热周期开始时开始从电源向光源供应电力。控制器可以被配置成在加热周期结束时终止从电源向光源供应电力。

控制器可以被配置成提供从电源向光源的连续电力供应。

控制器可以被配置成提供从电源向光源的间歇电力供应。控制器可以被配置成提供从电源向光源的脉动电力供应。

有利地，向光源脉动供应电力可以在一段时间期间促进对光源的总输出的控制。有利地，在一段时间内控制光源的总输出可以促进对通过表面等离子体共振将等离子体加热元件加热到的温度的控制。

有利地，与其它弛豫过程(例如，氧化还原弛豫)相比，向光源脉动供应电力可以增加由表面等离子体共振激发的自由电子的热弛豫。因此，有利地，向光源脉动供应电力可以增加等离子体加热元件的加热。优选地，控制器被配置成从电源向光源提供电力的脉动供应，使得光源的连续光脉冲之间的时间等于或小于约1皮秒。换句话说，光源的每个光脉冲结束与光源的下一个光脉冲开始之间的时间等于或小于约1皮秒。

控制器可以被配置成改变从电源向光源的电力供应。在控制器被配置成向光源提供电力的脉动供应的实施例中，控制器可以被配置成改变电力的脉动供应的占空比。控制器可被配置成改变脉宽和占空比的周期中的至少一者。

气溶胶形成基质可包括液体气溶胶形成基质。气溶胶生成装置可以包括液体传输元件，所述液体传输元件布置成将液体气溶胶形成基质从储存部分传输到加热元件。液体传输元件可包括毛细芯。

液体气溶胶形成基质可包括水。

液体气溶胶形成基质可以包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，例如三乙二醇、1,3-丁二醇和最优选的丙三醇或聚乙二醇。

液体气溶胶形成基质可以包括尼古丁或烟草产品中的至少一种。附加地或替代地，液体气溶胶形成基质可以包括用于输送到使用者的另一种目标化合物。在液体气溶胶形成基质包括尼古丁的实施例中，尼古丁可以与气溶胶形成剂一起包括在液体气溶胶形成基质中。

气溶胶生成装置可以包括第一气溶胶形成基质和第二气溶胶形成基质。优选地，加热元件被布置成加热第一气溶胶形成基质和第二气溶胶形成基质两者。

根据本发明的第二方面，提供了一种液体储存筒，所述液体储存筒包括用于将所述液体储存筒连接到气溶胶生成装置的连接器，其中所述液体储存筒包括液体气溶胶形成基质，并且被构造成在气溶胶形成基质耗尽时塌缩。气溶胶形成基质的耗尽可能不会导致液体储存筒中的负压。因此，它可有利地防止空气侵入筒中。在一些实施例中，连接器为鲁尔接头。

根据本发明的第三方面，提供了一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括根据本发明的第一方面和第二方面的气溶胶生成装置和包括气溶胶形成基质的气溶胶生成制品。气溶胶生成制品可以包括液体储存筒，所述液体储存筒包括气溶胶形成基质。

如本文中所使用，术语“气溶胶生成装置”涉及一种可以与气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置。

如本文中所使用的，术语“气溶胶形成基质”涉及能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质来释放此类挥发性化合物。

气溶胶形成基质可以是气溶胶形成制品的一部分。气溶胶形成基质可以具有任何合适的构造，并且可以包括下文更详细描述的任何特征。

如本文中所用，术语“气溶胶生成系统”是指气溶胶生成装置和与所述装置一起使用的一个或多个气溶胶形成制品的组合。气溶胶生成系统可以包括额外部件，例如用于为电操作或电气溶胶生成装置中的机载电源再充电的充电单元。

根据本发明的第四方面，提供了一种控制气溶胶生成装置的方法，所述气溶胶生成装置包括在沿第一方向延伸的气流通道中的加热元件，所述方法包括以下步骤：测量在沿气流通道的第一位置处的第一温度；测量在沿气流通道的第二位置处的第二温度，并且其中，第二位置在第一方向上与第一位置间隔开；以及基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数。

根据本发明的第五方面，提供了一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：空气入口；空气出口；气流通道，所述气流通道在所述空气入口与所述空气出口之间沿第一方向延伸；在所述气流通道中的加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在沿气流通道的第一位置处的第一温度；以及控制器，所述控制器基于至少所测量的第一温度控制所述装置的操作参数。

关于一个方面描述的特征可以等同地适用于本发明的其它方面。

现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明的实施例的气溶胶生成系统的透视图；

图2a为图1的加热器组件的分解透视图；

图2b为图1的加热器组件的透视图；

图2c为图2a和2b的加热器组件的截面图；

图3为根据本发明的实施例的加热器组件的截面图；

图4为根据本发明的实施例的气溶胶生成装置的加热元件的透视图；以及

图5a为在第一条件下图4的加热元件处的热耗散的示意图，在所述第一条件下，跨越加热元件基本上不存在气流；以及

图5b为在第二条件下图4的加热元件处的热耗散的示意图，在所述第二条件下，空气供应跨越加热元件被抽吸到气溶胶生成装置中。

图1示出了气溶胶生成系统10，其包括气溶胶生成装置20和液体储存部分100，该液体储存部分包括与气溶胶生成装置20一起使用的液体气溶胶形成基质。

气溶胶生成装置20包括壳体，所述壳体被构造成例如在储存室中接收液体储存部分100。图1所示的实例中的液体储存部分100为包括气溶胶形成基质(例如，液体气溶胶形成基质)的可更换筒。可更换筒可通过防漏连接62(诸如，鲁尔联接件)和管道64与气溶胶生成装置20的剂量单元60连接。在图示的实例中，剂量单元60包括泵，所述剂量单元控制液体气溶胶形成基质到加热器组件30的递送，在该加热器组件中，液体基质被加热以形成蒸汽。当使用者在烟嘴66上抽吸时，空气供应通过空气入口50被抽吸到气溶胶生成装置20中。空气供应在环境温度下冷凝蒸汽，以形成所生成的气溶胶流。烟嘴66形成空气出口52。当使用者在烟嘴66上抽吸时，所生成的气溶胶可以离开装置进入到使用者的口中。因此，空气供应和所生成的气溶胶在空气入口50与空气出口52之间限定的气流通道中流动。

图示的实施例中的加热器组件30包括等离子体加热元件。等离子体加热元件通过表面等离子体共振(SPR)产生热。等离子体加热元件通常包括多个金属纳米粒子，并且基于用光(例如来自光源40的可见光)激发金属纳米粒子。暴露于入射光导致金属纳米粒子的自由电子集体振荡，并且导致在金属纳米粒子表面处的电荷偏振。为了弛豫至其初始状态，纳米粒子以热的形式释放这种剩余能量。一般来讲，用于等离子体加热器的纳米粒子具有等于或小于可见光波长的粒度。

气溶胶生成装置20包括电源12，例如可再充电锂离子电池。电源12包括用于对可再充电电池充电的充电端口16。装置10还包括可通信地耦合到一个或多个光源的控制器14。在图示的实施例中，光源包括发光二极管(LED)40。控制器还可通信地耦合到电源12和用户接口26。在此实施例中，用户接口26包括机械按钮。在激活用户接口26时，控制器控制从电源12供应到光源40的电力，以便将加热元件30加热到所需的工作温度。在一些实施例中，控制器控制供应到光源40的电力，以提供在使用装置20的时间段内加热元件的加热廓线，诸如温度廓线。

图2a到2c示出了加热器组件30的实例。在图示的实施例中，加热器组件30包括加热元件32。光源40布置在某位置处以便当光源40接收电力供应时向加热元件32发射光。加热器组件30包括光源40与加热器组件30之间的气溶胶生成室38。气溶胶生成室38提供一定体积，液体基质可以在该体积中被汽化以与进气供应产生气溶胶。气溶胶生成室38形成空气入口50与空气出口52之间的气流通道的一部分。气流通道沿着第一方向在空气入口50与空气出口52之间延伸。第一方向与装置20的纵向轴线重合或基本上平行。

图示的实施例中的加热元件32包括平面元件，其包括硅基材料，例如石英，其能够在升高温度下维持其机械强度。加热元件32包括跨越气溶胶生成室38内的加热元件32的至少一部分延伸的加热表面34，其用于加热和汽化进入剂量的液体基质。加热表面34包括用于实现表面等离子体共振的多个金属纳米粒子。

在这个具体实例中，加热表面34涂覆有一层平均直径为100nm的银纳米粒子，但其它大小的纳米粒子也适用。或者，可以使用其它金属胶体或纳米粒子，例如，金或铂纳米粒子。还可以在加热表面34处施加金属纳米粒子的混合物以执行等离子体加热，例如金和银纳米粒子的混合物。由于纳米粒子的数量是控制等离子体加热器的功率输出的关键因素，因此优选在给定的加热表面上提供尽可能多的纳米粒子。因此，为了增加纳米粒子密度并且因此增加通过表面等离子体共振产生的热，在一些实施例中，加热表面包括多个纳米粒子层以建立可用的金属纳米粒子的总数。

如图所示的光源40包括发光二极管(LED)。更具体地，光源40包括LED阵列，每个LED被布置成可由控制器14独立地控制。例如，多个LED可各自以顺序方式、以不同的强度或不同的波长发射光。这使得跨越加热表面实现温度升高的变化。这是特别有益的，因为它还允许对加热表面34进行选择性地局部加热。

光源40布置成与加热元件32的加热表面34对齐。例如，光源40叠加在加热表面34上，但与该加热表面间隔开。这种布置提供了金属纳米粒子最大程度地暴露于LED阵列发射的入射光。例如，LED阵列中的多个LED可以各自以顺序方式、以不同的强度或不同的波长发射光。这使得跨越加热表面实现温度的变化。这是有益的，因为它还允许选择性的局部加热。这可以用于校正跨越加热元件32的加热表面34的局部温度波动。在使用中，光源40被布置成使加热表面34加热到200摄氏度至350摄氏度之间的温度。

如图2c中所示，装置20包括透镜44，其用于折射并聚焦由LED阵列朝向加热表面34发射的光。透镜44布置在LED光源40与加热表面34之间。例如，LED阵列40中的每个LED包括与LED一体形成的透镜。附加透镜44堆叠在LED阵列上。折射光可以由透镜44聚焦或分散，以控制有多少光传输到加热表面34或其部分。

在一些其它实施例中，可以将替代光源用作光源。例如，光源可以包括激光二极管。激光二极管可以最大限度地激发特定类型的纳米粒子。在一些实施例中，加热器组件30的透镜36可以与光导管(未示出)连接，该光导管朝装置20的壳体12外部的环境延伸，以捕获和传输外部光源(例如，自然日光或环境光)的光到加热元件32的加热表面34。在这种情况下，在透镜44处收集的外部光可以具有与人造光源38相比较低的强度。然而，外部光源可以用于将气溶胶形成基质102预热到高于环境温度的升高温度，因此人造光源38处的功耗可以相应地减少。

加热器组件30包括用于将液体基质馈送到加热表面34的液体通道36。在图中示出了单个液体通道36，其具有邻近加热表面34的出口。还可以提供多个液体通道。多个液体通道的使用可有利地在加热表面34的宽度上分散并且馈送液体基质。

提供了用于连接管道64和液体通道36的毛细管接头65。毛细管接头65还形成分配器，以用于在多个液体通道36之间均匀地分配一定剂量的液体基质。

加热器组件30还包括用于吸入空气供应的空气入口50。空气入口50与气流通道流体连通。当使用者在烟嘴66上抽吸时，空气供应通过空气入口50从装置20外部的环境被抽吸到气溶胶生成室38中。当加热元件32被激活时，与邻近加热器的装置内的环境空气相比，抽吸到装置中的空气相对较冷。这种相对较冷的空气供应冷凝气溶胶形成室38中的气化的气溶胶形成基质的至少一部分，从而形成生成的气溶胶流。

通过表面等离子体共振在加热表面34处产生的热通过气溶胶生成室38辐射。这可能加热LED光源40。有利地，经由空气入口50通过气溶胶生成室38的空气供应冷却光源40，从而防止其过热。

在一些实施例中，加热表面34可以包括多个离散加热区段。这使得在加热表面34上的温度梯度能够被更准确地确定。在一些实施例中，每个加热区段可以包括不同密度的金属纳米粒子或不同数量的纳米粒子层。这使得当所有加热区段暴露于均匀光源时，在不同加热区段上的温度上升会有不同。这是有益的，因为它允许选择性的局部加热。例如，由于邻近空气入口50的上游加热区段可能更多地受到相对较冷的进入空气的影响，所以与邻近空气出口52和烟嘴66的下游加热区段相比，这些加热区段可包括相对更多的纳米粒子。在一些情况下，多个加热区段还允许选择性地加热气溶胶形成基质，从而允许沿着基底将不同的液体基质和香味组合物加热到不同温度。

如图示实例中使用的液体储存部分100为可更换筒。可更换筒100包括柔性侧壁，并且被布置成在液体气溶胶形成基质耗尽时塌缩。筒100中的液体气溶胶形成基质的耗尽不会在液体储存部分中引起负压。因此，液体气溶胶形成基质的位移不会导致气泡重新进入筒100。因此减少了由此类气泡和泵气蚀引起的断续的液体基质递送的可能性。

图3示出了本发明的另一实施例的截面图。气溶胶生成室38b可包括管状壳体22b。在此实例中，气溶胶生成装置20b包括与如图2a到2c中所示的装置20相同的部件。光源40b和透镜44b在管状壳体22b外部形成。透镜44b被布置成折射并将光源40b发射的光聚焦到加热元件32b处的平面加热表面34b上。管状壳体22b的一部分包括支撑件24b，其用于提供支撑加热元件32b(诸如，平面加热元件32b)的平坦平台。

图4为显示了加热器组件30的部分的透视图。加热器组件30包括加热元件32和多个温度传感器80、82、84。在图示的实施例中，多个温度传感器包括加热表面34处的加热元件传感器80，其用于测量加热元件处的温度。多个温度传感器80、82、84还包括分别位于加热表面34的上游和下游的上游传感器82和下游传感器84。在此实例中，上游传感器82和下游传感器84与加热表面34间隔开相等距离，以用于测量温度。由上游传感器82和下游传感器84测量的温度可以包括在相应传感器82、84的位置处或附近的空气温度或在相应传感器82、84的位置处或附近的生成的气溶胶的温度。如本文所使用，短语“上游”是指与靠近空气出口52相比相对更靠近空气入口50的位置。如本文所使用，短语“下游”是指与空气入口50相比相对更靠近空气出口52的位置。

温度传感器80、82、84可以是片上温度传感器。这种片上温度传感器通常为平面的，且可容易地嵌入加热元件32中。因此，这些片上温度传感器的使用不会导致对气溶胶生成室38处的气流流型的过度妨碍。此外，这种片上温度传感器的表面可以涂覆有金属纳米粒子。这对加热元件传感器80尤其有益，因为包括它并不会减少可用于实现等离子体加热的加热表面34的量。

控制器14被布置成基于沿气流通道的至少两个温度控制装置20的操作参数。由加热元件传感器80测量的加热元件32的温度可以足够控制器14提供对光源40的电力供应的反馈控制。更具体地，控制器14可以被布置成基于所测量的加热器温度，控制由光源40发射的光的强度，或脉冲速率，或强度和脉冲速率的组合。这允许控制加热元件32的温度以保持在所需温度或在所需温度范围内。控制器可以基于所测量的加热器温度应用常规温度控制。

使用多个温度传感器80、82、84允许获得额外的操作信息，诸如，跨越加热表面34的温度梯度、跨越气溶胶生成室38的温度梯度，或气流事件。根据这些信息，可以应用新的控制机制。例如，由温度传感器80、82、84在跨越气溶胶生成室38的不同位置处测量的温度可用于确定气流事件，例如空气供应的吸入、呼出或空气流速，诸如体积空气流速。图5a示出了当没有气流穿过气流通道时，沿气溶胶生成室38的气温廓线。加热表面34通过入射光激励，而不通过使用者在烟嘴上抽吸激励。例如，使用者可以与用户接口26接合，以启动加热元件32的预热。加热表面34周围的大量停滞空气主要由于自然对流被加热表面34逐渐加热。因此，如图5a中所示的气温随着与加热表面34的距离增加而逐渐降低。如图5a中所示，激活的加热元件32周围的停滞空气的温度分布基本上是对称的。由于温度在上游方向和下游方向上相同，所以上游传感器82和下游传感器84在加热表面34的每一端处检测到类似气温。这种温度读数表明室中没有气流，因此控制器可以停止向光源的电力供应，以防止加热表面34处过热，以及节约能量。

图5b示出了当使用者在烟嘴上抽吸时沿气溶胶生成室38的另一温度廓线。在此实例中，在从上游传感器82朝下游传感器84的方向上存在流动的空气供应90。环境空气供应使加热器表面处的停滞空气移位，从而导致由上游传感器82测量的气温降低。另一方面，下游传感器84将检测到气温上升，因为被加热的空气和所生成的气溶胶通过强制对流朝下游传感器84运送。由上游传感器82和下游传感器84检测到的气温的相对变化与空气供应90的流速有关。例如，较高的气流增加了由上游传感器82和下游传感器84检测到的温度的差值。因此，空气供应90的空气流速可以从两个温度确定，例如，从由彼此间隔开的传感器82、84测量的两个温度之间的差值或比率来确定。这种感测可与加热元件传感器80结合使用，以提供跨越气溶胶生成室38中加热元件32的加热表面34的温度梯度的更准确确定。

由加热元件传感器80与上游传感器82和下游传感器84中的仅一者结合测量的加热器温度可以另外用于基于焓平衡确定空气流速。下游传感器84感测到的下游温度可与加热元件32的温度进行比较，以便估计在加热元件传感器80与下游温度传感器84之间流动的空气的体积。例如，在加热元件的给定温度下，相对较大的空气流速会导致下游传感器84感测到相对较低的下游温度，因为加热元件为更大体积的进入空气提供加热。额外考虑加热元件32的温度改善了空气流速计算的准确性。

控制器14可以参考存储在存储器中的信息，以便处理传感器80、82、84感测到的一个或多个温度，或者基于一个或多个温度或两者确定如何控制所述操作参数。存储器可以是非暂时性计算机可读介质。存储器可以是气溶胶生成装置的一部分，或者可以在装置的远程，例如基于云的服务器上的存储器存储空间。信息可以包括至少一个查找表。信息可以包括至少一种算法。例如，存储在存储器中的查找表可以提供与不同温度测量值相对应的经验空气流速。查找表还可以提供与不同温度测量值相对应的经验空气流速，以及温度传感器分开的距离。

控制器被布置成直接基于来自多个温度传感器80、82、84的测量温度控制装置20的操作参数。控制器可被布置成间接基于来自多个温度传感器80、82、84的测量温度，控制装置20的操作参数。例如，控制器可以被布置成基于气流事件，例如如上所述的从所测量的温度确定的空气流速，控制装置20的操作参数。操作参数可以包括多个操作参数。操作参数可以包括以下任何项中的一个或多个：加热元件32的温度；加热元件32的温度廓线，诸如随时间推移的输出温度；直接或间接地供应到加热元件32的功率；从液体储存部分100到加热表面34的气溶胶形成液体基质的流速；以及供应到加热表面34的气溶胶形成液体基质的剂量体积。如上所讨论，可以通过控制器14控制从电源12供应到加热元件32的电力从电源到加热元件32来控制加热表面34的温度或温度廓线。电力可直接供应到加热元件32。可以例如通过向光源40供应电力来间接地将电力供应到加热元件32，所述光源被布置为向加热元件32的等离子体加热表面34提供光。

在示例性实施例中，气溶胶生成装置20被布置成以以下方式控制从液体储存部分100到加热表面34的气溶胶形成液体基质的流速。首先，使用者通过按压用户接口26的机械按钮激活光源40。光从光源40发射，并且入射在加热表面34的金属纳米粒子上，以启动表面等离子体共振。由于加热表面34上的纳米粒子反复经历表面等离子体共振，之后经历热弛豫，所以加热表面34的温度会增加到所需的工作温度。通常，加热表面34被加热到200至350摄氏度范围内的工作温度。

控制器14可以确定加热元件32的加热表面34的温度达到第一阈值温度(例如，所需的工作温度)的时间。当加热表面34达到第一阈值温度时，控制器14激活剂量单元60的泵，以在达到期望的工作温度之后，向加热表面34馈送一定剂量的气溶胶形成液体基质。当加热器温度超出第二阈值温度时，控制器14可以停止或减少对光源的电力供应。第二阈值温度可以比第一阈值温度相对较高，且可以与预定义的温度限值有关。因此，控制器14可以防止加热元件过热。

控制器14可以分析由多个传感器80、82、84获得的温度测量值之间的关系，诸如，相对差值或比率。接着，控制器14基于该分析确定跨越气溶胶形成室38的瞬时空气流速。

基于所确定的空气流速，控制器14确定是否需要调节加热表面34的温度。例如，当使用者在烟嘴66上抽吸时，环境空气通过空气入口50抽吸到气溶胶生成室38中。该进入空气最初对加热元件32的加热表面34的至少一部分具有冷却效应。因此，在检测到吸入时，控制器14可以确定需要温度调节，例如，增加在加热表面34处的温度。当控制器确定需要温度调节时，控制器14确定要供应到光源40的所需电力的量以实现所确定的温度调节。因此，控制器14可以控制加热表面34的温度以校正当使用者在烟嘴66上抽吸时由进气供应引起的冷却。这有助于在使用者操作装置时在加热元件32的加热表面34处维持一致的工作温度。因此可以防止加热元件32过热。还可以防止由于进入空气的波动而在加热表面34处的过冷。

在一些实施例中，基于所确定的空气流速，控制器还可以确定需要在加热表面34处投配的气溶胶形成液体基质的量。控制器14随后调整剂量单元60的泵的操作以控制递送到加热表面34的气溶胶形成液体基质的速率。更具体地，投配到加热表面34上的液体基质的量可与空气流速成比例。这可以允许每次抽吸中的气溶胶浓度一致，而不管使用者如何努力地在烟嘴66上抽吸。

在一些实施例中，剂量单元60的泵被布置成在检测到气流(例如，指示使用者在装置20的烟嘴66上抽吸的气流)的情况下递送固定量的液体基质。例如，在检测到上游传感器82与下游传感器84之间的温差之后，控制器14将信号输出到剂量单元60，以将固定剂量的气溶胶形成液体基质递送到加热表面34上。与其中在加热器激活时连续递送气溶胶形成液体基质的连续泵送系统相比，该布置限制每次抽吸产生的气溶胶量。在气溶胶形成液体基质包含尼古丁的情况下，每次抽吸递送的气溶胶中的尼古丁因此受到限制。这可以在使用装置的过程中提供一致的尼古丁递送。

在一些实施例中，控制器14被布置成仅当检测到通过气溶胶生成腔室38的气流时向光源40供应电力。在此类实施例中，仅当生成的气溶胶通过气溶胶生成室38抽出时，加热表面34才可以被加热。这防止液体基质在加热表面34处干燥，以及防止加热器组件30过热。

在一些实施例中，控制器14被布置成基于所确定的空气流速来监测使用者的抽吸行为。控制器14可以确定抽吸速率、抽吸频率、抽吸体积或其任何组合。控制器14然后可以确定在每个使用周期中由使用者吸入的气溶胶形成液体基质的总量。在气溶胶形成液体基质包含尼古丁的情况下，控制器14可以确定在每个使用周期中由使用者吸入的尼古丁的总量。这允许实施安全限制，以限制在给定时间段内由使用者可吸入的尼古丁量。例如，当使用者接近或超过每个使用周期中的预定义尼古丁限值时，气溶胶生成装置20可以减少气溶胶形成液体基质的剂量或可以停止操作。

在一些实施例中，控制器14可参考监测的抽吸行为，并且修改提供给剂量单元60的泵和加热器组件30的反馈控制。例如，控制器14可以确定特定使用者的抽吸之间的平均抽吸持续时间或平均暂停持续时间。随后，控制器14可以应用此信息来控制气溶胶形成液体基质的加热和投配。控制器14可在平均抽吸持续时间消逝时自动暂停液体基质的加热和投配。当平均暂停持续时间即将到期时，控制器14还可恢复对加热表面34的加热。这可以促使气溶胶生成和递送，同时提高装置20的效率。

在一些实施例中，气溶胶生成装置20仅包括多个温度传感器80、82、84中的两个或更少个。这种布置减少了需要分析的数据量，从而降低了过程控制的复杂性。例如，可以仅使用彼此间隔开的两个温度传感器，来实现跨越来气溶胶生成腔室38的空气流速的确定。更具体地，在一个实施例中，只提供上游传感器82和下游传感器84，而不提供加热元件传感器80。因此，可以基于两个传感器82、84上的温度以及关于图5b的之前的实施例中所论述的确定的空气流速来控制加热器温度和液体基质的投配。

在一些实施例中，仅在气溶胶生成装置20中提供加热元件传感器80和下游传感器84。可基于加热器温度和加热表面34下游的气温的差值来确定通过气溶胶生成室38的空气流速。更具体地，可通过确定在加热元件32的加热表面34的特定温度下的散热量来确定空气流速。控制器14可以参考存储在存储器中的查找表，以便改善确定空气流速的准确度。查找表提供与不同下游温度和加热器温度相对应的经验空气流速。查找表还可以提供对应于不同下游温度、不同加热器温度以及下游传感器84与加热表面34分开的距离的经验空气流速。

在一些实施例中，在加热表面34附近仅提供一个上游传感器82。例如，上游传感器82处的温度读数可以允许控制器14基于由进气供应引起的加热表面34上游的冷却量，确定每次抽吸的频率和持续时间。当气流通道中没有气流时，如图5a中所示，在加热表面34被激活时，上游气温逐渐升高。当使用者在烟嘴66上抽吸时，进气供应导致测量的上游温度轻微下降。因此，上游温度的时间历史或温度随时间的变化指示空气供应的流量并且因此指示使用者的抽吸行为。上游传感器82的使用也可以充当自动触发器以用于加热加热表面34和泵送液体基质。

在一些实施例中，在气溶胶生成装置20中仅提供下游传感器84。更具体地，省略加热元件传感器80和上游传感器82。通过参考查找表，控制器14被布置成从由光源40消耗的功率估计加热器温度。随后，控制器可以使用关于如图5b所示的实施例描述的方法，基于估计的加热器温度与由下游传感器84测量的气温的差值来确定空气流速。

在一些实施例中，沿着加热表面34的长度提供多个加热元件传感器80。加热表面34包括多个加热区段。每个加热元件传感器80都设置在相应的加热区段中，以用于检测局部加热区段温度。每个加热区段都可以由相应的本地光源独立地激励。例如，每个本地光源都是LED阵列40中的LED。

在使用中，没有气流穿过气溶胶生成室38导致加热表面34处不存在空气冷却，因此，由每个加热元件传感器80测量的加热区段温度应返回类似值。当使用者在烟嘴66上抽吸时，进气供应冷却加热表面34的最靠近空气入口的部分，诸如，上游加热表面。这导致在不同加热区段上的多个加热元件传感器80上的温度读数不同。因此，可基于跨越不同加热区段测量的加热器温度之间的相对差来确定空气流速。

此外，沿着加热表面34安装的多个加热元件传感器80允许局部加热控制。例如，控制器被布置成基于相应的加热元件传感器80控制供应到每个本地光源的电力。这是特别有益的，因为更多的电力可以供应到本地光源以用于激励上游加热区段，以便补偿由环境空气供应引起的冷却。

上文描述的示例性实施例是举例说明而不是限制性的。考虑到上述的示例性实施例，与上述示例性实施例一致的其它实施例对于本领域的普通技术人员现在将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：

空气入口；

空气出口；

气流通道，所述气流通道在所述空气入口与所述空气出口之间沿第一方向延伸；

光源；

在所述气流通道中的加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质，其中所述加热元件包括多个金属纳米粒子，所述多个金属纳米粒子被布置成接收来自所述光源的光并且通过表面等离子体共振产生热；

第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；

第二温度传感器，所述第二温度传感器在所述第一方向上与第一传感器间隔开，用于测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度；以及

控制器，所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件包括金属纳米粒子的多个离散区域，其中所述多个离散区域在所述加热元件处彼此间隔开。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的气溶胶生成装置，其中所述光源包括多个光源，并且其中所述光源中的至少一个光源被布置成仅照射所述多个金属纳米粒子的一部分。

4.一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：

空气入口；

空气出口；

气流通道，所述气流通道在所述空气入口与所述空气出口之间沿第一方向延伸；

在所述气流通道中的加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；

第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；

第二温度传感器，所述第二温度传感器在所述第一方向上与第一传感器间隔开，用于测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度；

控制器，所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数；

液体储存部分，所述流体储存部分包括气溶胶形成基质；以及

泵，所述泵用于将所述气溶胶形成基质从所述液体储存部分泵送到所述加热元件；

其中，所述装置的操作参数包括从所述液体储存部分到所述加热元件的气溶胶形成基质的流速，其中所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制气溶胶形成基质的流速。

5.根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件包括多个加热区段，并且其中所述第一温度传感器和所述第二温度传感器中的每一个位于所述加热元件的相应加热区段处。

6.根据权利要求5所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成确定跨越所述多个加热区段的温度分布，并且基于所确定的温度分布控制供应到所述多个加热区段的电力。

7.一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：

空气入口；

空气出口；

气流通道，所述气流通道在所述空气入口与所述空气出口之间沿第一方向延伸；

在所述气流通道中的加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；

第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度，其中所述第一位置是在所述加热元件处的位置，并且所述第一温度是在所述第一位置处的所述加热元件的温度；

第二温度传感器，所述第二温度传感器在所述第一方向上与第一传感器间隔开，用于测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度，其中所述第二位置是所述加热元件下游的位置，并且所述第二温度是在所述第二位置处的所述气流通道的环境温度；

第三温度传感器，所述第三温度传感器用于测量在沿所述气流通道的第三位置处的第三温度，其中所述第三位置是所述加热元件上游的位置，并且所述第三温度是在所述第三位置处的所述气流通道的环境温度；以及

控制器，所述控制器被配置成基于所测量的第一温度、所测量的第二温度和所测量的第三温度控制所述装置的操作参数。

8.根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被布置成确定跨越所述加热元件的温度分布，并且基于所确定的温度分布控制所述操作参数。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气溶胶生成装置，其中所述装置的操作参数包括所述加热元件的温度；并且其中所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述加热元件的至少一部分的输出温度。

10.根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成基于所测量的第一温度和所测量的第二温度确定通过所述气流通道的空气流速。

11.根据权利要求10所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成基于所确定的空气流速控制所述操作参数。

12.一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括根据前述权利要求中任一项所述的气溶胶生成装置以及包括气溶胶形成基质的气溶胶生成制品。

13.一种控制气溶胶生成装置的方法，所述气溶胶生成装置包括光源和在沿第一方向延伸的气流通道中的加热元件，其中所述加热元件包括多个金属纳米粒子，所述多个金属纳米粒子被布置成接收来自所述光源的光并且通过表面等离子体共振产生热，所述方法包括以下步骤：

-测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；

-测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度，其中所述第二位置在所述第一方向上与所述第一位置间隔开；以及

-基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数。

14.一种控制气溶胶生成装置的方法，所述气溶胶生成装置包括在沿第一方向延伸的气流通道中的加热元件，包括气溶胶形成基质的液体储存部分，以及用于将所述气溶胶形成基质从所述液体储存部分泵送到所述加热元件的泵，所述方法包括以下步骤：

-测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度；

-测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度，其中所述第二位置在所述第一方向上与所述第一位置间隔开；以及

-基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制所述装置的操作参数，其中所述装置的操作参数包括从所述液体储存部分到所述加热元件的气溶胶形成基质的流速，其中控制所述装置的操作参数的步骤包括基于所测量的第一温度和所测量的第二温度控制气溶胶形成基质的流速。

15.一种控制气溶胶生成装置的方法，所述气溶胶生成装置包括在沿第一方向延伸的气流通道中的加热元件，所述方法包括以下步骤：

-测量在沿所述气流通道的第一位置处的第一温度，其中所述第一位置是在所述加热元件处的位置，并且所述第一温度是在所述第一位置处的所述加热元件的温度；

-测量在沿所述气流通道的第二位置处的第二温度，其中所述第二位置在所述第一方向上与所述第一位置间隔开，其中所述第二位置是所述加热元件下游的位置，并且所述第二温度是在所述第二位置处的所述气流通道的环境温度；

-测量在沿所述气流通道的第三位置处的第三温度，其中所述第三位置是所述加热元件上游的位置，并且所述第三温度是在所述第三位置处的所述气流通道的环境温度；以及

-基于所测量的第一温度、所测量的第二温度和所测量的第三温度控制所述装置的操作参数。

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