CN109688850B - 气溶胶生成系统以及用于控制气溶胶生成系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气溶胶生成系统(300)以及一种用于控制所述气溶胶生成系统的方法。所述气溶胶生成系统包括气溶胶生成制品(310)、发光材料、加热器(340)和气溶胶生成装置(330)。所述发光材料呈现温度相关磷光特性。所述气溶胶生成制品包含并入有气溶胶形成基质(314)的至少一个组件。所述加热器被布置和调适成加热所述发光材料和并入有所述气溶胶形成基质的所述至少一个组件。所述气溶胶生成装置包括用于至少部分地接纳所述气溶胶生成制品的支架(334)、用于照射和激发所述发光材料的光源(343)、用于检测所述发光材料的所述温度相关磷光特性的检测器(342)，以及被配置成基于所述检测到的磷光特性而控制通过所述加热器的加热的电气硬件(338)。

Description

气溶胶生成系统以及用于控制气溶胶生成系统的方法

技术领域

本发明涉及一种气溶胶生成系统以及一种用于控制所述气溶胶生成系统的方法。具体而言，本发明涉及手持式气溶胶生成系统，例如电操作吸烟系统。

背景技术

已知的气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置以及并入有气溶胶形成基质的气溶胶生成制品。气溶胶生成装置适用于接收气溶胶生成制品并且通过加热器将热量施加到气溶胶形成基质。通过加热气溶胶形成基质，生成可以例如，由气溶胶生成系统的使用者吸入的气溶胶。

气溶胶生成制品的部分，具体而言气溶胶形成基质的不希望的炭化、灼烧和燃烧可能导致形成不希望的吸入成分。因此，必须避免气溶胶形成基质的过热。因此，需要加热的气溶胶形成基质的精确温度检测和温度控制。已知各种技术用于检测气溶胶形成基质的温度。基于接触的技术类别基于检测与例如电阻器的温度传感器物理接触的气溶胶形成基质的当前温度。非接触技术类别采用不与气溶胶形成基质物理接触的温度传感器，例如，用于检测热辐射的红外线检测器。基于接触的温度检测的精度取决于温度传感器与气溶胶形成基质之间的可变且不可预测的接触条件。因此，非接触式温度检测有利于预期与可替换气溶胶生成制品一起使用的气溶胶生成系统。然而，非接触式温度检测的精度取决于热辐射传感器与气溶胶形成基质的正确对准。如果热辐射传感器未对准，例如错误地测量与待测量的气溶胶形成基质的温度不同的加热器表面的温度，则精度可能受损。

需要提供一种气溶胶生成系统以及一种用于控制气溶胶生成系统的方法，其提供加热的气溶胶形成基质的改进且可靠的温度检测和温度控制。

发明内容

为了解决这些需求中的至少一个需求，根据本发明的第一方面，展现一种气溶胶生成系统，包括气溶胶生成制品、发光材料、加热器和气溶胶生成装置。气溶胶生成制品包含并入有气溶胶形成基质的至少一个组件。气溶胶生成装置包括用于至少部分地接纳气溶胶生成制品的支架。支架可以被配置为空腔。气溶胶生成系统的加热器被布置和调适用于加热发光材料以及并入有气溶胶形成基质的至少一个组件。此外，气溶胶生成装置包括用于照明和激发发光材料的光源。气溶胶生成装置还包括用于检测受激发的发光材料的温度相关磷光特性的检测器。此外，气溶胶生成装置包括电气硬件，所述电气硬件被配置成基于受激发的发光材料的检测到的磷光特性而控制通过加热器的加热。

发光材料可以是气溶胶生成制品的一部分，或发光材料可以是气溶胶生成装置的一部分，或发光材料可以是气溶胶生成系统的单独组件。加热器可以是气溶胶生成制品的一部分，或加热器可以是气溶胶生成装置的一部分，或加热器可以是气溶胶生成系统的单独组件。优选地，加热器是气溶胶生成装置的一部分并且发光材料是气溶胶生成制品的一部分，或发光材料是气溶胶生成装置的一部分，或发光材料是气溶胶生成系统的单独组件。

气溶胶形成基质和发光材料彼此布置，使得气溶胶形成基质的当前温度可以精确地源自发光材料的温度。通过检测发光材料的温度相关磷光特性来确定发光材料的温度。为此，发光材料可以优选地均匀地分布在整个气溶胶形成基质上。发光材料可以另外或替代地分布在气溶胶形成基质的外表面上或至少一个组件的外表面上。发光材料可以并入到气溶胶生成制品的任何组件中，包含但不限于：例如包装纸的纸；过滤器；滤嘴纸；烟草；烟草包装；涂层；粘合剂；固定剂；胶水；油墨、泡沫、中空乙酸酯管；包装；以及漆。通过在材料制造期间添加发光材料，例如，通过在干燥之前将发光材料添加到纸浆或浆料中，或通过将发光材料或喷涂到至少一个组件上，发光材料可以并入到至少一个组件中。通常，发光材料以痕量纳克数量并入到组件中。例如，在发光材料喷涂在表面上的情况下，喷涂的溶液可以并入有浓度在1ppm与1000ppm之间的发光材料。优选地，在加热器的操作期间出现气溶胶形成基质的最高温度的情况下，安置发光材料。可替代地或任选地将发光材料并入到如上文提及的气溶胶生成制品中，发光材料可以安置于气溶胶生成装置内。

优选地，发光材料足够化学稳定，以免在制造气溶胶形成基质或至少一个组件期间分解。因此，当发光材料：暴露于液态水；暴露于水蒸气；暴露于其它常用溶剂；在干燥时；在材料物理变形以形成组件时；在暴露于增加的温度时；以及在暴露于减小的温度时，发光材料优选地稳定。

可以通过添加发光材料作为用于制造材料的浆料中的成分来制造并入有发光材料的气溶胶生成制品的至少一个组件的材料。浆料随后可以例如通过浇铸形成，并且进行干燥以产生例如纸或包装材料的材料。

本文相对于发光材料使用的术语“发光”一般来说是指光致发光。光致发光包含荧光和磷光。进行照射和激发的发光材料由于荧光而发光。如果受激发的发光材料在激发之后发光超过至少10纳秒，则发光材料由于磷光而发光。

本发明基于检测具有磷光属性的发光材料的温度。这种发光材料可通过用具有激发波长的光照射其来激发。在激发之后，即使未照射或激发发光材料，受激发的发光材料也由于其磷光属性发射具有一个或多个发射波长的光，即展现余辉。发射光的发射波长将长于激发波长。发光材料的磷光属性的特性，即磷光特性取决于发光材料的当前温度。可以基于磷光材料固有的任何温度相关特性来确定温度相关磷光特性。可以基于由受激发的发光材料发出的光的温度相关强度来检测发光材料的温度相关磷光特性。可以基于受激发的发光材料的至少两个发射波长的温度相关强度比来检测发光材料的温度相关磷光特性。可以基于发射光的温度相关光谱移位、发射光的温度相关光谱宽度或其组合来检测发光材料的温度相关磷光特性。可以基于发光材料对激发波长的温度相关吸收率来检测温度相关磷光特性。可以基于发射光的上升时间来检测温度相关磷光特性，直到发射光在激发之后达到最大强度。可以基于发射光的使用寿命或发光衰减速率来检测温度相关磷光特性。

可以基于发射光的亮度随时间减小或余辉的持续时间来检测发光衰减速率。当增加发光材料的温度时，发光衰减速率将增加，即发射光的亮度将随时间更快减小并且余辉的持续时间将减小。因此，检测到的发光衰减速率对应于发光材料的当前温度。发光衰减速率是所谓使用寿命的逆等效量度，所谓使用寿命是亮度减小到其原始值的1/e(e＝欧拉数)的时间。为了检测温度相关发光衰减速率，可以足以确定或测量属性的单个值，例如，在激发结束后经过的预定时间段之后测量亮度值。或者，例如可以足以确定或测量与属性相关的单个值，例如，测量在发射光的亮度已减小到预定亮度值之前的时间段。单个值可以与属性的已知或预期值相关，所述值可以示例性地表示在激发之后立即出现的已知亮度。或者，可以测量多个亮度值，以便确定发光材料的当前温度。

气溶胶生成系统的发光材料具有温度相关磷光特性，其可以在高达2000摄氏度的温度范围内由检测器可识别。发光材料在从气溶胶生成制品的所建议低存储温度向上延伸到加热器的预期操作温度之外的温度范围内至少是稳定的。

气溶胶生成装置的光源可以被配置成用激发光间歇地照射和激发发光材料。或者，光源可以被配置成用不同强度的激发光连续地，或与检测由受激发的发光材料发出的光同时地照射和激发发光材料。激发光可以具有任何任意脉冲形状，例如，矩形、正弦形、三角形或锯齿形。如果光源连续地或同时地照射和激发发光材料，则激发光应具有随时间变化的振幅。术语“连续地”具体而言指同时照射/激发发光材料并检测发射光。因此，术语“连续地”不排除照射光的强度暂时为零，例如，对于具有最小振幅零的正弦波。对于此种同时照射/激发和光检测，可以评估发光材料的激发光与发射光之间的温度相关相位滞后，用于检测温度相关磷光特性。

如果光源被配置用于连续照射和激发发光材料，则气溶胶生成装置的检测器应对激发光不敏感，以避免干扰和噪声。检测器是光传感器并且适用于接收由受激发的发光材料发出的光。检测器必须对受激发的发光材料发出的光敏感。检测器可以采用任何标准光电二极管，例如，BPW34。检测器的灵敏度可能是几摄氏度。检测器能够确定反映发光材料的当前温度并且根据发光材料的温度变化改变的值。检测器实现关于气溶胶生成制品的非接触式温度测量。

气溶胶生成装置还包括电气硬件。电气硬件适用于控制通过加热器的加热。加热基于检测到的磷光特性控制，所述磷光特性已通过检测器检测到并且表示发光材料的当前温度，并指示气溶胶形成基质的当前温度。

通过评估发光材料的温度相关磷光特性来检测气溶胶形成基质的温度实现了由气溶胶生成系统的加热器加热的气溶胶形成基质的精确且可靠的温度检测和温度控制。

优选地，电气硬件被配置成基于检测到的磷光特性以及所存储参考磷光特性来控制加热。参考磷光特性存储在气溶胶生成系统内，优选地存储在气溶胶生成装置的存储器内。参考磷光特性可以存储在气溶胶生成系统内的查找表中。当气溶胶形成基质具有用于生成气溶胶的合适温度时，参考磷光特性可以表示由发光材料展现的参考磷光属性。电气硬件可以包括电子控制单元，用于处理检测到磷光特性以及参考磷光特性。气溶胶生成装置优选地适用于基于连续地检测到的磷光特性值来连续地控制通过加热器的加热，用于将气溶胶生成制品的加热组件的温度连续地保持在所需温度范围内。

气溶胶生成系统优选地是电操作气溶胶生成系统，所述电操作气溶胶生成系统具有用于将电能提供到气溶胶生成系统的组件的例如电池或蓄电池的电源。电源可以将电力提供到电气硬件，用于控制通过加热器的加热。此外，电源可以将电力提供到加热器，使得加热器可以将所供应电能转换成热能。

气溶胶生成制品优选地是吸烟制品。

光源优选地适用于照射紫外光以激发发光材料。任选地或可替代地，光源可以适用于照射可见光以激发发光材料。

检测器被配置成检测由受激发的发光材料发出的光。在激发之后，发光材料优选地适用于发出不可见光。不可见光优选地是红外光。优选地，检测器被配置成检测由受激发的发光材料发出的红外光。

气溶胶生成制品可以优选地包括在激发之后发出红外光的发光材料。这种发光材料优选地分布在气溶胶形成基质，例如由包装纸包围的烟草内。由于烟草和纸甚至对低强度的红外光至少部分地可透射，因此检测器可以有利地布置在气溶胶生成制品外部。

气溶胶生成制品可以优选地包括在激发之后发出可见光的发光材料。这种发光材料可以沉积在气溶胶生成制品的前表面处。为了使用气溶胶生成系统，气溶胶生成制品的前表面，例如烟草塞首先插入到气溶胶生成装置的空腔状支架中。因此，可以防止不需要的光到达检测器。对于并入有延伸到气溶胶生成制品的前表面的用于电感加热的感受器的气溶胶生成制品，可以非常准确地检测感受器温度。优选地，前表面处的感受器端涂覆有发光材料发光材料还可以沉积在气溶胶生成制品的一个或多个侧表面处。可以在气溶胶生成装置中邻近于气溶胶生成制品的一个或多个侧表面设置若干光源和检测器。

所存储参考磷光特性优选地考虑气溶胶形成基质与发光材料之间的温度差。因此，可以远离气溶胶形成基质布置发光材料。通常出现的温度差可以在实验室环境中事先确定，并且可以存储在电气硬件的查找表中。

所存储参考磷光特性包括用于与检测到的磷光特性相比较的至少一个阈值。如果检测到的磷光特性超过单个阈值，这指示温度过高，则加热将停止。如果检测到的磷光特性不超过单个阈值，则加热将继续。优选地，加热器的这种数字控制包含用于在预定时间段内启动或停用加热器的时间延迟元件。这样实现低实施复杂性。使用多于一个阈值实现逐渐地调整加热器的加热功率，因此实现更精确的温度控制。

气溶胶生成装置优选地适用于从可与气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中选择和应用相应气溶胶生成制品的个别参考磷光特性。

气溶胶生成装置的检测器优选地适用于基于发光材料的检测到的磷光特性而从可与气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别气溶胶生成制品。

发光材料优选地具有可识别的光谱特征。光谱特征可以通过气溶胶生成装置的检测器检测。

可识别光谱特征可以是吸收时的可识别光谱特征。当发光材料由气溶胶生成装置的光源照射时，发光材料将吸收特定波长或波长组，并且随后由传感器接收的光的波长将因此使气溶胶生成装置能够取决于不存在的波长来确定发光材料。

可识别光谱特征可以是发光时的可识别光谱特征。当发光材料在激发之后展现其磷光属性时，可以识别发光时的光谱特征。还可以基于发光材料在激发期间的荧光来识别发光时的光谱特征。

气溶胶生成装置的检测器优选地适用于基于发光材料的可识别磷光特征而从可与气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别气溶胶生成制品。光谱特征可以是在激发之后由发光材料展现的光谱特征，即磷光，或在激发期间由发光材料展现的光谱特征，即荧光中的一个或两个。

在发光材料的吸收或发光时的可识别光谱特征可以与气溶胶生成制品类型或气溶胶形成基质类型相关联。基于所识别光谱特征，个别参考磷光特性可以选自一组所存储参考磷光特性，用于控制通过加热器的加热。

发光材料优选地呈粉末形式。粉末有利地实现并入到组件材料中。

发光材料优选地由稀土、锕系氧化物、陶瓷中的至少一个组成。稀土优选地是镧系元素。此外，Y₃Al₅O₁₂：Dy(YAG：Dy)和La₂O₂S：Eu中的任一个可以用作发光材料。此外，任何一个YAlO₃：Ce(YAP)、ZnS：Ag、(Sr、Mg)₂SiO₄：Eu、CdWO₄、ZnO：Zn、ZnO：Ga、Y₂O₂S：Sm、Mg₄FGeO₆]：Mn、BaMg₂Al₁₀O₁₇：Eu(BAM)可以用作发光材料。

优选地，气溶胶生成装置被配置用于基于检测到的磷光特性来检查包含发光材料的气溶胶生成制品当前是否由支架接纳。如果包含发光材料的气溶胶生成制品存在于气溶胶生成装置中，则可以在操作加热器之前在气溶胶生成装置的室温或环境温度下评估发光材料的磷光特性。因此，气溶胶生成系统能够检查气溶胶生成制品中的气溶胶生成制品的存在。在检测到不存在气溶胶生成制品的情况下，电气硬件将阻止通过加热器的加热，以便防止气溶胶生成装置的组件的可能燃烧。

优选地，气溶胶生成装置被配置用于基于检测到的磷光特性来检查当前由支架接纳的包含发光材料的气溶胶生成制品是否有效地用于气溶胶生成装置。可以在气溶胶生成装置的室温或环境温度下评估发光材料的磷光特性。如果检测到的磷光特性偏离所需或预期的磷光特性，则电气硬件将决定所接收的气溶胶生成制品无效并且将阻止气溶胶生成系统的进一步操作，具体而言通过加热器的加热。这样实现防伪解决方案。

气溶胶生成系统的加热器可以包括布置在气溶胶生成装置或气溶胶生成制品内，或气溶胶生成装置和气溶胶生成制品两者内的一个或多个组件。

气溶胶生成制品的长度可以在约30毫米与约120毫米之间，例如，约45毫米的长度。气溶胶生成制品的直径可以在约4毫米与约15毫米之间，例如，约7.2毫米。气溶胶形成基质的长度可以在约3毫米与约30毫米之间。

气溶胶形成基质优选地可以是固体气溶胶形成基质。气溶胶形成基质优选地包括含烟草材料，所述含烟草材料含有在加热时从基质释放的挥发性烟草香味化合物。或者，气溶胶形成基质可以包括非烟草材料，例如，用于EP-A-1 750 788和EP-A-1 439 876的装置中的那些非烟草材料。优选地，气溶胶形成基质进一步包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是丙三醇和丙二醇。在EP-A-0 277 519和US-A-5 396 911中描述潜在合适的气溶胶形成剂的额外实例。气溶胶形成基质可以是固体基质。固体基质可以包括例如粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材中的一种或多种，其含有草本植物叶片、烟草叶片、烟草叶脉片段、复原烟草、均质化烟草、挤出烟草和膨胀烟草中的一种或多种。任选地，固体基质可以含有在加热基质时释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。

任选地，固体基质可以提供于热稳定载体上或嵌入热稳定载体中。载体可以采用粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材形式。或者，载体可以是具有沉积在其内表面上的固体基质薄层的管状载体，例如US-A-5 505 214、US-A-5 591 368和US-A-5 388 594中公开的那些、或具有沉积在其外表面上的固体基质薄层的管状载体、或具有沉积在其内表面和外表面上的固体基质薄层的管状载体。此管状载体可以由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网(low mass open mesh metallic screen)或穿孔金属箔或任何其它热稳定聚合物基质形成。固体基质可以按例如片材、泡沫、凝胶或浆液形式沉积在载体的表面上。固体基质可以沉积在载体的整个表面上，或可替代地，可以沉积在图案中以便提供在使用期间的非均匀香味传递。或者，载体可以是烟草组分已并入其内的非织造织物或纤维束，例如EP-A-0857 431中所描述的那种。非织造织物或纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。

气溶胶形成基质优选地可以是液体气溶胶形成基质。气溶胶形成基质可以是液体基质，并且气溶胶生成制品可以包括用于保持液体基质的装置。例如，气溶胶生成制品可以包括容器，例如，EP-A-0 893 071中描述的容器。可替代地或另外，气溶胶生成制品可以包括液体基质可以被吸收到其中的多孔载体材料，如在WO-A-2007/024130、WO-A-2007/066374、EP-A-1 736 062、WO-A-2007/131449和WO-A-2007/131450中所描述。气溶胶形成基质可以可替代地是任何其它类别的基质，例如气体基质，或各种类型的基质的任何组合。发光材料可以并入到用于保持液体基质的装置内，例如，形成用于保持液体基质的容器的材料内。可替代地或另外，当存在时，发光材料可以并入到多孔载体材料中。

气溶胶生成制品可以优选地被配置为热棒。所述热棒包括填充有气溶胶形成基质的中空包装材料。包装材料可以是管状的。对于电感加热，可以包含金属刀片或片材作为热棒中的感受器。优选地，感受器由气溶胶形成基质，例如烟草包围，并且在热棒的一个端面处可见。优选地，感受器至少处于其涂覆、喷涂或沉积有发光材料的可见(当未由气溶胶生成装置接纳时)端处。

气溶胶生成系统的加热器可以被配置成电感加热器。电感加热器可以包括电感加热元件和感受器。优选地，提供不与感受器物理接触的电感加热元件。电感加热元件适合于发射时变电磁场。优选地，电感加热元件是气溶胶生成装置的一部分。优选地，感受器是气溶胶生成制品的一部分。感受器可以被配置为至少部分地由气溶胶形成基质包围的至少一个金属刀片或片材。电感加热元件被布置和调适成将变化的电磁场，例如射频或微波辐射施加到感受器。感受器适用于从电感加热元件吸收电磁场的电磁能的至少一部分并且将电磁能转换成热能。因此，通过从电感加热元件接收电磁能来加热感受器，并且加热的感受器通过热传导加热气溶胶形成基质和发光材料。

加热器可以包括红外线加热元件。

加热器可以包括电阻加热元件。电阻加热元件可以被配置为网状加热元件。网状加热元件包括多个金属丝，所述金属丝可以由例如电阻纤维的单一类型的纤维以及包含毛细管纤维和导电纤维的多种类型的纤维制成。优选地，网状加热元件包括多个导电细丝。多个导电细丝配置网状加热元件的网。通过将电力施加到多个导电细丝来加热网。导电细丝可以包括任何合适的导电材料。

加热器可以包括燃气驱动的加热元件。可以通过电气硬件调整燃气到加热元件的供应。

至少一个加热元件可以包括单个加热元件。或者，至少一个加热元件可以包括多于一个加热元件。可以适当地布置一个或多个加热元件，以便最有效地加热气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质。

至少一个加热元件优选地包括电阻材料。合适的电阻材料包含但不限于：半导体，例如掺杂陶瓷、“导”电陶瓷(例如，二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可以包括掺杂或未掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。合适的金属合金的实例包含不锈钢，含镍、钴、铬、铝、钛、锆、铪、铌、钼、钽、钨、锡、镓、锰和铁的合金，以及基于镍、铁、钴、不锈钢、

和铁-锰-铝基合金的超合金。在复合材料中，电阻材料可以任选地嵌入绝缘材料中，由绝缘材料包封或由绝缘材料涂覆或反之亦然，这取决于能量传递的动力学和所需外部物理化学属性。合适的复合加热元件的实例公开于US-A-5 498 855、WO-A-03/095688和US-A-5 514 630中。

至少一个加热元件可以包括红外线加热元件，光子源，例如US-A-5 934 289中描述的那些，或电感加热元件，例如US-A-5 613 505中描述的那些。

至少一个加热元件可以采用任何合适的形式。例如，至少一个加热元件可以采用加热片的形式，例如，US-A-5 388 594、US-A-5 591 368和US-A-5 505 214中描述的那些。或者，至少一个加热元件可以采用如EP-A-1 128 741中所描述具有不同导电部分的壳体或基质的形式，或如WO-A-2007/066374中所描述的电阻金属管的形式。或者，如KR-A-100636287和JP-A-2006320286中所描述的穿过气溶胶形成基质的中心的一个或多个加热针或杆也可以是合适的。或者，至少一个加热元件可以是盘形(端)加热器或盘形加热元件与加热针或杆的组合。其它替代方案包含加热丝或细丝，例如，Ni-Cr、铂、钨或合金丝，例如在EP-A-1 736 065中描述的那些，或加热板。

至少一个加热元件可以借助于传导来加热气溶胶形成基质。加热元件可以至少部分地与基质或上面沉积有基质的载体接触。或者，来自加热元件的热量可以借助于导热元件传导给基质。或者，至少一个加热元件可以将热量传递到进入的环境空气，所述环境空气在使用期间被抽吸通过电操作气溶胶生成系统，进而通过对流加热气溶胶形成基质。如WO-A-2007/066374中所描述，环境空气可以在穿过气溶胶形成基质之前进行加热。

气溶胶生成装置优选地是由使用者舒适地抓握在单只手的手指之间的手持式气溶胶生成装置。气溶胶生成装置的形状可以是基本上圆柱形的。优选地，电加热式吸烟系统可重复使用。优选地，每个气溶胶生成制品是一次性使用的。

操作期间，气溶胶生成制品以及其气溶胶形成基质可以完全接纳在空腔中，并且因此完全包含在电操作气溶胶生成系统内。在这种情况下，使用者可以在电操作气溶胶生成系统的衔嘴上抽吸。或者，在操作期间，气溶胶生成制品可以部分地接纳在空腔中，使得气溶胶形成基质完全或部分包含在电操作气溶胶生成系统内。在这种情况下，使用者可以直接在制品上或在电操作气溶胶生成系统的衔嘴上抽吸。

优选地，电操作气溶胶生成系统被布置成当检测器检测空腔中的气溶胶生成制品时启动。当电气硬件连接电源和至少一个加热元件时，可以启动系统。可替代地或另外，当系统从待机模式切换到活动模式时，可以启动系统。可替代地或另外，系统可以进一步包括开关，并且可以在开关打开时启动，使得仅当在空腔中检测到气溶胶生成制品时加热至少一个加热元件。系统的启动可以另外或可替代地包括其它步骤。

优选地，电气硬件包括用于控制加热器的操作的可编程控制器，例如微控制器。在一个实施例中，控制器可以通过软件编程。或者，控制器可以包括专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)，其可以通过在硬件内对特定应用定制逻辑块进行编程。优选地，电气硬件包括处理器。另外，电气硬件可以包括用于存储特定制品的加热偏好、使用者偏好、使用者吸烟习惯或其它信息的存储器。优选地，取决于可与吸烟系统一起使用的特定制品，存储的信息可以进行更新和替换。而且，信息可以从系统下载。

在一个示例性实施例中，电气硬件包括用于检测指示使用者进行抽吸的气流的传感器。传感器可以包括热敏电阻器。传感器可以是机电装置。或者，传感器可以是机械装置、光学装置、光机械装置和基于微机电系统(MEMS)的传感器中的任一个。在这种情况下，电气硬件可以被布置成当传感器感测到使用者进行抽吸时，将电流脉冲提供到至少一个加热元件。在替代实施例中，系统进一步包括可手动操作的开关，用于使用者起始抽吸。

优选地，电气硬件被布置成基于通过检测器识别的特定制品建立至少一个加热元件的加热方案。

加热方案可以包括下述中的一种或多种：加热元件的最高运行温度、每次抽吸的最大加热时间、抽吸之间的最短时间、每个制品的最大抽吸数和制品的最大总加热时间。建立对特定制品定制的加热方案是有利的，因为在特定制品中的气溶胶形成基质可能需要特定加热条件，或伴随特定加热条件提供改进的使用者体验。如已提及，优选地，电气硬件是可编程的，在所述情况下，可以存储且更新各种加热方案。

根据本发明的第二方面，提供一种气溶胶生成制品，所述气溶胶生成制品包含并入有气溶胶形成基质的至少一个组件以及具有温度相关磷光特性的发光材料。气溶胶生成制品适用于根据本发明的第一方面在气溶胶生成系统中使用。

根据本发明的第三方面，提供一种用于根据本发明的第一方面操作和控制气溶胶生成系统的方法。所述方法包括以下步骤：将气溶胶生成系统的气溶胶生成制品至少部分地接纳在气溶胶生成系统的气溶胶生成装置的支架中；通过气溶胶生成系统的加热器加热所接纳的气溶胶生成制品的发光材料和气溶胶形成基质；通过气溶胶生成装置的光源照射和激发发光材料；通过检测由受激发的发光材料发出的光来通过气溶胶生成装置的检测器检测受激发的发光材料的温度相关磷光特性；以及基于检测到的磷光特性通过气溶胶生成装置的电气硬件控制加热。

检测的步骤优选地包含基于发光材料的检测到的磷光特性而从可与气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别气溶胶生成制品。

检测的步骤优选地包含基于发光材料的可识别光谱特征而从可与气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别气溶胶生成制品。

控制的步骤优选地包含考虑气溶胶形成基质与发光材料之间的温度差。

优选地，所述方法进一步包含以下步骤：优选地在室温下，基于检测到的磷光特性检查气溶胶生成制品是否当前由支架接纳，以及接收到的气溶胶生成制品是否有效地用于气溶胶生成装置。

在本发明的一个方面中的任何特征可以任何适当的组合应用于本发明的其它方面。具体来说，方法方面可以应用于设备方面，且反之亦然。此外，一个方面中的任一、一些和/或所有特征可以任何适当组合应用于任何其它方面中的任一、一些和/或所有特征。

还应了解，在本发明的任何方面描述且定义的各种特征的特定组合可以独立地实施或供应或使用。

附图说明

将参考附图仅借助于实例进一步描述本发明，在附图中：

-图1示出根据本发明的气溶胶生成制品；

-图2示出根据本发明的气溶胶生成系统；

-图3示出根据本发明的替代气溶胶生成系统的示意表示；

-图4示出根据本发明的另外替代气溶胶生成系统的示意表示；

-图5示出在激发之后发光材料随时间的温度相关发光衰减的曲线，并且说明用于就发光衰减速率而言检测磷光特性以及就参考发光衰减特性而言基于参考磷光特性控制加热的实施方案；以及

-图6说明在用正弦脉冲形状的激发光照射和激发发光材料的情况下温度相关磷光特性的基于相位滞后的检测。

具体实施方式

图1示出气溶胶生成制品100。制品100包括气溶胶形成基质102、中空管状传递元件104、衔嘴106和外包装材料108。外包装材料108包括在激发之后发光的发光材料(由圆点表示)。发光材料在材料的制造期间并入到包装材料中。

通过在浆料形成为纸并干燥之前，将呈粉末形式的发光材料并入到包装纸材料浆料中来制造此实例中的包装材料。或者，可以通过喷涂、印刷、涂刷等将发光材料施加到溶液中的包装材料。

用于如下所述的电操作气溶胶生成装置的气溶胶生成制品将发光材料并入到包装材料内。发光材料具有可识别的光谱特征。

并入到包装材料中的发光材料的使用允许气溶胶生成基质的温度的非接触式检测。

图2示出根据本发明的电操作气溶胶生成系统200的一个示例性实施例的透视图。电操作气溶胶生成系统200是包括外壳202的吸烟系统，所述外壳具有前外壳部分204和后外壳部分206。前外壳部分204包含前端部分208，所述前端部分具有能够接纳气溶胶生成制品，例如吸烟制品的空腔状支架210。在图2中，吸烟系统200示为具有呈香烟100形式的吸烟制品。在此实施例中，前外壳部分204还包含显示器212。显示器212未详细地示出，但是所述显示器可以包括任何合适形式的显示器，例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或等离子显示板。另外，显示器可以被布置成示出例如，与吸烟制品或清洁制品相关的任何所需信息。

电加热式吸烟系统200还包含位于支架210中或附近的检测单元(图2中未示出)。包括光源和检测器的检测单元能够检测气溶胶生成制品100在支架中的存在，并且还能够检测如并入到气溶胶生成制品100中的发光材料的发光衰减速率的温度相关磷光特性。检测器适用于通过在室温下检测气溶胶生成制品100中包含的发光材料的磷光特性来检测气溶胶生成制品100在支架中的存在。提供用于照射和激发发光材料的光源。检测器是用于接收和测量在激发之后由发光材料发出的光的光传感器。

图3示出根据本发明的气溶胶生成系统300的另一示例性实施例的示意表示。气溶胶生成系统包括气溶胶生成制品310和气溶胶生成装置330。为了操作气溶胶生成系统300，气溶胶生成制品310必须由气溶胶生成装置330的空腔接收。气溶胶生成制品310的一端的前表面312首先插入到空腔中。气溶胶生成制品310的另一端被配置成衔嘴320。

气溶胶生成系统300包括被配置成电感加热器的加热器。电感加热器包括远离彼此布置的电感加热元件340和感受器316。提供电感加热元件340作为气溶胶生成装置330的一部分。提供感受器316作为气溶胶生成制品310的一部分。电感加热元件340适用于将时变电磁场施加到感受器316。感受器316适用于通过暴露于由电感加热元件340发射的电磁场来加热。

类似于图1中所示的气溶胶生成制品100，气溶胶生成制品310包括气溶胶形成基质314(例如，烟草)、中空管状传递元件318、衔嘴320和外包装材料322。外包装材料322包括在激发之后发光的发光材料(由圆点表示)。发光材料在材料的制造期间并入到包装材料322中。如上文所提及，气溶胶生成制品310包括感受器316。感受器316被配置成由气溶胶形成基质314包围的金属片或金属片材。感受器316至少部分地由气溶胶形成基质314包围。气溶胶形成基质314和外包装材料322的发光材料被布置成通过热传导从感受器316接收热能。

气溶胶生成装置330具有配置成用于接纳气溶胶生成制品310的空腔的支架。气溶胶生成装置330的空腔可通过气溶胶生成装置330的外壳332的开口334访问，并且被配置成容纳气溶胶生成制品310。

此外，气溶胶生成装置330包括例如电池的电源336、被配置成控制电路338的电气硬件、电感加热元件340和检测单元342。电源336适用于通过电力线337将电能提供到控制电路338。控制电路338适用于通过线路339控制到电感加热元件340的电能供应，以便控制电感加热元件340的加热操作。电感加热元件340邻近于气溶胶生成制品310布置，使得可以将电磁体辐射能量从电感加热元件340传输到感受器316，而无需电感加热元件与感受器之间进行物理接触。当气溶胶形成基质被加热到所需温度范围内的温度时，气溶胶被提供给使用者以在衔嘴320处抽吸或吸入。

检测单元342包括光源343和光传感器344。光源343适用于将光照射到包装材料322上并且由此激发并入到包装材料322中的发光材料。光传感器344适用于检测由并入到包装材料322中的受激发的发光材料发出的光。在此实施例中，可以交替地操作光源343和光传感器344。在一个实施例中，并入到包装材料322中的发光材料适用于在激发之后发出红外光。光传感器344适用于检测由发光材料发出的红外光。在另一实施例中，并入到包装材料322中的发光材料适用于在激发之后发出可见光。光传感器344适用于检测由发光材料发出的可见光。

通过连接线341将光传感器344的检测结果报告给控制电路338。控制电路338可以调度光源343和光传感器344的操作。控制电路338适用于基于存储在控制电路338中的参考磷光特性，即参考发光衰减特性而从检测结果导出关于气溶胶形成基质314的当前温度的信息。为了基于从受激发的发光材料发出的光而导出气溶胶形成基质314的当前温度，控制电路能够考虑气溶胶形成基质314和并入到包装材料322中的发光材料的当前温度之间的系统固有差异。

图4示出另一气溶胶生成系统400的示意表示。图4中所示的系统类似于图3中所示的系统。因此，图3和图4中的相同参考符号表示相同或相似组件。气溶胶生成系统400与气溶胶生成系统300的主要不同之处在于发光材料和检测单元的布置位置。在气溶胶生成系统400中，发光材料不必并入到包装材料422中(与图3的包装材料322相比)。在气溶胶生成系统400中，发光材料被涂覆、喷涂或沉积在感受器316上。感受器316向上延伸到气溶胶生成制品410的前表面312。当气溶胶生成制品410未由气溶胶生成装置430接纳时，感受器316的末端417在前表面312处可见。气溶胶生成系统400的检测单元342与气溶胶生成系统300的检测单元相同。然而，气溶胶生成系统400的检测单元342面向气溶胶生成制品410的前表面312布置。在此安装位置中，检测单元342的光源343适用于照射感受器316的末端417，并且由此激发沉积在感受器316的末端417处的发光材料。检测单元342的检测器344检测在末端417处从受激发的发光材料发出的光。发光材料优选地在激发之后发出可见光。

图5示出在激发之后发光材料随时间的温度相关发光衰减的曲线，并且说明用于就发光衰减速率而言检测磷光特性以及就参考发光衰减特性而言基于参考磷光特性控制加热的实施方案。曲线C1、Cd和C2是在已在时间t＝0处停止激发之后同一发光材料随时间t的温度相关(每条曲线表示在个别恒定温度期间的衰减)发光衰减的曲线。所有曲线表示指数发光衰减，其中在时间t＝0处结束激发之后由发光材料发出的光的电流强度I(t)遵循表达式I(t)＝I0·exp(-t/tau)，其中tau是发射光的亮度减小到其原始值I0的1/e所需的温度相关时间量。曲线C1表示最慢发光衰减并且指低温下的发光衰减。曲线C2表示最快发光衰减并且指高温下的发光衰减。曲线Cd表示中等发光衰减并且指中等温度下的发光衰减。

如果呈现的气溶胶生成系统应将气溶胶形成基质的温度保持在合适的温度范围内，则C1和C2可以设定参考发光衰减特性，即参考磷光特性，作为用于控制通过加热器的加热的基础。在这种情况下，曲线C1与最低所需温度相关联，并且曲线C2与最高所需温度相关联。这种参考发光衰减特性允许基于简单阈值的实施。如下从最低温度曲线C1和最高温度曲线C2导出阈值。曲线C1和C2已在校准环境中之前确定，并且可以考虑气溶胶形成基质和发光材料的温度之间的系统固有差异。

根据一个替代方案，检测器可以测量在自从激发结束(t＝0)已经过的预定时间量ts之后，由受激发的发光材料发出的光的强度Id。如果测量到的强度Id低于I1＝C1(ts)(即，根据C1对应于时间量ts的强度)并且高于I2＝C2(ts)(即，根据C2对应于时间量ts的强度)，则当前温度处于合适的温度范围内。阈值I1和I2已提前存储在电气硬件中。

根据另一替代实施方案，检测器可以测量对应于从I0到预定强度Is的强度衰减的时间量td。如果测量到的时间量td低于t1＝C1(Is)(即，根据C1对应于强度Is的时间量)并且高于t2＝C2(Is)(即，根据C2对应于强度Is的时间量)，则当前温度处于合适范围内。阈值t1和t2已提前存储在电气硬件中。

如果测量到的强度Id或测量到的时间量td分别低于对应值I2和t2，则电气硬件中断通过加热器的加热。如果测量到的强度Id或测量到的时间量td分别超过对应值I1和t1，则电气硬件(重新)激活通过加热器的加热。

测量上述强度Id或时间量td对应于就亮度衰减速率而言检测温度相关磷光特性。

用于达到预定强度Id的预定时间td或时间量优选地在从10纳秒到10毫秒的范围内。请注意，图5的数字和比例仅预期用于说明性原因，并且不应被理解为限制本发明的范围。

图6说明在用正弦形状的连续激发光照射和激发发光材料的情况下温度相关磷光特性的检测。这种检测温度相关磷光特性可以分别与图3和4中所示的气溶胶生成系统300和400的实施例一起使用，所述气溶胶生成系统具有配置成用变化强度的激发光连续地照射和激发发光材料的光源。曲线600说明来自根据以上实施例中的一个实施例的气溶胶生成装置的光源的激发光随时间的连续变化强度。曲线601和602示出根据用于发光材料的不同温度的曲线600的从光所激发的发光材料发出的光的相应强度。如通过曲线601和602中任一曲线所说明，可以与用根据曲线600的正弦波照射发光材料同时地检测由发光材料发出的光的强度。与曲线602相比，曲线601表示具有更高温度的发光材料的磷光特性。可以基于确定正弦激发光的曲线600与由受激发的发光材料发出的光的曲线601、602中的任一个之间的相位滞后来检测发光材料的温度。相位滞后对应于磷光的使用寿命。对于相同发光材料，较小相位滞后对应于发光材料的高温，并且较大相位滞后对应于低温发光材料。

上文所描述的示例性实施例是说明性的，但不是限制性的。考虑到上文所论述的示例性实施例，与上文示例性实施例一致的其它实施例现在对所属领域的普通技术人员将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括：

气溶胶生成制品，所述气溶胶生成制品包含并入有气溶胶形成基质的至少一个组件；

发光材料，所述发光材料具有温度相关磷光特性；

加热器，用于加热所述发光材料以及并入有所述气溶胶形成基质的所述至少一个组件；以及

气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：

支架，用于至少部分地接纳所述气溶胶生成制品；

光源，用于照射和激发所述发光材料；

检测器，用于检测受激发的所述发光材料的温度相关磷光特性；

电气硬件，所述电气硬件被配置成基于检测到的磷光特性控制通过所述加热器的加热，

其中所述气溶胶生成装置适用于基于连续地检测到的磷光特性值来连续地控制通过加热器的加热，用于将气溶胶生成制品的被加热的所述至少一个组件的温度连续地保持在所需温度范围内。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中所述电气硬件被配置成基于所述检测到的磷光特性以及所存储参考磷光特性来控制加热。

3.根据权利要求2所述的气溶胶生成系统，其中所述所存储参考磷光特性考虑所述气溶胶形成基质与所述发光材料之间的温度差。

4.根据权利要求2或3所述的气溶胶生成系统，其中所述所存储参考磷光特性包括用于与所述检测到的磷光特性相比较的至少一个阈值。

5.根据权利要求2或3所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成装置适用于从能与所述气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中选择和应用相应气溶胶生成制品的个别参考磷光特性。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述检测器适用于基于所述发光材料的检测到的磷光特性而从能与所述气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别所述气溶胶生成制品。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述发光材料具有可识别的光谱特征。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述检测器适用于基于所述发光材料的可识别光谱特征而从能与所述气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别所述气溶胶生成制品。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成装置被配置成基于所述检测到的磷光特性检查气溶胶生成制品是否当前由所述支架接纳以及接收到的气溶胶生成制品是否有效地用于所述气溶胶生成装置。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述发光材料并入到所述气溶胶生成制品或所述气溶胶生成装置中。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述光源适用于用紫外光照射和激发所述发光材料，或所述发光材料适用于在被激发之后发出红外光。

12.根据权利要求9所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成装置被配置成基于所述检测到的磷光特性在室温下检查气溶胶生成制品是否当前由所述支架接纳以及接收到的气溶胶生成制品是否有效地用于所述气溶胶生成装置。

13.一种用于控制根据权利要求1到12中任一项所述的气溶胶生成系统的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述气溶胶生成系统的所述气溶胶生成制品至少部分地接纳在所述气溶胶生成系统的所述气溶胶生成装置的所述支架中；

通过所述气溶胶生成系统的所述加热器来加热所述发光材料和被接收的所述气溶胶生成制品的所述气溶胶形成基质；

通过所述气溶胶生成装置的所述光源照射和激发所述发光材料；

通过所述气溶胶生成装置的所述检测器连续地检测受激发的所述发光材料的温度相关磷光特性；以及

基于连续地检测到的磷光特性值通过所述气溶胶生成装置的所述电气硬件连续地控制加热，用于将气溶胶生成制品的被加热的所述至少一个组件的温度连续地保持在所需温度范围内。

14.根据权利要求13所述的方法，其中检测步骤包含基于所述发光材料的检测到的磷光特性或可识别光谱特征而从能与所述气溶胶生成系统一起使用的一组气溶胶生成制品中识别所述气溶胶生成制品。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中控制步骤包含考虑所述气溶胶形成基质与所述发光材料之间的温度差。

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