СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ СИГАРЕТ
METHOD OF READING IMAGES FOR QUALITY CONTROL OF ELECTRONIC CIGARETTES

Уровень техники
Электронная сигарета ("e-cigarette" или "e-Cig") представляет собой устройство, моделирующее курение табачных сигарет путем создания дыма-заменителя, который может быть аналогичен по физическим ощущениям, внешнему виду и иногда запаху (т.е. с табачным ароматом, ментоловым вкусом, добавкой никотина и т.п.). Сигарета e-Cig может содержать аккумуляторную секцию и картомайзерную секцию (т.е. «картридж»). Аккумуляторная секция сигареты e-Cig содержит контроллер и аккумулятор или обычную батарейку для питания устройства, а картомайзерная секция генерирует аэрозольный туман (т.е. «электронный» дым (e-smoke) или пары), т.е. заменитель для сигаретного дыма. В частности, картомайзер может использовать тепло, ультразвуковую энергию или другие средства для распыления/испарения раствора «электронной жидкости» ("e-Liquid"), (например, на основе пропиленгликоля или глицерина, содержащего вкусовые и ароматизирующие ингредиенты) и преобразования этого раствора в аэрозольный туман. Такое распыление аналогично действию распылителя или увлажнителя, испаряющего растворы для ингаляции. Картомайзер может содержать или может называться распылителем, а распыление может быть вызвано нагревательным элементом, который подогревает e-Liquid для генерации тумана/паров/дыма e-smoke. Нагревательный элемент может становиться довольно горячим для правильного подогрева жидкости e-Liquid, а также нагрев может зависеть от продолжительности использования сигареты e-Cig. Излишнее тепло внутри сигареты e-Cig может вызвать обгорание внутренних компонентов этой сигареты e-Cig. Например, обгорание может происходить, когда заполненный жидкостью картридж становится пуст, например, после того, как жидкость испарится в процессе курения сигареты e-Cig. Обгорание может привести к ухудшению вкуса и снижению удовольствия от курения, причем курильщик сигареты e-Cig может оказаться не способен предсказать, когда произойдет обгорание. Калибровка мощности, поступающей от аккумулятора или батарейки в картридж, может уменьшить вероятность обгорания.
Краткое описание чертежей
Предлагаемые система и способ могут быть лучше поняты со ссылками на прилагаемые чертежи и описание. Неограничивающие и неисчерпывающие варианты описаны здесь со ссылками на следующие чертежи. Компоненты чертежей не обязательно выполнены в масштабе, наоборот, здесь сделан упор на иллюстрацию принципов изобретения. На этих чертежах соответствующие компоненты на разных видах отмечены подобными цифровыми позиционными обозначениями.
Фиг. 1 - схема электронной сигареты.
Фиг. 2 - схема части картриджа электронной сигареты.
Фиг. 3 - схема катушки и фитиля для электронной сигареты.
Фиг. 4 - схема варианта формирования изображения электронной сигареты.
Фиг. 5 - схема процесса получения изображения.
Фиг. 6 - схема процесса калибровки.
Осуществление изобретения
Рассматриваемые здесь система и способ описывают систему и способ тестирования электронных сигарет ("e-Cig"), В частности, для определения распределения температур компонентов картриджа, таких как катушка, может быть использовано полученное изображение. Чрезмерно высокие температуры или однородность температуры может указывать на наличие потенциальных проблем в картридже и может быть использовано для калибровки картриджа. Процедура калибровки может содержать снижение мощности, подводимой к картриджу, с целью определить, улучшается ли температура или распределение температуры в картридже. Это может позволить выбрать оптимальный уровень мощности.
Другие системы, способы, признаки и преимущества настоящего изобретения будут или станут очевидными специалисту в рассматриваемой области после изучения последующих чертежей и подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества будут включены в настоящее описание, будут находиться в пределах объема настоящего изобретения, и будут защищены прилагаемой формулой изобретения. Ничего в этом разделе не следует понимать как ограничения для прилагаемой формулы изобретения. Другие аспекты и преимущества будут обсуждаться ниже.
Настоящее изобретение будет далее описано более полно со ссылками на прилагаемые чертежи, которые составляют часть описания и которые показывают, в качестве иллюстраций, конкретные примеры вариантов изобретения. Предмет изобретения может быть, однако, реализован и в самых разнообразных других формах, вследствие чего охватываемый или заявляемый предмет изобретения следует считать неограничивающимся какими-либо описываемыми здесь примерами вариантов; эти примеры вариантов приведены здесь лишь в качестве иллюстраций. Аналогично, здесь предполагается разумно широкий заявляемый или охватываемый предмет изобретения. Помимо всего прочего, предмет изобретения может быть реализован в виде способов, устройств, компонентов или систем. Соответственно, варианты могут, например, принимать форму аппаратуры, загружаемого программного обеспечения, встроенного программного обеспечения или каких-либо сочетаний этих составляющих (отличных от программного обеспечения в чистом виде). Последующее подробное описание поэтому не следует брать в ограничительном смысле.
В настоящем описании и формуле изобретения термины могут иметь некоторые смысловые нюансы, предполагаемые или подразумеваемые контекстом сверх явно указываемых значений. Аналогично фраза «в одном из вариантов», как она используется здесь, необязательно ссылается на тот же самый вариант, а фраза «в другом варианте», как она используется здесь, необязательно ссылается на отличный вариант. Предполагается, например, что заявляемый предмет изобретения содержит сочетания примеров вариантов в целом или частично.
В общем случае терминология может быть понята, по меньшей мере частично, из того, как эта терминология используется в контексте. Например, такие слова, как «и», «или» или «и/или», как они используются здесь, могут иметь самые разнообразные значения в зависимости, по меньшей мере частично, от контекста, в котором используются такие слова. Обычно «или», если это слово используется в связи со списком, таким как А, В или С, должно означать А, В и С, т.е. используется здесь во включающем, инклюзивном смысле, равно как А, В или С, здесь может использоваться в исключающем, эксклюзивном смысле. Кроме того, термин «один или несколько», как он используется здесь, в зависимости по меньшей мере частично от контекста, может быть использован для описания какого-либо признака, структуры или характеристики в единственном числе или может быть использован для описания сочетаний признаков, структур или характеристик во множественном числе. Аналогично артикли "a", "an" или "the" снова можно понимать как несущие единственное использование или как несущие множественное использование, в зависимости, по меньшей мере частично, от контекста. Кроме того, термин «на основе» можно понимать как необязательно несущий исключительный набор факторов, а может вместо этого допускать существование дополнительных факторов, необязательно выраженных в явном виде, вновь в зависимости, по меньшей мере частично, от контекста.
На фиг. 1 представлена схема электронной сигареты. «Дым», генерируемый сигаретой e-Cig, создают путем преобразования жидкости e-Liquid 110 в туман и некоторое количество паров посредством распылителя 112. Жидкость e-Liquid 110 может храниться в контейнере для жидкости. Картомайзер 113 может содержать распылитель 112 и жидкость e-Liquid 110. Картомайзер 113 может также в настоящем описании именоваться картриджем и может быть одноразовым. Жидкость e-liquid 110 может иметь высокую вязкость при комнатной температуре, чтобы дольше храниться на складе и уменьшить вероятность утечек; однако такая высокая вязкость может снизить интенсивность распыления. Жидкость e-Liquid распыляется потоком 108 воздуха, генерируемым, когда пользователь (т.е. курильщик или потребитель паров) делает вдох. Для уменьшения вязкости до уровня, позволяющего осуществлять распыление, может быть приложено тепло извне посредством нагревательного элемента 111, который может содержать нагревательную катушку и фитиль, пропитанный или содержащий часть жидкости e-Liquid 110. Пример такого нагревательного элемента показан на фиг. 2-4. В частности, в одном из вариантов нагревательный элемент 111 может представлять собой катушку, намотанную вокруг фитиля с целью подогрева жидкости в этом фитиле. Локальная вязкость может быть уменьшена посредством нагревания во время вдоха, что позволяет осуществить распыление в генерируемом при вдохе потоке 108 воздуха. Жидкость e-Liquid 110 может быть нагрета электрическим током, текущим через нагревательный элемент 111, и может быть затем распылена и испарена по всей сигарете e-Cig, а также может содержать вкусовые добавки и ароматизаторы для создания ощущения курения. Контроллер 102 может быть включен потоком 108 воздуха (от вдыхаемого воздуха), проходящим мимо датчика 104 потока. Этот датчик 104 может быть включен перепадом давления на этом датчике и может непосредственно включить подачу питания аккумулятора 106, либо выходной сигнал этого датчика может быть подан на вход контроллера 102, который затем включит подачу тока от аккумулятора 106. Хотя на чертеже контроллер 102 показан отдельно от сигареты e-Cig, этот контроллер 102 может быть частью сигареты e-Cig (например, вместе с аккумулятором 106). Аккумулятор 106 может быть выполнен в виде отдельного/сменного компонента. Аккумулятор 106 может содержать один или несколько кристаллов электронных интегральных схем, управляющих и передающих сигналы другим компонентам контроллера. Он может быть соединен с картомайзером 113, который может быть заменен или сменен (например, если нужна новая/другая жидкость e-Liquid).
Сигарета e-Cig может содержать две части. Первую часть часто называют просто аккумулятором или аккумуляторной секцией (т.е. корпусом с аккумулятором), эта часть содержит аккумулятор или батарейку, датчик воздушного потока и контроллер. Вторая часть представляет собой картридж (т.е. картомайзер 113), содержащий жидкость е-Liquid, которая необходима для курения и создания аромата. В других вариантах частей может быть больше или меньше. Воздушная трубка в аккумуляторной секции и воздушная трубка в картридже могут позволить курильщику затянуться сигаретой e-Cig и активизировать датчик воздушного потока в аккумуляторной секции. Это может запустить контроллер и вызвать нагрев катушки внутри картриджа, испарение жидкости, находящейся в картридже, и образование дыма (т.е. паров). Аккумуляторная секция может дать картриджу команду включиться, после чего происходит нагрев катушки энергией, поступающей от аккумулятора (для управления профилем нагрева может быть использована широтно-импульсная модуляция (PWM)).
Хотя на фиг.1 это не показано, сигарета e-Cig может иметь соединения (т.е. разъемы или электрические соединители), используемые для подачи энергии к нагревательному элементу 111 и для заряда аккумулятора 106. В частности, энергия может быть передана через металлические соединители между аккумуляторной секцией и картриджем, такие как соединители, показанные и рассмотренные со ссылками на фиг. 3-4. Мощность (т.е. электрический ток или электрическую мощность) можно калибровать на основе измеренной температуры сигареты e-Cig. В одном из вариантов, устройство 120 формирования изображения может получать изображения нагревательного элемента 111, чтобы определить ситуацию, когда температура нагревательного элемента превышает максимальную температуру или когда распределение температуры в нагревательном элементе является недостаточно однородным (т.е. имеются горячие пятна). В одном из вариантов устройство 120 может считывать изображения, когда воздушный поток направлен противоположно отмеченному стрелкой воздушному потоку 108, так что «насос» или вакуумная область на аккумуляторном конце (например, возле датчика 104 потока) всасывает воздух в направлении, противоположном отмеченному воздушному потоку 108. Этот вариант изображен и дополнительно рассмотрен со ссылками на фиг. 4 (т.е. устройство 410 формирования изображения может быть таким же или аналогичным устройству 120). Анализатор 122 может анализировать полученное изображение с целью идентификации каких-либо потенциальных проблем (слишком высокая температура или слишком большая однородность температуры). В некоторых вариантах такая идентификация может быть использована для калибровки мощности, поскольку наличие потенциальных проблем может потребовать небольшого снижения мощности. Мощность можно уменьшать до тех пор, пока считываемое изображение не покажет, что потенциальные проблемы уменьшены или устранены.
Хотя на чертежах это не показано, сигарета e-Cig может иметь энергонезависимое запоминающее устройство или кристалл интегральной схемы (чип) памяти в картридже. В этом чипе памяти может храниться информация о картомайзере, включая калибровочную информацию, которая может быть передана контроллеру 102 или аккумулятору 106, чтобы установить уровень мощности, передаваемой картриджу. В частности, калибровочные данные могут быть прочитаны и переданы контроллеру (обычно в аккумуляторной секции), который установит режим питания картриджа во время курения. Это может быть необходимо, поскольку (одноразовый или сменный) картридж может быть соединен с разными аккумуляторными секциями, так что калибровочную информацию может быть нужно передать в каждую аккумуляторную секцию, чтобы задать подходящий режим питания для конкретного картриджа. В другом варианте картридж может иметь чип связи, который может осуществлять связь с аккумулятором (например, через контроллер, который может частью аккумуляторной секции или может находиться вне сигареты e-Cig, например, в смартфоне пользователя или в другом компьютерном устройстве, осуществляющем связь с сигаретой e-Cig). В другом варианте с одноразовой сигаретой e-Cig (например, и картридж, и аккумуляторная секция являются одноразовыми и могут быть выполнены в виде единого устройства) тестирование калибровки может быть произведено во время изготовления/сборки, так что калибровочные данные могут быть использованы для установления/регулировки схемы питания в этот момент, что может исключить необходимость в сохранении и/или передаче калибровочных данных. В альтернативных вариантах картридж может быть маркирован калибровочной информацией, которая может быть использована пользователем для установления схемы питания.
На фиг. 2 представлена схема части картриджа электронной сигареты. На фиг. 2 показана нагревательная катушка 202, намотанная вокруг фитиля, пропитанного жидкостью e-Liquid. Нагревательная катушка получает энергию от аккумулятора, а тепло от катушки по меньшей мере частично испаряет жидкость e-Liquid (для генерации «дыма»). Изображение 204 иллюстрирует пример распределения тепла (т.е. это тепловое изображение) в фитиле и катушке. Температура нагревательной катушки должна быть ниже максимальной температуры, а распределение температуры по катушке должно быть однородным. Тепловое распределение должно иллюстрировать приблизительно однородное распределение тепла в катушке и соответствующих участках фитиля. В одном из вариантов однородность может быть показана наличием «горячих пятен». Горячие пятна фитиля могут быть более чувствительны к обгоранию, так что при возникновении условий, способных вызвать обгорание (например, если поток жидкости будет в какой-то степени ограничен), вероятность обгорания можно уменьшить, если сделать теплопередачу более однородной (т.е. создать однородное распределение тепла/температуры). Неоднородность в нагревательной катушке может иметь место, если температура некоторой области катушки оказывается намного выше средней измеренной температуры.
На фиг. 3 представлена схема катушки и фитиля для электронной сигареты. Эта фиг. 3 иллюстрирует катушку, намотанную вокруг фитиля. Фитиль может содержать или может быть по меньшей мере частично пропитан жидкостью e-Liquid, нагреваемой, когда катушка получает энергию. Катушка получает энергию через два соединительных провода, присоединенных к катушке посредством обжатия. Как описано выше, тепловое изображение может указывать, имеет ли катушка и/или фитиль температуру ниже максимальной температуры и является ли распределение температуры однородным. В альтернативных вариантах можно также считывать изображение других компонентов сигареты e-Cig, таких как места обжатия и соединительные провода, для проверки температуры.
На фиг. 4 представлена схема варианта формирования изображения электронной сигареты. Фитиль 402 обмотан катушкой 404, как показано на фиг. 3, с соединительными проводами 406, 408. Устройство 410 формирования изображения может представлять собой устройство 120, показанное на фиг. 1. Устройство 410 может быть соединено с анализатором (например, анализатор 122, показанный на фиг. 1) для анализа теплового изображения. Направление 412 формирования теплового изображения может быть направлением от верхней части нагревательной катушки 404, расположенной после мундштука в сторону аккумуляторной секции. Формирование изображения под этим углом позволяет получить тепловое изображение обоих компонентов - и нагревательной катушки 404, и фитиля 402. Во время формирования изображения на обращенном к аккумуляторной секции конце может располагаться вакуумный насос 414, создающий воздушный поток 416 от аккумуляторной секции (не показана) к фитилю 402 и нагревательной катушке 404. В одном из вариантов анализатор выполняет анализ теплового изображения нагревательной катушки 404, чтобы убедиться, что температура катушки не превышает максимальной температуры и что распределение тепла является однородным. В альтернативных вариантах для формирования изображений других компонентов могут быть использованы другие углы.
Устройство 410 или 420 формирования изображения может измерять инфракрасное (например, способом инфракрасной термографии ("IRT")), тепловое изображение или тепловое видео. Полученные изображения могут назваться температурной картой или термограммой. Поскольку интенсивность излучения всех объектов возрастает с увеличением температуры, термограмма позволяет визуально отобразить вариации температуры. В альтернативных вариантах устройство формирования изображения может представлять собой оптический датчик/камеру/записывающее устройство, имеющее инфракрасный фильтр. Оптическая запись может быть менее дорогостоящей, но измерения температуры могут быть менее точными, чем формирование теплового инфракрасного изображения.
На фиг. 5 представлена схема процесса получения изображения. Как описано выше, процесс получения изображения может быть использован при сборке для проверки компонентов или для калибровки компонентов. Тепловое изображение позволяет выявить и идентифицировать дефект компонента, либо правильная калибровка может улучшить работу сигареты e-Cig. В блоке 502 собирают сигарету e-Cig, содержащую картридж (с катушкой, фитилем и контейнером с жидкостью e-Liquid). В одном из вариантов получают изображение полностью собранной сигареты e-Cig или по меньшей мере полностью собранного картриджа, но в альтернативных вариантах могут быть отдельно тестированы другие компоненты (например, сама катушка может быть тестирована перед сборкой картриджа). В блоке 504 добавляют жидкость e-Liquid из контейнера с этой жидкостью e-Liquid к фитилю. Затем в блоке 506 подают к катушке электроэнергию. Поскольку катушка получает энергию, в блоке 508 можно осуществить формирование одного или нескольких тепловых изображений сборки. Как описано со ссылками на фиг. 4, формирование теплового изображения катушки и фитиля может быть произведено со стороны обращенного к мундштуку конца картриджа. В блоке 510 анализируют тепловые изображения для определения температур компонентов, таких как катушка. При этом с тепловыми изображениями можно сравнивать заданные заранее максимальную температуру и порог однородности температуры. В одном из примеров требование однородности температуры может представлять собой требование, чтобы вариации температуры по всей катушке не превышали X градусов, где эта величина X может быть задана заранее. Если превышена заданная максимальная температура или если анализ покажет, что температура неоднородна, это означает наличие потенциальных проблем с картриджем, указывающих либо на присутствие неисправного компонента, либо на необходимость калибровки, как это описано ниже со ссылками на фиг. 6.
На фиг. 6 представлена схема процесса калибровки. В частности, для калибровки картриджа может быть использовано тепловое изображение. Калибровка может позволить задать максимальную мощность, потребляемую картриджем. В альтернативных вариантах калибровка может быть использована для того, чтобы определить, что конкретный картридж может потребовать более ограниченного использования (например, некоторого времени перерыва после непрерывного использования). Процесс калибровки может начаться с ввода условий для анализатора в блоке 602. В одном из вариантов эти входные условия могут содержать максимальную температуру (в какой-либо точке) и необходимую степень однородности температуры (например, ограниченный разброс температуры). Эти входные условия могут быть использованы для конкретного картриджа, чтобы определить, может ли для этого картриджа потребоваться калибровка или регулировка мощности для оптимального использования. В блоке 604 сигарету e-Cig соединяют с насосом для имитации вдоха. В одном из вариантов вакуумный насос присоединяют на противоположном конце от картриджа (например, аккумуляторной секции) для «всасывания» воздуха сквозь сигарету e-Cig. Такая имитация вдоха активизирует сигарету e-Cig, так что устройство для считывания изображения получает изображение, отображающее карту температур рассматриваемой области (например, нагревательной катушки) в блоке 606. Анализатор в блоке 608 сравнивает эту карту температур с входными условиями для выявления потенциальных проблем. Если потенциальные проблемы не выявлены, тогда блок 612 признает, что входные условия выполнены. Однако если входные условия не выполнены, параметры питания могут быть модифицированы в блоке 610. В одном из вариантов модификация параметров питания содержит снижение мощности, поступающей в картридж. После небольшого снижения мощности может быть произведено формирование другого изображения и сравнение его с входными условиями, как в блоках 606-608, и если входные условиях по-прежнему не выполняются, процедура небольшого снижения мощности и проверки теплового изображения повторяется. После того, как блок 612 определит, что входные условия выполняются, в блоке 614 устанавливают параметры питания (т.е. последнее значение мощности, которое дало выполнение этих входных условий) для калибровки. Эти параметры затем в блоке 616 записывают в картридже для использования в будущем.
Калибровка может быть использована в схеме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ (PWM)). В альтернативном варианте калибровка может изменить рабочий цикл (соотношение между долей времени во включенном состоянии и долей времени в выключенном состоянии), так что калибровка может задать время выключения для периодического выключения питания. Например, для конкретного картриджа время непрерывного использования, после которого необходимо на время выключить сигарету, может быть ограничено всего лишь 15 мин. Такой режим может быть задан в дополнение или вместо калибровки уровня мощности, как это описано выше со ссылками на фиг. 6. Способ калибровки мощности может содержать динамические изменения параметров режима в функции заряда аккумулятора (т.е. напряжения) или какие-либо другие сложные способы управления питанием.
Рассмотренные здесь иллюстрации вариантов предназначены для обеспечения общего понимания структуры различных вариантов. Иллюстрации не ставят себе целью дать полное описание всех элементов и признаков устройств и систем, использующих рассмотренные здесь структуры или способы. Многие другие варианты могут стать очевидными для специалистов в рассматриваемой области после изучения описания. Другие варианты могут быть использованы и созданы на основе описания, так что могут быть произведены структурные и логические подстановки и изменения без отклонений от объема настоящего изобретения. Далее, иллюстрации являются всего лишь представителями и даны не в масштабе. Некоторые пропорции на чертежах могут быть выделены, а другие минимизированы. Соответственно описание и чертежи следуют рассматривать иллюстративно, а не как ограничения.