专利名称：雾化器、控制雾化器的控制单元以及雾化器的控制方法
技术领域：
本发明涉及雾化器，所述雾化器使存储于其内的液体雾化成细滴(例如)用于由供雾化器的用户吸入，并且具体而言，涉及雾化器的控制单元以及雾化器的控制方法，其能够检测诸如网或膜的雾化元件是否在雾化器中被正确地定位。
背景技术：
雾化器，有时也称为喷雾器，是由液体生成细的喷雾或浮质的设备。雾化器的一种尤为有用的应用是提供含有溶解的或悬浮的颗粒药品的细的喷雾，从而通过吸入施予给患者。通常在这样的药物递送装置中采用基于压电元件-网的雾化器生成浮质，其中，压电元件使网发生振动，以生成细的浮质喷雾。具体而言，通过压电元件使分散到网上液滴振动，从而创造出喷雾。在一些雾化器中，使压电元件接合至网元件，而在其他雾化器中，网元件则与压电元件分离(即，不发生接触)(有时将其称为基于压电-腔-网的雾化器)。使网元件与压电元件分离的优点是，在一定量的使用之后能够将网元件从雾化器去除，并对其进行清洁或彻底更换。然而，已经发现，能够按照液滴生成速率度量的雾化器的性能对雾化器中的压电元件和网之间的间隔是非常敏感的。具体而言，压电元件和网之间的液体腔的尺寸影响着网处的压力，并且从而影响微滴的生成速率。图1图示了在压电元件的各种振动频率下，以及压电元件和网之间的各种距离(又称为水位)下，在雾化器的网处生成的压力。因而，可以看出与最佳位置的仅仅几十微米的偏差就可能对网处的压力造成显著的影响，并且从而影响微滴的生成速率。因此，雾化器性能的一致性取`决于在清洁和更换之后网在雾化器内的精确定位。此外，如果没有对网正确地重新定位，那么雾化器可能根本不工作，或者可能在工作期间雾化器的部件被损害。因而，需要一种雾化器的控制单元以及一种雾化器的控制方法，其将能够检测网是否被正确地定位。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种控制雾化器的操作的控制单元，其中，所述控制单元被配置为:测量雾化器中的致动器的阻抗，并基于所测量的阻抗确定所述雾化器中的雾化单元是否关于致动器被正确地定位。在一个实施例中，所述控制单元被配置为:在测量的致动器阻抗等于预定阻抗值或者处于预定阻抗值的预定范围内的情况下，确定雾化元件被正确地定位。在可选的实施例中，所述控制单元被配置为:当致动器在第一频率和第二频率工作时测量所述致动器的阻抗，并且在两个所测量的阻抗均等于相应的预定阻抗值或者均处于相应的预定阻抗值的预定范围内的情况下，确定雾化元件被正确地定位。该实施例能够避免雾化元件位置的确定中的伪真的误差。优选地，所述控制单元被配置为:在确定雾化元件在雾化器中得正确地定位的情况下，激活致动器以使液体雾化。以这种方式，将使雾化器工作在最佳或者接近最佳的液滴生成速率。在一种实现方式中，控制单元被配置为:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，停用所述致动器。以这种方式，有可能避免雾化器的任何部件因雾化元件的不正确的定位而受到损坏。在另一实现方式方式中，控制单元被配置为向雾化器的用户提供指示:用户必须重新定位雾化元件。根据一个实施例，控制单元被配置为:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，调整致动器的振动频率。 根据另一实施例，控制单元被配置为:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，利用雾化器中的第二致动器调整所述致动器和雾化元件的相对位置。优选地，所述控制单元被配置为:在上述调整之后重新测量所述致动器的阻抗，以确定是否可以允许雾化器工作。在一个实施例中，所述控制单元被配置为:通过向致动器施加具有已知幅值的正弦电压并测量得到的电流的幅值以及得到的电流和所施加的电压之间的相移而测量致动器的阻抗。根据可选的实施例，所述控制单元被配置为:通过测量工作期间致动器两端的电压和通过致动器的电流来测量致动器的阻抗。根据本发明的第二方面，提供了一种雾化器，其包括用于存储要雾化的液体的储存腔；用于使储存腔内的存储的液体振动的致动器；以及如上所述的控制单元。优选地，所述雾化器还包括定位于所述储存器中的雾化元件，所述雾化元件用于在致动器使液体振动时将液体雾化，更优选地，所述雾化元件是能够从所述雾化器移除的。根据本发明的第三方面，提供了一种控制雾化器的方法，所述方法包括:-测量雾化器中的致动器的阻抗；以及-基于所测量的阻抗确定雾化器中的雾化元件是否关于致动器被正确地定位。在一个实施例中，如果致动器的所测量的阻抗等于预定阻抗值或者处于预定阻抗值的预定范围内，则确定雾化元件被正确地定位。在可选的实施例中，测量致动器的阻抗的步骤包括测量致动器在第一频率和第二频率的阻抗，并且其中，所述确定步骤包括，如果两个所测量的阻抗均等于相应的预定阻抗值或者均处于相应的预定阻抗值的预定范围内，则确定雾化元件被正确地定位。优选地，所述方法还包括如下的步骤:在确定雾化元件在雾化器内被正确地定位的情况下，激活致动器以使液体雾化。在一种实现方式中，所述方法还包括如下的步骤:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，停用致动器。在这种实现方式中，所述方法还优选地包括向雾化器的用户提供指示:用户必须重新定位雾化元件。在一个实施例中，所述方法还包括如下的步骤:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，调整致动器的振动频率。
在另一实施例中，所述方法还包括如下的步骤:在确定雾化元件没有被正确地定位的情况下，利用雾化器中的第二致动器调整致动器和雾化元件的相对位置。优选地，所述方法还包括如下的步骤:在所述调整步骤之后，重新测量致动器的阻抗。在另一实施例中，测量致动器阻抗的步骤包括:向致动器施加具有已知幅值的正弦电压并测量得到的电流的幅值以及得到的电流和所施加的电压之间的相移。在另一实施例中，测量致动器的阻抗的步骤包括:测量工作期间致动器两端的电压和通过致动器的电流。根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有内嵌于其中的计算机程序代码，所述计算机程序代码包括的代码被配置为:在由计算机或处理器的执行时，令计算机或处理器执行以上所述的任何方法中的步骤。根据本发明的第五方面，提供了一种用于控制雾化器的工作的控制单元，其中，所述控制单元被配置为:使雾化 器在其非谐振频率上工作，以提供所需的或者最大的雾化液体输出速率。可以提供一种雾化器，其包括:第五方面中描述的控制单元；用于存储要雾化的液体的储存腔；以及用于使储存腔内的液体雾化的致动器。所述雾化器还可以包括定位于所述储存器内的雾化元件，所述雾化元件在致动器被激活时使液体雾化。根据本发明的第六方面，提供了一种雾化器的控制方法，所述方法包括使雾化器在其非谐振频率上工作，从而提供所需的或者最大的雾化液体输出速率。在以上的本发明的第五和第六方面中，将要理解，雾化器的谐振频率对应于在雾化器内发生最大能量转移的频率(即，所述阻抗最小时的频率)。
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的示范性实施例，其中:图1示出了针对压电元件的各种振动频率以及压电元件和网之间的各种距离的网处的压力；图2是根据本发明的实施例的雾化器的方框图；图3A和B图示了液滴生成速率和压电元件的阻抗的变化对压电元件和雾化元件之间的间隔的变化的曲线图；图4的曲线示了，针对压电元件和雾化元件之间的各种距离，施加至压电元件的功率是如何随着压电元件两端的峰间电压变化的；图5的曲线示了，针对各种不同的钼网，施加至压电元件的功率是如何随着压电元件两端的峰间电压而变化的，其中，每一钼网都在雾化器中被正确地定位；图6A-6D的流程示了根据本发明的实施例的雾化器的控制方法；以及图7的流程示了根据本发明的实施例的可选的雾化器控制方法。
具体实施例方式图2示出了根据本发明的实施例的雾化器2。雾化器2包括具有入口 6和出口 8的主体4，它们被布置为使得在雾化器2的用户通过出口 8吸入时空气被吸入并通过雾化器2，从而经由入口 6和出口 8进入用户的身体。在一些实施例中，将出口 8提供为嘴件或者面罩或鼻罩的形式。或者，将出口 8配置为允许连接至单独的可更换的嘴件或面罩或鼻罩。在雾化器2的入口 6和出口 8之间的主体4中提供用于存储诸如药物或药品的要雾化(即，转化为细的薄雾或喷雾)的液体12的储存腔10。所述雾化器2被配置为，在用户吸气时，使得雾化液体12的细的液滴与引入的空气相组合，从而向用户递送一定剂量的药物或药品。通过箭头13a (其表示通过入口 6被引入到雾化器2内的空气)、箭头13b (其表示从储存腔10的被雾化的液体)和箭头13c (其表示用户通过出口 8从雾化器2吸出的含有雾化液体的空气)图示了这一操作。在储存腔10内提供用于对储存腔10内存储的液体12进行搅动或振动的致动器14，以及用于在使液体12振动时使液体12雾化的雾化元件16。致动器14设置于储存腔10的底部或者接近底部处，雾化元件16在储存腔10内定位于致动器14之上并与之隔开。雾化元件16与致动器14相隔距离h，其又被称为“水位”，因为液体12在储存腔10 —直填充到雾化元件16的高度。将要理解，随着雾化器2的工作，储存腔10内的液体12将被消耗，必须向储存腔10添加更多的液体12，从而使液体12保持高度h，这样雾化器2才能继续工作。因此，雾化器2可以包括或者耦合至另一腔(图2中未示出)，该腔存储用于补足储存腔10内的液体12的液体。来自所述另一腔的液体可以由于重力作用或毛细填充而流入到储存腔10内。在下文将进一步描述的本发明的实施例中，提供具有压电元件的形式的致动器
14。然而，雾化器领域的技术人员将意识到，在根据本发明的雾化器中可以采用其他形式的致动器14。还将意识到，可以采用塑料或金属覆盖层覆盖压电元件14，从而避免压电元件和液体12之间的直接接触。在本发明的优选实施例中，所述雾化元件16具有网或膜的形式，所述网或膜具有多个能够通过少量液体的小孔。在一个特定的实施例中，所述网或膜在所述区域内包括5000个2 μ m的孔，在致动器14被激活时，液滴能够通过所述孔。再次参考图2，雾化器2还包括控制单元18，所述控制单元18包括用于控制雾化器2的操作的电路。具体而言，控制单元18被连接到致动器14，并根据需要激活和停用所述致动器14。在一些实施例中，控制单元18是处于雾化器2的主体4内的雾化器2的一体的部件。但是，在可选的实施例中，可以在提供与雾化器2的主体4分离的甚至能够从其上拆下的单元中提供所述控制单元18。
如上所述，从雾化器2获得具有一致性的性能取决于雾化器2中的雾化元件16在清洁或更换之后的精确定位。此外，如果没有正确地定位雾化元件16，那么雾化器2可能根本不工作，或者在尝试操作时，可能会给雾化器2的部件造成损坏。因此，根据本发明，控制单元18被配置为确定雾化元件16是否在雾化器2中被正确地定位，具体而言是否关于致动器14被正确地定位。如上所述，图1图示了在压电元件14的各种振动频率以及压电元件14和雾化元件16之间的各种距离下，在雾化器2中的雾化元件16处生成的压力，可以看出与最佳位置的仅仅几十微米的偏差就可能对雾化元件16中的压力造成显著影响，并因此影响微滴生成速率。在图3A中以替代的形式图示了这些结果，其示出了:针对压电元件14的三个不同振动频率，微滴生成速率随压电元件14和雾化元件16之间的距离的变化。已经发现，雾化器2中的压电元件14的阻抗(更具体而言，压电元件14的复阻抗的实部)与雾化元件16在雾化器2中相对于压电元件14的位置有关。结合图3A和3B中的曲线示了这些发现，图3A和3B共用同一 X轴。因而，从图3B可以看出，压电元件14的阻抗随着压电元件14和雾化元件16之间的间隔(也随着压电元件14的工作频率)而变化。还可以看出，在微滴生成速率最佳时，压电元件14的阻抗具有特定值(应当指出，这一阻抗值不是该阻抗的最大或最小值，而是一个中间的值)。因此，根据本发明，可以采用阻抗测量结果来确定雾化元件16是否在雾化器2中被正确地定位(即，雾化元件16处于实现最佳或接近最佳的微滴生成性能的位置)。还将理解，在雾化器2 (尤其是储存腔10、压电元件14和雾化元件16)发生共振时，将出现所述阻抗的最小值，其中，共振发生在转移最高能量(即，功率处于最大值上)的特定频率上。因而，从图3 (a)和(b)可以看出，最佳微滴生成速率对应于所述阻抗的中间值，因此通过使雾化器2工作在共振频率以外的频率上而实现最佳微滴生成速率(因而，在这种情况下阻抗非最小值，功率非最大值)。
此外，已经发现，压电元件14的最佳阻抗值(即，对应于雾化元件16在雾化器2中相对于压电元件14的正确定位的压电元件14的阻抗值)是具有雾化元件特异性的，即，其随着雾化元件16的类型和/或配置的不同而变化。就这一方面而言，不同的类型和/或配置可能与用于制作雾化元件16的材料、雾化元件16的厚度以及雾化元件16中的孔的数量和/或尺寸有关。在本发明的一些实施例中，可以由雾化器2的用户使用雾化元件16的适当的阻抗值对控制单元18进行编程，或者控制单元18能够从电子数据芯片(图2中未示出)获得与储存腔中的具体液体(即药物)和/或雾化元件16(例如，如当前可以提供的PhilipsRespironics 1-neb雾化器中所使用的)相关联的信息。图4中的曲线示了，针对压电元件14和用作雾化元件16的具有特定厚度的钼网之间的各种距离，施加到压电元件14的功率(以瓦为单位)是如何随着压电元件14两端的峰间电压(Vpp )变化的。理论上，对于独立于电压的阻抗而言，功率和电压之间的关系应当是完全由阻抗的实部决定的二次函数。实验上，如图4中所示，观察到了二次关系，由此确定阻抗值处于130 Ω和500Ω之间。因而，图4示出了压电元件14的阻抗是如何依赖于压电元件14和钼网16之间的距离的。图5中的曲线示了，针对雾化器2中的每个都处于正确(最佳)位置或接近最佳位置的各个(十五个)不同钼网，施加到压电元件14的功率(以瓦为单位)是如何随压电元件14两端的峰间电压(Vpp)变化的。因而，从图5可以看出，针对这些钼网的最大(或者接近最大的)微滴生成，压电元件14的阻抗为310Ω或其左右的值。如上所述，特定雾化元件16的最佳阻抗值取决于雾化元件16的成分。例如，已经发现，由镍-钯(NiPd)制成的网表现出与上文描述的钼网相似的性能，但是发现这些网的最佳阻抗值为600 Ω。一般而言，在特定类型的雾化元件16的任何使用之前，将在雾化器2中通过测试确定该雾化元件16的最佳阻抗值。一旦确定了最佳阻抗值，那么该值就适用于由相同材料制造的具有相同几何结构的所有其他网。以下将参考图6A-6D更加详细地描述根据本发明的控制单元18的操作。在用户尝试使用雾化器2时和/或在雾化器2的使用期间，在第一次将雾化元件16放置到雾化器2中时，控制单元18将开始如下所述的方法。首先，参考图6A，根据本发明的操作开始于步骤101，在步骤101中，将通过控制单元18测量雾化器2中的压电元件14的阻抗。具体而言，控制单元18测量压电元件14的复阻抗的实部。将要理解，这一测量是在液体12存在于储存腔10内时执行的。将要理解，控制单元18可以在激活雾化器2之前(B卩，在向压电元件14提供使液体12雾化的充足电流之前)或者在雾化器2的工作期间(S卩，在压电元件14使液体12雾化时)执行步骤101。在第一种情况下，控制单元18可以向压电元件14施加具有已知的幅值Vm的小的正弦电压(从该电压低于使压电元件14进行液体12的雾化所需的电压的意义上而言，该电压是小的)，并测量得到的电流Im以及施加的电压信号和得到的电流信号之间的相移φ然后，控制单元18可以采用下式计算压电元件14的阻抗的实部:
权利要求
1.一种用于控制雾化器(2)的操作的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)被配置为:测量所述雾化器(2)中的致动器(14)的阻抗，并基于所测量的阻抗确定所述雾化器(2)中的雾化元件(16)是否关于所述致动器(14)被正确地定位。
2.根据权利要求1所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)被配置为:在所述致动器(14)的所测量的阻抗等于预定阻抗值或处于预定阻抗值的预定范围内的情况下，确定所述雾化元件(16)被正确地定位。
3.根据权利要求1所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)被配置为:在所述致动器(14)在第一频率和第二频率工作时测量所述致动器(14)的所述阻抗，并且在两个所测量的阻抗均等于相应的预定阻抗值或者均处于相应的预定阻抗值的预定范围内的情况下，确定所述雾化元件(16)被正确地定位。
4.根据权利要求1、2或3所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为:在确定所述雾化元件(16)在所述雾化器(2)中被正确地定位的情况下，激活所述致动器(14)以雾化液体(12)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为:在确定所述雾化元件 (16)没有被正确地定位的情况下，停用所述致动器(14)。
6.根据权利要求5所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为向所述雾化器(2)的用户提供如下的指示:所述用户需要重新定位所述雾化元件(16)。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为:在确定所述雾化元件(16)没有被正确地定位的情况下，调整所述致动器(14)的振动频率。
8.根据权利要求1、2、3、4或7所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为:在确定所述雾化元件(16)没有被正确地定位的情况下，利用所述雾化器(2)中的第二致动器调整所述致动器(14)和所述雾化元件(16)的相对位置。
9.根据权利要求7或8所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)还被配置为:在所述调整之后重新测量所述致动器(14)的所述阻抗。
10.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(18)，其中，所述控制单元(18)被配置为通过以下操作测量所述致动器(14)的所述阻抗 (i)向所述致动器(14)施加具有已知幅值的正弦电压，并测量得到的电流的幅值以及所述得到的电流和所施加电压之间的相移；或者 (ii)测量工作期间所述致动器(14)两端的电压和通过所述致动器(14)的电流。
11.一种雾化器(2),包括: 用于存储要雾化的液体(12)的储存腔(10)； 用于使所述储存腔中存储的液体(12)振动的致动器(14);以及 根据权利要求1至10中任一项所述的控制单元(18)。
12.—种控制雾化器的方法，所述方法包括: 测量所述雾化器中的致动器的阻抗(101 ;203);以及 基于所测量的阻抗确定所述雾化器中的雾化元件是否关于所述致动器被正确地定位(103 ;205)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，如果所述致动器的所测量的阻抗等于预定阻抗值或者处于预定阻抗值的预定范围内，则确定所述雾化元件被正确地定位。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，测量所述致动器的所述阻抗的步骤包括在第一频率和第二频率测量所述致动器的所述阻抗(203，209)，并且其中，所述的确定步骤包括:在两个所测量的阻抗均等于相应的预定阻抗值或者均处于相应的预定阻抗值的预定范围内的情况下，确定所述雾化元件被正确地定位。
15.一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有内嵌于其中的计算机程序代码，所述计算机程序代码的代码被配置为:在由计算机或处理器执行时，令所述计算机或处理器执行根据权利`要求12至14中任一项所述的方法中的步骤。
全文摘要
提供了一种控制雾化器的操作的控制单元，所述控制单元被配置为测量所述雾化器中的致动器的阻抗，并且基于所测量的阻抗确定所述雾化器中的所述雾化单元是否关于致动器被正确地定位。还提供了一种雾化器，其包括用于存储要雾化的液体的储存腔、用于使储存腔内的存储的液体振动的致动器以及如上所述的控制单元。
文档编号A61M15/00GK103189087SQ201180052197
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月29日
发明者A·R·M·韦许尔雷恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司