专利名称：电力管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及便携式电力管理系统和方法，其具体应用于按受控速率向加热器装置提供电力，以使得能够发出化学配方物(chemicalformulation)，如杀虫剂或发香物(fragrance)。本发明还涉及监测加热器装置的参数的系统和方法、计算机程序单元，以及计算机可读存储器。
背景技术：
有许多专利文献公开了用于散发发香物、杀虫剂或其它挥发性材料的系统。例如，在美国专利No 6,426,051中公开了一种适于散发发香物的燃油灯，该发香物是从有香味的燃料制成挥发性的。该现有技术一般还包括蜡烛，该蜡烛具有芯线(wick)，通过芯线利用毛细作用吸取熔化材料，其中，熔化材料是由其中可以注有发香物或杀虫剂的蜡或凝胶体制成的。
美国专利No 6,368,564公开了一种用于散发发香物的系统，该系统包括小型电动机和风扇，发香物注入在含凝胶体的水成胶囊(aqueousreservoir)中。风扇受电动机驱动，使发香物经由外壳中的小孔从胶囊的表面向大气散发。类似地，在欧洲专利No 0089214中公开了一种电动机，其由太阳能电池提供电力并驱动风扇以从胶囊散发发香物。在美国专利No 6197263中公开了一种汽车空气清新器，该汽车空气清新器具有基本电源单元(例如，电池或点烟器插头)和可分离的发香物散发单元。该散发单元具有加热元件，该加热元件适合承受可更换的凝胶体香盒。该空气清新器接合到汽车中的通风系统以散发发香物。此外，在美国专利No 6,103,201中公开了一种推进器空气清新器，该推进器空气清新器具有注入了发香物的塑料转子，可接合至通风窗(air vent louvres)，以使空气转动该转子，从而散发发香物或香味。在美国专利No 5,038,972中公开了一种气雾剂装置，该气雾剂装置按可计量的量喷射发香物。在美国专利No 6,085,026中有一种器具，该器具具有基础部分，该基础部分的底部连接到电源。该基础部分具有用于对保持在容器中的挥发性物质进行加热和散热的加热装置和散热装置。该器具是一次性的，因此仅使用一次。
在美国专利No 5,574,821中公开了一种挥发性物质施配器，其插入电源插座中，以把水蒸气散布到一个区域中。在消耗完挥发性物质之后丢弃该施配器。在该施配器中，使用了连接到挥发性材料吸收剂衬底的电阻器加热衬垫格栅(pad screen)和热导体。
最后，在美国专利申请2002/0080330A1和美国专利申请2002/0081229A1中，公开了一种香水存储装置，其被插入到香水传送装置中，而且与计算机系统一起使用。该香水存储装置具有多个香水通道，还包括香水材料和电连接到香水传送装置的香水激活系统。香水材料包括多个单独作用部分，当需要时，激活系统选择性地激活并消耗各单独作用部分。香水激活系统包括一电阻器串，其中每个作用部分使用一个电阻器。脉冲使电阻器阵列中的第一电阻器加热并汽化关联作用部分中的材料，该材料释放香水材料。该脉冲使电阻器自身汽化，由此将该作用部分与电路断开，接着使串中的下一个电阻器连接到电路。从而，在施加每个电脉冲以释放香水之后，将电阻器破坏，因此电阻器不可重复使用。
上述文献全都不允许释放受控量的发香物或杀虫剂。它们包括电动机和风扇，一般比较笨重，而且在一些情况下不可重复使用。一些现有技术需要特定单元以接合到其它装置，如交通工具中的通风孔，以便散发挥发性材料。
本发明试图通过提供一种电力管理系统来克服这些缺点，该电力管理系统优选地以微加热器元件的形式控制要向加热器装置传送的电量，以按受控量散发发香物或杀虫剂。本发明旨在可重复使用，即，可以根据需要多次补充或更换发香物或杀虫剂胶囊。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种便携式电力管理系统，其用于向加热器装置提供电力，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该系统包括用于提供能量脉冲的脉冲产生装置；连接到脉冲产生装置和加热器装置的开关装置，该开关装置从脉冲产生装置接收能量脉冲；所述开关装置还按由脉冲产生装置控制的速率向加热器装置传送放大的能量脉冲，以便充分加热加热器装置以汽化所述化学配方物；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以便通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
该系统还可以包括处理装置，该处理装置采用微控制器的形式，用来控制脉冲产生装置，从而控制向开关装置传送的脉冲的频率。该微控制器还可以控制或改变在预设时间段内从脉冲产生装置向开关装置传送的脉冲的数量。
脉冲产生装置优选地为脉冲宽度调制器。该脉冲产生装置可以设置脉冲的脉冲宽度，从而设置脉冲波形的占空因数。该系统优选地由一个或更多个电池提供电力。该系统优选地包括电池电压感测装置，以感测电池电压并指示电池中的相对电荷。
该系统还可以包括加热器电压感测装置，用于记录加热器装置上的电压；和电流感测装置，用于记录通过加热器装置的电流。
从而，该系统即使电池电压在下降时也可向加热器装置传送每个脉冲(或每组脉冲)大致恒定的能量，使得能够达到相对恒定的性能。根据例如对杀虫剂或发香物使用的具体化学配方物，可以使用不同的电力图(power map)，以便最小化热损耗。例如，可以增加或减小脉冲重复速率，或者可以改变每个周期传送的脉冲数。
该系统优选连接到加热器指示装置，以向使用者指示加热器装置的状态。
优选地，加热器装置是微加热器元件，该微加热器元件优选地为阻抗装置，更具体地说，是电阻器。优选地，将微加热器元件单独安装到电力管理系统。开关装置可以是晶体管装置，更具体地说，可以是一个或更多个场效应晶体管。
根据本发明的第二方面，提供了一种向加热器装置提供电力以便将化学配方物汽化到周围空气中的方法，该方法包括以下步骤产生要由开关装置接收的能量脉冲；按受控速率从开关装置向加热器装置传送放大的能量脉冲，以便加热加热器装置来汽化所述化学配方物；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以便通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
该方法还可以包括以下步骤改变在一预设时间段内加热器装置接收到的脉冲的数量。
该方法还可以包括以下步骤控制电流脉冲的宽度，由此控制向加热器装置传送的能量的量。
脉冲可由脉冲宽度调制器在采用微控制器形式的处理装置的控制下产生。脉冲的频率可由开关装置控制。
该方法还可以包括以下步骤在由一个或更多个电池提供电力的情况下，感测电池电压，并指示电池中的相对电荷。
该方法还可以包括以下步骤向使用者指示加热器装置的状态。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于对加热器装置的参数进行监测的系统，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该系统包括计算机处理装置；电力控制器装置，用于对向加热器装置传送能量脉冲进行控制，并用于接收关于所述参数的参数数据；其中，计算机处理装置连接到电力控制装置，以使得能够将所述参数数据传送到计算机处理装置以进行分析，并且向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
加热器装置要被监测的参数可以包括电压、电流或温度，并且所述数据可以包括在一时间段内的电压、电流或温度的幅值。
该系统还可以包括电压感测装置，该电压感测装置用于记录加热器装置上的电压。该系统还可以包括电流感测装置，该电流感测装置用于记录通过加热器装置的电流。该系统还可以包括温度感测装置，该温度感测装置用于记录加热器装置的温度。
可由一个或更多个电池向加热器装置传送电力。该系统还可以包括电池电压感测装置，以感测电池的电压。
计算机处理装置可向电力控制器装置传送命令。该命令可以包括开始命令，用于启动向加热器装置提供电力；和停止命令，用于停止向加热器装置提供电力。
该开始命令可以包括一数字值，该数字值表示在一时间段中要向加热器装置传送能量脉冲的持续时间(ON TIME占态时间)，电力控制器装置基于该数字值实现传送能量脉冲持续时间。该停止命令可以包括一数字值，该数字值表示在所述时间段中电力控制器装置不向加热器装置传送能量脉冲的持续时间(OFF TIME空态时间)。
该开始命令还可以包括一数据登记速率，该数据登记速率表示在所述时间段中从电力控制装置向计算机处理装置传送参数数据的次数。优选地，数据登记速率在0到20Hz之间。
根据本发明的第四方面，提供了一种监测加热器装置的参数的方法，其中，该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该方法包括以下步骤对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；
其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
根据本发明的第五方面，提供了一种计算机程序单元，其包括计算机程序代码装置，以控制处理装置来执行用于监测加热器装置的参数的过程，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该过程通过以下步骤来执行对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
根据本发明的第六方面，提供了一种计算机可读存储器，编码有表示一计算机程序的数据，该计算机程序用于指导处理装置执行用于监测加热器装置的参数的过程，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该过程通过以下步骤来执行对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
根据本发明的第七方面，提供了一种计算机程序单元，其包括计算机程序代码装置，以控制处理装置执行用于向加热器装置提供电力以便将化学配方物汽化到周围大气中的过程，该过程通过以下步骤来执行控制要由加热器装置接收的能量脉冲的产生，以便加热加热器装置来汽化所述化学配方物；和控制由加热器装置接收的所产生的脉冲的频率；
其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
下面参照附图仅通过举例来说明本发明的优选实施例，其中图1是根据本发明的电力管理系统的示意框图；图2是电力管理系统的详细电路图；以及图3是示出采用微加热器元件形式的加热器装置的装配的示意图。
图4示出方波脉冲和阶跃脉冲(stepped pulse)的能量效率的比较图；图5示出用于系统的具体配置的化学配方物的质量传送速率的图；图6示出在给定的一组条件下的电池耗尽的图；以及图7示出使用本系统的具体微装置的功效的一组图。
具体实施例方式
参照图1，示出了涉及用于便携式电池供电装置的电力管理系统的各种组件的框图，该便携式电池供电装置用于发出挥发性化学配方物，如发香物或杀虫剂。该电力管理系统包括电力管理模块10，该电力管理模块10包括采用微控制器12形式的处理装置、开关装置14、电压感测装置16以及接口18。开关装置14、电压感测装置16以及接口18中的每一个都连接到微控制器12，该微控制器12还连接到控制单元20。采用微加热器元件22形式的加热器装置连接到开关装置14、加热器指示装置24以及电池26。可以使用其它加热器装置，如线圈或电路元件。电池26还连接到指示器模块30中的电池指示器装置28。电池26还向控制单元20、电压感测装置16、以及开关装置14提供电力。可选地，设有采用PC形式的计算机处理装置33，其通过接口18连接到微控制器12，用于监测微加热器元件22的参数。微加热器元件22(优选地采用阻抗装置的形式，如电阻器，更具体地如表面安装电阻器)被加工成，通过提供来自电池26的电流进行加热，以便通过接触吸收了含油溶液的芯线排列使该溶液汽化到大气中。电流经由微控制器12中的脉冲产生装置(如脉冲宽度调制器)的操作并通过开关装置14而被脉冲调制。从而，通过微控制器12来控制开关装置14，以传送具有特定占空因数的脉冲，以便保持电池电压。可以利用另选的电力图进行以下说明。
图2中示出了图1的系统的详细电路图。采用阻抗(如表面安装电阻器)形式的微加热器元件22理想地安装在一小封装中，该小封装可以被利用最少量的能量驱动到高温。它具有充分低的电阻，以在连接到少量电池时允许相当高的功耗，以使达到用于散发的足够高的温度。该电阻一般在大约2欧姆到10欧姆的范围内，以允许来自3-6伏电池的近似600mW的耗散。它还适应电池电压低(如，1.5-2.0伏)的情况。选择该电阻以使与电阻器22中耗散的功率相比，可以忽略电路中的其它阻性元件(如电池内阻、开关和其它电路部分)中的功率损耗。电阻器22具有充分小的尺寸，以利用小电流来有效地加热，同时又足够大，以加热接合芯线的充足表面来进行材料散发。有鉴于此，0402封装可能适于害虫控制应用，而其它应用可能对于更低的温度和更大的表面区域更有效。电阻器封装尺寸可以落入下列范围小尺寸或63mW(0402和0603)、中等尺寸或125mW(0805)和250mW(1206)，以及大尺寸或500mW(2010)和1000mW(2512)。
表面安装电阻器22可以并入位于电力管理模块10电路板上的可插模块中。图2中的32示出了可插模块的示例。任何一次都可将多达两个电阻器插入模块32中。图3中示出了模块32的引脚排列的示例。更具体地说，有5×2引脚阵列34，其使得电阻器R136和电阻器R238能够插入其中。黑色引脚圈指示有源连接，即电阻器R2是有源的。端部引脚用于连接指示器或LED单元40，以验证正确的连接器布置或取向。如果电阻器旋转180°，那么R1电阻器变为有源电阻器。指示器40可以使用绿光LED来指示该电阻器安装正确，或者使用红光LED来指示该电阻器安装不正确。可选地，经由电池26，或者对于将模块插入市电电源中(换句话说，固定在指定区域如房间中)以便节省电池电力的情况经由VCC，来提供电力。模块32用于容纳电阻器的尺寸使其可与电力管理模块10相结合支承尺寸上达72×36mm的扩散装置。可将多个模块32安装到标准原型PCB板上。这一数量取决于模块尺寸。除了额定125℃的0402和2512型号外，微加热器元件或电阻器22能够承受高达150℃的温度。
本发明的核心是微控制器12，其具有到整体电路的各个不同部分的连接。具体地说，它具有形式为在引脚13处连接的脉冲宽度调制器的脉冲产生器，该引脚13连接到形式为n沟道场效应晶体管的开关装置14。开关14的输出又连接到支承表面安装电阻器22的模块32。在引脚2上经由运算放大器42检测电池电压，该运算放大器42可以具有大约0.43的增益。流过负载电阻器22的电流能够在引脚3上进行感测，该引脚3源自采用电阻器44(额定为51M欧姆)形式的负载电流传感器，该负载电流传感器馈入又一运算放大器46，该运算放大器46被设为增益达大约50。这将电流放大高达大约2安培，接着将其输入到微控制器12。根据电流和电阻器值，可以确定电阻器22上的电压。模块32中的表面安装电阻器的温度可以在引脚4上经由输入到又一运算放大器50的负温度系数热敏电阻(thermistor)48来感测。热敏电阻可以经由电缆物理地或按其它方式自动地连接到电阻器22，以便测量其温度并将该测量发送到微控制器12。还可以使用调谐电位器52来进行初始测试，其在引脚5上输入到微控制器12。额定高达20MHz的石英晶体振荡器连接在微控制器的引脚9和引脚10之间。在引脚14上有一采用LED 54形式的指示器，该指示器用于显示目前正向负载或表面安装电阻器22施加电力。微控制器12优选地为具有模数转换器、定时器、存储器以及UART的PIC16F876型。电源56提供准确的5伏输出，作为微控制器12中的模数转换器使用的基准。其由LED 58指示为接通。
开关14优选地为导通电阻额定为约50毫欧的n沟道电力FET。该开关14与微控制器12中的10位脉冲宽度调制器结合使用，以能够准确控制向负载电阻器22传送能量的速率。因此，用于脉冲宽度调制器的最小或基时速率(base time rate)将被设为约10微秒，这意味着周期的全部时段约为10.24ms，其中占态时间按10微秒的增量从0增加到10.24ms，结果有1024个可能值。开关14基本上分配其幅值使得电阻器22能够充分发热(典型地为0.5安培)的一系列放大电流脉冲。脉冲宽度调制器不能直接向电阻器22提供该幅值的电流脉冲。开关14根据从上述脉冲宽度调制器输入在其栅极处接收到的信号来进行操作，所述信号包括从脉冲宽度调制器传送的实际脉冲。开关14根据从脉冲宽度调制器接收的信号设置开路状态，或者设置闭路状态以允许电流流过电阻器22。
理想地，可利用每100秒1个脉冲来向表面安装电阻器22提供电力。然而，当第一次开启时，装置应处在重负载下持续一短时段，以便产生杀虫剂蒸气或发香物的猝发串(burst)，使消费者体验一种即时效果。即，消费者在蒸气浓度达到其有效水平之前不必等待一段时间。从而，在落回每100秒1个脉冲的维持水平之前，该装置接着在开始的1或2分钟大概每10秒产生1个脉冲。消费者可以通过使用控制开关21使能它们来关、开单元，来对此进行控制，以便加强提供蒸气猝发的效果，还可以将其切换到高猝发模式。电力管理模块对于每个1秒占态时间和99秒空态的周期必须提取例如600毫瓦的最小电力，以产出每秒6毫瓦的平均功耗。理想地，由电路的其余部分提取的电力应不大于上述最小电力的十分之一，或者小于600微瓦，或者具有约10千欧的电路阻抗。
利用两个标准AA电池的优选电池配置，上述装置在合适占空因数(如前面以每100秒有1秒持续时间的1个脉冲所述)下，在基于每晚使用8小时的现场应用(field use)中，应当能够运行三个月，从而服务720小时。电池数可扩展到三个AA电池或4个AAA电池。在向负载传送脉冲的同时，即使电池电压下降，由此负载的电池电压传感器16和电流传感器44的需求，电力管理电路也能够按基本恒定的电力驱动表面安装电阻器22。这要求对随着电压下降而由于电路组件和电池损耗的电力的更大的部分的比例进行补偿。
如先前所述，根据使用的具体配方物，如杀虫剂或发香物，可以使用不同电力图，这最小化了热损耗。例如，电力可能需要按照脉冲数改变，以实现最大效率，如两阶高-低电力图，其实质上是一个周期内互相接近的两个快速脉冲。在一些点，电池电压将下降到向电阻器耗散600毫瓦电力所需的最小值以下。通过增加脉冲重复率(例如，每50秒1次)，仍可获得可接受的杀虫性能。因此，脉冲频率可能需要改变。
在下面几段中，提供用于热箔片(thermofoil)和表面安装电阻器加热器的热模型。这使得能够利用简单物理模型预测小电池电力加热器的温度。其还被设置为以少数物理常数来描述加热器行为的特性，并且提供测量这些常数的方法，以及对不同加热器进行比较。
假定简单的能量平衡，其中，加热器温度由向加热器提供的电能和热扩散的损耗来确定。现在忽略关于热除融合的细节，并对加热器进行建模，在其装配中，以热电偶或活性芯线作为具有热容量c[J/K]的单一元件，其以热传递系数α[J/K/s]根据牛顿定律耗散热。
热容量c和热传递系数α完整描述了加热器。这两个加热器常数的测量使得可以对不同加热器、温度预测进行直接比较，而且是进一步推导期间用于优化的变量。
加热器的能含量q[J]由以下能量平衡方程得出∂q∂t=V2R-α(T-T0)---(1)]]>其中，等号右边的第一项是由电池传送的电力，第二项是由于热扩散造成的热损耗。T和T0分别是加热器温度和环境温度。热和温度由以下热容方程联系起来q＝cT(2)从而，微分方程是∂T∂t=V2cR-αc(T-T0)---(3)]]>如果电压恒定或者通过脉冲电力没有任何方式的变化，那么解是T=V2αR(1-exp(-αct))+T0---(4)]]>变量电压可能需要数值积分。对于驱动低电阻的电池，可能发生初始快速电压降。如果这能被忽略，那么该结果使得可以测量热容量和传递系数，还提供随时间变化的温度。
将方程(4)应用于从带粘到PC板的5.5欧姆热箔片加热器获得的温度数据，将给出0.43J/K的热容量c和0.0233J/K/s的热传递系数α，所述PC板由开路读数为2.8伏但在驱动负载时立即下降到2.6伏的电池驱动。在初始点上匹配不好大概是由于单一热质量的模型假设在短时间内失效所致，在此情况下可能应当分别处理加热器和PC板。热箔片预热时段的摄氏温度与按秒计算的时间的关系图揭示出，达到大约90℃的热箔片加热器温度需要大约60秒。
在分析上述模型的过程中，可以确定加热器预热到给定温度要花多长时间。通过针对预热时间重新整理方程(4)，将得到如下方程t=-cαλn(1-αRV2(T-T0))---(5)]]>有启发的是，级数展开中的第一项为t≈cRV2(T-T0)+αcR2V4(T-T0)2+···---(6)]]>第一项是在完全没有热耗散的情况下电阻器加热所花的时间。热耗散(如系数α所指示)出现在更高阶项中。热耗散是损失的能量，因此需要消除更高阶项。如果可以忽略二阶项，即是以下情况，那么将发生高效预热V2αR>>T-T0---(7)]]>这个条件定义了高效预热时间段(regime)。
通过在方程(4)中设置T＝∞可以确定最大温度。最大温度由以下方程给出Tmax=V2αR+T0---(8)]]>通过重新整理方程式(7)，最高效预热时间段由下面的条件给定T＜＜Tmax(9)换句话说，最高效预热发生在系统设计有大“热净空(thermalheadroom)”时，即，发生在最大温度下运行良好时。
可以确定把加热器预热到给定温度需要多少能量。如果达到给定温度需要t秒钟，则根据方程(5)可得出所需能量为Q=-cV2αR·λn(1-αRV2(T-T0))---(10)]]>
Q随着接近最大温度而渐进增加。利用实验例，在预热阶段到达最大温度100℃所需能量为大约120焦耳。接近最大温度100℃的温度是浪费的，因为随着其接近100℃温度所用能量的量渐进增加。
参照方程式(10)，作为电压的函数，在预热阶段到达70℃的能量的图表明，某种程度上更高的电压导致降低的能耗。随着电压增加，所需能量接近最小值Q＝c(T-T0)这正好是无损耗地加热电阻器所需的能量，而且是方程(10)展开中的第一项。
也可以确定维持给定温度所需的能量。在初始预热阶段中达到目标温度后，功耗可降低到维持水平，而且施加的电压也相应降低。功率需求由以下稳态条件给出∂T∂t=V2cR-αc(T-T0)=0---(11)]]>P=V2R=α(T-T0)---(12)]]>在实验例中，维持70℃需要2.2伏。这大约等于预热阶段中所用电力的70％。
可以确定在给定脉冲中消耗的总能量。如果温度T需要保持τ秒，则实现其的最有效方式是通过初始瞬变按最大电力进行驱动，接着修改电压或占空因数以把电力降低到维持水平达规定时间。能耗接着由下面的方程给出Q=-cV2αRλn(1-αRV2(T-T0))+α(T-T0)τ---(13)]]>使用表面安装NTC电阻器，来针对不同电阻器封装尺寸测量一些热特性。这些组件的电阻由下面的方程给出R＝Aexp(β/T)(14)其中β由制造者给出。参数A通过在单一温度下的电阻测量求出。
以稳定电压驱动装配电阻器最终导致稳态温度。不管在向平衡态逼近的时间依赖性中的差异如何，平衡态温度仍将是Tmax=V2αR+T0---(8)]]>
这使得可以估算α。对于相同封装尺寸的非表面安装加热电阻器，这是对α的合理估算。
对于这些组件估算c有点难，因为没有将c与单一测量相关联的方程。代替的是，必须将其确定为用于温度-时间曲线的拟合参数。
除了根据方程(14)R随温度改变之外，NTC电阻器的温度由先前的结果给出。
∂T∂t=V2exp(-β/T)Ac-αc(T-T0)---(15)]]>对于所得微分方程没有解析解法，因此必须例如通过使用有限差分方案对其进行数值求解ΔT=c-1[V2Rexp(-βT-1)-α(T-T0)]Δt---(16)]]>利用该结果将微分方程的数值解与实验相拟合，将给出用于NTC组件的估算c。c的该值被期望与相同封装尺寸的固定电阻器类似，但不必相同，因为结构和材料不尽相同。对于向稳态温度的逼近的动态粗略估算，其大概是充分的。如果稳态温度是所关注的量，那么不确切地知道c将不再重要。
因而，在该热分析期间确定的最有效驱动方案导致了方程(13)。理想地，实现2阶脉冲，其中以最大有效电力驱动加热器，直到达到目标温度。此后将电力减少到维持速率。维持电力水平适于电池电压的下降，而最大电力阶段持续时间适于电池电压。
在图4中清楚示出在第一幅温度与时间的图中，使用以100℃为目标温度的方波脉冲，由此使用了655毫焦每脉冲。在图4的第二幅温度与时间的图中，按照每脉冲能耗为485毫焦使用具有相同目标温度的阶跃脉冲。从而，在温度维持更长时间段的情况下，能量节省了25％。这是由于在第一个半秒内使用了750毫瓦电力，而接着在下一个半秒内将其下降到了225毫瓦。
图5显示补充质量(以克为单位)随时间(以分钟为单位)或按160微克每小时绘制的质量传送速率的图。按照0.3秒的占态时间、每60秒传送一个1.7秒的脉冲宽度的方式，采用两个额定3伏的AA电池，来使用80微毫米芯线。
在图6中，显示随时间(以秒为单位)标绘负载下的电池电压的电池耗尽图。可以看出两个AA电池按50微克每小时的传送速率提供了一到两个月的性能。
图7显示使用额定3伏的两个AA电池的微装置的需求功效，叮咬和跌落的数量示出为随标称活性释放速率(微克每小时)来标绘。50微克每小时相当于每3分钟又12秒发出一个两秒脉冲，并且注意到15分钟后达到了90％的叮咬抑制。
为了提供增加的电力，以适应电压的逐渐降低，选择一特定的微控制器，其在电压下执行该任务，接着逐渐降低向加热器提供脉冲的速率。该微控制器是仙童(Fairchild)ACE1101L，而且是标定在一温度范围降至1.8伏的8位、8引脚闪速微控制器。该微控制器具有1.8伏的低电压欠压复位(brown out reset)，该低电压欠压复位可用作低电池检测。该微控制器还具有下面的特性对于低于2.2伏的电压其内部振荡器可显著变慢，即，其能补偿低电池电压。内部振荡器用于占态和空态时间。
如前所述，在指示器模块30中具有一加热器指示器24，其可用来在感测到高电阻时例如通过不熄灭地发光，在例如电阻器22烧坏的情况下向使用者提供指示。指示器可以是LED或蜂鸣器，或者可以是类似汽车指示灯的指示方案，例如在第一次开启装置时通过亮几秒然后熄灭所指示的正确装置操作，针对发光装置电池故障的故障指示，对于中断装置设备或电阻器故障的故障指示。可以使用电池低指示器28或另选地使用电池OK指示器。电池OK指示器可以通过电池良好时LED亮几秒接着关闭或者蜂鸣来实现。所有这些指示器都是必需的，因为在发香物或杀虫剂释放期间产物不可见的效果，还因为其听不见，扁电池或者吹风微加热器元件的唯一指示意味着消费者将遭受叮咬或者未意识到任何发香物。
如前所述，电力管理模块10具有接口18，该接口18连接到采用PC形式的计算机处理装置33。接口18与PC 33之间的连接部60是串行连接部，其使得能够从微控制器12向PC 33传送负载电流、负载电压、电池源电压以及负载温度的监测和登记。接口18主要包括连接器62，该连接器62是具有9个引脚的DB9内孔连接器，其被布线为用于一对一连接到标准PC串行端口的调制解调器。接口18还包括RS232驱动器电路64，该RS232驱动器电路64具有两个发送引脚和两个接收引脚，这些引脚连接到连接器62，还连接到微控制器12中的相应引脚，以便发送和接收表示电流、电压以及温度的各种信号。对于微加热器元件22需要处理的其它属性或测量也可以发送到PC 33。
串行连接部60优选地为具有一个停止位发送特性的、19.2K波特、8位、无奇偶校验的RS-232。其具体连接到连接器62，并连接到PC串行端口。可以实现一简单协议，具体地，可以从PC 33发送包括停止和开始命令的控制命令。在由微控制器12接收到开始命令时，还发送了下列值以十分之一秒为单位的占态时间，最小值为0，最大值为65,535；以十分之一秒为单位的空态时间，最小值为0，直到与10位表示法有关的最大值65,535；以秒为单位的总测试时间，最小值为0，直到最大值65,534或持续直到人工停止；占态时间期间的百分比脉冲宽度，最小值为0，最大值为100；以及数据登记速率，是将数据送回到PC 33的速率，最小值或0Hz，最大值为20Hz，从而允许每秒发送多达20个的单独测量。
从微控制器12发送到PC 33的登记数据采用时标(time stamp)从测试开始按秒计算的格式，是负载电流、负载或电池电压、热敏电阻温度。
微控制器12中的软件执行各种功能(包括驱动串行连接部60，控制开关14，该开关14又通过来自PC 33的停止和开始命令向负载提供电力)，并且读取、登记并发送针对电流、电压以及温度测量的数据。微控制器12在其配置方面具有多达5个空闲(off)的10位模数通道，然而，对于实用目的，为简化数据处理并将转换时间加速到每个采样20微秒左右，将使用8位模式下的仅3个空闲通道。
如前所述，利用增益设为0.3的运算放大器42根据源电压或电池电压来测量微加热器元件22的负载电压。这使得可以进行高达16.7伏的源电压测量。从此减去来自电流传感器电阻器44的额外电压降，以给出针对电阻器22上的负载电压的数值。接着对该数据加时标，并通过串行连接部60将其发送到PC 33。从负温度系数玻璃珠热敏电阻48读取温度，负温度系数玻璃珠热敏电阻48从驱动运算放大器50的电阻器分压器给出一值。接着将该值转换为温度。
在PC 33上的存储器中存储的软件，称为CALS或控制与登记软件，承担前述的两个命令，该软件将这两个命令发送到电力管理模块10，更具体地说发送到微控制器12。该软件可用visual basic编写，以在Windows2000平台上运行。该软件更新PC 33的显示，以在最新登记数据从微控制器12到达时显示该最新登记数据。CALS用户界面具有对话框，该对话框使得可以参照控制命令编辑全部用户变量。提供一对话框，来为要存储在PC 33的存储器中的登记数据(如电流、负载或电池电压和温度)指定文件名。如果愿意，可自动进行该步骤，使用数据和时间作为文件名。文件将保持打开并被持续更新，直到登记结束，从而在结束测试以前是不可用的。然而，数据在实验或测试过程期间可存取，并可写出到复制文件。而且，也可显示电压时间特性图，或者甚至作为数字的电压。而且，登记的数据可以是分隔文本值(delimited text value)，对于每个读数另起一行，使得可以在PC软件的控制下容易输入到电子数据表。
还可以将数据从PC 33上载或发送到微控制器12，其中开始和停止命令就是范例。
注意，这种装置潜在地可以用于空气清新器和许多其它应用。因为发香物的汽化温度比杀虫剂的低，所以空气清新器装置很可能在较低的电力需求下运行。因此电路设计例如通过采用或不采用0欧姆连接部或类似方法，使得在制造时可在电力图之间进行选择，来考虑到不同的电力图，以把该装置标示为有害物、空气或其它应用。如果需要，则在制造时还可选择不同电阻或封装尺寸的加热器。
本领域技术人员应当理解，在不脱离广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对如在具体实施例中所示的本发明进行多种变型和/或修改。因此，目前的实施例在所有方面都将被认为是例示性而非限定的。
权利要求
1.一种便携式电力管理系统，用于向加热器装置提供电力，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该系统包括用于提供能量脉冲的脉冲产生装置；连接到脉冲产生装置和加热器装置的开关装置，该开关装置从脉冲产生装置接收能量脉冲；开关装置还按受脉冲产生装置控制的速率向加热器装置传送放大的能量脉冲，以便充分加热加热器装置以汽化所述化学配方物；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以便通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括处理装置，以控制脉冲产生装置，从而控制向开关装置传送的脉冲的频率。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理装置改变在一预设时间段内从脉冲产生装置向开关装置传送的脉冲的数量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，在所述初始脉冲之后由脉冲产生装置提供的能量脉冲各具有该初始脉冲的特性。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述脉冲产生装置是脉冲宽度调制器。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括用于确定加热器装置的参数值的确定装置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述确定装置包括位于处理装置中的电流传感器，该电流传感器用于确定通过加热器装置的电流的值。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述确定装置还包括阻性元件，该阻性元件与通过加热器装置的电流的值相结合，使得能够确定加热器装置上的电压的值。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述确定装置还包括连接到处理装置的负温度系数热敏电阻，该负温度系数热敏电阻用于确定加热器装置的温度。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括用于向所述系统提供电流的一个或更多个电池。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括电压感测装置，该电压感测装置用于感测所述一个或更多个电池的电池电压。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，脉冲产生装置提供能量脉冲的初始猝发串，以迅速汽化所述化学配方物，此后将能量脉冲的提供降到受控速率。
13.根据权利要求12所述的系统，在加热器装置最初达到所述预定温度时，将所述系统的功耗降低到维持水平，并降低向所述系统施加的电池电压。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述加热器装置是阻抗。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述加热器装置是电阻器。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统能够从市电电源提取电力，以代替使用来自所述一个或更多个电池的电力。
17.一种向加热器装置提供电力以便将化学配方物汽化到周围大气中的方法，该方法包括以下步骤产生要由开关装置接收的能量脉冲；按受控速率从开关装置向加热器装置传送放大的能量脉冲，以便加热该加热器装置来汽化所述化学配方物；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以便通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤改变在一预设时间段内加热器装置接收到的脉冲的数量。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤控制脉冲的宽度，由此控制向加热器装置传送的能量的量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤控制向开关装置传送的脉冲的频率。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述初始脉冲之后产生的能量脉冲各具有该初始脉冲的特性。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，产生能量脉冲的初始猝发串，以迅速汽化所述化学配方物，此后将产生的脉冲的数量降到所述受控速率。
23.根据权利要求22所述的方法，在加热器装置最初达到所述预定温度时，将所述系统的功耗降低到维持水平，并降低向所述系统施加的电池电压。
24.一种用于对加热器装置的参数进行监测的系统，其中，该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该系统包括计算机处理装置；电力控制器装置，用于对向加热器装置传送能量脉冲进行控制，并用于接收关于所述参数的参数数据；其中，计算机处理装置连接到电力控制装置，以使得能够将所述参数数据传送到计算机处理装置以进行分析，并且向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述计算机处理装置向电力控制器装置传送命令。
26.根据权利要求25所述的系统，还包括用于记录加热器装置上的电压的电压感测装置。
27.根据权利要求26所述的系统，还包括用于记录通过加热器装置的电流的电流感测装置。
28.根据权利要求27所述的系统，还包括用于记录加热器装置的温度的温度感测装置。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述命令中的一条是用于启动向加热器装置提供电力的开始命令。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述开始命令包括一数字值，该数字值表示在一时间段内要由电力控制器装置向加热器装置传送能量脉冲的持续时间。
31.根据权利要求29所述的系统，其中，所述开始命令包括一数据登记速率，该数据登记速率表示在所述时间段中从电力控制装置向计算机处理装置传送参数的次数。
32.根据权利要求28所述的系统，其中，所述命令中的一条是用于停止向加热器装置提供电力的停止命令。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述停止命令包括一数字值，该数字值表示在所述时间段中电力控制器装置不向加热器装置传送脉冲的持续时间。
34.根据权利要求32所述的系统，其中，所述电力控制器装置是微控制器，该微控制器具有由该微控制器控制的用于传送能量脉冲的脉冲产生装置。
35.根据权利要求34所述的系统，还包括开关装置，该开关装置用于按受脉冲产生装置控制的速率放大能量脉冲。
36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述参数是加热器装置的电压、电流或温度中的任何一个或更多个。
37.一种监测加热器装置的参数的方法，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该方法包括以下步骤对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
38.一种计算机程序单元，其包括计算机程序代码装置，以控制处理装置来执行用于监测加热器装置的参数的过程，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围空气中，该过程通过以下步骤来执行对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
39.一种计算机可读存储器，编码有表示一计算机程序的数据，该计算机程序用于指导处理装置执行用于监测加热器装置的参数的过程，其中该加热器装置被提供以能量脉冲，以便将化学配方物汽化到周围大气中，该过程通过以下步骤来执行对向加热器装置传送能量脉冲进行控制；测量并记录关于所述参数的参数数据；以及将所述参数数据传送到计算机处理装置，用于进一步分析；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
40.一种计算机程序单元，其包括计算机程序代码装置，以控制处理装置来执行用于向加热器装置提供电力以便将化学配方物汽化到周围大气中的过程，该过程通过以下步骤来执行控制要由加热器装置接收的能量脉冲的产生，以便加热该加热器装置来汽化所述化学配方物；和控制由加热器装置接收的所产生的脉冲的频率；其中，向加热器装置传送的初始脉冲具有第一部分和第二部分，第一部分比第二部分具有更多的能量，以使得通过传送第一部分获得加热器装置的预定温度，而通过传送第二部分基本上维持所述温度。
全文摘要
一种电力管理系统，用于向加热器(22)提供电力，以便将化学配方物汽化到周围空气中，其包括用于提供能量脉冲的脉冲产生装置；连接到脉冲产生装置和加热器(22)的开关装置(14)。开关装置(14)从脉冲产生装置接收能量脉冲，并按受脉冲产生装置控制的速率向加热器(22)传送放大的能量脉冲，以便充分加热该加热器(22)以汽化所述化学配方物。
文档编号A61L9/015GK1823316SQ200480020299
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月13日 优先权日2003年7月14日
发明者乔治·季米特里奥斯·默辛斯, 约翰·道格拉斯·彼得·摩根 申请人:雷克特本克斯尔(澳大利亚)有限公司