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ES2981329T3 - Un dispositivo de cachimba - Google Patents

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ES2981329T3
ES2981329T3 ES21835352T ES21835352T ES2981329T3 ES 2981329 T3 ES2981329 T3 ES 2981329T3 ES 21835352 T ES21835352 T ES 21835352T ES 21835352 T ES21835352 T ES 21835352T ES 2981329 T3 ES2981329 T3 ES 2981329T3
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ES
Spain
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hookah
signal
ultrasonic transducer
mist
frequency
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ES21835352T
Other languages
English (en)
Inventor
Saleh Ghannam Almazrouei Mohammed Alshaiba
Jeff Machovec
Clement Lamoureux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaheen Innovations Holding Ltd
Original Assignee
Shaheen Innovations Holding Ltd
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Publication date
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Priority claimed from US17/220,189 external-priority patent/US20210307376A1/en
Priority claimed from GB2104872.3A external-priority patent/GB2592144B/en
Application filed by Shaheen Innovations Holding Ltd filed Critical Shaheen Innovations Holding Ltd
Priority claimed from PCT/GB2021/053316 external-priority patent/WO2022129911A1/en
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Abstract

Un dispositivo de cachimba (202) que se conecta a una cachimba (246). El dispositivo de cachimba (202) comprende una pluralidad de dispositivos generadores de niebla ultrasónica (201) para generar una niebla para inhalación por parte de un usuario. El dispositivo de cachimba (202) comprende un dispositivo controlador (202) que controla los dispositivos generadores de niebla (201) para maximizar la eficiencia de generación de niebla por parte de los dispositivos generadores de niebla (201) y optimizar la salida de niebla del dispositivo de cachimba (202). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un dispositivo de cachimba
Campo
[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de cachimba. La presente invención se refiere más particularmente a un dispositivo de cachimba que genera una niebla usando vibraciones ultrasónicas.
Antecedentes
[0002] La cachimba tradicional es un dispositivo para fumar que quema hojas de tabaco trituradas y preparadas específicamente para calentarse con carbón vegetal. El calor del carbón vegetal hace que las hojas de tabaco trituradas se quemen, lo que produce humo que pasa a través del agua de una cámara de vidrio y llega al usuario por inhalación. El agua se usa para enfriar el humo caliente para facilitar la inhalación.
[0003] El uso de la cachimba comenzó hace siglos en la antigua Persia e India. Hoy en día, las cafeterías de cachimba están ganando popularidad en todo el mundo, incluidos el Reino Unido, Francia, Rusia, Oriente Medio y los Estados Unidos.
[0004] Una cachimba moderna típica tiene un cabezal (con agujeros en la parte inferior), un cuerpo de metal, un cuenco de agua y un tubo flexible con boquilla. Se han introducido nuevas formas de productos electrónicos para cachimbas, como piedras de vapor y bolígrafos para cachimbas. Estos productos funcionan con pilas o con la red eléctrica y calientan líquidos que contienen nicotina, saborizantes y otras sustancias químicas para producir humo que se inhala. El documento de patente US 2016324212 describe un dispositivo de cachimba electrónica que comprende un transductor ultrasónico que se usa para vaporizar el líquido y un microcontrolador para controlar el proceso. El dispositivo de cachimba puede comprender una pluralidad de cámaras de líquido extraíbles.
[0005] Si bien muchos usuarios lo consideran menos dañino que fumar cigarrillos, fumar cachimba tiene muchos de los mismos riesgos para la salud que fumar cigarrillos.
[0006] Por tanto, existe la necesidad en la técnica de un dispositivo de cachimba mejorado que busque abordar al menos algunos de los problemas descritos en el presente documento.
[0007] La presente invención busca proporcionar un dispositivo de cachimba mejorado.
Resumen
[0008] La presente invención proporciona un dispositivo de cachimba según la reivindicación 1 y un dispositivo de cachimba según la reivindicación 15. La presente invención también proporciona realizaciones preferidas tal como se reivindica en las reivindicaciones dependientes.
[0009] Los diversos ejemplos de esta descripción que se describen a continuación tienen múltiples beneficios y ventajas sobre los dispositivos de cachimba y cachimbas convencionales. Estos beneficios y ventajas se exponen en la descripción que sigue.
[0010] El dispositivo de cachimba de los ejemplos de esta descripción tiene un beneficio ambiental, ya que el dispositivo de cachimba no emite ningún humo y el dispositivo de cachimba elimina la necesidad de quemar carbón vegetal.
Breve descripción de los dibujos
[0011] Para que la presente invención pueda entenderse más fácilmente, se describirán ahora las realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista despiezada de los componentes de un inhalador de niebla ultrasónico.
La figura 2 es una vista despiezada de los componentes de una estructura de depósito de líquido inhalador.
La figura 3 es una vista en sección transversal de los componentes de una estructura de depósito de líquido para inhalador.
La figura 4A es una vista isométrica de un elemento de flujo de aire de la estructura del depósito de líquido del inhalador según las figuras 2 y 3.
La figura 4B es una vista de extremo de la parte flexible que se muestra en la figura 4A.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un transductor piezoeléctrico modelado como un circuito RLC. La figura 6 es un gráfico de la frecuencia frente a la impedancia logarítmica de un circuito RLC.
La figura 7 es un gráfico de la frecuencia frente a la impedancia logarítmica que muestra las regiones de funcionamiento inductivo y capacitivo de un transductor piezoeléctrico.
La figura 8 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento de un controlador de frecuencia.
La figura 9 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo generador de niebla de esta descripción. La figura 10 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo generador de niebla de esta descripción. La figura 11 es una vista esquemática en perspectiva despiezada de un dispositivo generador de niebla de esta descripción.
La figura 12 es una vista esquemática en perspectiva de un soporte de transductor de esta descripción.
La figura 13 es una vista esquemática en perspectiva de un soporte de transductor de esta descripción.
La figura 14 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento capilar de esta descripción.
La figura 15 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento capilar de esta descripción.
La figura 16 es una vista esquemática en perspectiva de un soporte de transductor de esta descripción.
La figura 17 es una vista esquemática en perspectiva de un soporte de transductor de esta descripción.
La figura 18 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 19 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento absorbente de esta descripción.
La figura 20 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 21 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 22 es una vista esquemática en perspectiva de un elemento absorbente de esta descripción.
La figura 23 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 24 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 25 es una vista esquemática en perspectiva de una parte de una carcasa de esta descripción.
La figura 26 es una vista esquemática en perspectiva de una placa de circuito de esta descripción.
La figura 27 es una vista esquemática en perspectiva de una placa de circuito de esta descripción.
La figura 28 es una vista esquemática en perspectiva despiezada de un dispositivo generador de niebla de esta descripción.
La figura 29 es una vista esquemática en perspectiva despiezada de un dispositivo generador de niebla de esta descripción.
La figura 30 es un diagrama esquemático de una disposición de circuito integrado de esta descripción.
La figura 31 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta descripción.
La figura 32 es un diagrama esquemático de un generador de modulación de ancho de pulso de esta descripción. La figura 33 es un diagrama de tiempos de un ejemplo de esta descripción.
La figura 34 es un diagrama de tiempos de un ejemplo de esta descripción.
La figura 35 es una tabla que muestra las funciones de puerto de un ejemplo de esta descripción.
La figura 36 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta descripción.
La figura 37 es un diagrama de circuito de un puente en H de un ejemplo de esta descripción.
La figura 38 es un diagrama de circuito de una disposición de detección de corriente de un ejemplo de esta descripción.
La figura 39 es un diagrama de circuito de un puente en H de un ejemplo de esta descripción.
La figura 40 es un gráfico que muestra las tensiones durante las fases de funcionamiento del puente en H de la figura 37.
La figura 41 es un gráfico que muestra las tensiones durante las fases de funcionamiento del puente en H de la figura 37.
La figura 42 es un gráfico que muestra la tensión y la corriente en un terminal de un transductor ultrasónico mientras el transductor ultrasónico está siendo accionado por el puente en H de la figura 37.
La figura 43 es un diagrama esquemático que muestra las conexiones entre los circuitos integrados de esta descripción.
La figura 44 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta descripción.
La figura 45 es un diagrama que ilustra las etapas de un método de autenticación de un ejemplo de esta descripción.
La figura 46 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de niebla de esta descripci La figura 47 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de niebla de esta descripci La figura 48 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de niebla de esta descripci La figura 49 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 50 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo de cachimba de esta descripción unido a un cuerpo de cachimba y a un cuenco de agua de un aparato de cachimba.
La figura 51 es una vista esquemática en perspectiva despiezada de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 52 es una vista esquemática en perspectiva de los componentes de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 53 es una vista esquemática en perspectiva de los componentes de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 54 es una vista esquemática en perspectiva de un componente de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 55 es una vista esquemática en perspectiva de un componente de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 56 es una vista esquemática en perspectiva de un componente de un dispositivo de cachimba y cuatro dispositivos generadores de niebla de esta descripción.
La figura 57 es una vista esquemática en perspectiva de los componentes de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 58 es una vista esquemática en sección transversal de los componentes de un dispositivo de cachimba de esta descripción.
La figura 59 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo de cachimba de esta descripción unido a un cuerpo de cachimba y a un cuenco de agua de un aparato de cachimba.
Descripción detallada
[0012] Los aspectos de la presente descripción se entienden mejor a partir de la siguiente descripción detallada cuando se lee con las figuras adjuntas. Se observa que, según la práctica habitual en la industria, diversas características no están dibujadas a escala. De hecho, las dimensiones de las diversas características pueden aumentarse o reducirse arbitrariamente para mayor claridad de la discusión.
[0013] La siguiente descripción proporciona muchas realizaciones o ejemplos diferentes para implementar diferentes características del objeto proporcionado. A continuación, se describen ejemplos específicos de componentes, concentraciones, aplicaciones y disposiciones para simplificar la presente descripción. Estos son, por supuesto, meros ejemplos y no pretenden ser limitativos. Por ejemplo, la unión de una primera característica y una segunda característica en la descripción que sigue puede incluir realizaciones en las que la primera característica y la segunda característica se unen en contacto directo, y también puede incluir realizaciones en las que se pueden colocar características adicionales entre la primera característica y la segunda característica, de modo que la primera característica y la segunda característica no estén en contacto directo. Además, la presente descripción puede repetir números y/o letras de referencia en los diversos ejemplos. Esta repetición es por motivos de simplicidad y claridad y no dicta en sí misma una relación entre las diversas realizaciones y/o configuraciones analizadas.
[0014] La siguiente descripción describe disposiciones o ejemplos representativos. Cada disposición o ejemplo puede considerarse una realización y cualquier referencia a una “ disposición” o un “ ejemplo” puede cambiarse por “ realización” en la presente descripción.
[0015] Un dispositivo de cachimba de algunas disposiciones incorpora tecnología de aerosolización ultrasónica. El dispositivo de cachimba de algunas disposiciones está configurado para reemplazar un cabezal de cachimba convencional (calentada con carbón o calentada electrónicamente). El dispositivo de cachimba de algunas disposiciones se conecta de forma liberable a un vástago o cuerpo metálico y a una cámara/cuenco de agua existentes en lugar del cabezal de cachimba convencional que alberga el tabaco y el carbón vegetal (o elemento de calentamiento electrónico).
[0016] En otras disposiciones, el dispositivo de cachimba está provisto de un vástago o cuerpo y una cámara/cuenco de agua como un aparato de cachimba completo.
[0017] Los cuencos de agua para cachimba se presentan en varias formas y tamaños, con decoraciones tradicionales o futuristas, según las preferencias individuales. El diseño y desarrollo del dispositivo de aerosolización ultrasónica de cachimba según algunas disposiciones se ejecutó, teniendo en cuenta la tradición, para crear un cabezal reemplazable que se ajustara a cualquier cachimba existente.
[0018] La siguiente descripción describe los componentes y la funcionalidad de un dispositivo generador de niebla ultrasónica. La descripción describe a continuación el dispositivo de cachimba de algunas disposiciones que incorpora una pluralidad de dispositivos generadores de niebla ultrasónicos.
[0019] Los inhaladores de vaporización electrónicos convencionales tienden a basarse en la inducción de altas temperaturas de un componente metálico configurado para calentar un líquido en el inhalador, vaporizando así el líquido que se puede inhalar. Por lo general, el líquido contiene nicotina y aromas mezclados en una solución de propilenglicol (PG) y glicerina vegetal (VG), que se vaporiza mediante un componente calefactor a altas temperaturas. Los problemas con los inhaladores convencionales pueden incluir la posibilidad de quemar metal y, posteriormente, inhalar el metal junto con el líquido quemado. Además, es posible que algunos no prefieran el olor o el sabor a quemado provocado por el líquido calentado.
[0020] Las figuras 1 a 4 ilustran un inhalador de niebla ultrasónico que comprende una cámara de sonicación. Se observa que la expresión “ niebla” usada en la siguiente descripción significa que el líquido no se calienta como normalmente en los inhaladores tradicionales conocidos de la técnica anterior. De hecho, los inhaladores tradicionales utilizan elementos calefactores para calentar el líquido por encima de su temperatura de ebullición y producir un vapor, que es diferente del vapor.
[0021] Al sonicar líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras que se propagan al medio líquido dan como resultado ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción), a diferentes velocidades según la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o huecos en el líquido. Este fenómeno se denomina cavitación. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Durante la implosión, se alcanzan presiones locales muy altas. En la cavitación, se generan ondas capilares rotas y pequeñas gotas rompen la tensión superficial del líquido y se liberan rápidamente al aire, tomando forma de niebla.
[0022] A continuación se explicará con mayor precisión el fenómeno de cavitación.
[0023] Cuando el líquido se atomiza mediante vibraciones ultrasónicas, se producen microburbujas de agua en el líquido.
[0024] La producción de burbujas es un proceso de formación de cavidades creadas por la presión negativa generada por intensas ondas ultrasónicas generadas por medio de vibraciones ultrasónicas.
[0025] Las ondas sonoras ultrasónicas de alta intensidad conducen al rápido crecimiento de las cavidades con una reducción relativamente baja e insignificante del tamaño de la cavidad durante el ciclo de presión positiva.
[0026] Las ondas de ultrasonido, como todas las ondas sonoras, consisten en ciclos de compresión y expansión. Cuando entran en contacto con un líquido, los ciclos de compresión ejercen una presión positiva sobre el líquido, uniendo las moléculas. Los ciclos de expansión ejercen una presión negativa, separando las moléculas de otras.
[0027] Las ondas ultrasónicas intensas crean regiones de presión positiva y presión negativa. Durante los episodios de presión negativa se puede formar y crecer una cavidad. Cuando la cavidad alcanza un tamaño crítico, la cavidad implosiona.
[0028] La cantidad de presión negativa necesaria depende del tipo y la pureza del líquido. En el caso de líquidos verdaderamente puros, las resistencias a la tracción son tan altas que los generadores de ultrasonidos disponibles no pueden producir suficiente presión negativa como para formar cavidades. En el agua pura, por ejemplo, se necesitarían más de 1000 atmósferas de presión negativa, pero los generadores de ultrasonidos más potentes producen sólo aproximadamente 50 atmósferas de presión negativa. La resistencia a la tracción de los líquidos se reduce por el gas atrapado dentro de las grietas de las partículas de líquido. El efecto es análogo a la reducción de la resistencia que se produce por las grietas en los materiales sólidos. Cuando una grieta llena de gas se expone a un ciclo de presión negativa debido a una onda de sonido, la presión reducida hace que el gas de la grieta se expanda hasta que se libere una pequeña burbuja en solución.
[0029] Sin embargo, una burbuja irradiada con ultrasonidos absorbe continuamente la energía de los ciclos alternos de compresión y expansión de la onda de sonido. Esto hace que las burbujas crezcan y se contraigan, logrando un equilibrio dinámico entre el vacío del interior de la burbuja y el líquido del exterior. En algunos casos, las ondas ultrasónicas sostendrán una burbuja que simplemente oscila en tamaño. En otros casos, el tamaño medio de la burbuja aumentará.
[0030] El crecimiento de la cavidad depende de la intensidad del sonido. El ultrasonido de alta intensidad puede expandir la cavidad tan rápidamente durante el ciclo de presión negativa que la cavidad nunca tiene la oportunidad de encogerse durante el ciclo de presión positiva. En este proceso, las cavidades pueden crecer rápidamente en el transcurso de un solo ciclo de sonido.
[0031] En los ultrasonidos de baja intensidad, el tamaño de la cavidad oscila en fase con los ciclos de expansión y compresión. La superficie de una cavidad producida por ultrasonidos de baja intensidad es ligeramente mayor durante los ciclos de expansión que durante los ciclos de compresión. Dado que la cantidad de gas que se difunde dentro o fuera de la cavidad depende del área de la superficie, la difusión hacia la cavidad durante los ciclos de expansión será ligeramente mayor que la difusión hacia fuera durante los ciclos de compresión. Por tanto, para cada ciclo de sonido, la cavidad se expande un poco más de lo que se encoge. Durante muchos ciclos, las cavidades crecerán lentamente.
[0032] Se ha observado que la cavidad en crecimiento puede alcanzar eventualmente un tamaño crítico en el que absorberá la energía del ultrasonido de la manera más eficiente. El tamaño crítico depende de la frecuencia de la onda de ultrasonido. Una vez que una cavidad ha experimentado un crecimiento muy rápido provocado por el ultrasonido de alta intensidad, ya no puede absorber la energía de las ondas sonoras con la misma eficiencia. Sin este aporte de energía, la cavidad ya no puede sostenerse por sí misma. El líquido entra precipitadamente y la cavidad implosiona debido a una respuesta no lineal.
[0033] La energía liberada por la implosión hace que el líquido se fragmente en partículas microscópicas que se dispersan en el aire en forma de niebla.
[0034] La ecuación para la descripción del fenómeno de respuesta no lineal anterior puede describirse mediante la ecuación de “ Rayleigh-Plesset” . Esta ecuación se puede derivar de la ecuación “ Navier-Stokes” usada en dinámica de fluidos.
[0035] El enfoque de los inventores consistía en reescribir la ecuación de “ Rayleigh-Plesset” , en la que el volumen de la burbuja, V, se usa como parámetro dinámico y donde la física que describe la disipación es idéntica a la usada en la forma más clásica, donde el radio es el parámetro dinámico.
[0036] La ecuación usada derivó de la siguiente manera:
en donde:
Ves el volumen de la burbuja
Voes el volumen de la burbuja de equilibrio
p0 es la densidad del líquido (se supone que es constante)
a es la tensión superficial
pves la presión de vapor
po es la presión estática en el líquido justo fuera de la pared de la burbuja
*es el índice politrópico del gas
tes el tiempo
R(t)es el radio de la burbuja
P(t) es la presión aplicada
ces la velocidad del sonido del líquido
tpesel potencial de velocidad
Aes la longitud de onda del campo insonificante
[0037] En el inhalador de niebla ultrasónico, el líquido tiene una viscosidad cinemática de entre 1,05 Pa.s y 1,412 Pa.s.
[0038] Al resolver la ecuación anterior con los parámetros correctos de viscosidad, densidad y tener un volumen objetivo deseado de burbujas de líquido pulverizado en el aire, se ha descubierto que el intervalo de frecuencia de 2,8 MHz a 3,2 MHz para un intervalo de viscosidad de líquido de 1,05 Pa.s y 1,412 Pa.s produce un volumen de burbujas de aproximadamente 0,25 a 0,5 micras.
[0039] El proceso de cavitación ultrasónica tiene un impacto significativo en la concentración de nicotina en la niebla producida.
[0040] No intervienen elementos calefactores, por lo que no hay elementos quemados y se reducen los efectos del humo pasivo.
[0041] En algunas disposiciones, dicho líquido comprende un 57-70 % (p/p) de glicerina vegetal y un 30-43 % (p/p) de propilenglicol, incluyendo dicho propilenglicol nicotina y, opcionalmente, aromatizantes.
[0042] En el inhalador de niebla ultrasónico, un elemento capilar puede extenderse entre la cámara de sonicación y la cámara de líquido.
[0043] En el inhalador de niebla ultrasónico, el elemento capilar es un material, al menos parcialmente, de fibras de bambú.
[0044] El elemento capilar permite una alta capacidad de absorción, una alta tasa de absorción y una alta relación de retención de fluido.
[0045] Se descubrió que las propiedades inherentes del material propuesto usado para la capilaridad tienen un impacto significativo en el funcionamiento eficiente del inhalador de niebla ultrasónico.
[0046] Además, las propiedades inherentes del material propuesto incluyen una buena higroscopicidad mientras se mantiene una buena permeabilidad. Esto permite que el líquido extraído penetre de manera eficiente en el capilar, mientras que la alta capacidad de absorción observada permite la retención de una cantidad considerable de líquido, lo que permite que el inhalador de niebla ultrasónico dure más tiempo en comparación con los otros productos disponibles en el mercado.
[0047] Otra ventaja importante del uso de las fibras de bambú es el bioagente antimicrobiano natural, el “ Kun” , presente de forma inherente en la fibra de bambú, lo que la hace antibacteriana, antifúngica y resistente a los olores, lo que la hace adecuada para aplicaciones médicas.
[0048] Las propiedades inherentes se han verificado mediante análisis numéricos con respecto a los beneficios de la fibra de bambú para la sonicación.
[0049] Las siguientes fórmulas se han sometido a prueba con material de fibras de bambú y otros materiales como algodón, papel u otras hebras de fibra para su uso como elemento capilar y demuestran que las fibras de bambú tienen propiedades mucho mejores para su uso en la sonicación:
en donde:
C (cc/gm de fluido/gm)es el volumen por masa del líquido absorbido dividido entre la masa seca del elemento capilar,
A(cm2) es la superficie total del elemento capilar
T (cm)es el grosor del elemento capilar,
Wf (gm)es la masa del elemento capilar seco,
Pf (cc/g.s)es la densidad del elemento capilar seco,
aes la razón entre el aumento del volumen del elemento capilar al humedecerse y el volumen de líquido difundido en el elemento capilar,
Vd(cc) es la cantidad de líquido difundido en el elemento capilar,
Q (cc/s)es la cantidad de líquido absorbido por unidad de tiempo,
r (cm)es el radio de los poros dentro del elemento capilar,
y{N/m)es la tensión superficial del líquido,
Q(grados)es el ángulo de contacto de la fibra,
n (m2/s) es la viscosidad del fluido.
[0050] La figura 1 representa un inhalador de niebla ultrasónico desechable 100. Tal como puede verse en la figura 1, el inhalador de niebla ultrasónico 100 tiene un cuerpo cilíndrico con una longitud relativamente larga en comparación con el diámetro. En términos de forma y apariencia, el inhalador de niebla ultrasónico 100 está diseñado para imitar el aspecto de un cigarrillo típico. Por ejemplo, el inhalador puede presentar una primera parte 101 que simula principalmente la parte de la varilla de tabaco de un cigarrillo y una segunda parte 102 que simula principalmente un filtro. En la disposición desechable, la primera parte y la segunda parte son regiones de un dispositivo único pero separable. La designación de una primera parte 101 y una segunda parte 102 se usa para diferenciar convenientemente los componentes que están contenidos principalmente en cada parte.
[0051] Tal como puede verse en la figura 1, el inhalador de niebla ultrasónico comprende una boquilla 1, una estructura de depósito de líquido 2 y una carcasa 3. La primera parte 101 comprende la carcasa 3 y la segunda parte 102 comprende la boquilla 1 y la estructura de depósito 2.
[0052] La primera parte 101 contiene la energía de la fuente de alimentación.
[0053] Un dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 alimenta el inhalador de niebla ultrasónico 100. El dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 puede ser una batería, que incluye, pero no se limita a, una batería de iones de litio, alcalina, de zinc-carbono, de níquel-hidruro metálico o de níquel-cadmio; un supercondensador; o una combinación de los mismos. En la disposición desechable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 no es recargable, pero, en la disposición reutilizable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 se seleccionaría por su capacidad de recarga. En la disposición desechable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 se selecciona principalmente para suministrar una tensión constante durante la vida útil del inhalador 100. De lo contrario, el rendimiento del inhalador se degradaría con el tiempo. Los dispositivos de almacenamiento eléctrico preferidos que pueden proporcionar una salida de tensión constante durante la vida útil del dispositivo incluyen baterías de iones de litio y de polímero de litio.
[0054] El dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 tiene un primer extremo 30a que generalmente corresponde a un terminal positivo y un segundo extremo 30b que generalmente corresponde a un terminal negativo. El terminal negativo se extiende hasta el primer extremo 30a.
[0055] Debido a que el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está ubicado en la primera porción 101 y la estructura de depósito de líquido 2 está ubicada en la segunda porción 102, la unión necesita proporcionar comunicación eléctrica entre esos componentes.
[0056] La comunicación eléctrica se establece usando al menos un electrodo o sonda que se comprime entre sí cuando la primera parte 101 se aprieta en la segunda parte 102.
[0057] Para que el dispositivo sea reutilizable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 es recargable. La carcasa 3 contiene un puerto de carga 32.
[0058] El circuito integrado 4 tiene un extremo proximal 4a y un extremo distal 4b. El terminal positivo en el primer extremo 30a del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está en comunicación eléctrica con un cable positivo del circuito integrado flexible 4. El terminal negativo en el segundo extremo 30b del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está en comunicación eléctrica con un cable negativo del circuito integrado 4. El extremo distal 4b del circuito integrado 4 comprende un microprocesador. El microprocesador está configurado para procesar datos de un sensor, controlar una luz, dirigir el flujo de corriente a través de las vibraciones ultrasónicas 5 en la segunda porción 102 y terminar el flujo de corriente después de un periodo de tiempo preprogramado.
[0059] El sensor detecta cuándo se está utilizando el inhalador de vapor ultrasónico 100 (cuando el usuario aspira el inhalador) y activa el microprocesador. El sensor se puede seleccionar para detectar cambios en la presión, el flujo de aire o la vibración. En una disposición, el sensor es un sensor de presión. En el dispositivo digital, el sensor toma lecturas continuas, lo que a su vez requiere que el sensor digital consuma corriente de forma continua, pero la cantidad es pequeña y la duración total de la batería se vería afectada de manera insignificante.
[0060] En algunas disposiciones, el circuito integrado 4 comprende un puente en H, que puede estar formado por 4 MOSFET para convertir una corriente continua en una corriente alterna a alta frecuencia.
[0061] Haciendo referencia a la figura 2 y a la figura 3, se muestran ilustraciones de una estructura de depósito de líquido 2 según una disposición. La estructura de depósito de líquido 2 comprende una cámara de líquido 21 adaptada para recibir el líquido a atomizar y una cámara de sonicación 22 en comunicación fluida con la cámara de líquido 21.
[0062] En la disposición mostrada, la estructura de depósito de líquido 2 comprende un canal de inhalación 20 que proporciona un paso de aire desde la cámara de sonicación 22 hacia los alrededores.
[0063] Como disposición de la posición del sensor, el sensor puede estar ubicado en la cámara de sonicación 22.
[0064] El canal de inhalación 20 tiene un elemento troncocónico 20a y un recipiente interior 20b.
[0065] Tal como se representa en las figuras 4A y 4B, además el canal de inhalación 20 tiene un elemento de flujo de aire 27 para proporcionar un flujo de aire desde los alrededores a la cámara de sonicación 22.
[0066] El elemento de flujo de aire 27 tiene un puente de flujo de aire 27a y un conducto de flujo de aire 27b hechos de una sola pieza, el puente de flujo de aire 27a tiene dos aberturas de paso de aire 27a' que forman una parte del canal de inhalación 20 y el conducto de flujo de aire 27b se extiende en la cámara de sonicación 22 desde el puente de flujo de aire 27a para proporcionar el flujo de aire desde el entorno a la cámara de sonicación.
[0067] El puente de flujo de aire 27a coopera con el elemento troncocónico 20a en el segundo diámetro 20a2.
[0068] El puente de flujo de aire 27a tiene dos aberturas periféricas opuestas 27a" que proporcionan flujo de aire al conducto de flujo de aire 27b.
[0069] La cooperación con el puente de flujo de aire 27a y el elemento troncocónico 20a está dispuesta de manera que las dos aberturas periféricas opuestas 27a" cooperen con las aberturas complementarias 20a" en el elemento troncocónico 20a.
[0070] La boquilla 1 y el elemento troncocónico 20a están separados radialmente y una cámara de flujo de aire 28 está dispuesta entre ellos.
[0071] Tal como se representa en las figuras 1 y 2, la boquilla 1 tiene dos aberturas periféricas opuestas 1".
[0072] Las aberturas periféricas 27a", 20a", 1" del puente de flujo de aire 27a, el elemento troncocónico 20a y la boquilla 1 suministran directamente el máximo flujo de aire a la cámara de sonicación 22.
[0073] El elemento troncocónico 20a incluye un conducto interno, alineado en una dirección similar a la del canal de inhalación 20, que tiene un primer diámetro 20a1 menor que el de un segundo diámetro 20a2, de modo que el conducto interno reduce su diámetro sobre el elemento troncocónico 20a.
[0074] El elemento troncocónico 20a se coloca alineado con los medios de vibraciones ultrasónicas 5 y un elemento capilar 7, en el que el primer diámetro 20a1 está unido a un conducto interior 11 de la boquilla 1 y el segundo diámetro 20a2 está vinculado al recipiente interior 20b.
[0075] El recipiente interior 20b tiene una pared interior que delimita la cámara de sonicación 22 y la cámara de líquido 21.
[0076] La estructura de depósito de líquido 2 tiene un recipiente exterior 20c que delimita la pared exterior de la cámara de líquido 21.
[0077] El recipiente interior 20b y el recipiente exterior 20c son, respectivamente, la pared interior y la pared exterior de la cámara de líquido 21.
[0078] La estructura de depósito de líquido 2 está dispuesta entre la boquilla 1 y la carcasa 3 y es desmontable de la boquilla 1 y la carcasa 3.
[0079] La estructura de depósito de líquido 2 y la boquilla 1 o la carcasa 3 pueden incluir disposiciones complementarias para engancharse entre sí; además, dichas disposiciones complementarias pueden incluir una de las siguientes: una disposición tipo bayoneta; una disposición de tipo enganchado roscado; una disposición magnética; o una disposición de ajuste por fricción; en donde la estructura de depósito de líquido 2 incluye una parte de la disposición y la boquilla 1 o la carcasa 3 incluyen la parte complementaria de la disposición.
[0080] En la disposición reutilizable, los componentes son sustancialmente los mismos. Las diferencias en la disposición reutilizable con respecto a la disposición desechable son los alojamientos realizados para reemplazar la estructura 2 del depósito de líquido.
[0081] Tal como se muestra en la figura 3, la cámara de líquido 21 tiene una pared superior 23 y una pared inferior 25 que cierran el recipiente interior 20b y el recipiente exterior 20c de la cámara de líquido 21.
[0082] El elemento capilar 7 está dispuesto entre una primera sección 20b1 y una segunda sección 20b2 del recipiente interior 20b.
[0083] El elemento capilar 7 tiene una forma plana que se extiende desde la cámara de sonicación hasta la cámara de líquido.
[0084] Tal como se representa en la figura 2 o 3, el elemento capilar 7 comprende una parte central 7a en forma de U y una parte periférica 7b en forma de L.
[0085] La porción en forma de L 7b se extiende hacia la cámara de líquido 21 en el recipiente interior 20b y a lo largo de la pared inferior 25.
[0086] La parte en forma de U 7a está contenida en la cámara de sonicación 21. La porción en forma de U 7a en el recipiente interior 20b y a lo largo de la pared inferior 25.
[0087] En el inhalador de niebla ultrasónico, la parte en forma de U 7a tiene una parte interior 7a1 y una parte exterior 7a2, estando la parte interior 7a1 en contacto superficial con una superficie de atomización 50 de los medios de vibraciones ultrasónicas 5 y la parte exterior 7a2 no estando en contacto superficial con los medios de vibraciones ultrasónicas 5.
[0088] La pared inferior 25 de la cámara de líquido 21 es una placa inferior 25 que cierra la cámara de líquido 21 y la cámara de sonicación 22. La placa inferior 25 está sellada, evitando así la fuga de líquido desde la cámara de sonicación 22 a la carcasa 3.
[0089] La placa inferior 25 tiene una superficie superior 25a que tiene una cavidad 25b en la que se inserta un elemento elástico 8. Los medios de vibraciones ultrasónicas 5 están soportados por el elemento elástico 8. El elemento elástico 8 está formado por un caucho con forma de placa anular que tiene un orificio interior 8' en el que una ranura está diseñada para mantener los medios de vibraciones ultrasónicas 5.
[0090] La pared superior 23 de la cámara de líquido 21 es una tapa 23 que cierra la cámara de líquido 23.
[0091] La pared superior 23 tiene una superficie superior 23 que representa el nivel máximo del líquido que puede contener la cámara de líquido 21 y la superficie inferior 25 que representa el nivel mínimo del líquido en la cámara de líquido 21.
[0092] La pared superior 23 está sellada, evitando así la fuga de líquido desde la cámara de líquido 21 a la boquilla 1.
[0093] La pared superior 23 y la pared inferior 25 están fijadas a la estructura de depósito de líquido 2 por medio de fijaciones tales como tornillos, pegamento o fricción.
[0094] Tal como se representa en la figura 3, el elemento elástico está en contacto lineal con los medios de vibraciones ultrasónicas 5 e impide el contacto entre los medios de vibraciones ultrasónicas 5 y las paredes del inhalador, evitando más eficazmente la supresión de las vibraciones de la estructura del depósito de líquido. Por tanto, las partículas finas del líquido atomizado por el elemento atomizador se pueden rociar más lejos.
[0095] Tal como se representa en la figura 3, el recipiente interior 20b tiene aberturas 20b' entre la primera sección 20b1 y la segunda sección 20b2 desde las que el elemento capilar 7 se extiende desde la cámara de sonicación 21. El elemento capilar 7 absorbe líquido de la cámara de líquido 21 a través de las aberturas 20b'. El elemento capilar 7 es una mecha. El elemento capilar 7 transporta líquido a la cámara de sonicación 22 mediante acción capilar. En algunas disposiciones, el elemento capilar 7 está hecho de fibras de bambú. En algunas disposiciones, el elemento capilar 7 puede tener un grosor entre 0,27 mm y 0,32 mm y tener una densidad entre 38 g/m2 y 48 g/m2.
[0096] Tal como puede verse en la figura 3, los medios de vibración ultrasónica 5 están dispuestos directamente debajo del elemento capilar 7.
[0097] El medio de vibraciones ultrasónicas 5 puede ser un transductor ultrasónico. Para la disposición, el medio de vibraciones ultrasónicas 5 puede ser un transductor piezoeléctrico, que puede diseñarse en forma de placa circular. El material del transductor piezoeléctrico puede ser cerámico.
[0098] También se puede usar una variedad de materiales de transductor para los medios de vibraciones ultrasónicas 5.
[0099] El extremo del conducto de flujo de aire 27b1 está orientado hacia el medio de vibraciones ultrasónicas 5. Los medios de vibraciones ultrasónicas 5 están en comunicación eléctrica con los contactores eléctricos 101a, 101b. Se observa que el extremo distal 4b del circuito integrado 4 tiene un electrodo interno y un electrodo externo. El electrodo interno entra en contacto con el primer contacto eléctrico 101a, que es una sonda de contacto por resorte, y el electrodo externo contacta con el segundo contacto eléctrico 101b, que es una clavija lateral. A través del circuito integrado 4, el primer contacto eléctrico 101a está en comunicación eléctrica con el terminal positivo del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 por medio del microprocesador, mientras que el segundo contacto eléctrico 101b está en comunicación eléctrica con el terminal negativo del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30.
[0100] Los contactos eléctricos 101a, 101b cruzaron la placa inferior 25. La placa inferior 25 está diseñada para ser recibida dentro de la pared perimetral 26 de la estructura de depósito de líquido 2. La placa inferior 25 descansa sobre crestas complementarias, creando así la cámara de líquido 21 y la cámara de sonicación 22.
[0101] El recipiente interior 20b comprende una ranura interior circular 20d sobre la que se aplica un resorte mecánico.
[0102] Al empujar la parte central 7a1 sobre los medios de vibraciones ultrasónicas 5, el resorte mecánico 9 asegura una superficie de contacto entre ellos.
[0103] La estructura del depósito de líquido 2 y la placa inferior 25 pueden fabricarse usando una variedad de materiales termoplásticos.
[0104] Cuando el usuario utiliza el inhalador de niebla ultrasónico 100, se extrae un flujo de aire desde las aberturas periféricas 1" y penetra en la cámara de flujo de aire 28, pasa por las aberturas periféricas 27a" del puente de flujo de aire 27a y el elemento troncocónico 20a y fluye hacia abajo a la cámara de sonicación 22 a través del conducto de flujo de aire 27b directamente hacia el elemento capilar 7. Al mismo tiempo, el líquido se extrae de la cámara de depósito 21 por capilaridad, a través de la pluralidad de aberturas 20b', y entra en el elemento capilar 7. El elemento capilar 7 pone el líquido en contacto con los medios de vibraciones ultrasónicas 5 del inhalador 100. La atracción del usuario también hace que el sensor de presión active el circuito integrado 4, que dirige la corriente a los medios de vibraciones ultrasónicas 5. Por tanto, cuando el usuario dibuja la boquilla 1 del inhalador 100, se producen dos acciones al mismo tiempo. En primer lugar, el sensor activa el circuito integrado 4, que hace que los medios de vibraciones ultrasónicas 5 comiencen a vibrar. En segundo lugar, la extracción reduce la presión fuera de la cámara de depósito 21 de manera que comienza el flujo del líquido a través de las aberturas 20b', lo que satura el elemento capilar 7. El elemento capilar 7 transporta el líquido a través de vibraciones ultrasónicas 5, lo que hace que se formen burbujas en un canal capilar mediante vibraciones ultrasónicas 5 y empañe el líquido. A continuación, el líquido nebulizado es extraído por el usuario.
[0105] En algunas disposiciones, el circuito integrado 4 comprende un controlador de frecuencia que está configurado para controlar la frecuencia a la que funcionan los medios de vibraciones ultrasónicas 5. El controlador de frecuencia comprende un procesador y una memoria, y la memoria almacena instrucciones ejecutables que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador realice al menos una función del controlador de frecuencia.
[0106] Tal como se describió anteriormente, en algunas disposiciones, el inhalador de niebla ultrasónico 100 acciona los medios de vibraciones ultrasónicas 5 con una señal que tiene una frecuencia de 2,8 MHz a 3,2 MHz para vaporizar un líquido que tiene una viscosidad líquida de 1,05 Pa.s a 1,412 Pa.s para producir un volumen de burbujas de aproximadamente 0,25 a 0,5 micrómetros. Sin embargo, para líquidos con una viscosidad diferente o para otras aplicaciones, los medios de vibración ultrasónica 5 pueden accionarse a una frecuencia diferente.
[0107] Para cada aplicación diferente de un sistema de generación de niebla, existe una frecuencia o rango de frecuencias óptimo para accionar los medios de vibraciones ultrasónicas 5 con el fin de optimizar la generación de niebla. En las disposiciones en las que el medio de vibraciones ultrasónicas 5 es un transductor piezoeléctrico, la frecuencia o intervalo de frecuencias óptimo dependerá de al menos los cuatro parámetros siguientes:
1. Procesos de fabricación de transductores
[0108] En algunas disposiciones, los medios de vibración ultrasónica 5 comprenden una cerámica piezoeléctrica. La cerámica piezoeléctrica se fabrica mezclando compuestos para hacer una masa cerámica y este proceso de mezcla puede no ser uniforme durante toda la producción. Esta inconsistencia puede dar lugar a un intervalo de diferentes frecuencias de resonancia de la cerámica piezoeléctrica curada.
[0109] Si la frecuencia de resonancia de la cerámica piezoeléctrica no corresponde a la frecuencia de funcionamiento requerida del dispositivo, entonces no se produce niebla durante el funcionamiento del dispositivo. En el caso de un inhalador de niebla de nicotina, incluso una ligera desviación en la frecuencia de resonancia de la cerámica piezoeléctrica es suficiente para afectar a la producción de niebla, lo que significa que el dispositivo no suministrará niveles de nicotina adecuados al usuario.
2. Carga en el transductor
[0110] Durante la operación, cualquier cambio en la carga del transductor piezoeléctrico inhibirá el desplazamiento general de la oscilación del transductor piezoeléctrico. Para lograr un desplazamiento óptimo de la oscilación del transductor piezoeléctrico, la frecuencia de accionamiento debe ajustarse para permitir que el circuito proporcione la potencia adecuada para un desplazamiento máximo.
[0111] Los tipos de cargas que pueden afectar a la eficiencia del oscilador pueden incluir la cantidad de líquido en el transductor (humedad del material absorbente) y la fuerza elástica aplicada al material absorbente para mantener un contacto permanente con el transductor. También puede incluir los medios de conexión eléctrica.
3. Temperatura
[0112] Las oscilaciones ultrasónicas del transductor piezoeléctrico se amortiguan parcialmente mediante su ensamblaje en un dispositivo. Esto puede incluir colocar el transductor en un anillo de silicona/caucho y que el resorte ejerza presión sobre el material absorbente que está por encima del transductor. Esta amortiguación de las oscilaciones provoca un aumento de las temperaturas locales en y alrededor del transductor.
[0113] Un aumento de temperatura afecta a la oscilación debido a cambios en el comportamiento molecular del transductor. Un aumento de la temperatura significa más energía para las moléculas de la cerámica, lo que afecta temporalmente a su estructura cristalina. Aunque el efecto se invierte a medida que se reduce la temperatura, se requiere una modulación en la frecuencia suministrada para mantener una oscilación óptima. Esta modulación de frecuencia no se puede lograr con un dispositivo de frecuencia fija convencional.
[0114] Un aumento de temperatura también reduce la viscosidad de la solución (líquido electrónico) que se está vaporizando, lo que puede requerir una alteración de la frecuencia de accionamiento para inducir la cavitación y mantener la producción continua de niebla. En el caso de un dispositivo de frecuencia fija convencional, una reducción de la viscosidad del líquido sin ningún cambio en la frecuencia de accionamiento reducirá o detendrá por completo la producción de niebla, haciendo que el dispositivo no funcione.
4. Distancia a la fuente de alimentación
[0115] La frecuencia de oscilación del circuito electrónico puede cambiar según la longitud de los cables entre el transductor y el excitador-oscilador. La frecuencia del circuito electrónico es inversamente proporcional a la distancia entre el transductor y el circuito restante.
[0116] Aunque el parámetro de distancia es principalmente fijo en un dispositivo, puede variar durante el proceso de fabricación del dispositivo, lo que reduce la eficiencia general del dispositivo. Por tanto, es deseable modificar la frecuencia de accionamiento del dispositivo para compensar las variaciones y optimizar la eficiencia del dispositivo.
[0117] Un transductor piezoeléctrico se puede modelar como un circuito RLC en un circuito electrónico, como se muestra en la figura 5. Los cuatro parámetros descritos anteriormente pueden modelarse como alteraciones de la inductancia, capacitancia y/o resistencia generales del circuito RLC, cambiando el rango de frecuencia de resonancia suministrado al transductor. A medida que la frecuencia del circuito aumenta hasta alrededor del punto de resonancia del transductor, la impedancia logarítmica del circuito general cae a un mínimo y luego aumenta a un máximo antes de establecerse en un intervalo medio.
[0118] La figura 6 muestra un gráfico genérico que explica el cambio en la impedancia global con el aumento de frecuencia en un circuito RLC. La figura 7 muestra cómo un transductor piezoeléctrico actúa como un condensador en una primera región capacitiva a frecuencias por debajo de una primera frecuencia predeterminada fs y en una segunda región capacitiva a frecuencias por encima de una segunda frecuencia predeterminada fp. El transductor piezoeléctrico actúa como un inductor en una región inductiva a frecuencias entre la primera y la segunda frecuencias predeterminadas fs, fp. Para mantener una oscilación óptima del transductor y, por tanto, la máxima eficiencia, la corriente que fluye a través del transductor debe mantenerse a una frecuencia dentro de la región inductiva.
[0119] El controlador de frecuencia del dispositivo de algunas disposiciones está configurado para mantener la frecuencia de oscilación del transductor piezoeléctrico (el medio de vibraciones ultrasónicas 5) dentro de la región inductiva, con el fin de maximizar la eficiencia del dispositivo.
[0120] El controlador de frecuencia está configurado para realizar una operación de barrido en la que el controlador de frecuencia acciona el transductor a frecuencias que se desplazan progresivamente a través de un rango de frecuencias de barrido predeterminado. A medida que el controlador de frecuencia realiza el barrido, el controlador de frecuencia monitoriza un valor de conversión de analógico a digital (ADC) de un convertidor de analógico a digital que está acoplado al transductor. En algunas disposiciones, el valor del ADC es un parámetro del ADC que es proporcional a la tensión a través del transductor. En otras disposiciones, el valor del ADC es un parámetro del ADC que es proporcional a la corriente que fluye a través del transductor.
[0121] Tal como se describirá con más detalle a continuación, el controlador de frecuencia de algunas disposiciones determina la potencia activa que está siendo utilizada por el transductor ultrasónico monitorizando la corriente que fluye a través del transductor.
[0122] Durante la operación de barrido, el controlador de frecuencia localiza la región inductiva de la frecuencia del transductor. Una vez que el controlador de frecuencia ha identificado la región inductiva, el controlador de frecuencia registra el valor ADC y bloquea la frecuencia de accionamiento del transductor a una frecuencia dentro de la región inductiva (es decir, entre la primera y segunda frecuencias predeterminadas fs, fp) con el fin de optimizar la cavitación ultrasónica por el transductor. Cuando la frecuencia de accionamiento está bloqueada dentro de la región inductiva, el factor de acoplamiento electromecánico del transductor se maximiza, maximizando así la eficiencia del dispositivo.
[0123] En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia está configurado para realizar la operación de barrido para localizar la región inductiva cada vez que se inicia o se reinicia la oscilación. En las disposiciones, el controlador de frecuencia está configurado para bloquear la frecuencia de accionamiento a una nueva frecuencia dentro de la región inductiva cada vez que se inicia la oscilación y, por tanto, compensar cualquier cambio en los parámetros que afecte a la eficiencia de funcionamiento del dispositivo.
[0124] En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia garantiza una producción óptima de niebla y maximiza la eficiencia de la administración del medicamento al usuario. En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia optimiza el dispositivo y mejora la eficiencia y maximiza el suministro de nicotina al usuario.
[0125] En otras disposiciones, el controlador de frecuencia optimiza el dispositivo y mejora la eficiencia de cualquier otro dispositivo que utilice ultrasonidos. En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia está configurado para su uso con tecnología de ultrasonidos para aplicaciones terapéuticas con el fin de extender la mejora de la liberación del fármaco desde un sistema de administración de fármacos que responde a los ultrasonidos. Tener una frecuencia precisa y óptima durante la operación garantiza que las microburbujas, nanoburbujas, nanogotas, liposomas, emulsiones, micelas o cualquier otro sistema de suministro sean altamente efectivos.
[0126] En algunas disposiciones, para garantizar una generación de niebla óptima y un suministro óptimo de compuestos como se describió anteriormente, el controlador de frecuencia está configurado para funcionar en un modo recursivo. Cuando el controlador de frecuencia funciona en modo recursivo, el controlador de frecuencia ejecuta el barrido de frecuencias periódicamente durante el funcionamiento del dispositivo y monitoriza el valor del ADC para determinar si el valor del ADC está por encima de un umbral predeterminado que es indicativo de una oscilación óptima del transductor.
[0127] En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia ejecuta la operación de barrido mientras el dispositivo está en el proceso de aerosolización del líquido en caso de que el controlador de frecuencia pueda identificar una posible mejor frecuencia para el transductor. Si el controlador de frecuencia identifica una frecuencia mejor, el controlador de frecuencia bloquea la frecuencia de accionamiento en la frecuencia mejor identificada recientemente para mantener un funcionamiento óptimo del dispositivo.
[0128] En algunas disposiciones, el controlador de frecuencia ejecuta el barrido de frecuencias durante un periodo predeterminado de forma periódica durante el funcionamiento del dispositivo. En el caso del dispositivo de las disposiciones descritas anteriormente, la duración predeterminada del barrido y el período de tiempo entre barridos se seleccionan para optimizar la funcionalidad del dispositivo. Cuando se implementa en un dispositivo inhalador de niebla ultrasónica, esto garantizará una administración óptima al usuario durante la inhalación del usuario.
[0129] La figura 8 muestra un diagrama de flujo del funcionamiento del controlador de frecuencia de algunas disposiciones.
[0130] La siguiente descripción describe disposiciones adicionales de dispositivos generadores de niebla que comprenden muchos de los mismos elementos que las disposiciones descritas anteriormente. Los elementos de las disposiciones descritas anteriormente pueden intercambiarse con cualquiera de los elementos de las disposiciones descritas en la parte restante de esta descripción.
[0131] Los dispositivos generadores de niebla que se describen a continuación se usan con o se usan con un dispositivo de cachimba 202 que también se describe a continuación. En otras disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de otros dispositivos generadores de niebla en lugar del dispositivo generador de niebla 201 descrito en el presente documento.
[0132] Para garantizar una producción adecuada de aerosol, el dispositivo generador de niebla 201 de algunas disposiciones comprende un transductor ultrasónico/piezoeléctrico de 16 mm de diámetro exacto o sustancialmente. Este transductor se fabrica con valores de capacitancia e impedancia específicos para controlar la frecuencia y la potencia necesarias para la producción del volumen de aerosol deseado.
[0133] Un transductor ultrasónico de 16 mm de diámetro en forma de disco colocado horizontalmente daría como resultado un dispositivo generador de niebla de gran tamaño. Para minimizar el tamaño, el transductor ultrasónico de esta disposición se mantiene verticalmente en la cámara de sonicación (la superficie plana del transductor ultrasónico es generalmente paralela al flujo de niebla de aerosol y/o generalmente paralela a la longitud longitudinal del dispositivo generador de niebla). Dicho de otra manera, el transductor ultrasónico es generalmente perpendicular a una base del dispositivo generador de niebla.
[0134] Haciendo referencia ahora a las figuras 9 a 11 de los dibujos adjuntos, el dispositivo generador de niebla 201 comprende una carcasa generadora de niebla 204 que es alargada y está formada opcionalmente por dos partes de carcasa 205, 206 que están unidas entre sí. La carcasa del generador de niebla 204 comprende un orificio de entrada de aire 207 y un orificio de salida de niebla 208.
[0135] En esta disposición, la carcasa 204 del generador de niebla es de plástico moldeado por inyección, específicamente polipropileno que se usa normalmente para aplicaciones médicas. En esta disposición, la carcasa 204 del generador de niebla es de un copolímero heterofásico. Más particularmente, un copolímero heterofásico BF970MO, que tiene una combinación óptima de una rigidez muy alta y una alta resistencia al impacto. Las piezas de la carcasa del generador de niebla moldeadas con este material muestran un buen rendimiento antiestático.
[0136] Un copolímero heterofásico como el polipropileno es particularmente adecuado para la carcasa del generador de niebla 204, ya que este material no provoca la condensación del aerosol cuando fluye desde la cámara de sonicación 219 a través del orificio de salida de niebla 208. Este material plástico también se puede reciclar directamente fácilmente mediante procesos industriales de trituración y limpieza.
[0137] En la figura 10, el orificio de salida de niebla 208 está cerrado por un elemento de cierre 209. Sin embargo, debe apreciarse que cuando el dispositivo inhalador de niebla 200 está en uso, el elemento de cierre 209 se retira del orificio de salida de niebla 208, como se muestra en la figura 9.
[0138] Haciendo referencia ahora a las figuras 12 y 13, el dispositivo generador de niebla 200 comprende un soporte de transductor 210 que se mantiene dentro de la carcasa del generador de niebla 204. El soporte del transductor 210 comprende una parte del cuerpo 211 que, en esta disposición, tiene forma cilíndrica o generalmente cilíndrica con aberturas circulares superiores e inferiores 212, 213. El soporte del transductor 210 está provisto de un canal interno 214 para recibir un borde de un transductor ultrasónico 215, tal como se muestra en la figura 13.
[0139] El soporte del transductor 210 incorpora una sección recortada 216 a través de la cual se extiende un electrodo 217 desde el transductor ultrasónico 215, de modo que el electrodo 217 pueda conectarse eléctricamente a un controlador de corriente alterna del dispositivo de cachimba 202, tal como se describe con más detalle a continuación.
[0140] Haciendo referencia nuevamente a la figura 11, el dispositivo generador de niebla 201 comprende una cámara de líquido 218 que se proporciona dentro de la carcasa del generador de niebla 204. La cámara de líquido 218 es para contener un líquido a atomizar. En algunas disposiciones, un líquido está contenido en la cámara de líquido 218. En otras disposiciones, la cámara de líquido 218 está vacía inicialmente y la cámara de líquido se llena con un líquido posteriormente.
[0141] Una composición líquida (también denominada en el presente documento e-líquido) adecuada para su uso en un dispositivo generador de niebla ultrasónico 201 de algunas disposiciones consiste en una sal de nicotina que consiste en levulinato de nicotina en la que:
La cantidad relativa de glicerina vegetal en la composición es: del 55 al 80 % (p/p), o del 60 al 80 % (p/p), o del 65 al 75 % (p/p), o del 70 % (p/p); y/o, la cantidad relativa de propilenglicol en la composición es: del 5 al 30 % (p/p), o del 10 al 30 % (p/p), o del 15 al 25 % (p/p), o del 20 % (p/p); y/o, la cantidad relativa de agua en la composición es: del 5 al 15 % (p/p), o del 7 al 12 % (p/p), o del 10 % (p/p); y/o,
la cantidad de nicotina y/o sal de nicotina en la composición es: de 0,1 a 80 mg/ml, o de 0,1 a 50 mg/ml, o de 1 a 25 mg/ml, o de 10 a 20 mg/ml, o 17 mg/ml.
[0142] En algunas disposiciones, el dispositivo generador de niebla 201 contiene un líquido electrónico que tiene una viscosidad cinemática entre 1,05 Pâ s y 1,412 Pâ s.
[0143] En algunas disposiciones, la cámara de líquido 218 contiene un líquido que comprende una sal de levulinato de nicotina en una razón molar de 1:1.
[0144] En algunas disposiciones, la cámara de líquido 218 contiene un líquido electrónico que comprende nicotina, propilenglicol, glicerina vegetal, agua y saborizantes. En algunos ejemplos, el % de concentración de cada componente en el e-líquido se muestra a continuación en la tabla 1, la tabla 2, la tabla 3 o la tabla 4.
Tabla 1: El % de concentración de cada componente en el e-líquido (e-líquido 1).
Tabla 2: El%de concentración de cada componente en el e-líquido (e-líquido 2). (Aproximadamente, razón molar de 2:1 de ácido levulínico con respecto a nicotina).
Tabla 3: El % de concentración de cada componente en el e-líquido (e-líquido 3). (Aproximadamente, razón molar de 1:1 de ácido levulínico con respecto a nicotina).
Tabla 4: El % de concentración de cada componente en el e-líquido (e-líquido 4). (Aproximadamente, razón molar de 3:1 de ácido levulínico con respecto a nicotina).
[0145] En los ejemplos no limitativos, la nicotina en solución está total o parcialmente en forma de levulinato de nicotina.
[0146] La sal de levulinato de nicotina se forma mediante la combinación de nicotina y ácido levulínico en solución. Esto da como resultado la formación de la sal levulinato de nicotina, que comprende un anión levulinato y un catión nicotina.
[0147] El % de concentración de nicotina en el líquido electrónico que se muestra en la tabla 1, la tabla 2, la tabla 3 y la tabla 4 es aproximadamente equivalente a 17 mg/ml.
[0148] En algunas disposiciones, la cámara de líquido 218 contiene un líquido que tiene una viscosidad cinemática entre 1,05 Pâ s y 1,412 Pâ s y una densidad de líquido entre 1,1 g/ml y 1,3 g/ml.
[0149] En algunas disposiciones, el líquido dentro de la cámara de líquido 218 comprende un saborizante (por ejemplo, un aroma a fruta) que el usuario degusta cuando inhala la niebla generada por el dispositivo de cachimba.
[0150] Al utilizar un líquido electrónico con los parámetros correctos de viscosidad, densidad y tener un volumen objetivo deseado de burbuja de líquido rociado en el aire, se ha descubierto que el intervalo de frecuencia de 2,8 MHz a 3,2 MHz para un rango de viscosidad del líquido de 1,05 Pâ s y 1,412 Pâ s y una densidad de aproximadamente 1,1-1,3 g/ml (obtenga rangos de densidad de hercios) produce un volumen de gotas en el que el 90 % de las gotas están por debajo de 1 micrómetro y el 50 % de esas son menos de 0,5 micrómetros.
[0151] El dispositivo generador de niebla 201 comprende una cámara de sonicación 219 que se proporciona dentro de la carcasa del generador de niebla 204.
[0152] Volviendo a las figuras 12 y 13, el soporte del transductor 210 comprende una parte divisoria 220 que proporciona una barrera entre la cámara de líquido 218 y la cámara de sonicación 219. La barrera proporcionada por la parte divisoria 220 minimiza el riesgo de que la cámara de sonicación 219 se inunde con líquido de la cámara de líquido 218 o de que un elemento capilar sobre el transductor ultrasónico 215 se sobresature, lo que sobrecargaría y reduciría la eficiencia del transductor ultrasónico 215. Además, inundar la cámara de sonicación 219 o saturar en exceso el elemento capilar también podría provocar una experiencia desagradable al aspirar el líquido por el usuario durante la inhalación. Para mitigar este riesgo, la parte divisoria 220 del soporte del transductor 210 se asienta como una pared entre la cámara de sonicación 219 y la cámara de líquido 218.
[0153] La parte divisoria 220 comprende una abertura capilar 221 que es el único medio por el que el líquido puede fluir desde la cámara de líquido 218 a la cámara de sonicación 219, a través de un elemento capilar. En esta disposición, la abertura capilar 221 es una ranura alargada que tiene una anchura de 0,2 mm a 0,4 mm. Las dimensiones de la abertura capilar 221 son tales que los bordes de la abertura capilar 221 proporcionan una fuerza de empuje que actúa sobre un elemento capilar que se extiende a través de la abertura capilar 221 para un mayor control del flujo de líquido a la cámara de sonicación 219.
[0154] En esta disposición, el soporte del transductor 210 es de caucho de silicona líquida (LSR). En esta disposición, el caucho de silicona líquida tiene una dureza Shore A 60. Este material LSR asegura que el transductor ultrasónico 215 vibre sin que el soporte del transductor 210 amortigüe las vibraciones. En esta disposición, el desplazamiento vibratorio del transductor ultrasónico 215 es de 2 a 5 nanómetros y cualquier efecto amortiguador puede reducir la eficiencia del transductor ultrasónico 215. Por tanto, este material y dureza LSR se seleccionan para un rendimiento óptimo con un compromiso mínimo.
[0155] Haciendo referencia ahora a las figuras 14 y 15, el dispositivo generador de niebla 201 comprende un elemento capilar o capilar 222 para transferir un líquido (que contiene un fármaco u otra sustancia) desde la cámara de líquido 218 a la cámara de sonicación 219. El elemento capilar 222 es plano o generalmente plano con una primera parte 223 y una segunda parte 224. En esta disposición, la primera parte 223 tiene una forma rectangular o generalmente rectangular y la segunda parte 224 tiene una forma parcialmente circular.
[0156] En esta disposición, el elemento capilar 222 comprende una tercera parte 225 y una cuarta parte 226 que son respectivamente de forma idéntica a la primera y segunda partes 223, 224. El elemento capilar 222 de esta disposición se pliega alrededor de una línea de plegado 227 de manera que las partes primera y segunda 223, 224 y la tercera y cuarta partes 225, 226 se superponen una sobre la otra, como se muestra en la figura 15.
[0157] En esta disposición, el elemento capilar tiene un grosor de aproximadamente 0,28 mm. Cuando el elemento capilar 222 se pliega para tener dos capas, como se muestra en la figura 15, el grosor total del elemento capilar es de aproximadamente 0,56 mm. Esta doble capa también garantiza que siempre haya suficiente líquido en el transductor ultrasónico 215 para una producción óptima de aerosol.
[0158] En esta disposición, cuando el elemento capilar 222 está plegado, el extremo inferior de las partes primera y tercera 223, 225 define un extremo inferior agrandado 228 que aumenta el área superficial del elemento capilar 222 en la parte del elemento capilar 222 que se encuentra en el líquido dentro de la cámara de líquido 218 para maximizar la velocidad a la que el elemento capilar 222 absorbe el líquido.
[0159] En esta disposición, el elemento capilar 222 es 100 % fibra de bambú. En otras disposiciones, el elemento capilar es de al menos un 75 % de fibra de bambú. Los beneficios de usar fibra de bambú como elemento capilar son los descritos anteriormente.
[0160] Haciendo referencia ahora a las figuras 16 y 17, el elemento capilar 222 es retenido por el soporte del transductor 210 de manera que el soporte del transductor 210 retiene la segunda parte 224 del elemento capilar 222 superpuesta a una parte de una superficie de atomización del transductor ultrasónico 215. En esta disposición, la segunda parte circular 224 se encuentra dentro de la cavidad interior 214 del soporte del transductor 210.
[0161] La primera parte 223 del elemento capilar 222 se extiende a través de la abertura capilar 221 en el soporte del transductor 210.
[0162] Haciendo referencia ahora a las figuras 18 a 20, la segunda parte 206 de la carcasa del generador de niebla 204 comprende una pared generalmente circular 229 que recibe el soporte del transductor 222 y forma parte de la pared de la cámara de sonicación 219.
[0163] Las aberturas de contacto 230 y 231 están dispuestas en una pared lateral de la segunda porción 206 para recibir los contactos eléctricos 232 y 233 que forman conexiones eléctricas con los electrodos del transductor ultrasónico 215.
[0164] En esta disposición, se proporciona una punta absorbente o elemento absorbente 234 adyacente al orificio de salida de niebla 208 para absorber líquido en el orificio de salida de niebla 208. En esta disposición, el elemento absorbente 234 es de fibra de bambú.
[0165] Haciendo referencia ahora a las figuras 21 a 23, la primera parte 205 de la carcasa del generador de niebla 204 tiene una forma similar a la segunda parte 206 y comprende otra parte de pared 235, generalmente circular, que forma una parte adicional de la pared de la cámara de sonicación 219 y retiene el soporte del transductor 210.
[0166] En esta disposición, se proporciona un elemento absorbente adicional 236 adyacente al orificio de salida de niebla 208 para absorber líquido en el orificio de salida de niebla 208.
[0167] En esta disposición, la primera parte 205 de la carcasa del generador de niebla 204 comprende una disposición de soporte de resorte 237 que soporta el extremo inferior de un resorte de retención 238, como se muestra en la figura 24.
[0168] Un extremo superior del resorte de retención 238 contacta con la segunda porción 224 del elemento capilar 222 de manera que el resorte de retención 238 proporciona una fuerza de empuje que desvía el elemento capilar 222 contra la superficie de atomización del transductor ultrasónico 215.
[0169] Haciendo referencia a la figura 25, el soporte del transductor 210 se muestra en posición y siendo retenido por la segunda parte 206 de la carcasa 204 del generador de niebla, antes de que las dos partes 205, 206 de la carcasa 204 del generador de niebla se unan entre sí.
[0170] Haciendo referencia a las figuras 26 a 29, en esta disposición, el dispositivo generador de niebla 201 comprende una disposición de identificación 239. La disposición de identificación 239 comprende una placa de circuito impreso 240 que tiene contactos eléctricos 241 dispuestos en un lado y un circuito integrado 242 y otro componente opcional 243 proporcionados en el otro lado.
[0171] El circuito integrado 242 tiene una memoria que almacena un identificador único para el dispositivo generador de niebla 201. Los contactos eléctricos 241 proporcionan una interfaz electrónica para la comunicación con el circuito integrado 242.
[0172] La placa de circuito impreso 240 está, en esta disposición, montada dentro de una cavidad 244 en un lado de la carcasa del generador de niebla 204. El circuito integrado 242 y otros componentes electrónicos opcionales 243 se encuentran dentro de una cavidad adicional 245, de modo que la placa de circuito impreso 240 está generalmente alineada con el lateral de la carcasa del generador de niebla 204.
[0173] En esta disposición, el circuito integrado 242 es un dispositivo programable en una sola vez (OTP) que proporciona una función antifalsificación que permite que sólo se usen con el dispositivo dispositivos generadores de niebla genuinos del fabricante. Esta característica antifalsificación se implementa en el dispositivo generador de niebla 201 como un circuito integrado (IC) personalizado específico que está unido (con la placa de circuito impreso 240) al dispositivo generador de niebla 201. El OTP como IC contiene una información verdaderamente única que permite una trazabilidad completa del dispositivo generador de niebla 201 (y su contenido) a lo largo de su vida útil, así como una monitorización precisa del consumo por parte del usuario. El OTP IC permite que el dispositivo generador de niebla 201 funcione para generar niebla solo cuando está autorizado.
[0174] El OTP, como característica, dicta el estado autorizado de un dispositivo generador de niebla 201 específico. De hecho, para evitar las emisiones de carbonilos y mantener el aerosol en estándares seguros, los experimentos han demostrado que el dispositivo generador de niebla 201 se considera vacío de líquido en la cámara de líquido 218 después de aproximadamente 1.000 segundos de aerosolización. De esa manera, un dispositivo generador de niebla 201 que no sea genuino o esté vacío no podrá activarse después de este período de uso predeterminado.
[0175] El OTP, como característica, puede formar parte de una cadena completa con la conjunción del punto de venta digital, la aplicación complementaria móvil y el dispositivo generador de niebla 201. En el dispositivo de cachimba 202 sólo se puede usar un dispositivo generador de niebla genuino 201 fabricado por una parte de confianza y vendido en el punto de venta digital. El OTP IC es leído por el dispositivo de cachimba 202 que reconoce el dispositivo generador de niebla 201.
[0176] En algunas disposiciones, el OTP IC es desechable de la misma manera que el dispositivo generador de niebla 201. Siempre que el dispositivo generador de niebla 201 se considere vacío, no se activará si se inserta en un dispositivo de cachimba 202. De manera similar, un dispositivo generador de niebla falsificado 201 no funcionaría en el dispositivo de cachimba 202.
[0177] Haciendo referencia ahora a la figura 30 de los dibujos adjuntos, el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de microchips controladores de transductores ultrasónicos, cada uno de los cuales se denomina en el presente documento circuito integrado de gestión de energía o PMIC 300. Cada PMIC 300 es un microchip para accionar un transductor ultrasónico 215 respectivo en uno de los dispositivos generadores de niebla 201. En los ejemplos de esta descripción, el número de PMIC en el dispositivo de cachimba 202 corresponde al número de dispositivos generadores de niebla 201 que se utilizan con el dispositivo de cachimba 202. En el ejemplo que se describe a continuación, hay cuatro dispositivos generadores de niebla 201 y el dispositivo de cachimba 202 comprende cuatro PMIC 300 correspondientes. En otros ejemplos, el dispositivo de cachimba 202 comprende de dos a ocho PMIC 300 que están configurados para accionar de dos a ocho dispositivos generadores de niebla 201 que están acoplados al dispositivo de cachimba 202.
[0178] En esta descripción, los términos chip, microchip y circuito integrado son intercambiables. El microchip o circuito integrado es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados. El microchip es, por ejemplo, al menos parcialmente de un semiconductor, tal como silicio, y se fabrica usando técnicas de fabricación de semiconductores.
[0179] El dispositivo de cachimba 202 también comprende una pluralidad de segundos microchips, cada uno de los cuales se denomina en el presente documento circuito integrado puente o puente IC 301. Cada puente IC 301 está conectado eléctricamente a uno de los PMIC 300 respectivos. Cada puente IC 301 es un microchip para accionar un transductor ultrasónico 215 respectivo en uno de los dispositivos generadores de niebla 201. En los ejemplos de esta descripción, el número de circuitos integrados de puente 301 en el dispositivo de cachimba 202 corresponde al número de dispositivos generadores de niebla 201 que se utilizan con el dispositivo de cachimba 202. Cada puente IC 301 es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados. En el ejemplo que se describe a continuación, hay cuatro circuitos integrados de puente 301 y el dispositivo de cachimba 202 comprende cuatro PMIC 300 correspondientes.
[0180] En este ejemplo, cada PMIC 300 y su respectivo circuito integrado de puente conectado 301 están montados en la misma PCB del dispositivo de cachimba 202. Tal como se describe a continuación, cada puente IC 301 está conectado a su PMIC 300 respectivo a través de conexiones en una PCB y no a través de un bus de comunicaciones (por ejemplo, el bus I2C que se describe a continuación). En este ejemplo, las dimensiones físicas del PMIC 300 son de 1-3 mm de ancho y 1-3 mm de largo y las dimensiones físicas del puente IC 301 son de 1 3 mm de ancho y 1-3 mm de largo.
[0181] Por simplicidad, la figura 43 muestra solo un PMIC 300 y un IC de puente 301 y la siguiente descripción se refiere solo a un PMIC 300 y un IC de puente 301. Sin embargo, debe apreciarse que el dispositivo de cachimba 202 incorpora una pluralidad de PMIC 300 y una pluralidad de respectivos circuitos integrados de puente 301 que están conectados en la misma configuración que se muestra en la figura 43. Tal como se describe a continuación, cada PMIC 300 está conectado a un bus de comunicaciones (I2C) 302 de modo que cada PMIC 300 puede controlarse de forma independiente mediante señales de un microcontrolador 303 que se envían a través del bus de comunicaciones 302.
[0182] Tal como se describió anteriormente, el dispositivo generador de niebla 201 comprende un circuito integrado programable o programable una sola vez u OTP IC 242. Cuando el dispositivo generador de niebla 201 está acoplado al dispositivo de cachimba 202, el OTP IC se conecta eléctricamente al PMIC 300 para recibir energía del PMIC 300 de modo que el PMIC 300 pueda gestionar la tensión suministrada al OTP IC 242. El OTP IC 242 también está conectado a un bus de datos o bus de comunicaciones 302 en el dispositivo de cachimba 202. En este ejemplo, el bus de comunicaciones 302 es un bus I2C pero en otros ejemplos el bus de comunicaciones 302 es otro tipo de bus de datos.
[0183] El transductor ultrasónico 215 del dispositivo generador de niebla 201 está conectado eléctricamente al circuito integrado de puente 301, de modo que el transductor ultrasónico 215 puede accionarse mediante una señal de accionamiento de corriente alterna generada por el circuito integrado de puente 301 cuando el dispositivo de cachimba 202 está en uso.
[0184] El dispositivo de cachimba 202 comprende un procesador en forma de microcontrolador 303 que está acoplado eléctricamente para comunicarse con el bus de comunicación 302. En este ejemplo, el microcontrolador 303 es un microcontrolador Bluetooth™ de baja energía (BLE). El microcontrolador 303 recibe energía de un regulador de baja caída (LDO) 304 que es accionado por una batería o, en este ejemplo, desde una fuente de alimentación externa. El LDO 304 proporciona una tensión regulada estable al microcontrolador 303 para permitir que el microcontrolador 303 funcione de manera consistente incluso cuando hay una variación en la tensión de la batería u otra fuente de alimentación.
[0185] El dispositivo de cachimba 202 comprende un regulador de tensión en forma de un convertidor elevador DC-DC 305 que se alimenta mediante la batería o una fuente de alimentación externa. Solo se muestra un convertidor elevador DC-DC 305 en la figura 43, pero en algunos ejemplos el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de convertidores elevadores DC-DC 305, cada uno de los cuales suministra energía a uno respectivo de la pluralidad de circuitos integrados puente 301. En otros ejemplos, el dispositivo de cachimba 305 comprende solo un convertidor elevador DC-DC 305 que está configurado para suministrar energía a cada uno de la pluralidad de circuitos integrados de puente 301.
[0186] El convertidor elevador 305 aumenta la tensión de la batería o fuente de alimentación a una tensión programable VBOOST. La tensión programable VBOOST se establece mediante el convertidor elevador 305 en respuesta a una señal de control de tensión VCTL del PMIC 300. Tal como se describirá con más detalle a continuación, el convertidor elevador 305 envía la tensión VBOOST al IC puente 301. En otros ejemplos, el regulador de tensión es un convertidor reductor u otro tipo de regulador de tensión que emite una tensión seleccionable.
[0187] La señal de control de tensión VCTL se genera mediante un convertidor digital a analógico (DAC) que, en este ejemplo, se implementa dentro del PMIC 300. El DAC no es visible en la figura 30 ya que el DAC está integrado dentro del PMIC 300. El DAC y los beneficios técnicos de integrar el DAC dentro del p MiC 300 se describen en detalle a continuación.
[0188] En este ejemplo, el PMIC 300 está conectado a un conector de fuente de alimentación 306 para que el PMIC 300 pueda recibir una tensión de carga VCHRG cuando el conector de fuente de alimentación 306 está acoplado a un cargador USB. En otros ejemplos, el PMIC 300 está conectado a una toma de corriente diferente que permite que el dispositivo de cachimba 202 se conecte y se alimente mediante una fuente de alimentación externa.
[0189] El dispositivo de cachimba 202 comprende un primer sensor de presión 307 que, en este ejemplo, es un sensor de presión estática. El dispositivo de cachimba 202 también comprende un segundo sensor de presión 308 que, en este ejemplo, es un sensor de presión dinámica. Sin embargo, en otros ejemplos, el dispositivo de cachimba 202 comprende solo uno de los dos sensores de presión 307, 308. Los sensores de presión 307, 308 detectan un cambio en la presión del aire para detectar cuándo un usuario extrae la cachimba y aspira aire a través del dispositivo generador de niebla 201.
[0190] En este ejemplo, el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de LED 308 que están controlados por el PMIC 300. En otros ejemplos, se omiten uno o más de los LED 308.
[0191] El microcontrolador 303 funciona como un dispositivo maestro en el bus de comunicaciones 302, siendo el PMIC 300 un primer dispositivo esclavo, el OTP IC 242 un segundo dispositivo esclavo, el segundo sensor de presión 308 un tercer dispositivo esclavo y el primer sensor de presión 307 un cuarto dispositivo esclavo. Cada PMIC 300 adicional de la pluralidad de PMIC 300 es otro dispositivo esclavo en el bus de comunicaciones 302. El bus de comunicación 302 permite que el microcontrolador 303 controle las siguientes funciones dentro del dispositivo de cachimba 202:
1. Todas las funciones de cada PMIC 300 son altamente configurables por el microcontrolador 303.
2. La corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 es detectada por un circuito de detección y rectificador de gran ancho de banda a una tensión de modo común alta (lado alto del puente). La corriente detectada se convierte en una tensión proporcional a la corriente rms y se proporciona como una tensión amortiguada en una clavija de conexión 309 de salida de detección de corriente del circuito integrado 301 de puente. Este tensión se alimenta y se muestrea en el PMIC 300 y está disponible como representación digital a través de solicitudes de I2C. La detección de la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 forma parte de la funcionalidad de seguimiento de la frecuencia resonante. Como se describe en el presente documento, la capacidad del dispositivo para habilitar esta funcionalidad dentro del puente IC 301 proporciona importantes beneficios técnicos.
3. El DAC (no mostrado en la figura 30) integrado en el PMIC 300 permite programar la tensión VBOOST del convertidor elevador DC-DC para que esté entre 10 V y 20 V.
4. El microcontrolador 303 permite que el subsistema de cargador del dispositivo 202 gestione la carga de una batería, que puede ser una batería de una sola celda.
5. El PMIC 300 alimenta un módulo controlador de diodos emisores de luz (LED) (no mostrado) para controlar y atenuar digitalmente los LED 308 en modo lineal o en modo con corrección gamma.
6. El microcontrolador 303 puede leer los valores de los sensores de presión #1 y presión #2 de los sensores de presión 307, 308.
[0192] Haciendo referencia ahora a la figura 31 de los dibujos adjuntos, cada PMIC 300 es, en este ejemplo, un chip autónomo o un circuito integrado que comprende subsistemas integrados y una pluralidad de clavijas de conexión que proporcionan entradas y salidas eléctricas al PMIC 300. Las referencias a un circuito integrado o chip en esta descripción son intercambiables y cualquiera de los términos abarca un dispositivo semiconductor que puede, por ejemplo, ser de silicio.
[0193] El PMIC 300 comprende un núcleo analógico 310 que comprende componentes analógicos que incluyen un bloque de referencia (BG) 311, un LDO 312, un sensor de corriente 313, un sensor de temperatura 314 y un oscilador 315.
[0194] Tal como se describe con más detalle a continuación, el oscilador 315 está acoplado a un bucle de bloqueo por retardo (DLL) que emite las fases A y B de modulación por ancho de pulso (PWM). El oscilador 315 y el DLL generan una salida PWM bifásica alineada en el centro que acciona un puente en H en el circuito integrado de puente 301.
[0195] El DLL comprende una pluralidad de líneas de retardo conectadas de extremo a extremo, en donde el retardo total de las líneas de retardo es igual al período de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, el DLL se implementa en un subsistema de procesador digital, denominado en el presente documento núcleo digital 316, del PMIC 300 que recibe una señal de reloj del oscilador 315 y una tensión de alimentación regulada del LDO 312. El DLL se implementa en un gran número (por ejemplo, del orden de millones) de puertas de retardo que están conectadas de extremo a extremo en el núcleo digital 316.
[0196] La implementación del oscilador 315 y el DLL en el mismo circuito integrado del PMIC 300 para generar una señal PWM bifásica alineada con el centro es única, ya que en la actualidad ningún componente generador de señales en el mercado de circuitos integrados comprende esta implementación.
[0197] Tal como se describe en el presente documento, la PWM forma parte de la funcionalidad que permite al dispositivo de cachimba 202 rastrear la frecuencia de resonancia del transductor ultrasónico 215 con precisión para mantener una transferencia eficiente de energía eléctrica a energía cinética con el fin de optimizar la generación de niebla.
[0198] En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un circuito cargador 317 que controla la carga de una batería, por ejemplo, mediante la alimentación de una fuente de alimentación USB.
[0199] El PMIC 300 comprende un conmutador de alimentación integrado VSYS que configura el PMIC 300 para alimentar el núcleo analógico 310 mediante la alimentación de una batería o mediante la alimentación de una fuente de alimentación externa.
[0200] El PMIC 300 comprende un subsistema 318 de convertidor analógico a digital (ADC) integrado. La implementación del ADC 318 junto con el oscilador 315 en el mismo circuito integrado es, en sí misma, única ya que no hay ningún otro circuito integrado en el mercado de circuitos integrados que comprenda un oscilador y un ADC implementados como subbloques dentro del circuito integrado. En un dispositivo convencional, un ADC se proporciona normalmente como un componente discreto separado de un oscilador, con el ADC y el oscilador separados montados en la misma PCB. El problema con esta disposición convencional es que los dos componentes separados del ADC y el oscilador ocupan espacio innecesariamente en la PCB. Otro problema es que el ADC y el oscilador convencionales suelen estar conectados entre sí mediante un bus de comunicación de datos en serie, tal como un bus I2C, que tiene una velocidad de comunicación limitada de hasta solo 400 kHz. A diferencia de los dispositivos convencionales, el PMIC 300 comprende el ADC 318 y el oscilador 315 integrados dentro del mismo circuito integrado, lo que elimina cualquier retraso en la comunicación entre el ADC 318 y el oscilador 315, lo que significa que el ADC 318 y el oscilador 315 pueden comunicarse entre sí a alta velocidad, tal como a la velocidad del oscilador 315 (por ejemplo, de 3 MHz a 5 MHz).
[0201] En el PMIC 300 de este ejemplo, el oscilador 315 funciona a 5 MHz y genera una señal de reloj SYS CLOCK a 5 MHz. Sin embargo, en otros ejemplos, el oscilador 315 genera una señal de reloj a una frecuencia mucho más alta de hasta 105 MHz. Todos los circuitos integrados descritos en el presente documento están configurados para funcionar a la alta frecuencia del oscilador 315.
[0202] El ADC 318 comprende una pluralidad de terminales de entrada de retroalimentación o entradas analógicas 319 que comprenden una pluralidad de entradas GPIO (IF_GPIO1-3). Al menos uno de los terminales de entrada de retroalimentación o las entradas analógicas 319 recibe una señal de retroalimentación desde un circuito de puente en H en el circuito integrado puente 301, siendo la señal de retroalimentación indicativa de un parámetro del funcionamiento del circuito de puente en H o una señal de accionamiento AC cuando el circuito de puente en H está accionando un circuito resonante, tal como el transductor ultrasónico 215, con la señal de accionamiento AC. Tal como se describe a continuación, las entradas GPIO se utilizan para recibir una señal de detección de corriente desde el IC 301 de puente que es indicativa de la corriente cuadrática media (rms) de la ruta notificada por el IC 301 de puente. En este ejemplo, una de las entradas GPIO es un terminal de entrada de retroalimentación que recibe una señal de retroalimentación del puente en H en el puente IC 301.
[0203] El subsistema ADC 318 muestrea las señales analógicas recibidas en la pluralidad de terminales de entrada ADC 319 a una frecuencia de muestreo que es proporcional a la frecuencia de la señal de reloj principal. El subsistema ADC 318 genera entonces señales digitales A<d>C usando las señales analógicas muestreadas.
[0204] En este ejemplo, el ADC 318 que está incorporado en el PMIC 300 muestrea no solo la corriente RMS que fluye a través del puente en H 334 y el transductor ultrasónico 215, sino también las tensiones disponibles en el sistema (por ejemplo, VBAT, VCHRG, VBOOST), la temperatura del PMIC 300, la temperatura de una batería y las entradas GPIO (IF_GPIO1-3) que permiten futuras ampliaciones.
[0205] El núcleo digital 316 recibe las señales digitales generadas por el ADC desde el subsistema ADC y procesa las señales digitales del ADC para generar la señal de control del controlador. El núcleo digital 316 comunica la señal de control del controlador al subsistema generador de señales PWM (DLL 332) para controlar el subsistema generador de señales PWM.
[0206] Los circuitos de rectificación que existen en el mercado hoy en día tienen un ancho de banda muy limitado (normalmente menos de 1 MHz). Dado que el oscilador 315 del PMIC 300 funciona a una velocidad de hasta 5 MHz o incluso de hasta 105 Mhz, se implementa un circuito rectificador de gran ancho de banda en el PMIC 300. Tal como se describirá más adelante, la detección de la corriente RMS dentro de un puente en H del puente IC 301 forma parte de un circuito de retroalimentación que permite que el dispositivo de cachimba 202 accione el transductor ultrasónico 215 con alta precisión. El circuito de retroalimentación es un punto de inflexión en la industria de la conducción de transductores de ultrasonido, ya que se adapta a cualquier variación del proceso en la producción de transductores piezoeléctricos (variaciones de las frecuencias de resonancia) y compensa los efectos de temperatura de la frecuencia de resonancia. Esto se logra, en parte, mediante la realización inventiva de la integración del ADC 318, el oscilador 315 y el DLL dentro del mismo circuito integrado del PMIC 300. La integración permite que estos subsistemas se comuniquen entre sí a alta velocidad (por ejemplo, a una frecuencia de reloj de 5 MHz o hasta 105 MHz). Reducir el desfase entre estos subsistemas supone un punto de inflexión en la industria de los ultrasonidos, especialmente en el campo de los dispositivos generadores de niebla.
[0207] El ADC 318 comprende una entrada de monitorización de tensión de batería VBAT y una entrada de monitorización de tensión de entrada de cargador VCHG, así como entradas de monitorización de tensión VMON y VRTH, así como una entrada de monitorización de temperatura TEMP.
[0208] La entrada de monitorización de temperatura TEMP recibe una señal de temperatura del sensor de temperatura 314 que está integrado en el PMIC 300. Esto permite que el PMIC 300 detecte la temperatura real dentro del PMIC 300 con precisión, de modo que el PMIC 300 pueda detectar cualquier mal funcionamiento dentro del PMIC 300, así como el mal funcionamiento de otros componentes de la placa de circuito impreso que afecten a la temperatura del PMIC 300. El PMIC 300 puede entonces controlar el puente IC 301 para evitar la excitación del transductor ultrasónico 215 si hay un mal funcionamiento a fin de mantener la seguridad del dispositivo inhalador de niebla 200 y, por lo tanto, la seguridad del dispositivo de cachimba 202.
[0209] La entrada adicional del sensor de temperatura VRTH recibe una señal de detección de temperatura de un sensor de temperatura externo dentro del dispositivo de cachimba 202 que monitoriza la temperatura del interior del dispositivo de cachimba 202. Por lo tanto, el PMIC 300 puede reaccionar para apagar el dispositivo de cachimba 202 con el fin de reducir el riesgo de que se produzcan daños por una temperatura de funcionamiento excesivamente alta.
[0210] El PMIC 300 comprende un controlador LED 320 que, en este ejemplo, recibe una señal de accionamiento digital del núcleo digital 316 y proporciona señales de salida de accionamiento LED a seis LED 321-326 que están configurados para acoplarse a las clavijas de conexión de salida del PMIC 300. De este modo, el controlador LED 320 puede activar y atenuar los LED 321-326 en hasta seis canales independientes.
[0211] El PMIC 300 comprende un primer convertidor digital a analógico (DAC) 327 que convierte las señales digitales dentro del PMIC 300 en una señal de control de tensión analógica que se emite desde el PMIC 300 a través de una clavija de conexión de salida VDAC0. El primer DAC 327 convierte una señal de control digital generada por el núcleo digital 316 en una señal de control de tensión analógica que se emite a través de la clavija de conexión de salida VDAC0 para controlar un circuito regulador de tensión, tal como el convertidor elevador 305. La señal de control de tensión controla así el circuito regulador de tensión para generar una tensión predeterminada para la modulación por el circuito de puente en H para accionar el transductor ultrasónico 215 en respuesta a las señales de retroalimentación que son indicativas del funcionamiento del transductor ultrasónico 215.
[0212] En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un segundo DAC 328 que convierte las señales digitales dentro del PMIC 300 en una señal analógica que se emite desde el PMIC 300 a través de una segunda clavija de conexión de salida analógica VDAC1.
[0213] La incrustación de los DAC 327, 328 dentro del mismo microchip que los otros subsistemas del PMIC 300 permite que los DAC 327, 328 se comuniquen con el núcleo digital 316 y otros componentes dentro del PMIC 300 a alta velocidad sin ningún retraso de comunicación o con un retraso mínimo. Los DAC 327, 328 proporcionan salidas analógicas que controlan los bucles de retroalimentación externos. Por ejemplo, el primer DAC 327 proporciona la señal de control VCTL al convertidor elevador 305 para controlar el funcionamiento del convertidor elevador 305. En otros ejemplos, los DAC 327, 328 están configurados para proporcionar una señal de accionamiento a un convertidor reductor DC-DC en lugar de o además del convertidor elevador 305. La integración de los dos canales DAC independientes en el PMIC 300 permite al PMIC 300 manipular el circuito de retroalimentación de cualquier regulador usado en el dispositivo de cachimba 202 y permite que el dispositivo de cachimba 202 regule la potencia de sonicación del transductor ultrasónico 215 o establezca umbrales analógicos para los ajustes de corriente y temperatura máximos absolutos del transductor ultrasónico 215.
[0214] El PMIC 300 comprende una interfaz de comunicación en serie que, en este ejemplo, es una interfaz I2C que incorpora direcciones i2c externas establecidas a través de clavijas de conexión.
[0215] El PMIC 300 también comprende varios bloques funcionales que incluyen una máquina digital (FSM) para implementar la funcionalidad del microchip. Estos bloques se describirán con más detalle a continuación.
[0216] Haciendo referencia ahora a la figura 32 de los dibujos adjuntos, un subsistema generador de señales de modulación por ancho de pulso (PWM) 329 está integrado dentro del PMIC 300. El sistema generador PWM 329 comprende el oscilador 315 y el divisor de frecuencia 330, un multiplexor 331 y un bucle de retardo bloqueado (DLL) 332. Tal como se describirá a continuación, el sistema generador PWM 329 es un generador PWM bifásico alineado en el centro.
[0217] El divisor de frecuencia 330, el multiplexor 331 y el DLL 332 se implementan en componentes lógicos digitales (por ejemplo, transistores, puertas lógicas, etc.) dentro del núcleo digital 316.
[0218] En los ejemplos de esta descripción, el intervalo de frecuencias que cubre el oscilador 315 y, respectivamente, el sistema generador PWM 329 es de 50 kHz a 5 MHz o de hasta 105 MHz. La precisión de frecuencia del sistema generador PWM 329 es de ± 1 % y la temperatura de dispersión es de ± 1 %. En el mercado actual de IC, ningún IC tiene un oscilador integrado y un generador PWM bifásico alineado con el centro que pueda proporcionar un rango de frecuencia de 50 kHz a 5 MHz o hasta 105 MHz.
[0219] El oscilador 315 genera una señal de reloj principal (clk_m) con una frecuencia de 50 kHz a 5 MHz o hasta 105 MHz. El reloj principal clk_m se introduce en el divisor de frecuencia 330 que divide la frecuencia del reloj principal clk_m entre una o más cantidades divisoras predeterminadas. En este ejemplo, el divisor de frecuencia 330 divide la frecuencia del reloj principal clk_m entre 2, 4, 8 y 16 y proporciona los relojes de frecuencia dividida como salidas al multiplexor 331. El multiplexor 331 multiplexa los relojes de frecuencia dividida y proporciona una salida de frecuencia dividida al DLL 332. Esta señal que se pasa al DLL 332 es una señal de referencia de frecuencia que controla el DLL 332 para emitir señales a la frecuencia deseada. En otros ejemplos, se omiten el divisor de frecuencia 330 y el multiplexor 331.
[0220] El oscilador 315 también genera dos fases; una señal de reloj de primera fase, fase 1 y una señal de reloj de segunda fase, fase 2. Las fases de la señal de reloj de la primera fase y la señal de reloj de la segunda fase están alineadas en el centro. Tal como se ilustra en la figura 33:
• La señal de reloj de la primera fase, fase 1, es alta durante un tiempo variable del semiperiodo positivo de clk_m y baja durante el semiperiodo negativo de clk_m.
• La señal de reloj de la segunda fase, fase 2, es alta durante un tiempo variable del semiperiodo negativo de clk_m y baja durante el semiperiodo positivo de clk_m.
[0221] La fase 1 y la fase 2 se envían entonces al DLL 332, que genera una señal de reloj de doble frecuencia usando la señal de reloj de primera fase, fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, fase 2. La señal de reloj de doble frecuencia es el doble de la frecuencia de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, una puerta “ OR” dentro del DLL 332 genera la señal de reloj de doble frecuencia usando la señal de reloj de primera fase, fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, fase 2. Este reloj de doble frecuencia o la frecuencia dividida que proviene del divisor de frecuencia 330 se selecciona en función de una frecuencia objetivo seleccionada y, a continuación, se usa como referencia para el DLL 332.
[0222] Dentro del DLL 332, una señal denominada en lo sucesivo “ reloj” representa el reloj principal clk_m multiplicado por 2, mientras que una señal denominada en lo sucesivo “ clock_del” es una réplica del reloj retrasado en un periodo de la frecuencia. Clock y clock_del pasan a través de un detector de frecuencia de fase. A continuación, una bomba de carga carga o descarga un nodo Vc basándose en la polaridad del error de fase. Se suministra una tensión de control directamente para controlar el retraso de cada unidad de retardo dentro del DLL 332 hasta que el retraso total del DLL 332 sea exactamente un periodo.
[0223] El DLL 332 controla el borde ascendente de la señal de reloj de primera fase, fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, fase 2, para que estén sincronizados con el borde ascendente de la señal de reloj de doble frecuencia. El DLL 332 ajusta la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de reloj de primera fase, fase 1 y la señal de reloj de segunda fase, fase 2 en respuesta a una señal de referencia de frecuencia respectiva y una señal de control del ciclo de trabajo para producir una señal de salida de primera fase, fase A y una señal de salida de segunda fase, fase B para accionar un puente en H o un inversor para generar una señal de accionamiento de AC para accionar un transductor ultrasónico.
[0224] El PMIC 300 comprende un terminal de señal de salida de primera fase PHASE_A que emite la señal de salida de primera fase, fase A a un circuito de puente en H y un terminal de señal de salida de segunda fase PHASE_B que envía la señal de salida de segunda fase, fase B a un circuito de puente en H.
[0225] En este ejemplo, el DLL 332 ajusta el ciclo de trabajo de la señal de reloj de primera fase, fase 1 y la señal de reloj de segunda fase, fase 2 en respuesta a la señal de control del ciclo de trabajo variando el retardo de cada línea de retardo en la respuesta del DLL 332 a la señal de control del ciclo de trabajo.
[0226] El reloj se usa al doble de su frecuencia porque garantiza una mayor precisión. Tal como se muestra en la figura 34, con fines explicativos, si se usa la frecuencia del reloj principal clk_m (lo que no ocurre en los ejemplos de esta descripción), la fase A es sincrónica con el borde ascendente R del reloj, mientras que la fase B es sincrónica con el borde descendente F. La línea de retardo del DLL 332 controla el borde ascendente R y, por lo tanto, para el borde descendente F, el sistema generador PWM 329 necesitaría basarse en una combinación perfecta de las unidades de retardo del DLL 332 que pueden ser imperfectas. Sin embargo, para eliminar este error, el sistema generador PWM 329 usa el reloj de doble frecuencia para que tanto la fase A como la fase B sean sincrónicas con el borde ascendente R del reloj de doble frecuencia.
[0227] Para realizar un ciclo de trabajo del 20 % al 50 % con un tamaño de paso del 2 %, la línea de retardo del DLL 332 comprende 25 unidades de retardo, y la salida de cada unidad de retardo respectiva representa una fase nésima. Finalmente, la fase de la salida de la unidad de retardo final corresponderá al reloj de entrada. Teniendo en cuenta que todos los retardos serán casi los mismos, se obtiene un ciclo de trabajo particular con la salida de la unidad de retardo específica con una lógica simple en el núcleo digital 316.
[0228] Es importante cuidar el inicio del DLL 332, ya que es posible que el DLL 332 no pueda bloquear un periodo de retraso, sino dos o más períodos, lo que lleva a el DLL 332 a una zona de no convergencia. Para evitar este problema, se implementa un circuito de arranque en el sistema generador PWM 329 que permite que el DLL 332 comience desde una condición conocida y determinista. El circuito de arranque permite además que el DLL 332 se inicie con el mínimo retraso.
[0229] En los ejemplos de esta descripción, el intervalo de frecuencias cubierto por el sistema generador PWM 329 se amplía y, por tanto, las unidades de retardo del DLL 332 pueden proporcionar retardos de 4 ns (para una frecuencia de oscilador de 5 MHz) a 400 ns (para una frecuencia de oscilador de 50 kHz). Para adaptarse a estos diferentes retardos, los condensadores Cb están incluidos en el sistema generador PWM 329, seleccionándose el valor del condensador para proporcionar el retardo requerido.
[0230] La fase A y la fase B salen del DLL 332 y se pasan a través de una IO digital al IC de puente 301, de modo que la fase A y la fase B se pueden usar para controlar el funcionamiento del IC de puente 301.
[0231] La funcionalidad de carga de la batería de algunos ejemplos del dispositivo de cachimba 202 se describirá ahora con más detalle. Sin embargo, debe apreciarse que la funcionalidad de carga de la batería puede omitirse en otros ejemplos en los que el dispositivo de cachimba 202 está configurado para alimentarse mediante una fuente de alimentación externa en lugar de una batería.
[0232] En este ejemplo, el subsistema de carga de baterías comprende el circuito cargador 317 que está integrado en el PMIC 300 y controlado por un controlador de carga digital alojado en el PMIC 300. El circuito cargador 317 es controlado por el microcontrolador 303 a través del bus de comunicación 302. El subsistema de carga de baterías puede cargar una batería de polímero de litio (LiPo) o de iones de litio (ion de Li) de una sola celda.
[0233] En este ejemplo, el subsistema de carga de baterías puede cargar una batería o baterías con una corriente de carga de hasta 1 A desde una fuente de alimentación de 5 V (por ejemplo, una fuente de alimentación USB). Se pueden programar uno o más de los siguientes parámetros a través del bus de comunicación 302 (interfaz I2C) para adaptar los parámetros de carga de la batería:
• la tensión de carga se puede ajustar entre 3,9 V y 4,3 V en pasos de 100 mV.
• La corriente de carga se puede ajustar entre 150 mA y 1000 mA en pasos de 50 mA.
• La corriente de precarga es 1/10 de la corriente de carga.
• Los tiempos de espera de precarga y carga rápida se pueden configurar entre 5 y 85 minutos, respectivamente, entre 20 y 340 minutos.
• Opcionalmente se puede utilizar un termistor externo de coeficiente negativo de temperatura (NTC) para controlar la temperatura de la batería.
[0234] En algunos ejemplos, el subsistema de carga de la batería informa de uno o más de los siguientes eventos mediante el lanzamiento de una interrupción al microcontrolador huésped 303:
batería detectada
la batería se está cargando
la batería está completamente cargada
la batería no está presente
se ha alcanzado el tiempo de espera de carga
el suministro de carga está por debajo del límite de subtensión
[0235] La principal ventaja de tener el circuito cargador 317 integrado en el PMIC 300 es que permite que todas las opciones de programación e indicaciones de eventos enumeradas se implementen dentro del PMIC 300, lo que garantiza el funcionamiento seguro del subsistema de carga de la batería. Además, se puede lograr un coste de fabricación significativo y un ahorro de espacio en la PCB en comparación con los dispositivos inhaladores de niebla convencionales que comprenden componentes discretos de un sistema de carga montado por separado en una PCB. El circuito cargador 317 también permite una configuración muy versátil de la corriente y la tensión de carga, diferentes tiempos de espera de falla y numerosos indicadores de eventos para un análisis detallado del estado.
[0236] El convertidor analógico-digital (ADC) 318 se describirá ahora con más detalle. Los inventores tuvieron que superar importantes desafíos técnicos para integrar el ADC 318 dentro del PMIC 300 con el oscilador de alta velocidad 315. Además, la integración del ADC 318 dentro del PMIC 300 va en contra del enfoque convencional en la técnica, que se basa en el uso de uno de los muchos dispositivos ADC discretos que están disponibles en el mercado de circuitos integrados.
[0237] En este ejemplo, el ADC 318 muestrea al menos un parámetro dentro del chip controlador del transductor ultrasónico (PMIC 300) a una frecuencia de muestreo que es igual a la frecuencia de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, el ADC 318 es un conversor analógico-digital de 10 bits que puede descargar el muestreo digital del microprocesador 303 para ahorrar los recursos del microprocesador 303. La integración del ADC 318 en el PMIC 300 también evita la necesidad de usar un bus I2C que, de otro modo, ralentizaría la capacidad de muestreo del ADC (un dispositivo convencional se basa en un bus I2C para comunicar datos entre un ADC discreto dedicado y un microcontrolador a una velocidad de reloj limitada de normalmente hasta 400 kHz).
[0238] En los ejemplos de esta descripción, el ADC 318 puede muestrear secuencialmente uno o más de los siguientes parámetros:
i. Una señal de corriente rms que se recibe en el chip controlador del transductor ultrasónico (PMIC 300) desde un circuito inversor externo que acciona un transductor ultrasónico. En este ejemplo, este parámetro es una corriente cuadrática media (rms) notificada por el puente IC 301. La detección de la corriente rms es importante para implementar el circuito de retroalimentación utilizado para accionar el transductor de ultrasonidos 215. El ADC 318 puede detectar la corriente rms directamente desde el puente IC 301 a través de una señal con un retraso mínimo o nulo, ya que el ADC 318 no depende de que esta información se transmita a través de un bus I2C. Esto proporciona una ventaja significativa en cuanto a velocidad y precisión en comparación con los dispositivos convencionales, que se ven limitados por las velocidades comparativamente bajas de un bus I2C.
ii. La tensión de una batería conectada al PMIC 300.
iii. La tensión de un cargador conectado al PMIC 300.
iv. Una señal de temperatura, tal como una señal de temperatura que es indicativa de la temperatura del chip PMIC 300. Tal como se describió anteriormente, esta temperatura se puede medir con mucha precisión debido a que el sensor de temperatura 314 está integrado en el mismo circuito integrado que el oscilador 315. Por ejemplo, si la temperatura del PMIC 300 aumenta, la corriente, la frecuencia y el PWM son regulados por el PMIC 300 para controlar la oscilación del transductor, que a su vez controla la temperatura.
v. Dos clavijas externas.
vi. Sensor de temperatura NTC externo para monitorizar la temperatura del paquete de baterías.
[0239] En algunos ejemplos, el ADC 318 muestrea una o más de las fuentes mencionadas anteriormente de forma secuencial, por ejemplo en un esquema de operación por turnos. El ADC 318 toma muestras de las fuentes a alta velocidad, tal como la velocidad del oscilador 315, que puede ser de hasta 5 MHz o hasta 105 MHz.
[0240] En algunos ejemplos, el dispositivo 202 está configurado para que un usuario o el fabricante del dispositivo puedan especificar cuántas muestras se tomarán de cada fuente para promediar. Por ejemplo, un usuario puede configurar el sistema para tomar 512 muestras de la entrada de corriente rms, 64 muestras de la tensión de la batería, 64 de la tensión de entrada del cargador, 32 muestras de las las clavijas de conexión externas y 8 de la clavija de conexión NTC. Además, el usuario también puede especificar si se omitirá una de las fuentes mencionadas anteriormente. En algunos ejemplos, el dispositivo de cachimba 202 lo configura un usuario a través de un dispositivo informático externo que se comunica de forma inalámbrica con el dispositivo de cachimba 202 (por ejemplo, a través de BLE).
[0241] En algunos ejemplos, para cada fuente, el usuario puede especificar dos umbrales digitales que dividen el intervalo completo en una pluralidad de zonas, tales como 3 zonas. Posteriormente, el usuario puede configurar el sistema para que libere una interrupción cuando el valor muestreado cambie de zona, por ejemplo, de una zona 2 a una zona 3.
[0242] Ningún circuito integrado convencional disponible en el mercado actual puede ofrecer las funciones anteriores del PMIC 300. La toma de muestras con tal flexibilidad y granularidad es fundamental cuando se conduce un transductor de ultrasonido.
[0243] En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un puerto de entrada y salida digital (GPIO) de uso general de 8 bits. Cada puerto se puede configurar como entrada digital y salida digital. Algunos de los puertos tienen una función de entrada analógica, como se muestra en la tabla de la figura 35.
[0244] Los puertos GPIO7-GPIO5 del PMIC 300 se pueden usar para establecer la dirección del dispositivo en el bus de comunicación (I2C) 302. Posteriormente, se pueden usar ocho dispositivos idénticos en el mismo bus I2C. Esta es una característica única en la industria de circuitos integrados, ya que permite utilizar ocho dispositivos idénticos en el mismo bus I2C sin ningún conflicto de direcciones. Esto se implementa leyendo el estado del GPIO7-GPIO5 durante los primeros 100 ps después del inicio del PMIC 300 y almacenando esa parte de la dirección internamente en el PMIC 300. Una vez que se haya iniciado el PMIC 300, los GPIO se pueden usar para cualquier otro propósito.
[0245] Tal como se describió anteriormente, el PMIC 300 comprende un controlador LED 320 de seis canales. En este ejemplo, el controlador LED 320 comprende fuentes de corriente semiconductoras de óxido metálico (NMOS) de canal N que son tolerantes a 5 V. El controlador LED 320 está configurado para establecer la corriente LED en cuatro niveles discretos; 5 mA, 10 mA, 15 mA y 20 mA. El controlador LED 320 está configurado para atenuar cada canal LED con una señal PWM de 12 bits con o sin corrección gamma. El controlador LED 320 está configurado para variar la frecuencia PWM de 300 Hz a 1,5 kHz. Esta característica es única en el campo de los dispositivos inhaladores de niebla ultrasónicos, ya que la funcionalidad está integrada como un subsistema del PMIC 300.
[0246] En este ejemplo, el PMIC 300 comprende dos convertidores de digital a analógico (DAC) de 6 bits independientes 327, 328 que están incorporados en el PMIC 300. El propósito de los DAC 327, 328 es emitir una tensión analógica para manipular la ruta de retroalimentación de un regulador externo (por ejemplo, el convertidor DC-DC Boost 305, un convertidor Buck o un LDO). Además, en algunos ejemplos, los DAC 327, 328 también se pueden usar para ajustar dinámicamente el nivel de apagado por sobrecorriente del circuito integrado de puente 301, tal como se describe a continuación.
[0247] La tensión de salida de cada DAC 327, 328 es programable entre 0 V y 1,5 V o entre 0 V y V_battery (Vbat). En este ejemplo, el control de la tensión de salida del DAC se realiza mediante comandos I2C. Tener dos DAC incorporados en el PMIC 300 es único y permitirá el control de monitorización dinámica de la corriente. Si cualquiera de los DAC 327, 328 fuera un chip externo, la velocidad caería bajo las mismas restricciones de limitaciones de velocidad debidas al protocolo I2C. La disposición de monitorización de potencia activa del dispositivo 202 funciona con una eficiencia óptima si todas estas características integradas están en el PMIC. Si hubieran sido componentes externos, el sistema de monitorización activa de la potencia sería totalmente ineficaz.
[0248] Haciendo referencia ahora a la figura 36 de los dibujos adjuntos, el circuito integrado 301 de puente es un microchip que comprende un circuito 333 de conmutación de potencia incorporado. En este ejemplo, el circuito de conmutación de potencia 333 es un puente en H 334 que se muestra en la figura 37 y que se describe en detalle a continuación. Sin embargo, debe apreciarse que el puente IC 301 de otros ejemplos puede incorporar un circuito de conmutación de potencia alternativo al puente en H 334, siempre que el circuito de conmutación de potencia realice una función equivalente para generar una señal de accionamiento de AC para accionar el transductor ultrasónico 215.
[0249] El puente IC 301 comprende un primer terminal de fase, FASE A que recibe una primera señal de salida de fase, fase A del subsistema generador de señales PWM del PMIC 300. El puente IC 301 también comprende un terminal de segunda fase, FASE B que recibe una señal de salida de segunda fase, fase B del subsistema generador de señales PWM del PMIC 300.
[0250] El puente IC 301 comprende un circuito de detección de corriente 335 que detecta directamente el flujo de corriente en el puente H 334 y proporciona una señal de salida de corriente RMS a través de la clavija de conexión RMS_CURR del puente IC 301. El circuito de detección de corriente 335 está configurado para la monitorización de sobrecorriente, para detectar cuándo la corriente que fluye en el puente en H 334 está por encima de un umbral predeterminado. La integración del circuito de conmutación de potencia 333, que comprende el puente en H 334 y el circuito de detección de corriente 335, todos dentro del mismo circuito integrado del puente IC 301, es una combinación única en el mercado de circuitos integrados. En la actualidad, ningún otro circuito integrado en el mercado de circuitos integrados comprende un puente en H con circuitos integrados para detectar la corriente RMS que fluye a través del puente en H.
[0251] El puente IC 301 comprende un sensor de temperatura 336 que incluye la monitorización de sobretemperatura. El sensor de temperatura 336 está configurado para apagar el IC de puente 301 o deshabilitar al menos parte del IC de puente 336 en caso de que el sensor de temperatura 336 detecte que el IC de puente 301 está funcionando a una temperatura por encima de un umbral predeterminado. Por tanto, el sensor de temperatura 336 proporciona una función de seguridad integrada que evita dañar el IC de puente 301 u otros componentes dentro del dispositivo de cachimba 202 en caso de que el IC de puente 301 funcione a una temperatura excesivamente alta.
[0252] El circuito integrado puente 301 comprende una máquina de estado digital 337 que está conectada integralmente al circuito de conmutación de potencia 333. La máquina de estado digital 337 recibe las señales de fase A y fase B del PMIC 300 y una señal ENABLE, por ejemplo, del microcontrolador 303. La máquina de estado digital 337 genera señales de temporización basándose en la señal de salida de primera fase, fase A y la señal de salida de segunda fase, fase B.
[0253] La máquina de estado digital 337 emite señales de temporización correspondientes a las señales de fase A y fase B, así como señales BRIDGE_PR y BRIDGE_EN al circuito de conmutación de potencia 333 para controlar el circuito de conmutación de potencia 333. La máquina de estado digital 337 emite así las señales de temporización a los interruptores T1-T4 del circuito de puente en H 334 para controlar los interruptores T1-T4 para que se enciendan y apaguen en una secuencia tal que el circuito de puente en H emita una señal de accionamiento de CA para accionar un circuito resonante, como el transductor ultrasónico 215.
[0254] Tal como se describe con más detalle a continuación, la secuencia de conmutación comprende un periodo de flotación libre en el que el primer conmutador T1 y el segundo conmutador T2 están apagados y el tercer conmutador T3 y el cuarto conmutador T4 están encendidos para disipar la energía almacenada por el circuito resonante (el transductor ultrasónico 215).
[0255] El IC de puente 301 comprende un controlador de prueba 338 que permite probar el IC de puente 301 para determinar si los componentes integrados dentro del IC de puente 301 funcionan correctamente. El controlador de prueba 338 está acoplado a las clavijas de conexión TEST_DATA, TEST_CLK y TEST_LOAD para que el circuito integrado de puente 301 pueda conectarse a un dispositivo de control externo que introduce y extrae datos del circuito integrado de puente 301 para probar el funcionamiento del circuito integrado de puente 301. El IC de puente 301 también comprende un BUS DE PRUEBA que permite probar el bus de comunicación digital dentro del IC de puente 301 a través de una clavija de conexión TST_PAD.
[0256] El circuito integrado de puente 301 comprende un circuito de reinicio de alimentación (POR) 339 que controla la operación de arranque del circuito integrado de puente 301. El POR 339 garantiza que el puente IC 301 se inicie correctamente solo si la tensión de alimentación está dentro de un intervalo predeterminado. Si la tensión de la fuente de alimentación está fuera del intervalo predeterminado, por ejemplo, si la tensión de la fuente de alimentación es demasiado alta, el POR 339 retrasa el arranque del IC puente 301 hasta que la tensión de alimentación esté dentro del rango predeterminado.
[0257] El IC puente 301 comprende un bloque de referencia (BG) 340 que proporciona una tensión de referencia precisa para su uso por los otros subsistemas del puente IC 301.
[0258] El circuito integrado puente 301 comprende una referencia de corriente 341 que proporciona una corriente precisa al circuito de conmutación de potencia 333 y/u otros subsistemas dentro del circuito integrado puente 301, tal como el sensor de corriente 335.
[0259] El sensor de temperatura 336 monitoriza la temperatura del silicio del puente IC 301 de forma continua. Si la temperatura supera el umbral de temperatura predeterminado, el circuito de conmutación de alimentación 333 se desconecta automáticamente. Además, la sobretemperatura puede notificarse a un host externo para informar al host externo de que se ha producido un evento de sobretemperatura.
[0260] La máquina de estado digital (FSM) 337 genera las señales de temporización para el circuito de conmutación de potencia 333 que, en este ejemplo, son señales de temporización para controlar el puente en H 334.
[0261] El IC puente 301 comprende comparadores 342, 343, que comparan las señales de los diversos subsistemas del circuito integrado puente 301 con las referencias de tensión y corriente 340, 341 y proporcionan señales de salida de referencia a través de las clavijas de conexión del circuito integrado puente 301.
[0262] Haciendo referencia de nuevo a la figura 37 de los dibujos adjuntos, el puente en H 334 de este ejemplo comprende cuatro conmutadores en forma de conmutadores de transistores de efecto de campo (FET) n MoS a ambos lados del puente en H 334. El puente en H 334 comprende cuatro conmutadores o transistores T1-T4 que están conectados en una configuración de puente en H, siendo cada transistor T1-T4 accionado por una entrada lógica A-D respectiva. Los transistores T1-T4 están configurados para ser accionados por una tensión de arranque que se genera internamente con dos condensadores externos Cb que se conectan como se ilustra en la figura 37.
[0263] El puente en H 334 comprende diversas entradas y salidas de alimentación que están conectadas a las respectivas clavijas de conexión del circuito integrado de puente 301. El puente en H 334 recibe la tensión programable VBOOST que se emite desde el convertidor elevador 305 a través de un primer terminal de fuente de alimentación, denominado VBOOST en la figura 37. El puente en H 334 comprende un segundo terminal de fuente de alimentación, denominado VSS_P en la figura 37.
[0264] El puente en H 334 comprende las salidas OUTP, OUTN que están configuradas para conectarse a los terminales respectivos del transductor ultrasónico 215 de modo que la señal de accionamiento de corriente alterna emitida desde el puente en H 334 pueda accionar el transductor ultrasónico 215.
[0265] La conmutación de los cuatro conmutadores o transistores T1-T4 se controla mediante señales de conmutación procedentes de la máquina de estado digital 337 a través de la entrada lógica A-D. Es de apreciar que, mientras que la figura 37 muestra cuatro transistores T1-T4, en otros ejemplos, el puente en H 334 incorpora un mayor número de transistores u otros componentes de conmutación para implementar la funcionalidad del puente en H.
[0266] En este ejemplo, el puente en H 334 funciona a una potencia de conmutación de 22 W a 37 W para entregar una señal de accionamiento de corriente alterna con potencia suficiente para accionar el transductor ultrasónico 215 para generar niebla de manera óptima. La tensión que se conmuta mediante el puente en H 334 de este ejemplo es de ± 15 V. En otros ejemplos, la tensión es de ± 20 V.
[0267] En este ejemplo, el puente en H 334 conmuta a una frecuencia de 3 MHz a 5 MHz o hasta 105 MHz. Esta es una velocidad de conmutación alta en comparación con los puentes en H de circuitos integrados convencionales que están disponibles en el mercado de circuitos integrados. Por ejemplo, un puente en H de circuito integrado convencional disponible hoy en día en el mercado de circuitos integrados está configurado para funcionar a una frecuencia máxima de solo 2 MHz. Aparte del puente IC 301 descrito en el presente documento, ningún puente en H de circuito integrado convencional disponible en el mercado de circuitos integrados puede funcionar a una potencia de 22 V a 37 V a una frecuencia de hasta 5 MHz, y mucho menos de hasta 105 MHz.
[0268] Haciendo referencia ahora a la figura 38 de los dibujos adjuntos, el sensor de corriente 335 comprende resistencias de detección de corriente positiva y negativa RShunTP, RShunTN que están conectadas en serie con los lados altos y bajos respectivos del puente en H 334, tal como se muestra en la figura 37. Las resistencias de detección de corriente RShunTP, RShunTN son resistencias de bajo valor que, en este ejemplo, son de 0,1 O. El sensor de corriente 335 comprende un primer sensor de tensión en forma de un primer amplificador operacional 344 que mide la caída de tensión a través de la primera resistencia de sensor de corriente RShunTP y un segundo sensor de tensión en forma de un segundo amplificador operacional 345 que mide la caída de tensión a través de la segunda resistencia de sensor de corriente RShunTN. En este ejemplo, la ganancia de cada amplificador operacional 344, 345 es de 2 V/V. La salida de cada amplificador operacional 344, 345 es, en este ejemplo, de 1 mA/V. El sensor de corriente 335 comprende una resistencia de tracción Rcs que, en este ejemplo, es de 2 kO. Las salidas de los amplificadores operacionales 344, 345 proporcionan una salida CSout que pasa a través de un filtro de paso bajo 346 que elimina los transitorios en la señal CSout. Una salida Vout del filtro de paso bajo 346 es la señal de salida del sensor de corriente 335.
[0269] El sensor de corriente 335 mide así la corriente alterna que fluye a través del puente en H 334 y, respectivamente, a través del transductor ultrasónico 215. El sensor de corriente 335 traduce la corriente alterna en una tensión de salida RMS equivalente (Vout) con respecto a tierra. El sensor de corriente 335 tiene una gran capacidad de ancho de banda, ya que el puente en H 334 puede funcionar a una frecuencia de hasta 5 MHz o, en algunos ejemplos, de hasta 105 MHz. La salida Vout del sensor de corriente 335 informa de una tensión positivo que es equivalente a la corriente AC rms medida que fluye a través del transductor ultrasónico 215. La tensión de salida Vout del sensor de corriente 335 se devuelve, en este ejemplo, al circuito de control dentro del circuito integrado puente 301 para permitir que el circuito integrado puente 301 apague el puente en H 334 en caso de que la corriente que fluye a través del puente en H 334 y, por tanto, a través del transductor 215 supere un umbral predeterminado. Además, el evento de umbral de sobrecorriente se notifica al primer comparador 342 en el IC de puente 301 para que el IC de puente 301 pueda informar del evento de sobrecorriente a través del de la clavija de conexión OVC_TRIGG del IC de puente 301.
[0270] Haciendo referencia ahora a la figura 39 de los dibujos adjuntos, el control del puente en H 334 se describirá ahora también con referencia al modelo piezoeléctrico equivalente del transductor ultrasónico 215.
[0271] Para desarrollar una tensión positiva a través de las salidas OUTP, OUTN del puente H 334, como se indica en V_out en la figura 39 (observe la dirección de la flecha), la secuencia de conmutación de los transistores T1-T4 a través de las entradas A-D es la siguiente:
1. Tensión de salida positiva a través del transductor ultrasónico 215: A-ENCENDIDO, B-APAGADO, APAGADO, ENCENDIDO
2. Transición de tensión de salida positiva a cero: A-APAGADO, B-APAGADO, C-APAGADO, D-ENCENDIDO. Durante esta transición, C se apaga primero para minimizar o evitar la pérdida de potencia minimizando o evitando que la corriente fluya a través de A y C si hay un error de conmutación o un retraso en A.
3. Tensión de salida cero: A-APAGADO, B-APAGADO, C-ENCENDIDO, D-ENCENDIDO. Durante esta fase de tensión de salida cero, los terminales de las salidas OUTP, OUTN del puente en H 334 se conectan a tierra mediante los conmutadores C y D que permanecen encendidos. Esto disipa la energía almacenada por los condensadores en el circuito equivalente del transductor ultrasónico, lo que minimiza el exceso de tensión en la tensión de forma de onda de conmutación que se aplica al transductor ultrasónico.
4. Transición de tensión de salida cero a negativa: A-APAGADO, B-APAGADO, C-ENCENDIDO, D-APAGADO.
5. Tensión de salida negativa a través del transductor ultrasónico 215: A-APAGADO, B-ENCENDIDO, C-ENCENDIDO, D-APAGADO
[0272] A frecuencias altas de hasta 5 MHz o incluso de hasta 105 MHz, se apreciará que el tiempo para cada parte de la secuencia de conmutación es muy corto y del orden de nanosegundos o picosegundos. Por ejemplo, a una frecuencia de conmutación de 6 MHz, cada parte de la secuencia de conmutación se produce en aproximadamente 80 ns.
[0273] En la figura 40 de los dibujos adjuntos se muestra un gráfico que muestra la tensión de salida OUTP, OUTN del puente en H 334 según la secuencia de conmutación anterior. La porción de tensión de salida cero de la secuencia de conmutación se incluye para acomodar la energía almacenada por el transductor ultrasónico 215 (por ejemplo, la energía almacenada por los condensadores en el circuito equivalente del transductor ultrasónico). Tal como se describió anteriormente, esto minimiza el exceso de tensión en la tensión de forma de onda de conmutación que se aplica al transductor ultrasónico y, por tanto, minimiza la disipación de potencia y el calentamiento innecesarios en el transductor ultrasónico.
[0274] Minimizar o eliminar la sobretensión también reduce el riesgo de dañar los transistores del puente IC 301 al evitar que los transistores estén sujetos a tensiones superiores a su tensión nominal. Además, la minimización o eliminación del sobreimpulso de tensión permite que el circuito integrado 301 de puente accione el transductor ultrasónico con precisión de una manera que minimiza la interrupción del circuito de retroalimentación de detección de corriente descrito en el presente documento. Por consiguiente, el puente IC 301 es capaz de accionar el transductor ultrasónico a una alta potencia de 22 W a 50 W o incluso hasta 70 W a una alta frecuencia de hasta 5 MHz o incluso hasta 105 MHz.
[0275] El puente IC 301 de este ejemplo está configurado para ser controlado por el PMIC 300 para funcionar en dos modos diferentes, denominados en el presente documento modo forzado y modo de frecuencia nativa. Estos dos modos de operación son novedosos en comparación con los circuitos integrados de puente existentes. En particular, el modo de frecuencia nativa es una innovación importante que ofrece beneficios sustanciales en cuanto a la precisión y la eficiencia de la conducción de un transductor ultrasónico en comparación con los dispositivos convencionales.
Modo de frecuencia forzada (FFM)
[0276] En el modo de frecuencia forzada, el puente en H 334 se controla en la secuencia descrita anteriormente, pero a una frecuencia seleccionable por el usuario. Como consecuencia, los transistores de puente en H T1-T4 se controlan de forma forzada independientemente de la frecuencia de resonancia inherente del transductor ultrasónico 215 para conmutar la tensión de salida a través del transductor ultrasónico 215. Por tanto, el modo de frecuencia forzada permite que el puente en H 334 accione el transductor ultrasónico 215, que tiene una frecuencia resonante f1, a una frecuencia f2 diferente.
[0277] El accionamiento de un transductor ultrasónico a una frecuencia diferente de su frecuencia de resonancia puede ser apropiado para adaptar la operación a diferentes aplicaciones. Por ejemplo, puede ser apropiado accionar un transductor ultrasónico a una frecuencia que esté ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia (por razones mecánicas para evitar daños mecánicos en el transductor). Alternativamente, puede ser apropiado accionar un transductor ultrasónico a una frecuencia baja, pero el transductor ultrasónico tiene, debido a su tamaño, una frecuencia de resonancia nativa diferente.
[0278] El dispositivo de cachimba 202 controla el puente IC 301 para accionar el transductor ultrasónico 215 en el modo de frecuencia forzada en respuesta a la configuración del dispositivo de cachimba 202 para una aplicación particular o un transductor ultrasónico particular. Por ejemplo, el dispositivo de cachimba 202 puede configurarse para funcionar en el modo de frecuencia forzada cuando el dispositivo inhalador de niebla 200 se usa para una aplicación particular, como generar una niebla a partir de un líquido de una viscosidad particular que contiene un fármaco para su administración a un usuario.
Modo de frecuencia nativa (NFM)
[0279] El siguiente modo de operación de frecuencia nativa es un avance significativo y proporciona beneficios en cuanto a la mejora de la precisión y la eficiencia en comparación con los controladores ultrasónicos convencionales que están disponibles en el mercado de circuitos integrados en la actualidad.
[0280] El modo de operación de frecuencia nativa sigue la misma secuencia de conmutación que la descrita anteriormente, pero la temporización de la porción de salida cero de la secuencia se ajusta para minimizar o evitar los problemas que pueden ocurrir debido a los picos de corriente en el funcionamiento en modo de frecuencia forzada. Estos picos de corriente se producen cuando la tensión a través del transductor ultrasónico 215 se cambia a su polaridad de tensión opuesta. Un transductor ultrasónico que comprende un cristal piezoeléctrico tiene un circuito eléctrico equivalente que incorpora un condensador conectado en paralelo (por ejemplo, véase el modelo piezoeléctrico en la figura 39). Si la tensión a través del transductor ultrasónico pasa de una tensión positivo a una tensión negativo, debido al alto dV/dt, puede haber un gran flujo de corriente a medida que la energía almacenada en el condensador se disipa.
[0281] El modo de frecuencia nativa evita la conmutación brusca de la tensión a través del transductor ultrasónico 215 de una tensión positiva a una tensión negativa (y viceversa). En cambio, antes de aplicar la tensión invertida, el transductor ultrasónico 215 (cristal piezoeléctrico) se deja flotar libremente con una tensión cero aplicada a través de sus terminales durante un período de flotación libre. El PMIC 300 establece la frecuencia de accionamiento del puente IC 301 de manera que el puente 334 establezca el periodo de flotación libre de manera que el flujo de corriente dentro del transductor ultrasónico 215 (debido a la energía almacenada dentro del cristal piezoeléctrico) invierta la tensión a través de los terminales del transductor ultrasónico 215 durante el periodo de flotación libre.
[0282] Por consiguiente, cuando el puente en H 334 aplica la tensión negativa en los terminales del transductor ultrasónico 215, el transductor ultrasónico 215 (el condensador en el circuito equivalente) ya se ha cargado en sentido inverso y no se producen picos de corriente porque no hay un alto dV/dt.
[0283] Sin embargo, debe apreciarse que la carga dentro del transductor ultrasónico 215 (cristal piezoeléctrico) tarda tiempo en acumularse cuando el transductor ultrasónico 215 se activa por primera vez. Por tanto, la situación ideal en la que la energía dentro del transductor ultrasónico 215 es invertir la tensión durante el periodo de flotación libre se produce solo después de que la oscilación dentro del transductor ultrasónico 215 haya acumulado la carga. Para adaptarse a esto, cuando el puente IC 301 activa el transductor ultrasónico 215 por primera vez, el PMIC 300 controla la potencia suministrada a través del puente en H 334 al transductor ultrasónico 215 hasta un primer valor que es un valor bajo (por ejemplo, 5 V). El PMIC 300 controla entonces la potencia suministrada a través del puente en H 334 al transductor ultrasónico 215 para aumentar durante un período de tiempo hasta un segundo valor (por ejemplo, 15 V) que es superior al primer valor con el fin de acumular la energía almacenada dentro del transductor ultrasónico 215. Los picos de corriente se siguen produciendo durante esta rampa de oscilación hasta que la corriente en el interior del transductor ultrasónico 215 se desarrolle lo suficiente. Sin embargo, al usar una primera tensión baja en el arranque, esos picos de corriente se mantienen lo suficientemente bajos como para minimizar el impacto en el funcionamiento del transductor ultrasónico 215.
[0284] Para implementar el modo de frecuencia nativo, el dispositivo de cachimba 202 controla la frecuencia del oscilador 315 y el ciclo de trabajo (razón entre el tiempo de encendido y el tiempo de flotación libre) de la señal de accionamiento de corriente alterna emitida desde el puente en H 334 con alta precisión. En este ejemplo, el dispositivo de cachimba 202 realiza tres bucles de control para regular la frecuencia del oscilador y el ciclo de trabajo de manera que la inversión de tensión en los terminales del transductor ultrasónico 215 sea lo más precisa posible y los picos de corriente se minimicen o eviten en la medida de lo posible. El control preciso del oscilador y del ciclo de trabajo mediante los bucles de control es un avance significativo en el campo de los controladores ultrasónicos de circuitos integrados.
[0285] Durante el modo de operación de frecuencia nativa, el sensor de corriente 335 detecta la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) durante el periodo de flotación libre. La máquina de estado digital 337 adapta las señales de temporización para activar el primer interruptor T1 o el segundo interruptor T2 cuando el sensor de corriente 335 detecta que la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) durante el periodo de flotación libre es cero.
[0286] La figura 41 de los dibujos adjuntos muestra la forma de onda de tensión del oscilador 347 (V(osc)), una forma de onda de conmutación 348 resultante del encendido y apagado del interruptor de alta frecuencia T1 del lado izquierdo del puente H 334 y una forma de onda de conmutación 349 resultante del encendido y apagado del interruptor de alta frecuencia T2 del lado derecho del puente H 334. Durante un periodo intermedio de flotación libre 350, ambos interruptores de alta velocidad T1, T2 del puente en H 334 se apagan (fase de flotación libre). La duración del período de flotación libre 350 se controla mediante la magnitud de la tensión de control de flotación libre 351 (Vphioff).
[0287] La figura 42 de los dibujos adjuntos muestra la forma de onda de tensión 352 en un primer terminal del transductor ultrasónico 215 (la forma de onda de tensión se invierte en el segundo terminal del transductor ultrasónico 215) y la corriente piezoeléctrica 353 que fluye a través del transductor ultrasónico 215. La corriente piezoeléctrica 353 representa una forma de onda sinusoidal (casi) ideal (esto nunca es posible en el modo de frecuencia forzada ni en ningún puente del mercado de circuitos integrados).
[0288] Antes de que la onda sinusoidal de la corriente piezoeléctrica 353 llegue a cero, se apaga el interruptor de alta T1 del lado izquierdo del puente H 334 (en este caso, el interruptor T1 se apaga cuando la corriente piezoeléctrica 353 es de aproximadamente 6 A). La corriente piezoeléctrica restante 353 que fluye dentro del transductor ultrasónico 215 debido a la energía almacenada en el transductor ultrasónico 215 (el condensador del circuito piezoeléctrico equivalente) es responsable de la inversión de tensión durante el período de flotación libre 350. La corriente piezoeléctrica 353 decae a cero durante el periodo de flotación libre 350 y, a partir de entonces, pasa al dominio de flujo de corriente negativo. La tensión terminal en el transductor ultrasónico 215 cae desde la tensión de alimentación (en este caso 19 V) a menos de 2 V y la caída se detiene cuando la corriente piezoeléctrica 353 llega a cero. Este es el momento perfecto para encender el interruptor de banda baja T3 del puente en H 334 a fin de minimizar o evitar un pico de corriente.
[0289] En comparación con el modo de frecuencia forzada descrito anteriormente, el modo de frecuencia nativa tiene al menos tres ventajas:
1. El pico de corriente asociado con la conmutación brusca del condensador del paquete se reduce significativamente o se evita por completo.
2. La pérdida de potencia debida a la conmutación brusca casi se elimina.
3. La frecuencia está regulada por los bucles de control y se mantendrá cerca de la resonancia del cristal piezoeléctrico (es decir, la frecuencia de resonancia nativa del cristal piezoeléctrico).
[0290] En el caso de la regulación de frecuencia mediante los bucles de control (ventaja 3 anterior), el PMIC 300 comienza controlando el circuito integrado puente 301 para accionar el transductor ultrasónico 215 a una frecuencia superior a la resonancia del cristal piezoeléctrico. El PMIC 300 controla entonces el circuito integrado puente 301 para que la frecuencia de la señal de accionamiento de corriente alterna disminuya o se reduzca durante el arranque. Tan pronto como la frecuencia se acerque a la frecuencia de resonancia del cristal piezoeléctrico, la corriente piezoeléctrica se desarrollará/aumentará rápidamente. Una vez que la corriente piezoeléctrica es lo suficientemente alta como para provocar la inversión de tensión deseada, el PMIC 300 detiene la disminución/reducción de frecuencia. Los bucles de control del PMIC 300 se encargan entonces de la regulación de la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de accionamiento de corriente alterna.
[0291] En el modo de frecuencia forzada, la potencia suministrada al transductor ultrasónico 215 se controla a través del ciclo de trabajo y/o un cambio de frecuencia y/o variando la tensión de alimentación. Sin embargo, en este ejemplo, en el modo de frecuencia nativa, la potencia suministrada al transductor ultrasónico 215 se controla solo a través de la tensión de alimentación.
[0292] En este ejemplo, durante una fase de configuración del funcionamiento del dispositivo de cachimba, el puente IC 301 está configurado para medir el tiempo que tarda la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) en caer a cero cuando el primer interruptor T1 y el segundo interruptor T2 están apagados y el tercer interruptor T3 y el cuarto interruptor T4 están encendidos. El puente IC 301 establece entonces el periodo de tiempo del periodo de flotación libre para que sea igual al período de tiempo medido.
[0293] Haciendo referencia ahora a la figura 43 de los dibujos adjuntos, el PMIC 300 y el puente IC 301 de este ejemplo están diseñados para funcionar juntos como un conjunto de chips complementarios. El PMIC 300 y el IC puente 301 están conectados entre sí eléctricamente para comunicarse entre sí. En este ejemplo, hay interconexiones entre el PMIC 300 y el puente IC 301 que permiten las dos categorías de comunicación siguientes: 1. señales de control
2. señales de retroalimentación
[0294] Las conexiones entre las clavijas de conexión PHASE_A y PHASE_B del PMIC 300 y el puente IC 301 transportan las señales de control moduladas por PWM que impulsan el puente en H 334. La conexión entre las clavijas de conexión EN_BR del PMIC 300 y el puente IC 301 transporta la señal de control EN_BR que desencadena el inicio del puente en H 334. La sincronización entre las señales de control PHASE_A, PHASE_B y EN_BR es importante y la maneja el control de puente digital del PMIC 300.
[0295] Las conexiones entre las clavijas de conexión CS, OC y OT del PMIC 300 y el puente IC 301 transportan señales de retroalimentación CS (detección de corriente), OC (sobrecorriente) y OT (sobretemperatura) desde el puente IC 301 de regreso al PMIC 300. En particular, la señal de retroalimentación CS (detección de corriente) comprende una tensión equivalente a la corriente rms que fluye a través del transductor ultrasónico 215 que se mide mediante el sensor de corriente 335 del circuito integrado en puente 301.
[0296] Las señales de retroalimentación OC (sobrecorriente) y OT (sobretemperatura) son señales digitales que indican que el puente IC 301 ha detectado un evento de sobrecorriente o de sobretensión. En este ejemplo, los umbrales para la sobrecorriente y la sobretemperatura se establecen con una resistencia externa. Alternativamente, los umbrales también se pueden establecer dinámicamente en respuesta a las señales pasadas al a la clavija de conexión OC_REF del puente IC 301 desde uno de los dos canales DAC VDAC0, VDAC1 del PMIC 300.
[0297] En este ejemplo, el diseño del PMIC 300 y el IC puente 301 permite que las clavijas de conexión de estos dos circuitos integrados se conecten directamente entre sí (por ejemplo, a través de pistas de cobre en una PCB) de modo que haya un retraso mínimo o nulo en la comunicación de señales entre el PMIC 300 y el IC puente 301. Esto proporciona una ventaja de velocidad significativa sobre los puentes convencionales del mercado de circuitos integrados, que normalmente se controlan mediante señales a través de un bus de comunicaciones digitales. Por ejemplo, un bus I2C convencional tiene una frecuencia de sólo 400 kHz, lo que es demasiado lento para comunicar datos muestreados a las altas velocidades de reloj de hasta 5 MHz que se muestran en los ejemplos de esta descripción.
[0298] Si bien los ejemplos de esta descripción se han descrito anteriormente en relación con el hardware del microchip, debe apreciarse que otros ejemplos de esta descripción comprenden un método para operar los componentes y subsistemas de cada microchip para realizar las funciones descritas en el presente documento. Por ejemplo, los métodos para operar el PMIC 300 y el IC puente 301 en el modo de frecuencia forzada o en el modo de frecuencia nativa.
[0299] Haciendo referencia ahora a la figura 44 de los dibujos adjuntos, el IC OTP 242 comprende un circuito de reinicio de alimentación (POR) 354, una referencia de intervalo de banda (BG) 355, un regulador de baja caída (LDO) 356 sin tapa, una interfaz 357 de comunicación (por ejemplo, I2C), un banco de memoria programable de una sola vez (eFuse) 358, un oscilador 359 y una interfaz de entrada/salida 360 de uso general. El OTP IC 242 también comprende un núcleo digital 361 que incluye un autenticador criptográfico. En este ejemplo, el autenticador criptográfico usa el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para cifrar/descifrar los datos almacenados en el IC OTP 242, así como los datos transmitidos hacia y desde el OTP IC 242.
[0300] El POR 354 asegura que el OTP IC 242 se inicie correctamente solo si la tensión de alimentación está dentro de un intervalo predeterminado. Si la tensión de alimentación está fuera del intervalo predeterminado, el POR 354 restablece el IC OTP 242 y espera hasta que la tensión de alimentación esté dentro del intervalo predeterminado.
[0301] El BG 355 proporciona tensiones y corrientes de referencia precisas al LDO 356 y al oscilador 359. El LDO 356 suministra el núcleo digital 361, la interfaz de comunicación 357 y el banco de memoria eFuse 358.
[0302] El OTP IC 242 está configurado para funcionar en al menos los siguientes modos:
• Programación de fusible (fusión): Durante la programación efuse (programación de la memoria programable una sola vez) se requiere una corriente alta para quemar los fusibles relevantes dentro del banco de memoria eFuse 358. En este modo, se proporcionan corrientes de polarización más altas para mantener la ganancia y el ancho de banda del bucle de regulación.
• Lectura de fusible: En este modo, se requiere una corriente de nivel medio para mantener la lectura de efuse dentro del banco de memoria eFuse 358. Este modo se ejecuta durante el arranque del IC OTP 242 para transferir el contenido de los fusibles a los registros de sombra. En este modo, la ganancia y el ancho de banda del bucle de regulación se establecen en un valor más bajo que en el modo de fusión.
• Funcionamiento normal: En este modo, el LDO 356 se acciona en una condición de corriente de polarización muy baja para operar el OTP IC 242 con baja potencia, de modo que el OTP IC 242 consuma la menor cantidad de energía posible.
[0303] El oscilador 359 proporciona el reloj requerido para el núcleo/motor digital 361 durante la prueba (prueba SCAN), durante la fusión y durante el funcionamiento normal. El oscilador 359 está ajustado para cumplir con los estrictos requisitos de temporización durante el modo de fusión.
[0304] En este ejemplo, la interfaz de comunicación 357 cumple con la especificación FM+ del estándar I2C, pero también cumple con el modo lento y rápido. El OTP IC 242 usa la interfaz de comunicación 357 para comunicarse con el dispositivo de cachimba 202 (el host) para el intercambio de datos y claves.
[0305] El núcleo digital 361 implementa la funcionalidad de control y comunicación del IC OTP 242. El autenticador criptográfico del núcleo digital 361 permite que el IC OTP 242 se autentique (por ejemplo, usando mensajes cifrados con ECDSA) con el dispositivo de cachimba 202 (por ejemplo, para una aplicación particular) para garantizar que el IC de OTP 242 es auténtico y que el IC de OTP 242 está autorizado a conectarse al dispositivo de cachimba 202.
[0306] Con referencia a la figura 45 de los dibujos adjuntos, el OTP IC 242 realiza el siguiente procedimiento de PKI para autenticar el OTP IC 242 para su uso con un host (por ejemplo, el dispositivo de cachimba 202):
1. Verificar la clave pública del firmante: El host solicita la clave pública de fabricación y el certificado. El host verifica el certificado con la clave pública de la autoridad.
2. Verificar la clave pública del dispositivo: Si la verificación se realiza correctamente, el host solicita la clave pública y el certificado del dispositivo. El host verifica el certificado con la clave pública de fabricación.
3. Desafío - Respuesta: Si la verificación se realiza correctamente, el host crea un desafío de números aleatorios y lo envía al dispositivo. El producto final firma el desafío de números aleatorios con la clave privada del dispositivo.
4. La firma se devuelve al host para su verificación mediante la clave pública del dispositivo.
[0307] Si todas las etapas del procedimiento de autenticación se completan correctamente, entonces se ha verificado que la cadena de confianza ha vuelto a la raíz de la confianza y el OTP IC 242 se autentica correctamente para su uso con el host. Sin embargo, si alguna de las etapas del procedimiento de autenticación falla, entonces el IC OTP 242 no se autentica para su uso con el host y se restringe o impide el uso del dispositivo que incorpora el OTP IC 242.
[0308] Las figuras 46 a 48 ilustran cómo el aire fluye a través del dispositivo generador de niebla 201 durante la operación.
[0309] La sonicación de la sustancia líquida (por ejemplo, la nicotina) la transforma en niebla (aerosolización). Sin embargo, esta niebla se depositaría sobre el transductor ultrasónico 215 a menos que haya suficiente aire ambiente disponible para reemplazar el aerosol ascendente. En la cámara de sonicación 219, se requiere un suministro continuo de aire a medida que se genera niebla (aerosol) y se extrae a través del orificio de salida de niebla 208. Para satisfacer este requisito, se proporciona un canal de flujo de aire. En esta disposición, el canal de flujo de aire tiene un área de sección transversal promedio de 11,5 mm2, que se calcula y diseña en la cámara de sonicación 219 en función de la presión de aire negativa de un usuario promedio. Esto también controla la relación entre niebla y aire del aerosol inhalado, controlando la cantidad de fármaco que se administra al usuario.
[0310] Según los requisitos de diseño, el canal de flujo de aire se dirige de manera que se inicie desde la parte inferior de la cámara de sonicación 219. La abertura en la parte inferior de la cámara de aerosol se alinea y está estrechamente adyacente a la abertura de un puente de flujo de aire en el dispositivo. El canal de flujo de aire se extiende verticalmente hacia arriba a lo largo del depósito y continúa hasta el centro de la cámara de sonicación (concéntrico con el transductor ultrasónico 215). En este caso, gira 90° hacia adentro. La trayectoria de flujo continúa entonces hasta aproximadamente 1,5 mm desde el transductor ultrasónico 215. Este enrutamiento asegura el suministro máximo de aire ambiente directamente en la dirección de la superficie de atomización del transductor ultrasónico 215. El aire que fluye a través del canal, hacia el transductor, recoge la niebla generada a medida que sale a través del orificio de salida de niebla 208.
[0311] Haciendo referencia ahora a las figuras 49 y 50 de los dibujos adjuntos, un dispositivo de cachimba 202 de algunas disposiciones está configurado para unirse de forma liberable a una cachimba 246 existente. El dispositivo de cachimba 202 se une al vástago 247 en lugar de un cabezal de cachimba convencional que, de otro modo, alojaría el tabaco y el carbón vegetal (o elemento de calentamiento electrónico).
[0312] La cachimba 246 comprende una cámara de agua y un vástago alargado 247 que tiene un primer extremo que está unido a la cámara de agua. El vástago 247 comprende una trayectoria de flujo de niebla que se extiende desde un segundo extremo del vástago 247, a través del vástago 247, hasta el primer extremo y hacia la cámara de agua.
[0313] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 está unido de forma liberable al segundo extremo del vástago 247 de la cachimba 246. Sin embargo, en otras disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 no está diseñado para ser extraíble, sino que está fijado o formado integralmente con el vástago 247 de la cachimba 246.
[0314] Haciendo referencia a las figuras 51-59 de los dibujos adjuntos, el dispositivo de cachimba 202 comprende una carcasa 248 que incorpora una base 249 y una cubierta 250 que están unidas o unidas de forma liberable entre sí. En esta disposición, la carcasa 248 es cilíndrica y generalmente en forma de disco.
[0315] En esta disposición, la cubierta 250 está provista de una pluralidad de entradas de aire 251 para permitir que el aire entre en el dispositivo de cachimba 202. La base 249 está provista de un orificio de salida 252 para permitir que el aire y la niebla salgan del dispositivo de cachimba 202 y entren en la cachimba 246. El diámetro del orificio de salida de la cachimba 252 es suficiente para permitir al usuario aspirar aire rápidamente a través del dispositivo de cachimba 202 y a través de la cachimba 246 para generar burbujas de niebla que se desplazan a través del agua de la cachimba 246.
[0316] En esta disposición, el orificio de salida de la cachimba 252 es una abertura circular que recibe el extremo del vástago 247 de la cachimba 246. El dispositivo de cachimba 202 se apoya en el vástago 247 de la cachimba 246 con un sello generalmente hermético a los gases que se forma entre el dispositivo de cachimba 202 y el vástago 247.
[0317] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 es un dispositivo autónomo con los componentes electrónicos y los dispositivos generadores de niebla que contienen líquido electrónico alojados dentro de la carcasa 248.
[0318] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 comprende una placa de soporte superior 253, una placa de soporte intermedia 254 y una placa de soporte inferior 255 que se apilan una encima de la otra. Las placas de soporte 253-255 soportan una pluralidad de dispositivos generadores de niebla 201 dentro del dispositivo de cachimba 202. Cada dispositivo generador de niebla es un dispositivo generador de niebla 201 tal como se describe en esta descripción. En esta disposición, los dispositivos generadores de niebla 201 están unidos de manera liberable al dispositivo de cachimba 202 para que los dispositivos generadores de niebla 201 puedan reemplazarse cuando estén vacíos (es decir, cuando el líquido electrónico se haya agotado parcial o completamente).
[0319] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 comprende cuatro dispositivos generadores de niebla 201 que son controlados por el microcontrolador 303 del dispositivo de cachimba 202 (a través de cada PMIC 300 y puente IC 301 respectivos). En otras disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de dispositivos generadores de niebla 201, tales como al menos dos dispositivos generadores de niebla 201 o hasta ocho dispositivos generadores de niebla 201.
[0320] El dispositivo de cachimba 202 está provisto de primeros terminales de contacto 259 que establecen una conexión eléctrica entre el controlador del dispositivo de cachimba 202 y los contactos eléctricos 232 y 233 de cada dispositivo generador de niebla 201. El dispositivo de cachimba 202 está provisto de segundos terminales de contacto 260 que establecen una conexión eléctrica entre el controlador del dispositivo de cachimba 202 y los contactos eléctricos 241 en la PCB OTP de cada dispositivo generador de niebla 201.
[0321] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 comprende una placa de circuito impreso (PCB) superior 256 que se coloca en la parte superior de la placa de soporte superior 253 y una PCB central 257 que se coloca entre la placa de soporte intermedia 254 y la placa de soporte inferior 255. Una PCB inferior 258 se coloca debajo de la placa de soporte inferior 255. Las PCB 256-258 llevan los componentes electrónicos que forman un dispositivo de accionamiento del dispositivo de cachimba 202. Las PCB 256-258 están acopladas eléctricamente entre sí para permitir que los componentes electrónicos de cada PCB 256-258 se comuniquen entre sí.
[0322] Si bien hay tres PCB 256-258 en esta disposición, otras disposiciones comprenden solo una PCB o una pluralidad de PCB que realizan las mismas funciones del dispositivo de accionamiento del dispositivo de cachimba 202.
[0323] En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 comprende una pluralidad de imanes 261 que permiten que las placas de soporte 253-255 se unan entre sí de manera liberable. Una vez que el dispositivo de cachimba 202 se ensambla con las placas de soporte 253-255 y las PCB 256-258 apiladas una encima de la otra con el dispositivo generador de niebla 201 retenido entre las placas de soporte 253-255, la cubierta 250 se coloca sobre la base 249 y se usan una pluralidad de tornillos 262 para unir de forma liberable la cubierta 250 a la base 249.
[0324] La placa 253 de soporte superior comprende un colector 263 que está colocado centralmente en un lado de la placa 253 de soporte superior. En esta disposición, el colector 263 está provisto de cuatro aberturas 264 (sólo una de las cuales es visible en la figura 56), cada una de las cuales recibe el puerto de salida 208 de un dispositivo generador de niebla 201 respectivo. En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 comprende cuatro dispositivos generadores de niebla 201 que están acoplados de forma liberable al colector a 90° uno con respecto al otro. En otras disposiciones, el colector 263 comprende un número diferente de aberturas 264 para corresponder al número de dispositivos generadores de niebla 201 que se usan con el dispositivo de cachimba 202.
[0325] El colector 263 comprende un tubo colector 265 que está en comunicación de fluido con las aberturas 264, de manera que la niebla generada por los dispositivos generadores de niebla 201 puede combinarse y fluir hacia abajo desde el colector 263 y salir del tubo colector 265. Cuando se ensambla el dispositivo de cachimba 202, el tubo colector 265 se extiende a través de una abertura 266 en la placa de soporte intermedia 254 y una abertura 267 en la PCB central 257. El tubo colector 265 se conecta entonces a un tubo de salida 268 que se extiende a través de la placa de soporte inferior 255 para proporcionar una trayectoria de flujo de fluido a través de la placa de soporte inferior hasta el puerto de salida de la cachimba 252 del dispositivo de cachimba 202.
[0326] Durante el uso, cada uno de los dispositivos generadores de niebla 201 es mantenido por el colector en una orientación horizontal. Es decir, la longitud longitudinal de cada dispositivo generador de niebla 201 es perpendicular o generalmente perpendicular a la dirección del flujo de niebla a medida que la niebla fluye hacia abajo desde la base del dispositivo de cachimba 202.
[0327] El tubo de salida 268 se extiende hacia abajo desde la parte inferior de la placa de soporte inferior 255 y a través de una abertura 269 en la PCB inferior 258. El tubo de salida 268 se extiende entonces a través de una abertura 270 en la base 249 del dispositivo de cachimba 202. En esta disposición, el tubo de salida 268 y el puerto de salida de la cachimba 252 son una disposición de unión de la cachimba 271 que conecta o está configurada para conectar el dispositivo de la cachimba 202 a una cachimba 246. En esta disposición, el dispositivo de cachimba 202 se une a la cachimba 246 insertando parte del vástago 247 de la cachimba en el orificio de salida de la cachimba 252.
[0328] El orificio de salida de cachimba 252 proporciona una trayectoria de flujo de fluido 272, como se muestra en las figuras 58 y 59, desde los orificios de salida de niebla 208 de los dispositivos generadores de niebla 201 y sale del dispositivo de cachimba 202, de manera que la niebla generada por los dispositivos generadores de niebla 201 fluye desde el dispositivo de cachimba 202 y entra en la cachimba 246. La mezcla de aire y niebla crea burbujas en el agua de la cachimba 246. Las burbujas escapan de la superficie del agua con la niebla que se eleva por encima de la superficie del agua en el recipiente de agua de la cachimba y viaja a través de la tubería hasta el usuario durante la inhalación.
[0329] En esta disposición, la PCB superior 256 lleva un sensor de presión que detecta la presión del aire en las proximidades de los orificios de salida de niebla 208 de los dispositivos generadores de niebla 201. De este modo, el sensor de presión detecta una presión negativa en las proximidades de los orificios de salida de niebla 208 cuando un usuario extrae la cachimba y aspira aire a través de los dispositivos generadores de niebla 201 a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido 272. El sensor de presión proporciona una señal al controlador del dispositivo de cachimba, como se describe a continuación, para que el controlador active al menos uno de los dispositivos generadores de niebla 201 para generar niebla a medida que el usuario extrae la cachimba.
[0330] En esta disposición, la PCB inferior 258 lleva los componentes de control de potencia 273 que controlan y distribuyen la potencia a los otros componentes electrónicos del dispositivo de cachimba 202. En algunas disposiciones, los componentes de control de alimentación 273 reciben alimentación de una fuente de alimentación externa, tal como un adaptador de alimentación de red, que está conectado de forma liberable al dispositivo de cachimba 202. En esta disposición, el cabezal 202 de la cachimba está configurada para alimentarse mediante un adaptador de alimentación externo a una tensión continua en el intervalo de 20 V a 40 V.
[0331] En otras disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 comprende una batería que está integrada dentro del dispositivo de cachimba 202 y conectada a los componentes de control de potencia 273. En algunas configuraciones, la batería es una batería Li-Po recargable. En algunas disposiciones, la batería está configurada para emitir una tensión de 20 V a 40 V DC. En algunas disposiciones, la batería tiene una alta velocidad de descarga. La alta velocidad de descarga es necesaria para la amplificación de tensión que requieren los transductores ultrasónicos de los dispositivos generadores de niebla 201. Debido al requisito de tener una alta velocidad de descarga, la batería Li-Po de algunas configuraciones está diseñada específicamente para un consumo de corriente continuo. En algunas disposiciones, se proporciona un puerto de carga en el dispositivo de cachimba 202 para permitir que la batería se cargue mediante una fuente de alimentación externa.
[0332] La PCB central 257 incorpora un procesador 274 y una memoria 275 de un controlador o dispositivo informático del dispositivo de cachimba 202. En este ejemplo, cada PMIC 300 y cada circuito integrado de puente 301 están montados en la PCB 257 junto con los demás componentes eléctricos del dispositivo de cachimba 22. En esta disposición, el procesador 274 y la memoria 275 son componentes del dispositivo controlador dentro del dispositivo de cachimba 202. En esta disposición, la funcionalidad del dispositivo controlador se implementa en instrucciones ejecutables que se almacenan en la memoria 275 que, cuando son ejecutadas por el procesador 274, hacen que el procesador 274 controle el dispositivo controlador para realizar al menos una función. El dispositivo impulsor está conectado eléctricamente a cada uno de los dispositivos generadores de niebla 201. En esta disposición, el dispositivo impulsor del dispositivo de cachimba 202 está acoplado para comunicarse con cada dispositivo generador de niebla 201 mediante un bus de comunicaciones o un bus de datos, tal como un bus de datos I2C, como se describió anteriormente. En esta disposición, cada dispositivo generador de niebla 201 se identifica mediante un identificador único que se usa cuando se controla el dispositivo generador de niebla 201 a través del bus de datos (el microcontrolador 303 controla cada PMIC 300 a través del bus de datos que, a su vez, controla el dispositivo generador de niebla 201 respectivo). En algunas disposiciones, el identificador único se almacena en el IC OTP 242 del dispositivo generador de niebla 201.
[0333] En algunas disposiciones, el dispositivo controlador (el microcontrolador 303) controla cada dispositivo generador de niebla respectivo de forma independiente. En algunas disposiciones, la funcionalidad de control se implementa en instrucciones ejecutables almacenadas en la memoria 275. La configuración de control independiente permite que el dispositivo controlador active o desactive cada dispositivo generador de niebla 201 independientemente de los otros dispositivos generadores de niebla 201. Por tanto, el dispositivo impulsor puede controlar uno o más de los dispositivos generadores de niebla 201 para generar niebla simultáneamente o alternativamente según los requisitos predeterminados.
[0334] En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor controla los dispositivos generadores de niebla 201 para activarlos y/o desactivarlos sucesivamente en secuencia. En algunas disposiciones, la secuencia de activación de los dispositivos generadores de niebla 201 optimiza el funcionamiento del dispositivo de cachimba 202 al garantizar que la niebla se genere lo suficientemente rápido como para permitir que la niebla pase en forma de burbujas a través del agua de la cámara de agua de la cachimba. De este modo, el dispositivo 202 de cachimba de algunas disposiciones permite que las burbujas de niebla se extraigan a gran velocidad a través del agua de la cámara de agua cuando el usuario extrae la boquilla de la cachimba. Por consiguiente, los compuestos solubles en agua (por ejemplo, glicerina vegetal, aromatizantes, etc.) pueden viajar a través del agua que entra en las burbujas de niebla para que el usuario los inhale.
[0335] En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor controla los dispositivos generadores de niebla 201 para que se activen durante un periodo de tiempo predeterminado uno tras otro en secuencia. En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor controla los dispositivos generadores de niebla 201 para que se activen en rotación de manera que los dispositivos generadores de niebla 201 se activen uno tras otro y/o uno a la vez en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj.
[0336] En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor controla los dispositivos generadores de niebla 201 para que se activen en pares. En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor controla dos dispositivos generadores de niebla 201 para que se activen simultáneamente; o bien dos dispositivos generadores de niebla 201 que están adyacentes entre sí o bien dos dispositivos generadores de niebla que están opuestos entre sí.
[0337] En algunas disposiciones, el dispositivo impulsor está configurado para garantizar que un dispositivo generador de niebla 201 no se active si no se expulsa adecuadamente con el líquido electrónico en su capilar 222 o si la cámara de líquido 218 está vacía o casi vacía de líquido electrónico. Esto proporciona protección para el dispositivo de cachimba 202 al garantizar que el dispositivo de cachimba 202 mantenga un funcionamiento correcto.
[0338] La electrónica del dispositivo controlador del dispositivo de cachimba 202 (distribuida a través de las PCB 256-258) se divide como se explica a continuación. La siguiente descripción se refiere al control de un dispositivo generador de niebla 201, pero debe apreciarse que el dispositivo de accionamiento del dispositivo de cachimba 202 controla cada dispositivo generador de niebla 201 de forma independiente de la misma manera.
[0339] Para obtener la aerosolización más eficiente, con un tamaño de partícula inferior a 1 um, el dispositivo controlador proporciona a las almohadillas de contactos que reciben el transductor ultrasónico 215 (disco cerámico piezoeléctrico (PZT)) una alta frecuencia de adaptación (aproximadamente 3 MHz).
[0340] Esta sección no sólo debe proporcionar alta frecuencia, sino que también debe proteger el transductor ultrasónico 215 contra fallos y, al mismo tiempo, proporcionar una cavitación optimizada y constante.
[0341] La deformación mecánica del PZT está vinculada a la amplitud de tensión alterna que se le aplica y, para garantizar un funcionamiento y un suministro óptimos del sistema en cada sonicación, se debe suministrar al PZT la máxima deformación en todo momento.
[0342] Sin embargo, para evitar el fallo del PZT, la potencia activa que se le transfiere debe controlarse con precisión.
[0343] El procesador 274 y la memoria 275 están configurados para controlar la modulación de la potencia activa proporcionada al PZT en cada instante sin comprometer la amplitud mecánica de vibración del PZT.
[0344] Mediante la modulación de ancho de pulso (PWM) de la tensión de corriente alterna aplicada al PZT, la amplitud mecánica de la vibración permanece igual.
[0345] De hecho, la tensión RMS aplicada sería la misma con la modulación efectiva del ciclo de trabajo que con la modulación de tensión, pero la potencia activa transferida al PZT se degradaría. De hecho, dada la fórmula a continuación:
La potencia activa mostrada al PZT es,
donde
<pesel cambio de fase entre la corriente y la tensión
Irms es la corriente cuadrática media de la raíz
Vrms es la raíz cuadrática media de la tensión.
[0346] Al considerar el primer armónico, Irms es una función de la amplitud de tensión real aplicada al transductor, ya que la modulación del ancho de pulso altera la duración de la tensión suministrada al transductor, controlando Irms.
[0347] El diseño específico del PMIC usa un diseño de última generación, que permite un control ultrapreciso del intervalo de frecuencias y las etapas a aplicar al PZT, incluido un conjunto completo de bucles de retroalimentación y una ruta de monitorización para su uso en la sección de control.
[0348] En esta disposición, el dispositivo de accionamiento comprende un convertidor elevador DC/DC y un transformador que llevan la potencia necesaria a las placas de contacto PZT.
[0349] En esta disposición, el dispositivo de accionamiento comprende un controlador de corriente alterna para convertir una tensión de la batería en una señal de accionamiento de corriente alterna a una frecuencia predeterminada para accionar el transductor ultrasónico.
[0350] El dispositivo de accionamiento comprende una disposición de monitorización de potencia activa para monitorizar la potencia activa usada por el transductor ultrasónico (como se describió anteriormente) cuando el transductor ultrasónico es accionado por la señal de accionamiento de corriente alterna. La disposición de monitorización de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de una potencia activa usada por el transductor ultrasónico.
[0351] El procesador 274 dentro del dispositivo controlador controla el controlador de corriente alterna y recibe el controlador de señal de monitorización desde la disposición de disposición de potencia activa.
[0352] La memoria 275 del dispositivo controlador almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador:
A. controlar el controlador de AC para emitir una señal de accionamiento de AC al transductor ultrasónico a una frecuencia de barrido.
B. calcular la potencia activa que usa el transductor ultrasónico en función de la señal de monitorización;
C. controlar el controlador de AC para modular la señal del controlador de AC para maximizar la potencia activa que usa el transductor ultrasónico;
D. almacenar en la memoria un registro de la potencia activa máxima usada por el transductor ultrasónico y la frecuencia de barrido de la señal de accionamiento de AC;
E. repetir las etapas A-D durante un número predeterminado de iteraciones, incrementando o disminuyendo la frecuencia de barrido con cada iteración de manera que, después de que se haya producido el número predeterminado de iteraciones, la frecuencia de barrido se haya incrementado o disminuido desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final;
F. identificar, a partir de los registros almacenados en la memoria, la frecuencia óptima para la señal de accionamiento de corriente alterna, que es la frecuencia de barrido de la señal de accionamiento de corriente alterna a la que el transductor ultrasónico utiliza una potencia activa máxima; y
G. controlar el controlador de AC para emitir una señal de accionamiento de AC al transductor ultrasónico a la frecuencia óptima para accionar el transductor ultrasónico y atomizar un líquido.
[0353] En algunas disposiciones, la disposición de monitorización de potencia activa comprende una disposición de detección de corriente para detectar una corriente de accionamiento de la señal de accionamiento de AC que acciona el transductor ultrasónico, en donde la disposición de monitorización de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de la corriente de accionamiento detectada.
[0354] En algunas disposiciones, la disposición de detección de corriente comprende un convertidor analógico a digital que convierte la corriente de accionamiento detectada en una señal digital para su procesamiento por el procesador.
[0355] En algunas disposiciones, la frecuencia de inicio es de 2900 kHz y la frecuencia final es de 3100 kHz. En otras disposiciones, la frecuencia de inicio es de 3100 kHz y la frecuencia final es de 2900 kHz.
[0356] En algunas disposiciones, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: repita las etapas A-D anteriores incrementando la frecuencia de barrido desde una frecuencia de barrido inicial de 2900 kHz hasta una frecuencia de barrido final de 2960 kHz.
[0357] En algunas disposiciones, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: repita las etapas A-D anteriores incrementando la frecuencia de barrido desde una frecuencia de barrido inicial de 2900 kHz hasta una frecuencia de barrido final de 3100 kHz.
[0358] En algunas disposiciones, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: en la etapa G, controle el controlador de corriente alterna para emitir una señal de accionamiento de corriente alterna al transductor ultrasónico a una frecuencia que se desplaza en una cantidad de desplazamiento predeterminada con respecto a la frecuencia óptima.
[0359] En algunas disposiciones, la cantidad de cambio predeterminada está entre el 1-10% de la frecuencia óptima.
[0360] El sensor de presión usado en el dispositivo tiene dos propósitos. El primer propósito es evitar el arranque no deseado y accidental del motor sónico (accionar el transductor ultrasónico). Esta funcionalidad está implementada en la disposición de procesamiento del dispositivo, pero está optimizada para un bajo consumo de energía, para medir constantemente parámetros ambientales como la temperatura y la presión ambiental con compensación interna y configuración de referencia para detectar y clasificar con precisión lo que se denomina una inhalación verdadera.
[0361] El segundo propósito del sensor de presión es poder monitorizar no sólo la duración exacta de las inhalaciones por parte del usuario para una medición precisa del volumen de inhalación, sino también poder determinar la intensidad de la inhalación del usuario. En general, podemos trazar completamente el perfil de presión de cada inhalación y anticipar el final de una inhalación para optimizar la aerosolización.
[0362] En algunas disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 comprende un microcontrolador Bluetooth™ de baja energía (BLE). De hecho, esto permite que la configuración proporcione tiempos de inhalación extremadamente precisos, optimice la aerosolización, controle numerosos parámetros para garantizar una nebulización segura y evitar el uso de cámaras de aerosol o líquidos electrónicos no originales, y proteger tanto al dispositivo contra el riesgo de sobrecalentamiento como al usuario contra el exceso de nebulización de una sola vez.
[0363] El uso del microcontrolador BLE permite la actualización inalámbrica para proporcionar continuamente un software mejorado a los usuarios en función de la recopilación de datos anónimos y la IA entrenada para el modelado PZT. El microcontrolador BLE también permite que un dispositivo informático remoto se comunique con el dispositivo de cachimba 202 para que el dispositivo de computación remoto pueda controlar el funcionamiento del dispositivo de cachimba 202. En un ejemplo, una pluralidad de dispositivos de cachimba se controlan mediante uno o más dispositivos informáticos remotos, por ejemplo, en un bar de cachimbas o shisha para permitir que el administrador del bar controle la operación y/o supervise el estado de cada dispositivo de cachimba.
[0364] En un ejemplo, los datos indicativos del estado de cada dispositivo generador de niebla en cada dispositivo de cachimba son transmitidos por el dispositivo de cachimba a un dispositivo informático remoto para que el dispositivo de computación remoto pueda monitorizar el estado de cada dispositivo generador de niebla individual. Esto permite a un administrador o usuario rastrear cuándo cada dispositivo generador de niebla tiene poco líquido o no funciona correctamente, de modo que el dispositivo generador de niebla pueda reemplazarse.
[0365] El dispositivo de cachimba 202 es una solución de aerosolización precisa, fiable y segura para el uso diario de los clientes y, como tal, debe proporcionar una aerosolización controlada y confiable.
[0366] Esto se lleva a cabo mediante un método interno que se puede dividir en varias secciones de la siguiente manera:
Sonicación
[0367] Para proporcionar la aerosolización más óptima, el transductor ultrasónico (PZT) o cada dispositivo generador de niebla 201 necesitan vibrar de la manera más eficiente.
Frecuencia
[0368] Las propiedades electromecánicas de la cerámica piezoeléctrica indican que el componente tiene la mayor eficiencia a la frecuencia de resonancia. Pero además, hacer vibrar un PZT en resonancia durante un período prolongado terminará inevitablemente con el fallo y la rotura del componente, lo que hace que la cámara de aerosol quede inutilizable.
[0369] Otro punto importante a tener en cuenta cuando se utilizan materiales piezoeléctricos es la variabilidad inherente durante la fabricación y su variabilidad con respecto a la temperatura y la vida útil.
[0370] La resonancia de un PZT a 3 MHz para crear gotas de un tamaño <1um requiere un método adaptativo para localizar y atacar el “ punto óptimo” del PZT en particular dentro de cada cámara de aerosol utilizada con el dispositivo para cada inhalación individual.
Barrido
[0371] Como el dispositivo tiene que localizar el “ punto óptimo” para cada inhalación y debido a su uso excesivo, la temperatura del PZT varía a medida que el dispositivo usa un método interno de doble barrido.
[0372] El primer barrido se usa cuando el dispositivo no se ha utilizado con una cámara de aerosol en particular durante un tiempo que se considera suficiente para que se produzca toda la disipación térmica y para que el PZT se enfríe hasta la “ temperatura predeterminada” . Este procedimiento también se denomina arranque en frío. Durante este procedimiento, el PZT necesita un refuerzo para producir el aerosol requerido. Esto se logra recorriendo solo un pequeño subconjunto de frecuencias entre 2900 kHz y 2960 kHz que, teniendo en cuenta extensos estudios y experimentos, cubre el punto de resonancia.
[0373] Para cada frecuencia de este intervalo, el motor sónico se activa y el microcontrolador monitoriza y almacena activamente la corriente que pasa por el PZT a través de un convertidor analógico-digital (ADC), y la convierte de nuevo en corriente para poder deducir con precisión la potencia usada por el PZT.
[0374] Esto produce el perfil frío de este PZT con respecto a la frecuencia y la frecuencia usada durante la inhalación es la que usa más corriente, es decir, la frecuencia de impedancia más baja.
[0375] El segundo barrido se realiza durante cualquier inhalación posterior y cubre todo el intervalo de frecuencias entre 2900 kHz y 3100 kHz debido a la modificación del perfil PZT con respecto a la temperatura y la deformación. Este perfil de calor se usa para determinar el desplazamiento que se va a aplicar.
Desplazamiento
[0376] Debido a que la aerosolización debe ser óptima, el cambio no se utiliza durante ninguna inhalación de frío y, por tanto, el PZT vibrará a una frecuencia de resonancia. Esto solo puede ocurrir durante un periodo de tiempo corto e ininterrumpido, de lo contrario, el PZT inevitablemente se rompería.
[0377] Sin embargo, el cambio se usa durante la mayoría de las inhalaciones como una forma de seguir apuntando a una frecuencia de baja impedancia, lo que resulta en un funcionamiento casi óptimo del PZT y, al mismo tiempo, lo protege contra fallos.
[0378] Debido a que los perfiles de frío y calor se almacenan durante la inhalación, el microcontrolador puede seleccionar la frecuencia desplazada adecuada de acuerdo con los valores medidos de la corriente a través del PZT durante el barrido y garantizar un funcionamiento mecánico seguro.
[0379] La selección de la dirección de desplazamiento es crucial, ya que el componente piezoeléctrico se comporta de manera diferente si se encuentra fuera de la frecuencia resonante/antirresonante dúplex o dentro de este intervalo. El desplazamiento seleccionado siempre debe estar en este intervalo definido por frecuencias resonantes a antirresonantes, ya que el PZT es inductivo y no capacitivo.
[0380] Finalmente, el porcentaje de desplazamiento se mantiene por debajo del 10 % para permanecer cerca de la impedancia más baja pero lo suficientemente lejos de la resonancia.
Ajuste
[0381] Debido a la naturaleza intrínseca de los PZT, cada inhalación es diferente. Numerosos parámetros distintos del elemento piezoeléctrico influyen en el resultado de la inhalación, como la cantidad de líquido electrónico que queda dentro de la cámara de aerosol, el estado de absorción de la gasa o el nivel de batería del dispositivo.
[0382] A partir de entonces, el dispositivo monitoriza permanentemente la corriente usada por el PZT dentro de la cámara de aerosol y el microcontrolador ajusta constantemente los parámetros como la frecuencia y el ciclo de trabajo para proporcionar a la cámara de aerosol la potencia más estable posible dentro de un rango predefinido que sigue los estudios y los resultados experimentales para una aerosolización segura y óptima.
Monitorización de baterías
[0383] En algunas disposiciones, una batería está integrada dentro del dispositivo de cachimba 202. En estas disposiciones, el dispositivo de cachimba 202 es alimentado por una batería de Li-Po de corriente continua que proporciona la tensión requerida al dispositivo de cachimba 202. Debido al requisito de tener una alta velocidad de descarga, la batería Li-Po de algunas disposiciones está diseñada específicamente para un consumo de corriente continuo.
[0384] Debido a que la tensión de la batería cae y varía mucho al activar la sección de sonicación, el microcontrolador monitoriza constantemente la energía utilizada por el PZT dentro de la cámara de aerosol para garantizar una aerosolización adecuada pero también segura.
[0385] Y dado que la clave de la aerosolización es el control, el dispositivo se asegura primero de que la sección de control e información del dispositivo funcione siempre y no se detenga en detrimento de la sección de sonicación.
[0386] Por eso, el método de ajuste también tiene muy en cuenta el nivel de batería en tiempo real y, si es necesario, modifica parámetros como el ciclo de trabajo para mantener la batería en un nivel seguro y, en el caso de que la batería esté baja antes de arrancar el motor sónico, la sección de control e información evitará la activación. Control de potencia
[0387] Como se ha dicho, la clave de la aerosolización es el control y el método utilizado en el dispositivo es una función multidimensional en tiempo real que tiene en cuenta el perfil del PZT, la corriente dentro del PZT y el nivel de batería del dispositivo en todo momento.
[0388] Todo esto sólo se puede lograr gracias al uso de un microcontrolador que puede monitorizar y controlar cada elemento del dispositivo para producir una inhalación óptima.
Intervalo
[0389] Debido a que el dispositivo se basa en un componente piezoeléctrico, el dispositivo evita la activación de la sección de sonicación si se detiene la inhalación. El retraso de seguridad entre dos inhalaciones es adaptativo en función de la duración de la anterior. Esto permite que la gasa se absorba correctamente antes de la próxima activación.
[0390] Con este funcionamiento, el dispositivo puede funcionar de forma segura y la aerosolización se hace más óptima sin riesgo de romper el elemento PZT ni de exponer al usuario a componentes tóxicos.
Conectividad (BLE)
[0391] La sección de control e información del dispositivo está compuesta por un sistema de comunicación inalámbrica en forma de un microcontrolador compatible con Bluetooth de bajo consumo de energía. El sistema de comunicación inalámbrica está en comunicación con el procesador del dispositivo y está configurado para transmitir y recibir datos entre el dispositivo controlador y un dispositivo informático, tal como un teléfono inteligente.
[0392] La conectividad mediante Bluetooth de bajo consumo de energía a una aplicación móvil complementaria garantiza que solo se necesite una pequeña cantidad de energía para esta comunicación, lo que permite que el dispositivo siga funcionando durante un período de tiempo más largo si no se utiliza en absoluto, en comparación con las soluciones de conectividad inalámbrica tradicionales como Wi-Fi, Bluetooth clásico, GSM o incluso LTE-M y NB-IOT.
[0393] Y lo que es más importante, esta conectividad es lo que permite la OTP como función y el control y la seguridad totales de las inhalaciones. Todos los datos, desde la frecuencia de resonancia de una inhalación hasta la utilizada, o la presión negativa creada por el usuario y la duración, se almacenan y transfieren a través de BLE para su posterior análisis y mejora del software integrado.
[0394] Por último, esta conectividad permite la actualización del firmware integrado dentro del dispositivo y de forma inalámbrica (OTA), lo que garantiza que las últimas versiones siempre se puedan implementar rápidamente. Esto proporciona una gran escalabilidad al dispositivo y garantiza que el dispositivo está destinado a mantenerse.
[0395] En un ejemplo, el dispositivo de cachimba incorpora un dispositivo inhalador de niebla 200 que comprende un monitor de potencia activa que incorpora un sensor de corriente, tal como el sensor de corriente 335 descrito anteriormente, para detectar una corriente de accionamiento rms de la señal de accionamiento de AC que acciona el transductor ultrasónico 215. El monitor de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de la corriente de accionamiento detectada, como se describió anteriormente.
[0396] La funcionalidad adicional de este ejemplo permite que el dispositivo inhalador de niebla 200 supervise el funcionamiento del transductor ultrasónico mientras el transductor ultrasónico está activado. El dispositivo inhalador de niebla 200 calcula un valor de eficacia o índice de calidad que es indicativo de la eficacia con la que funciona el transductor ultrasónico para atomizar un líquido dentro del dispositivo. El dispositivo usa el valor de eficacia para calcular la cantidad real de niebla que se generó durante la activación del transductor ultrasónico.
[0397] Una vez que se ha calculado la cantidad real de niebla, el dispositivo está configurado para calcular la cantidad real de un fármaco que estaba presente en la niebla y, por tanto, la cantidad real de un fármaco que inhaló un usuario en función de la concentración del fármaco en el líquido.
[0398] En la práctica, como se describió anteriormente, hay muchos factores diferentes que afectan al funcionamiento de un transductor ultrasónico y que tienen un impacto en la cantidad de niebla que genera el transductor ultrasónico y, por lo tanto, en la cantidad real de un fármaco que se administra a un usuario.
[0399] La configuración del dispositivo inhalador de niebla y un método para generar niebla usando el dispositivo inhalador de niebla de algunos ejemplos se describirán ahora en detalle a continuación.
[0400] En este ejemplo, el dispositivo inhalador de niebla incorpora los componentes del dispositivo inhalador de niebla 200 descrito anteriormente, pero la memoria del dispositivo controlador 202 almacena además instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador active el dispositivo generador de niebla 200 durante un primer período de tiempo predeterminado. Como se describió anteriormente, el dispositivo generador de niebla se activa accionando el transductor ultrasónico 215 en el dispositivo generador de niebla 200 con la señal de accionamiento de corriente alterna para que el transductor ultrasónico 215 atomice el líquido transportado por el elemento capilar 222.
[0401] Las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador detecte, utilizando un sensor de corriente, periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado la corriente de la señal de accionamiento de corriente alterna que fluye a través del transductor ultrasónico 215 y almacene los valores de corriente medidos periódicamente en la memoria.
[0402] Las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador calcule un valor de eficacia utilizando los valores actuales almacenados en la memoria. El valor de eficacia es indicativo de la eficacia del funcionamiento del transductor ultrasónico al atomizar el líquido.
[0403] En un ejemplo, las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador calcule el valor de efectividad usando esta ecuación:
donde:
Qies el valor de eficacia,
Qfes un valor de subeficacia de frecuencia que se basa en el valor de frecuencia monitorizado (la frecuencia a la que se acciona el transductor ultrasónico 215),
Qa esun valor de subeficiencia de un convertidor analógico-digital que se basa en el valor de corriente medido (la corriente rms que fluye a través del transductor ultrasónico 215),
t=0 es el inicio del primer periodo de tiempo predeterminado,
t=D es el final del primer periodo de tiempo predeterminado,
N es el número de mediciones periódicas (muestras) durante el primer período de tiempo predeterminado y ^Les un factor de normalización.
[0404] En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador mida periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado el ciclo de trabajo de la señal de accionamiento de corriente alterna que acciona el transductor ultrasónico y almacena los valores del ciclo de trabajo medidos periódicamente en la memoria. El dispositivo inhalador de niebla modifica entonces el valor de subeficaciaQadel convertidor analógico a digital en función de los valores actuales almacenados en la memoria. Por consiguiente, el dispositivo inhalador de niebla de este ejemplo tiene en cuenta las variaciones en el ciclo de trabajo que pueden producirse durante la activación del transductor ultrasónico 215 cuando el dispositivo calcula el valor de eficacia. Por tanto, el dispositivo inhalador de niebla puede calcular la cantidad real de niebla que se genera con precisión teniendo en cuenta las variaciones en el ciclo de trabajo de la señal de accionamiento de corriente alterna que pueden producirse mientras el transductor ultrasónico está activado.
[0405] El dispositivo inhalador de niebla usa el valor de eficacia como ponderación para calcular la cantidad real de niebla generada por el dispositivo inhalador de niebla al reducir proporcionalmente el valor de una cantidad máxima de niebla que se generaría si el dispositivo funcionara de manera óptima.
[0406] En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador mida periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado la frecuencia de la señal de accionamiento de corriente alterna que acciona el transductor ultrasónico 215 y almacena los valores de frecuencia medidos periódicamente en la memoria. El dispositivo calcula entonces el valor de eficacia usando los valores de frecuencia almacenados en la memoria, además de los valores actuales tal como se ha descrito anteriormente.
[0407] En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador calcule un valor máximo de cantidad de niebla que se generaría si el transductor ultrasónico 215 funcionara de manera óptima durante el primer período de tiempo predeterminado. En un ejemplo, el valor máximo de la cantidad de niebla se calcula basándose en el modelado que determina la cantidad máxima de niebla que se generaría cuando el transductor ultrasónico funcionara de manera óptima.
[0408] Una vez que se ha calculado el valor de cantidad de niebla máxima, el dispositivo inhalador de niebla puede calcular un valor de cantidad de niebla real reduciendo el valor de cantidad de niebla máxima proporcionalmente en función del valor de eficacia para determinar la cantidad de niebla real que se generó durante el primer período de tiempo predeterminado.
[0409] Una vez que se ha calculado la cantidad de niebla real, el dispositivo inhalador de niebla puede calcular un valor de cantidad de fármaco que es indicativo de la cantidad de un fármaco en la cantidad de niebla real que se generó durante el primer período de tiempo predeterminado. El dispositivo inhalador de niebla almacena entonces un registro del valor de la cantidad de fármaco en la memoria.
[0410] En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador seleccione un segundo período de tiempo predeterminado en respuesta al valor de eficacia. En este caso, el segundo período de tiempo predeterminado es un periodo de tiempo durante el cual el transductor ultrasónico 215 se activa durante una segunda inhalación o bocanada por parte de un usuario. En un ejemplo, el segundo periodo de tiempo predeterminado es igual al primer período de tiempo predeterminado, pero con el tiempo reducido o aumentado proporcionalmente de acuerdo con el valor de eficacia. Por ejemplo, si el valor de eficacia indica que el transductor ultrasónico 215 no funciona de manera eficaz, el segundo período de tiempo predeterminado se alarga mediante el valor de eficacia, de modo que se genera una cantidad deseada de niebla durante el segundo período de tiempo predeterminado.
[0411] Cuando se trata de la siguiente inhalación, el dispositivo inhalador de niebla activa el dispositivo generador de niebla durante el segundo periodo de tiempo predeterminado, de modo que el dispositivo generador de niebla genera una cantidad predeterminada de niebla durante el segundo periodo de tiempo predeterminado. El dispositivo inhalador de niebla controla así la cantidad de niebla generada durante el segundo periodo de tiempo predeterminado con precisión, teniendo en cuenta los diversos parámetros que se reflejan en el valor de eficacia que afectan al funcionamiento del dispositivo inhalador de niebla.
[0412] En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador active el dispositivo generador de niebla durante una pluralidad de periodos de tiempo predeterminados. Por ejemplo, el dispositivo generador de niebla se activa durante una pluralidad de inhalaciones o inhalaciones sucesivas por parte de un usuario.
[0413] El dispositivo inhalador de niebla almacena una pluralidad de valores de cantidad de fármaco en la memoria, siendo cada valor de cantidad de fármaco indicativo de la cantidad de fármaco en la niebla que se generó durante un período de tiempo respectivo de los periodos de tiempo predeterminados.
[0414] El inhalador de niebla de algunos ejemplos de esta descripción está configurado para transmitir datos indicativos de los valores de las cantidades de fármaco desde el dispositivo generador de niebla a un dispositivo informático (por ejemplo, mediante comunicación Bluetooth™ de bajo consumo de energía) para su almacenamiento en una memoria del dispositivo informático (por ejemplo, un teléfono inteligente). Por tanto, una aplicación ejecutable que se ejecuta en el dispositivo informático puede registrar la cantidad de un fármaco que se ha administrado a un usuario. La aplicación ejecutable también puede controlar el funcionamiento del dispositivo inhalador de niebla para que la aplicación pueda modificar el funcionamiento de cada dispositivo inhalador de niebla en el dispositivo de cachimba para adaptarse a un dispositivo inhalador de niebla que no funcione de manera óptima.
[0415] Debido a que la aerosolización del líquido electrónico se logra mediante la acción mecánica del disco piezoeléctrico y no debido al calentamiento directo del líquido, los componentes individuales del líquido electrónico (propilenglicol, glicerina vegetal, componentes aromatizantes, etc.) permanecen prácticamente intactos y no se descomponen en componentes más pequeños y dañinos como la acroleína, el acetaldehído, el formaldehído, etc., a la alta velocidad observada en los ENDS tradicionales.
[0416] Todas las aplicaciones anteriores que involucran tecnología ultrasónica pueden beneficiarse de la optimización lograda por el controlador de frecuencia, que optimiza la frecuencia de sonicación para un rendimiento óptimo.
[0417] Debe apreciarse que las descripciones en el presente documento no se limitan al uso para la administración de nicotina. Los dispositivos descritos en el presente documento son para su uso con cualquier fármaco u otro compuesto (por ejemplo, CBD), proporcionándose el fármaco o compuesto en un líquido dentro de la cámara de líquido del dispositivo para su aerosolización por parte del dispositivo. El dispositivo de cachimba 202 de algunas disposiciones es una alternativa más saludable a los cabezales de cachimba convencionales que queman tabaco usando el calor del carbón vegetal o de un elemento eléctrico. Sin embargo, el dispositivo 202 de cachimba de algunas disposiciones sigue proporcionando la misma experiencia de usuario que una cachimba convencional debido a las burbujas de niebla en el agua de la cachimba. Por tanto, es probable que los usuarios prefieran utilizar el dispositivo 202 de cachimba ultrasónica de algunos dispositivos en lugar de un cachimba convencional para quemar tabaco y, de ese modo, evitar los peligros de fumar tabaco en un cachimba.
[0418] Lo anterior describe las características de varias disposiciones, ejemplos o realizaciones para que los expertos en la materia puedan entender mejor varios aspectos de la presente descripción. Debe observarse y entenderse que se pueden realizar mejoras y modificaciones de las realizaciones descritas anteriormente, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0419] Aunque el objeto se ha descrito en un lenguaje específico para las características estructurales o los actos metodológicos, debe entenderse que el objeto de las reivindicaciones adjuntas no se limita necesariamente a las características o actos específicos descritos anteriormente. Más bien, las características y actos específicos descritos anteriormente se describen como ejemplos de formas de implementar al menos algunas de las reivindicaciones. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0420] En el presente documento se proporcionan diversas operaciones de ejemplos o realizaciones. El orden en el que se describen algunas o todas las operaciones no debe interpretarse en el sentido de que estas operaciones dependan necesariamente del orden. Se apreciará que los pedidos alternativos tengan el beneficio de esta descripción.
[0421] Además, “ a modo de ejemplo” se usa en el presente documento para significar que sirve como ejemplo, instancia, ilustración, etc., y no necesariamente como ventajoso. Tal como se usa en esta solicitud, “ o” pretende significar un “ o” inclusivo en lugar de un “ o” exclusivo. Además, “ un” y “ una” , tal como se usan en esta solicitud y en las reivindicaciones adjuntas, generalmente se interpretan en el sentido de “ uno o más” , a menos que se especifique lo contrario o que se desprenda claramente del contexto para referirse a una forma singular. Además, al menos uno de A y B y/o similares generalmente significa A o B o tanto A como B. Además, en la medida en que se usen “ incluye” , “ que tiene” , “tiene” , “ con” o variantes de los mismos, se pretende que dichos términos sean inclusivos de una manera similar al término “ que comprende” . Además, a menos que se especifique lo contrario, “ primero” , “segundo” o similares no pretenden implicar un aspecto temporal, un aspecto espacial, una ordenación, etc. Más bien, dichos términos se usan simplemente como identificadores, nombres, etc. para características, elementos, puntos, etc. Por ejemplo, un primer elemento y un segundo elemento generalmente corresponden al elemento A y al elemento B o a dos elementos diferentes o idénticos o al mismo elemento.
[0422] Además, aunque la descripción se ha mostrado y descrito con respecto a una o más implementaciones, a otros expertos en la técnico se les ocurrirán alteraciones y modificaciones equivalentes basándose en la lectura y comprensión de esta memoria descriptiva y los dibujos adjuntos. La descripción comprende todas estas modificaciones y alteraciones y está limitada únicamente por el alcance de las siguientes reivindicaciones. En particular con respecto a las diversas funciones realizadas por las características descritas anteriormente (por ejemplo, elementos, recursos, etc.), los términos usados para describir dichas características pretenden corresponder, a menos que se indique lo contrario, a cualquier característica que realice la función especificada de las características descritas (por ejemplo, que sea funcionalmente equivalente), aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura descrita. Además, aunque una característica particular de la descripción puede haberse descrito con respecto a solo una de varias implementaciones, dicha característica puede combinarse con una o más características de las otras implementaciones según sea deseable y ventajoso para cualquier aplicación dada o particular. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0423] Ejemplos o realizaciones del objeto y las operaciones funcionales descritas en este documento se pueden implementar en circuitos electrónicos digitales, o en software, firmware o hardware, incluyendo las estructuras descritas en esta especificación y sus equivalentes estructurales, o en combinaciones de uno o más de ellos.
[0424] Algunos ejemplos o realizaciones se implementan usando uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos codificadas en un medio legible por ordenador para su ejecución por, o para controlar el funcionamiento de, un aparato de procesamiento de datos. El medio legible por ordenador puede ser un producto fabricado, tal como un disco duro en un sistema informático o un sistema integrado. El medio legible por ordenador puede adquirirse por separado y codificarse posteriormente con uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos, tal como mediante la entrega de uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos a través de una red cableada o inalámbrica. El medio legible por ordenador puede ser un dispositivo de almacenamiento legible por máquina, un sustrato de almacenamiento legible por máquina, un dispositivo de memoria o una combinación de uno o más de ellos.
[0425] Los términos “ dispositivo informático” y “ aparato de procesamiento de datos” abarcan todos los aparatos, dispositivos y máquinas para procesar datos, incluidos, a modo de ejemplo, un procesador programable, un ordenador o múltiples procesadores u ordenadores. El aparato puede incluir, además del hardware, un código que crea un entorno de ejecución para el programa informático en cuestión, por ejemplo, un código que constituye el firmware del procesador, una pila de protocolos, un sistema de gestión de bases de datos, un sistema operativo, un entorno de ejecución o una combinación de uno o más de ellos. Además, el aparato puede emplear diversas infraestructuras de modelos informáticos diferentes, tales como servicios web, informática distribuida e infraestructuras de computación en red.
[0426] Los procesos y flujos lógicos descritos en esta memoria descriptiva pueden ser realizados por uno o más procesadores programables que ejecutan uno o más programas informáticos para realizar funciones operando sobre datos de entrada y generando salida.
[0427] Los procesadores adecuados para la ejecución de un programa informático incluyen, a modo de ejemplo, microprocesadores tanto generales como de propósito especial, y uno o más procesadores de cualquier tipo de ordenador digital. Generalmente, un procesador recibirá instrucciones y datos de una memoria de solo lectura o una memoria de acceso aleatorio o ambas. Los elementos esenciales de un ordenador son un procesador para realizar instrucciones y uno o más dispositivos de memoria para almacenar instrucciones y datos. En general, un ordenador también incluirá, o estará acoplado operativamente para recibir datos o transferir datos a, o ambos, uno o más dispositivos de almacenamiento masivo para almacenar datos, por ejemplo, discos magnéticos, magneto-ópticos o discos ópticos. Sin embargo, un ordenador no necesita tener tales dispositivos. Los dispositivos adecuados para almacenar instrucciones y datos de programas informáticos incluyen todas las formas de memoria, medios y dispositivos de memoria no volátiles.
[0428] En la presente memoria descriptiva “comprende” significa “ incluye o consiste en” y “ que comprende” significa “que incluye o consiste en” .

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un dispositivo de cachimba que comprende:
    una pluralidad de dispositivos generadores de niebla ultrasónicos (201), en donde cada dispositivo generador de niebla (201) incorpora:
    una carcasa generadora de niebla (204) que es alargada y comprende un orificio de entrada de aire (207) y un orificio de salida de niebla (208);
    una cámara de líquido (218) proporcionada dentro de la carcasa del generador de niebla (204), conteniendo la cámara de líquido (218) un líquido a atomizar;
    una cámara de sonicación (219) proporcionada dentro de la carcasa del generador de niebla (204); un elemento capilar (222) que se extiende entre la cámara de líquido (218) y la cámara de sonicación (219) de manera que una primera parte (223) del elemento capilar (222) esté dentro de la cámara de líquido (218) y una segunda parte (224) del elemento capilar (222) esté dentro de la cámara de sonicación (219); un transductor ultrasónico (215) que tiene una superficie de atomización, en donde parte de la segunda parte (224) del elemento capilar (222) se superpone a parte de la superficie de atomización, y en donde cuando el transductor ultrasónico (215) es accionado por una señal de accionamiento de corriente alterna, la superficie de atomización vibra para atomizar el líquido transportado por la segunda parte (224) del elemento capilar (222) para generar una niebla que comprende el líquido atomizado, y aire dentro de la cámara de sonicación (219); y
    una disposición de flujo de aire que proporciona una trayectoria de flujo de aire entre el orificio de entrada de aire (207), la cámara de sonicación (219) y el orificio de salida de aire, en donde el dispositivo de cachimba comprende además:
    un microcontrolador (303); y
    una disposición de fijación de cachimba (271) que está configurada para conectar el dispositivo de cachimba (202) a una cachimba (246), teniendo la disposición de conexión de cachimba (271) un puerto de salida de cachimba (252) que proporciona una ruta de flujo de fluido desde los puertos de salida de niebla (208) de los dispositivos generadores de niebla (201) y fuera del dispositivo de cachimba (202) de manera que, cuando al menos uno de los dispositivos generadores de niebla (201) es activado por el dispositivo impulsor (202), la niebla generada por cada dispositivo generador de niebla activado (201) fluye a lo largo de la trayectoria del flujo de fluido y sale del dispositivo de cachimba (202) hacia la cachimba (246); caracterizado porque el dispositivo de cachimba comprende, además:
    una pluralidad de circuitos puente en H (334), en donde cada circuito de puente en H (334) de la pluralidad de circuitos puente en H (334) está conectado a uno respectivo de los transductores ultrasónicos (215) y está configurado para generar una señal de accionamiento de corriente alterna para accionar el transductor ultrasónico (215);
    un bus de datos que está conectado eléctricamente al microcontrolador para comunicar datos hacia y desde el microcontrolador (303);
    una pluralidad de microchips (300) que están conectados eléctricamente al bus de datos para recibir datos y transmitir datos al microcontrolador (303), en donde cada microchip (300) de la pluralidad de microchips (300) está conectado a uno respectivo de los circuitos puente en H (334) para controlar el circuito de puente en H (334) para generar la señal de accionamiento de CA, en donde cada microchip (300) es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas integrados que comprenden:
    un oscilador (315) que está configurado para generar:
    una señal de reloj principal,
    una señal de reloj de primera fase que es alta por primera vez durante el semiperiodo positivo de la señal de reloj principal y baja durante el semiperiodo negativo de la señal de reloj principal, y
    una señal de reloj de segunda fase que es alta por segunda vez durante el semiperiodo negativo de la señal de reloj principal y baja durante el semiperíodo positivo de la señal de reloj principal, en la que las fases de la señal de reloj de la primera fase y la señal de reloj de la segunda fase están alineadas en el centro;
    un subsistema generador de señales “ PWM” de modulación de ancho de pulso (329) que comprende: un bucle de bloqueo de retardo (332) que está configurado para generar una señal de reloj de doble frecuencia usando la señal de reloj de primera fase y la señal de reloj de segunda fase, siendo la señal de reloj de doble frecuencia el doble de la frecuencia de la señal de reloj principal, en donde el bucle de retardo bloqueado está configurado para controlar el borde ascendente de la señal de reloj de primera fase y la señal de reloj de segunda fase para que sea sincrónica con el borde ascendente de la señal de reloj de doble frecuencia, y en donde el bucle de retraso bloqueado está configurado para ajustar el frecuencia y ciclo de trabajo de la primera fase la señal de reloj y la señal de reloj de la segunda fase en respuesta a una señal de control del controlador para producir una señal de salida de primera fase y una señal de salida de segunda fase, en donde la señal de salida de la primera fase y la señal de salida de la segunda fase están configuradas para accionar el circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300) para generar una señal de accionamiento de CA para accionar el transductor ultrasónico (215);
    un terminal de señal de salida de primera fase que está configurado para emitir la señal de salida de primera fase al circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300);
    un terminal de señal de salida de segunda fase que está configurado para emitir la señal de salida de segunda fase al circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300);
    un terminal de entrada de retroalimentación que está configurado para recibir una señal de retroalimentación del circuito de puente en H (334), siendo la señal de retroalimentación indicativa de un parámetro del funcionamiento del circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300) o una señal de accionamiento de corriente alterna cuando el circuito de puente en H (334) está accionando el transductor ultrasónico (215) con la señal de accionamiento de corriente alterna para atomizar el líquido;
    un subsistema conversor analógico-digital “ADC” (318) que comprende:
    una pluralidad de terminales de entrada ADC (319) que están configurados para recibir una pluralidad de señales analógicas respectivas, en donde un terminal de entrada ADC de la pluralidad de terminales de entrada ADC (319) está conectado al terminal de entrada de retroalimentación de manera que el subsistema ADC (318) recibe la señal de retroalimentación del circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300), y en donde el subsistema ADC (318) está configurado para muestrear las señales analógicas recibidas en la pluralidad de terminales de entrada ADC (319) a una frecuencia de muestreo que es proporcional a la frecuencia del la señal de reloj principal y el subsistema ADC (318) están configurados para generar señales digitales ADC usando las señales analógicas muestreadas;
    un subsistema procesador digital (316) que está configurado para recibir las señales digitales ADC del subsistema ADC (318) y procesar las señales digitales ADC para generar la señal de control del controlador, en donde el subsistema procesador digital (316) está configurado para comunicar la señal de control del controlador al subsistema generador de señales PWM (329) para controlar el subsistema generador de señales PWM (329); y
    un subsistema de conversión digital a analógico “ DAC” que comprende:
    un convertidor digital-analógico “ DAC” (327) que está configurado para convertir una señal de control digital generada por el subsistema de procesador digital (316) en una señal de control de tensión analógica para controlar un circuito regulador de tensión que genera una tensión para su modulación mediante el circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300); y
    un terminal de salida DAC que está configurado para emitir la señal de control de voltaje analógica para controlar el circuito regulador de voltaje para generar un voltaje predeterminado para la modulación por el circuito de puente en H (334) conectado al microchip (300) para accionar el transductor ultrasónico (215) en respuesta a las señales de retroalimentación que son indicativas del funcionamiento del transductor ultrasónico (215).
    El dispositivo de cachimba según la reivindicación 1, en donde el microcontrolador (303) está configurado para identificar y controlar cada dispositivo generador de niebla (201) utilizando un identificador único respectivo para el dispositivo generador de niebla (201).
    3. El dispositivo de cachimba según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde cada dispositivo generador de niebla (201) comprende:
    una disposición de identificación (239) que comprende:
    un circuito integrado (242) que tiene una memoria que almacena un identificador único para el dispositivo generador de niebla (201); y
    una conexión eléctrica (241) que proporciona una interfaz electrónica para la comunicación con el circuito integrado (242).
    4. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el microcontrolador (303) está configurado para controlar cada microchip (300) y cada dispositivo generador de niebla (201) respectivo para que se activen independientemente de los demás dispositivos generadores de niebla (201).
    5. El dispositivo de cachimba según la reivindicación 4, en donde el microcontrolador (303) está configurado para controlar los dispositivos generadores de niebla (201) para que se activen en una secuencia predeterminada.
    6. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de cachimba (202) comprende:
    un colector (263) que tiene un tubo colector (265) que está en comunicación de fluido con los orificios de salida de niebla (208) de los dispositivos generadores de niebla (201), en donde la salida de niebla de los orificios de salida de niebla (208) se combina en el tubo colector (265) y fluye a través del tubo colector (265) y sale del dispositivo de cachimba (202); y opcionalmente
    en donde el dispositivo de cachimba (202) comprende cuatro dispositivos generadores de niebla (201) que están acoplados de forma liberable al colector (263) a 90° uno con respecto al otro.
    7. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el terminal de entrada de retroalimentación está configurado para recibir una señal de retroalimentación del circuito de puente en H (334) en forma de una tensión que indica una corriente rms de una señal de accionamiento de corriente alterna que acciona el transductor ultrasónico (215).
    8. El dispositivo de cachimba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada microchip (300) comprende además:
    un sensor de temperatura (314) que está integrado en el microchip (300), en donde el sensor de temperatura (314) está configurado para generar una señal de temperatura que es indicativa de la temperatura del microchip (300), y en donde la señal de temperatura es recibida por un terminal de entrada ADC adicional del subsistema ADC (318) y la señal de temperatura es muestreada por el ADC.
    9. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el subsistema ADC (318) está configurado para muestrear las señales recibidas en la pluralidad de terminales de entrada ADC de forma secuencial, siendo muestreada cada señal por el subsistema ADC (318) un número predeterminado de veces respectivo.
    10. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además:
    una pluralidad de microchips adicionales (301), en donde cada microchip adicional (301) de la pluralidad de microchips adicionales (301) está conectado a un microchip (300) respectivo de la pluralidad de microchips (300) y comprende un circuito de puente en H (334) de la pluralidad de circuitos puente en H (334), donde cada microchip adicional (301) es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados que comprenden:
    un primer terminal de fuente de alimentación; y
    un segundo terminal de fuente de alimentación, en donde
    el circuito de puente en H (334) del microchip adicional incorpora un primer conmutador, un segundo conmutador, un tercer conmutador y un cuarto conmutador, y en donde:
    el primer conmutador y el tercer conmutador están conectados en serie entre el primer terminal de fuente de alimentación y el segundo terminal de fuente de alimentación;
    un primer terminal de salida está conectado eléctricamente entre el primer interruptor y el tercer interruptor, en donde el primer terminal de salida está conectado a un primer terminal del transductor ultrasónico (215), el segundo conmutador y el cuarto conmutador están conectados en serie entre el primer terminal de fuente de alimentación y el segundo terminal de fuente de alimentación, y
    un segundo terminal de salida está conectado eléctricamente entre el segundo interruptor y el cuarto interruptor, en donde el segundo terminal de salida está conectado a un segundo terminal del transductor ultrasónico;
    un terminal de primera fase que está configurado para recibir la señal de salida de primera fase del subsistema generador de señales de modulación por ancho de pulso (PWM) (329);
    un terminal de segunda fase que está configurado para recibir una señal de salida de segunda fase del subsistema generador de señales PWM (329);
    una máquina de estado digital (337) que está configurada para generar señales de temporización basadas en la señal de salida de la primera fase y la señal de salida de la segunda fase y enviar las señales de temporización a los conmutadores del circuito de puente en H (334) para controlar que los interruptores se enciendan y apaguen en una secuencia tal que el circuito de puente en H (334) emita una señal de accionamiento de corriente alterna para accionar el transductor ultrasónico (215), en donde la secuencia comprende un período de flotación libre en donde el primer interruptor y el segundo el interruptor se apagan y el tercer interruptor y el cuarto interruptor se encienden para disipar la energía almacenada por el transductor ultrasónico (215);
    un sensor de corriente (335) que incorpora:
    una primera resistencia de detección de corriente que está conectada en serie entre el primer conmutador y el primer terminal de fuente de alimentación;
    un primer sensor de tensión (344) que está configurado para medir la caída de tensión a través de la primera resistencia de detección de corriente y proporcionar una primera salida de tensión que es indicativa de la corriente que fluye a través de la primera resistencia de detección de corriente;
    una segunda resistencia de detección de corriente que está conectada en serie entre el segundo conmutador y el primer terminal de fuente de alimentación;
    un segundo sensor de tensión (345) que está configurado para medir la caída de tensión a través de la segunda resistencia del sensor de corriente y proporcionar una segunda salida de tensión que es indicativa de la corriente que fluye a través de la segunda resistencia de detección de corriente; y
    un terminal de salida del sensor de corriente (335) que está configurado para proporcionar una tensión de salida rms con respecto a tierra que es equivalente a la primera salida de tensión y la segunda salida de tensión,
    en donde la tensión de salida rms es indicativa de una corriente rms que fluye a través del primer interruptor o el segundo interruptor y la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico (215) que está conectado entre el primer terminal de salida y el segundo terminal de salida.
    El dispositivo de cachimba según la reivindicación 10, en donde el circuito de puente en H (334) de cada microchip adicional (301) está configurado para emitir una potencia de 22 W a 50 W al transductor ultrasónico (215) que está conectado al primer terminal de salida y al segundo terminal de salida; y opcionalmente
    en donde cada microchip adicional (301) comprende:
    un sensor de temperatura (336) que está integrado en el microchip adicional (301), en donde el sensor de temperatura (336) está configurado para medir la temperatura del microchip adicional (301) y desactivar al menos parte del microchip adicional (301) en caso de que el sensor de temperatura (336) detecte que el microchip adicional (301) está a una temperatura que supera un umbral predeterminado; y opcionalmente en donde el dispositivo comprende además:
    un circuito convertidor elevador (305) que está configurado para aumentar la tensión de la fuente de alimentación a una tensión de refuerzo en respuesta a la señal de salida de tensión analógica del terminal de salida del DAC, en donde el circuito convertidor elevador está configurado para proporcionar la tensión de refuerzo en el primer terminal de la fuente de alimentación de manera que la tensión de refuerzo se modula mediante la conmutación de los conmutadores del circuito de puente en H (334).
    12. El dispositivo de cachimba según las reivindicaciones 10 u 11, en donde el sensor de corriente (335) está configurado para detectar la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico durante el periodo de flotación libre y la máquina de estado digital está configurada para adaptar las señales de temporización para encender el primer interruptor o el segundo interruptor cuando el sensor de corriente (335) detecta que la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico durante el período de flotación libre es cero.
    13. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde, durante una fase de configuración del funcionamiento del dispositivo, el microchip adicional está configurado para: medir el tiempo que tarda la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico en caer a cero cuando el primer interruptor y el segundo interruptor están apagados y el tercer interruptor y el cuarto interruptor están encendidos; y
    establecer el periodo de flotación libre para que sea igual al periodo de tiempo medido.
    14. El dispositivo de cachimba según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además:
    una memoria que almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el microcontrolador (303), hacen que el microchip (300):
    A. controle el circuito de puente en H (334) para emitir una señal de accionamiento de corriente alterna al transductor ultrasónico (215) a una frecuencia de barrido;
    B. calcule la potencia activa que está siendo utilizada por el transductor ultrasónico (215) basándose en la señal de retroalimentación;
    C. controle el circuito de puente en H (334) para modular la señal de accionamiento de corriente alterna para maximizar la potencia activa que utiliza el transductor ultrasónico (215);
    D. almacene en la memoria un registro de la potencia activa máxima utilizada por el transductor ultrasónico (215) y la frecuencia de barrido de la señal de accionamiento de corriente alterna;
    E. repita las etapas A-D durante un número predeterminado de iteraciones, incrementando o disminuyendo la frecuencia de barrido con cada iteración de manera que, después de que se haya producido el número predeterminado de iteraciones, la frecuencia de barrido se haya incrementado o disminuido desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final;
    F. identifique, a partir de los registros almacenados en la memoria, la frecuencia óptima para la señal de accionamiento de corriente alterna, que es la frecuencia de barrido de la señal de accionamiento de corriente alterna a la que el transductor ultrasónico (215) utiliza una potencia activa máxima; y
    G. controle el circuito de puente en H (334) para emitir una señal de accionamiento de corriente alterna al transductor ultrasónico (215) a la frecuencia óptima para accionar el transductor ultrasónico (215) para atomizar un líquido; y opcionalmente
    en donde la frecuencia de barrido inicial es de 2900 kHz y la frecuencia de barrido final es de 3100 kHz. 15. Una cachimba que comprende:
    una cámara de agua;
    un vástago alargado (247) que tiene un primer extremo que está unido a la cámara de agua, comprendiendo el vástago (247) una trayectoria de flujo de niebla que se extiende desde un segundo extremo del vástago, a través del vástago (247), hasta el primer extremo; y
    un dispositivo de cachimba (202) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la disposición de unión de la cachimba (271) del dispositivo de cachimba (202) está unida al vástago (247) de la cachimba (246) en el segundo extremo del vástago (247).
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