一種口罩及其吸附能力的檢測方法與流程

本發明涉及空氣過濾技術領域，尤其涉及一種口罩及其吸附能力的檢測方法。

背景技術：

目前，霧霾已成為城市的災害性天氣現象，霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果，高密度人口的經濟及社會活動必然會排放大量細顆粒物，一旦排放超過大氣循環能力和承載度，細顆粒物濃度將持續積聚，產生霧霾現象，由于霧霾天氣時，氣壓降低、空氣中可吸入顆粒物驟增、空氣流動性差，有害細菌和病毒向周圍擴散的速度變慢，導致空氣中病毒濃度增高，疾病傳播的風險高，因此人們出行時經常佩戴有防霧霾口罩，防霧霾口罩采用了空氣過濾材料技術，其最外層的防潮層可以有效阻隔霧霾空氣中的大顆粒物質，口罩濾片中間還加入了無粉塵顆粒活性炭，其不僅能深度凈化粉塵，還可以吸附有毒氣體，進一步提高口罩的安全性。

然而，隨著口罩使用時間的增加，其對霧霾中的顆粒物質以及空氣中的塵埃等有害物質的吸附能力逐漸下降，由于人們并不知曉口罩的吸附能力變化從而無法確定口罩是否能夠繼續使用以及何時進行合理的更換，因此如何檢測口罩吸附能力的變化從而對口罩進行及時的更換成為待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的實施例提供一種口罩及其吸附能力的檢測方法，用于檢測口罩吸附能力的變化從而提示用戶對口罩進行及時的更換。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

第一方面，提供一種口罩，口罩包括口罩本體，口罩本體包括過濾層，口罩還包括：

設置于過濾層一側的發光模塊，發光模塊朝向過濾層發光；

設置于過濾層一側或者與過濾層一側相對的另一側的光敏傳感模塊，光敏傳感模塊用于感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號；

處理模塊，處理模塊與發光模塊和光敏傳感模塊相連，用于驅動發光模塊發出光線，且用于根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒。

可選的，發光模塊包括一個發光單元，或者包括至少兩個發光單元組成的發光陣列；

光敏傳感模塊包括一個光敏傳感器，或者包括至少兩個光敏傳感器組成的感光陣列。

可選的，發光模塊與光敏傳感模塊位于過濾層的同側，發光模塊與光敏傳感模塊組成陣列結構；

發光模塊與光敏傳感模塊組成的陣列結構與過濾層之間具有半透反射膜。

可選的，處理模塊包括：顯示單元、以及連接在光敏傳感模塊與顯示單元之間的轉換電路；

其中，轉換電路用于將光敏傳感模塊傳輸的電信號轉換為顯示單元的驅動信號，其中顯示單元用于根據驅動信號輸出提示信號，提示信號與過濾層的剩余吸附能力一一對應。

可選的，轉換電路包括：運算放大器，運算放大器的兩個輸入端連接光敏傳感模塊的兩端，運算放大器的輸出端連接顯示單元；

運算放大器用于將電信號放大為驅動信號；

可選的，轉換電路還包括：電壓調制電路，電壓調制電路串聯在運算放大器的輸出端與顯示單元之間；

電壓調制電路用于調節驅動信號的電壓滿足顯示單元的耐壓值。

可選的，處理模塊包括:處理單元和無線通信單元，處理單元用于根據電信號生成過濾層的剩余吸附能力參數，其中電信號與過濾層的剩余吸附能力參數一一對應；無線通信單元用于對與其數據連接的用戶設備輸出過濾層的剩余吸附能力參數。

可選的，還包括：安裝在口罩外側的指示燈；

處理模塊用于接收與其數據連接的用戶設備輸出的開啟指示燈的指令，并根據指令開啟指示燈；

或者，處理模塊用于接收與其數據連接的用戶設備輸出的空氣質量信息，并根據空氣質量信息控制指示燈的開啟。

可選的，光敏傳感器包括微鏡，光敏材料；處理模塊包括光子晶體器件，光子晶體器件包括第一電極、第二電極以及設置于第一電極和第二電極之間的光子晶體；

第一電極連接光敏材料的一端，第二電極連接光敏材料的另一端；

微鏡用于將發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后聚焦至光敏材料，光敏材料用于根據聚焦的光強生成電信號，光子晶體用于根據電信號的大小進行變色顯示，過濾層的剩余吸附能力與顯示的顏色一一對應。

第二方面，提供一種口罩的吸附能力的檢測方法，用于控制第一方面的口罩，該方法包括：

發光模塊朝向過濾層發光；

光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號；

處理模塊驅動發光模塊發出光線，且根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒。

本發明實施例提供的口罩包括口罩本體，口罩本體包括過濾層，設置于過濾層一側的發光模塊，設置于過濾層一側或者與過濾層一側相對的另一側的光敏傳感模塊，通過發光模塊朝向過濾層發光，光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號，處理模塊驅動發光模塊發出光線，且根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒，可以檢測此時口罩吸附能力的變化從而提示用戶對口罩進行及時的更換。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為傳統防霧霾口罩的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之一；

圖3為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之二；

圖4為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之三；

圖5為本發明實施例提供的口罩內部結構工作模式示意圖之一；

圖6為本發明實施例提供的口罩內部發光單元與感光陣列示意圖；

圖7為本發明實施例提供的口罩內部發光陣列與光敏傳感器示意圖；

圖8為本發明實施例提供的口罩內部發光模塊與光敏傳感模塊進行口罩的吸附能力檢測示意圖；

圖9為本發明實施例提供的口罩內部發光模塊與光敏傳感模塊組成陣列結構示意圖；

圖10為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之四；

圖11為本發明實施例提供的口罩內部發光模塊、光敏傳感模塊以及半透反射膜封裝為整體器件的示意圖；

圖12為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之五；

圖13為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之六；

圖14為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之七；

圖15為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之八；

圖16為本發明實施例提供的口罩內部結構示意圖之九；

圖17為本發明實施例提供的口罩內部結構工作模式示意圖之二；

圖18為本發明實施例提供的口罩的吸附能力的檢測方法步驟流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

需要說明的是，本發明實施例中，“示例性的”或者“例如”等詞用于表示作例子、例證或說明。本發明實施例中被描述為“示例性的”或者“例如”的任何實施例或設計方案不應被解釋為比其它實施例或設計方案更優選或更具優勢。確切而言，使用“示例性的”或者“例如”等詞旨在以具體方式呈現相關概念。

還需要說明的是，本發明實施例中，“的(英文：of)”，“相應的(英文：corresponding，relevant)”和“對應的(英文：corresponding)”有時可以混用，應當指出的是，在不強調其區別時，其所要表達的含義是一致的。

防霧霾口罩，又稱為pm2.5口罩，其是指能有效過濾pm2.5微粒的口罩，pm2.5是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm(微米)的顆粒物，也稱細顆粒物，可被直接吸入人體，干擾肺部氣體交換，引發哮喘、支氣管炎和心血管病等疾病。口罩的密閉性決定了濾過懸浮顆粒分子能力。能夠有效過濾空氣中的隱形殺手——霧霾、病毒、細菌、塵螨、花粉等微小顆粒。適用于空氣質量較差的環境。

參照圖1所示，防霧霾口罩的結構一般從口罩外側至內側依次為防潮層10、活性炭層11、過濾網層12以及超柔細纖維層13，其中防潮層10主要用于阻隔空氣中大于10μm的顆粒物，活性炭層11用于阻隔與吸附空氣中2.5μm-10μm的顆粒物，最后由過濾網層12將小于2.5μm的顆粒物進行阻隔，從而將空氣中的大顆粒物進行過濾，超柔細纖維層13則位于口罩中貼近人的嘴與鼻的位置，其采用抗菌面料，具有90％以上超強的抗菌率，并且具有高效的吸水吸汗性。

隨著口罩使用時間的增加，其對霧霾中的顆粒物質以及空氣中的塵埃等有害物質的吸附能力逐漸下降，由于人們并不知曉口罩的吸附能力變化從而無法確定口罩是否能夠繼續使用以及何時進行合理的更換，因此本發明實施例提供下述方案用于檢測口罩吸附能力的變化從而提示用戶對口罩進行及時的更換的問題。

本發明實施例提供一種口罩，該口罩包括口罩本體，口罩本體包括過濾層，其中該過濾層為口罩中過濾顆粒物質，決定口罩吸附能力的層，本發明實施例以過濾層為口罩中的防潮層、活性炭層以及過濾網層的統稱進行說明，該口罩還包括：

設置于過濾層一側的發光模塊，發光模塊朝向過濾層發光。

設置于過濾層一側或者與過濾層一側相對的另一側的光敏傳感模塊，光敏傳感模塊用于感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號。

處理模塊，處理模塊與發光模塊和光敏傳感模塊相連，用于驅動發光模塊發出光線，且用于根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒。

通過發光模塊朝向過濾層發光，光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號，處理模塊驅動發光模塊發出光線，且根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒，可以檢測此時口罩吸附能力的變化從而提示用戶對口罩進行及時的更換。

示例性的，口罩上的發光模塊與光敏傳感模塊可位于過濾層的同側或異側，參照圖2所示，發光模塊21與光敏傳感模塊22位于過濾層31的異側，光敏傳感模塊22位于過濾層31與超柔細纖維層之間，發光模塊21朝向過濾層31發光，需要說明的是，口罩吸附能力的判斷取決于口罩中過濾層31已吸附顆粒物質的量，當口罩的過濾層31已吸附顆粒物質的量少，說明口罩此時的吸附能力強，不需要對其進行更換，而當口罩的過濾層31已吸附顆粒物質的量逐漸增大時，說明口罩此時的吸附能力在不斷減弱，當減弱至一定程度則需要對口罩進行更換。因此當發光模塊21朝向過濾層31發光時，由于過濾層31上吸附物質的量逐漸增大時，透過過濾層31的光的強度會逐漸減小，設置于過濾層31另一側的光敏傳感模塊22通過感應發光模塊21發出的光線經濾層31透射后的光強，會輸出相應電信號，處理模塊23根據光敏傳感模塊22傳輸的電信號可以輸出過濾層31的剩余吸附能力提醒。其中，處理模塊23與發光模塊21和光敏傳感模塊22相連，還用于給發光模塊21供電。

可選的，參照圖3所示，可根據實際情況對發光模塊21與光敏傳感模塊22的位置進行互換，即發光模塊21位于過濾層31與超柔細纖維層之間，此時檢測口罩吸附能力的原理不變，由于將發光模塊21放置于口罩偏內側，可以一定程度降低外界光的影響，使光敏感應模塊的檢測更加準確。

可選的，發光模塊包括一個發光單元，或者包括至少兩個發光單元組成的發光陣列，光敏傳感模塊包括一個光敏傳感器，或者包括至少兩個光敏傳感器組成的感光陣列。

參照圖4所示，發光模塊21為至少兩個發光單元211組成的發光陣列，光敏傳感模塊22為至少兩個光敏傳感器221組成的感光陣列，處理模塊根據感光陣列傳輸的電信號矩陣，輸出過濾層的剩余吸附能力參數。

參照圖5所示為發光模塊為至少兩個發光單元組成的發光陣列，光敏傳感模塊為至少兩個光敏傳感器組成的感光陣列時的工作模式示意圖，通過處理模塊控制發光陣列發光，感光陣列通過接收經過過濾層的光強并輸出相應的電信號，處理模塊根據感光陣列傳輸的電信號矩陣得出電信號矩陣并生成過濾層的剩余吸附能力參數，并分析口罩中的吸附物質的情況，并最終得到口罩的剩余吸附值，判斷口罩的剩余使用時間，并提醒用戶是否需要更換口罩，其中電信號與過濾層的剩余吸附能力參數一一對應。

參照圖6所示，發光模塊21為一個發光單元211，光敏傳感模塊22為至少兩個光敏傳感器221組成的感光陣列，此時處理模塊控制發光單元211發光，感光陣列在接收光后，處理模塊根據感光陣列輸出的電信號可以判斷出過濾層不同方向的物質吸附量大小，從而對整個口罩的使用情況做出判斷，其中也可以控制感光陣列中部分光敏傳感器221進行工作。

參照圖7所示，發光模塊21為至少兩個發光單元211組成的發光陣列，光敏傳感模塊22為一個光敏傳感器221，此時處理模塊可以控制發光陣列中不同位置的發光單元211發光，并對光敏傳感器221輸出的電信號進行整理得到過濾層不同方向上的吸附物質的量，并進行比對綜合分析得出口罩剩余吸附能力。

參照圖8所示為發光模塊21、光敏傳感模塊22進行口罩的吸附能力檢測示意圖，通過處理模塊23控制發光模塊朝向過濾層31發光，光敏傳感模塊22感應發光模塊21發出的光線經過濾層31透射或者反射后的光強，輸出相應電信號至處理模塊23，處理模塊23根據電信號生成過濾層的剩余吸附能力參數，并將其傳輸給用戶，便于用戶及時了解口罩的使用情況。

需要說明的是，上述幾種實現方式中，檢測口罩吸附能力的原理不變，同樣都是發光模塊朝向過濾層發光，光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號，之后處理模塊根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出所述過濾層的剩余吸附能力提醒。

可選的，參照圖9所示，發光模塊與光敏傳感模塊位于過濾層31的同側，此時發光模塊與光敏傳感模塊組成陣列結構，其中該陣列包括至少一個發光單元211以及至少一個光敏傳感器221，同時該陣列可位于過濾層31的任一側。

需要說明的是，發光單元朝向過濾層發光時，由于過濾層上吸附物質的量逐漸增大時，透過過濾層的光的強度會逐漸減小，因此從過濾層反射到光敏傳感器上的光的強度會逐漸增大，光敏傳感器通過感應光強輸出相應電信號，處理模塊根據光敏傳感模塊傳輸的電信號可以輸出過濾層的剩余吸附能力提醒。

示例性的，參照圖10所示，在過濾層31的一側貼附半透反射膜32，該半透反射膜32位于發光模塊21與光敏傳感模塊22組成的陣列結構與過濾層31之間。半透反射膜32可以更好的將發光單元211發出的光發射至光敏傳感器221，從而使處理模塊23根據光敏傳感器221傳輸的電信號輸出過濾層31的剩余吸附能力提醒。光敏傳感模塊22可以為光電二極管。

進一步的，參照圖11所示，發光模塊21、光敏傳感模塊22以及半透反射膜32封裝為整體器件用于檢測口罩的吸附能力，該整體器件也可以用于其他的吸附能力測量場景，由于其為光學器件，原理簡單操作方便可以用于更多場景。該整體器件的結構采用的半透反射膜32的材料可以為聚合物多層沉積形成的層級結構將部分光線反射部分透過，或者采用不連續蒸鍍的金屬薄膜。由于該器件尺寸為5mm*5mm左右的結構，體積較小不會影響正常的呼吸，可以安裝在口罩的任意部分，最佳位置為口鼻附近。

可選的，參照圖12所示，處理模塊包括：顯示單元231、以及連接在光敏傳感模塊22與顯示單元231之間的轉換電路232。

其中，轉換電路232用于將光敏傳感模塊22傳輸的電信號轉換為顯示單元231的驅動信號，其中顯示單元231用于根據驅動信號輸出提示信號，提示信號與過濾層的剩余吸附能力一一對應。

示例性的，處理模塊給發光模塊21以恒壓輸出看光敏傳感模塊22的電壓vs情況然后通過電路調節得到顯示單元231電極的電壓為v＝vcc-vs-1.4，由于在不同的透過條件下光敏傳感模塊22產生的電壓vs不同，因此影響顯示單元231的電壓使得顯示單元231輸出的提示信號不停，具體的，該提示信號可以為顯示單元231根據驅動信號進行變色顯示，例如當過濾層的剩余吸附能力強時，顯示單元231顯示綠色，當過濾層的剩余吸附能弱時，顯示單元231顯示紅色。

進一步的，參照圖13所示，轉換電路232包括：運算放大器233，運算放大器233的兩個輸入端連接光敏傳感模塊22的兩端，運算放大器233的輸出端連接顯示單元231，運算放大器233用于將電信號放大為驅動信號。

具體的，發光模塊21發送光經過過濾層31透射或反射后，光敏傳感器221接收到光并輸出相應的電信號，運算放大器233將光敏傳感器221輸出的電信號進行放大。

可選的，參照圖14所示，轉換電路232還包括：電壓調制電路234，電壓調制電路234串聯在運算放大器233的輸出端與顯示單元231之間。

電壓調制電路234用于調節驅動信號的電壓滿足顯示單元的耐壓值。

可選的，參照圖15所示，處理模塊23包括:處理單元235和無線通信單元236，處理單元235用于根據電信號生成過濾層的剩余吸附能力參數，其中電信號與過濾層的剩余吸附能力參數一一對應；無線通信單元236用于對與其數據連接的用戶設備24輸出過濾層的剩余吸附能力參數。

具體的，處理單元根據光敏傳感模塊傳輸的電信號可以輸出過濾層的剩余吸附能力參數包括：處理單元存儲有過濾層上吸附物質的量與光敏傳感模塊輸出電信號的對應關系函數或圖表，以及過濾層能夠吸附的總物質量，處理單元通過接收光敏傳感模塊輸出的電信號可以得出過濾層上已吸附物質的量，從而得出過濾層剩余吸附值，判定該口罩的吸附能力。無線通信單元可以與用戶設備，例如手機、電腦等智能設備進行數據通信，將口罩的實時信息，包括口罩過濾層的剩余吸附值、剩余使用時間以及是否需要更換的信息發送至用戶設備，便于使用戶實時了解口罩的使用狀況，并在需要時進行及時更換。

進一步的，該口罩還包括：安裝在口罩外側的指示燈，處理模塊用于接收與其數據連接的用戶設備輸出的開啟指示燈的指令，并根據指令開啟指示燈。或者，處理模塊用于接收與其數據連接的用戶設備輸出的空氣質量信息，并根據空氣質量信息控制指示燈的開啟。

示例性的，用戶設備在接收到空氣實時狀況信息時，若用戶處于霧霾較嚴重的天氣，pm2.5的濃度達到一定數值，則用戶設備根據該天氣狀況信息向安裝在口罩外側的指示燈發出開啟指令，指示燈則發出黃光，保證在路上的行走安全以及安全警示作用。黃光的發光特性可以利用程序控制其閃爍節約功耗并且起到警示作用，或者當用戶設備在接收到空氣實時狀況信息時，將空氣質量信息發送至口罩內的處理模塊，處理模塊通過對空氣質量信息進行處理，并判斷pm2.5的濃度達到一定數值時，根據空氣質量信息控制指示燈的開啟。

示例性的，上述實施例中的處理模塊可以為進行數據處理和傳輸的電路，發光單元可以為發光二極管等發光設備，該用戶設備具體可以為手機、導航儀、個人計算機(personalcomputer，pc)、上網本、個人數字助理(英文：personaldigitalassistant，簡稱：pda)、服務器等，或者上述用戶設備可以為安裝有可以采用本發明實施例提供的方法對歷史路況數據進行處理的軟件客戶端或軟件系統或軟件應用的pc、服務器等，具體的硬件實現環境可以通用計算機形式，或者是asic的方式，也可以是fpga，或者是一些可編程的擴展平臺例如tensilica的xtensa平臺等等。

可選的，參照圖16所示，光敏傳感器221包括微鏡2211，光敏材料2212；處理模塊23包括光子晶體器件231，光子晶體器件231包括第一電極2311、第二電極2312以及設置于第一電極和第二電極之間的光子晶體2313。

第一電極2311連接光敏材料2212的一端，第二電極2312連接光敏材料2212的另一端。

微鏡2211用于將發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后聚焦至光敏材料2212，光敏材料2212用于根據聚焦的光強生成電信號，光子晶體2313用于根據電信號的大小進行變色顯示，過濾層的剩余吸附能力與顯示的顏色一一對應。

通過該光敏傳感器的微鏡結構將各個方向的光源匯聚到光敏材料，可以提升光線的接收效率提高測試量程與測量準確性。

參照圖17所示，發光模塊21發送光經過過濾層31后，光敏傳感器內部的微鏡2211將光源聚焦至光敏材料2212，光敏材料2212根據聚焦的光強控制電信號的大小，光子晶體2313根據電信號的大小進行變色顯示。

本發明實施例還提供一種口罩的吸附能力的檢測方法，用于控制上述實施例的口罩，參照圖18所示，該方法包括：

s1、發光模塊朝向過濾層發光。

s2、光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號。

s3、處理模塊驅動發光模塊發出光線，且根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒。

通過發光模塊朝向過濾層發光，光敏傳感模塊感應發光模塊發出的光線經過濾層透射或者反射后的光強，輸出相應電信號，處理模塊驅動發光模塊發出光線，且根據光敏傳感模塊傳輸的電信號輸出過濾層的剩余吸附能力提醒，可以檢測此時口罩吸附能力的變化從而提示用戶對口罩進行及時的更換。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。