CN103960219A - 激光杀菌灭虫方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光杀菌灭虫方法及装置，其由激光器产生激光光束，通过光路引导系统将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描形成光幕，并通过移动机构使光幕经过目标区域；形成光幕的激光辐照目标区域内的细菌或病毒,使其外包层的蛋白质凝固无法吸取营养而死亡，或辐照目标区域内的昆虫使其死亡。本发明的激光光束是无化学污染的清洁能源，而且结构简单，操作简便，设备存放容易，只要功率和作用时间控制适当,可以在很大的空间杀菌灭虫，不会对人体造成伤害。

Description

激光杀菌灭虫方法及装置

技术领域

本发明属于杀菌灭虫领域，更具体地，涉及一种利用激光杀菌灭虫的方法及装置。

背景技术

医院病房等场所是各种病患者集中活动的地方，也是各种细菌和病毒滋生、寄存、繁殖的场所。这些细菌、病毒通常从病人体内通过皮肤、口沫排出体外，附着在床被、枱椅之上，也大量附着在尘埃，游离于空气中，尤其是每天医护人员查房、叠被整理病房时或之后，病房内空气弥漫着大量各种病原体，此时病房空气菌落宻度最大，造成同房病友或串房病友在此期间交叉感染的机会大大増多。

现有的虫害、病菌防治方式有药物杀除，或者是利用光线、气味、化学物质等对昆虫进行引诱后杀灭。其中不管是药物、气味或者化学物质的诱杀方式，都会对环境造成一定的不良影响，甚至会影响人体健康。

目前已有利用激光杀灭蚊蝇的装置，但一般固定安置，同时必须附带复杂的跟踪定位系统，增加了设备的成本，同时能作用的空间有限。已有的利用激光杀灭蚊蝇的装置基本是利用强光或高能量下的热灼烧效应，能量利用效率较低，而且设备需要长时间工作，实时监测蚊蝇动态并触发产生激光进行杀灭，能源容易损耗。

目前暂时没有将激光利用在灭菌杀毒方面的例子或报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光杀菌灭虫方法，其可随意移动以覆盖任何目标区域，利用激光有效地杀菌灭虫。

本发明的另一个目的在于一种激光杀菌灭虫装置。

本发明的目的是这样实现的：一种激光杀菌灭虫方法，其特征在于：将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描形成光幕，并移动光幕使光幕经过目标区域；形成光幕的激光辐照目标区域内的细菌或病毒,使其外包层的蛋白质凝固无法吸取营养而死亡，或者辐照目标区域内的昆虫使其死亡。

所述的激光光束为：波长为337纳米的紫外激光，脉冲峰值功率300kW，脉冲频率5hz，脉宽10ns；或者是波长为10.6微米的红外激光，脉冲峰值功率200W，脉冲频率5khz，脉宽0.5ms。

一种激光杀菌灭虫装置，其特征在于包括：产生激光光束的激光器；光路引导系统，将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描，形成光幕；移动机构，激光器和光路引导系统设于移动机构上。

所述的光路引导系统包括：反射镜，位于激光光束的光路将激光束反射到后述的柱状透镜；柱状透镜，将由反射镜反射而来激光光束转变成线光源；电机，通过旋转支架驱动后述的反射镜转动；反射镜镜面的转动使激光束沿柱状透镜的轴向方向移动，进而通过柱状透镜转变成移动的线光源，形成光幕。

所述的柱状透镜水平放置，形成垂直于地面的线光源。

所述的柱状透镜垂直于水平面放置，形成水平的线光源。

所述的激光器为输出紫外激光的氮分子激光器，或者是输出红外激光的二氧化碳激光器。

所述的激光器和光路引导系统两者位置相对固定地设置在一承托平板上，该承托平板可拆装的设于移动机构上。

所述的承托平板底部设有减震防滑件。

所述的移动机构包括脚轮或把手。

还包括安装于移动机构上的激光器高压电源、光路引导系统电源。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明依据细菌及病毒如果受到超过一定剂量的紫外光或红外光的辐照，其外包层的蛋白质将会被凝固，与外界隔绝、无法吸取营养而死亡的原理，选择特定波长的激光，调节合适的功率，对外空间进行扫描，从而不仅可以灭虫还能有效杀除细菌、病毒，也不会对过往人畜造成过量辐射的伤害，这不同于已有的技术中利用强光或高能量下的热灼烧效应的方法，后者仅对杀蚊蝇有效。

此外，本发明利用激光在外空间扫描成一幅光幕来同时杀灭一大片目标区域内的细菌、蚊虫，不需要跟踪定位系统，结构更简单，设备制造成本更低。而且，因为使用脉冲激光光束，单位时间需要消耗的激光能量更低。并且，因为激光光束先扩展成直线再扫描，所以扫描速度更快，激光方向更容易调节。发明的实施装置方便操作，借助于移动机构本发明可以作用到任何空间和位置，可随时关闭或启动，设备的使用寿命更长、效率更高、更安全。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的光路示意图；

图3为本发明实施例2的整体结构示意图；

图4本发明实施例2的光路示意图；

其中：移动机构箱体1、隔板2、底板3、把手4、脚轮5、激光器6、激光器高压电源7、光路引导系统8、电机81、旋转支架82、反射镜83、柱状透镜84、光路反射扫描系统电源11、入射光路12、反射扫描光幕13、承托平板14、减震防滑件15、快速固定装置16、线光源17。

具体实施方式

本发明是一种激光杀菌灭虫方法，将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描形成光幕，并移动光幕使光幕经过目标区域；形成光幕的激光辐照目标区域内的细菌或病毒,使其外包层的蛋白质凝固无法吸取营养而死亡，辐照目标区域内的昆虫，使其折翼坠地死亡。优选的，所述的激光光束为：波长为337纳米的紫外激光，脉冲峰值功率300kW，脉冲频率5hz，脉宽10ns；或者是波长为10.6微米的红外激光，脉冲峰值功率200W，脉冲频率5khz，脉宽0.5ms。脉冲峰值功率对杀菌灭虫起决定性的作用。因为脉冲时间脉宽很短，所以峰值功率可以很大，细菌病毒的分子在这激光（主要是紫外激光）脉冲作用下会立即发生变化，当多个激光脉冲持续作用，细菌病毒就会死亡；杀灭蚊蝇昆虫主要是用红外激光，这时主要利用脉冲红外激光高峰值功率的热效应，直接烧死碰上光幕的蚊虫。同时由于脉宽很短，因此对人畜是无害的。实际操作时根据目标区域内的实际蚊虫密度来调节光幕的移动，密度大则移动减慢。

如图1-4所示，实现上述方法的一种激光杀菌灭虫装置，包括：产生激光光束的激光器6；光路引导系统8，将呈高斯分布的激光光束转变成线光源17，并使该线光源17在外空间扫描，形成光幕；移动机构，激光器6和光路引导系统8设于移动机构上。优选的，所述的光路引导系统8包括：反射镜83，位于激光光束的光路将激光束反射到后述的柱状透镜84；柱状透镜84，将由反射镜83反射而来激光光束转变成线光源17；电机81，通过旋转支架82驱动后述的反射镜83转动；反射镜83镜面的转动使激光束沿柱状透镜84的轴向方向移动，进而通过柱状透镜84转变成移动的线光源17，形成光幕13。激光器6是能实现上述激光光束特征的紫外线激光器或红外线激光器。激光器6输出高斯分布的脉冲激光，被反射镜83反射向柱状透镜84，反射后的入射光路12仍保持高斯分布特征，但经过特定放置的柱状透镜84后，激光光束转变成一条线光源17。电机81通过旋转支架82驱动反射镜83旋转，从而不断改变反射角度，使激光束沿柱状透镜84的轴向方向不断移动，移动的激光束通过柱状透镜84后转变成移动的线光源17，形成反射扫描光幕13。激光器6可直接固定于移动机构上，也可通过可调式底座固定，以便于调节光路。

所述的移动机构包括脚轮5或把手4，方便人移动以及停放。为便于移动，装置还包括安装于移动机构上的激光器高压电源7、光路引导系统电源11。光路引导系统电源11可采用12V蓄电池，免去拖带220V市电供电线的麻烦。激光器6和光路引导系统8可以直接安装在移动机构上。为便于更换移动机构或更易于与现有的移动机构结合使用，优选的，将激光器6和光路引导系统8两者位置相对固定地设置在一承托平板14上，该承托平板14可拆装的设于移动机构上。为了使承托平板14能够快速的从移动机构上拆卸下来，可以通过现有的一些快速固定装置来实现，例如快速固定夹16等。为了减少移动机构移动时的振动给承托平板14上方的光路带来的影响，以及增大摩擦系数，承托平板14底部还可设有减震防滑件15，例如至少在承托平板14四个角的底部设有橡胶垫片。

激光杀菌灭虫装置中的各部件以组合方式存在，可根据实际情况单独替换或更改某部件，方便维护，可根据实际需要重新组合，譬如激光器6的电源也可以放置在激光器6旁，或者设计一个多输出通道的电源，同时分别提供激光器6和光路引导系统8的电能，或者专门设计特定环境中的移动机构（在本说明书中仅以医院中的常用的小型手扶四轮推车为例）。

本发明的装置可以应用于医院、厨房、卧室、实验室，更进一步地可以应用在目标空间更大的养殖场，利用较强的红外激光快速扫描空间，选择性地杀灭蚊蝇而不损伤牲畜，对发展畜牧业也是有利且环保的。也可以用于一般的饭馆、厨房、家庭、学校、生产环境要求较高的工作坊、实验室等地方的杀菌灭虫，应用范围非常广泛。

以下结合附图和具体例子对本发明做进一步的阐述，但本发明并不限于此特定例子。

实施例1

如图1所示，本例子中的移动机构采用的是一台医院常用的小型手扶四轮推车，包括移动机构箱体1、隔板2、底板3、把手4、脚轮5。激光器6和光路引导系统8两者位置相对固定地设置在承托平板14上，然后再将承托平板14放置于隔板2上，通过快速固定装置16固定，本实施例中采用快速固定夹，使用时将承托平板14和隔板2通过ㄩ型的夹体卡接，然后旋紧上方的手旋螺丝直至手旋螺丝压紧承托平板14即可。在承托平板14的四个角以及中部位置的底部设有减震防滑件15，在本实施例中采用橡胶垫片。激光器高压电源7和光路引导系统电源11放置在底板3上。光路引导系统电源11采用的是12V的蓄电池。本实施例结构紧凑，可以在一个不大的地方停放，各部件以组合关系存在，可单独更换，方便维护。

如图2所示，激光器6为二氧化碳激光噐，输出波长为10.6微米、脉冲峰值功率200W、脉冲频率5khz、脉宽0.5ms的高斯分布的红外激光。

在本实施例中，位于激光光束光路的反射镜83，将激光束反射到柱状透镜84。柱状透镜84以垂直于水平面的方式放置，被反射后的激光光束经过柱状透镜84后转变为一条水平的线光源17。电机81通过水平设置的旋转支架82驱动反射镜83绕平行于水平面的轴线旋转，使激光束沿柱状透镜84的轴向方向移动，进而通过柱状透镜84转变成移动的线光源17，形成反射扫描光幕13。

经过在医院实际测试，如果扫描5*5*5m³的空间，红外激光功率选择平均功率10w～30w的脉冲调制光源已经足够。通过电机81不停旋转反射镜83，令激光光束在外空间扫描成一幅反射扫描光幕13，推动小型手扶四轮推车，使反射扫描光幕13在整个空间移动，浮游在反射扫描光幕13扫描之处（目标区域）的空气中的细菌、病毒和蚊虫被杀死，而且由于激光功率调控恰当，对人畜等无伤害。激光器6和光路引导系统8使用时就开，不用时就关闭，不会因长时间处于工作状态而过早损耗。

实施例2

如图3、图4所示，激光器6为二氧化碳激光噐，输出波长为10.6微米、脉冲峰值功率200W、脉冲频率5khz、脉宽0.5ms的高斯分布的红外激光。柱状透镜84以平行于于水平面放置，被反射后的激光光束经过柱状透镜84后会扩展为一条垂直于水平面的线光源17。电机81固定于隔板2下方（在图中未示出），通过竖直设置的旋转支架82驱动反射镜83绕垂直于水平面的轴线旋转，使激光束沿柱状透镜84的轴向方向移动，进而通过柱状透镜84转变成移动的线光源17，形成反射扫描光幕13。

其他结构同实施例1。

本发明专利不仅要求保护装置的设计，应用激光杀菌灭虫的方法也应在保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式。在不脱离本发明原理的前提下，对发明的技术方案可以做若干适合实际情况的改进。因此，本发明专利的保护范围不限于此，任何基于本发明技术方案上非本质性变更均包括在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光杀菌灭虫方法，其特征在于：将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描形成光幕，并移动光幕使光幕经过目标区域；形成光幕的激光辐照目标区域内的细菌或病毒,使其外包层的蛋白质凝固无法吸取营养而死亡，或者辐照目标区域内的昆虫使其死亡。

2.根据权利要求1所述的激光杀菌灭虫方法，其特征在于：所述的激光光束为：波长为337纳米的紫外激光，脉冲峰值功率300kW，脉冲频率5hz，脉宽10ns；或者是波长为10.6微米的红外激光，脉冲峰值功率200W，脉冲频率5khz，脉宽0.5ms。

3.一种激光杀菌灭虫装置，其特征在于包括：产生激光光束的激光器；光路引导系统，将呈高斯分布的激光光束转变成线光源，并使该线光源在外空间扫描，形成光幕；移动机构，激光器和光路引导系统设于移动机构上。

4.根据权利要求3所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的光路引导系统包括：反射镜，位于激光光束的光路将激光束反射到后述的柱状透镜；柱状透镜，将由反射镜反射而来激光光束转变成线光源；电机，通过旋转支架驱动后述的反射镜转动；反射镜镜面的转动使激光束沿柱状透镜的轴向方向移动，进而通过柱状透镜转变成移动的线光源，形成光幕。

5.根据权利要求4所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的柱状透镜水平放置，形成垂直于地面的线光源。

6.根据权利要求4所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的柱状透镜垂直于水平面放置，形成水平的线光源。

7.根据权利要求3所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的激光器为输出紫外激光的氮分子激光器，或者是输出红外激光的二氧化碳激光器。

8.根据权利要求3所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的激光器和光路引导系统两者位置相对固定地设置在一承托平板上，该承托平板可拆装的设于移动机构上。

9.根据权利要求3所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的承托平板底部设有减震防滑件。

10.根据权利要求3所述的激光杀菌灭虫装置，其特征在于：所述的移动机构包括脚轮或把手。