CN103964541A - 一种紫外线自动消毒装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外线自动消毒装置，包括：生物传感器模块、紫外线发生装置、消毒控制模块、微处理器模块、自动清洁装置、供电模块；设置生物传感器模块和紫外线发生装置，生物传感器模块检测到的生物物质的浓度信号转换为电信号后，将此电信号经过生物传感器模块与微控制器模块之间的信号线传送到微控制器模块；设置由紫外线消毒模块、水位控制系统以及辅助设备组成的紫外线发生装置，通过利用生物传感器与紫外线消毒的技术的有机结合，实现了自动消毒的功能，克服了传统的紫外线消毒装置的功率消耗和灯泡消耗大，灯泡的使用寿命短的缺点。本发明通过控制加药室内药剂量，可以有效地控制二氧化氯片剂的投加量，有效控制加药时间间隔。

Description

一种紫外线自动消毒装置

技术领域

本发明属于杀菌净化技术领域，尤其涉及一种紫外线自动消毒装置。

背景技术

利用紫外线进行杀菌消毒是目前使用的较为普遍的一种技术。波长200-290nm的紫外线能穿透细菌、病毒的细胞膜，破坏脱氧核糖核酸(DNA)，而DNA是所有生物的遗传物质基础，生物的遗传信息都贮存在DNA分子中，紫外线使细胞失去活性，以光子能力达到快速杀菌的效果。紫外线杀菌效果好，无副作用，目前已广泛应用于医疗卫生、水产养殖、污水处理等行业。

生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器(传感器)，二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。

1967年乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器(微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器)，研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等方面。

生物传感器是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物研究开发)、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景

紫外线杀菌器的主要缺点是功率消耗和灯泡消耗大，灯泡的使用寿命一般为1至2年，随着灯泡的老化，将丧失30％至40％的强度。另一方面，每隔一段时间要清洗石英管，不然石英管上面就会产生一层薄薄的膜，它能阻挡紫外线的照射，减小紫外线杀菌器的杀毒效果。

另外现存的紫外线消毒装置的工作状态不能根据水质的状态自行进行控制也是现存的紫外线消毒装置存在的一大缺点。

二氧化氯作为新型高效杀菌消毒剂已得到广泛的认可，但由于气体二氧化氯见光分解，性质活泼，使用时需现场配置。固体二氧化氯以其使用方便、安全、快速等优点越来越多得受到人们关注，作为一种高效光谱杀毒剂，二氧化氯可以分解细菌病毒等微生物以及蛋白质中的氨基酸和其他还原性物质，还可以与有机物和多种无机离子发生反应，并且相对于其他氯系产品，二氧化氯杀菌时不会产生致畸变、致癌变、致突变的氯仿等有机卤化物，杀灭病毒、细菌、除臭、漂白等的效果是cl₂的2.5倍。世界卫生组织将其安全性列为A1级。目前市场上对于二氧化氯的连续投加方式一般需要使用动力装置，成本较高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种紫外线自动消毒装置，旨在解决现有的紫外线消毒装置的工作状态不能根据水质的状态自行进行控制和二氧化氯消毒剂的加药量不能控制的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种紫外线自动消毒装置，该紫外线自动消毒装置包括：生物传感器模块、紫外线发生装置、消毒控制模块、微处理器模块、自动清洁装置、供电模块；

生物传感器模块与微处理器模块连接，用于对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号；

紫外线发生装置与微处理器模块连接，在微处理器模块的控制下，用于产生紫外线实现紫外消毒；

消毒控制模块与微处理器模块连接，在微处理器模块的控制下，用于实现消毒模式的开启；

微处理器模块，接收生物传感器模块的电信号后经过处理器的运算处理再一次将电信号还原回原来的浓度数据，并与处理器的内部的程序中存储的浓度阈值比较；接收到的生物物质的浓度低于用户设置的阈值；

自动清洁装置与微处理器模块连接，用于根据用户的设定的时间间隔定时的清洁石英灯管；

供电模块与微处理器模块连接，用于为供电模块提供稳定的电源。

进一步，生物传感器采用固定化生物敏感材料作识别元件与理化换能器及信号放大装置组成，具有接受器与转换器的功能。

进一步，固定化生物敏感材料作识别元件：包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸生物活性物质，理化换能器为氧电极、光敏管、场效应管或压电晶体。

进一步，生物传感器模块采用微生物BOD传感器。

进一步，微处理器模块采用STM32F103系列微处理器。

进一步，该紫外线自动消毒装置的操作步骤如下：

步骤一，开始；

步骤二，初始化硬件设备；

步骤三，微控制器模块读取由生物传感器模块采集到的生物物质浓度数据；

步骤四，判断生物物质浓度数据是否超出用户所设置的阈值；

步骤五，关闭紫外线发生装置；

步骤六，打开紫外线发生装置；

步骤七，进入PID处理算法，微控制器模块控制紫外线发生装置和消毒控制装置。

进一步该紫外线自动消毒装置还包括：进水管、加药室、消毒片、药品溶解室、隔墙、消毒室、紫外线灯管、出水管、上盖、脚轮、通水孔、出水口；

加药室设置在药品溶解室内，药品溶解室设置在消毒室内，在消毒室内设置有隔墙，隔墙底部设置有通水孔，消毒室设置有进水管和出水管，进水管穿过消毒室与药品溶解室连接，药品溶解室设置有出水口，加药室顶部设置有密封盖，加药室内设置有消毒片，消毒室上端的两侧设置有紫外线灯管，消毒室内无药品溶解室的一侧设置有打开的上盖，使用时将需要消毒的医疗设备通过上盖放置入消毒室内进行消毒，消毒室底部设置有脚轮。

进一步，加药室底部设置有孔。

进一步，隔墙底部设置多个通水孔。

本发明提供的紫外线自动消毒装置，设置生物传感器模块和紫外线发生装置，生物传感器模块检测到的生物物质的浓度信号转换为电信号后，将此电信号经过生物传感器模块与微控制器模块之间的信号线传送到微控制器模块；设置由紫外线消毒模块、水位控制系统以及辅助设备组成的紫外线发生装置，采用低水阻紫外消毒模块，达到更小的水阻、更高的可靠性，通过利用生物传感器与紫外线消毒的技术的有机结合，实现了自动消毒的功能，克服了传统的紫外线消毒装置的功率消耗和灯泡消耗大，灯泡的使用寿命短的缺点，而且方便了用户的使用，实现了根据水质的状态自行进行控制紫外线消毒装置的工作状态的问题。本发明通过控制加药室内药剂量，可以有效地控制二氧化氯片剂的投加量，有效控制加药时间间隔，及水体中消毒剂的有效含量，并做到一定时间内无需人工投加，实现自动连续投加消毒片。

附图说明

图1是本发明实施例提供的紫外线自动消毒装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的紫外线自动消毒装置的工作流程图；

图3是本发明实施例提供的进水管、加药室、消毒片和药品溶解室的结构示意图；

图中：1、生物传感器模块；2、紫外线发生装置；3、消毒控制模块；4、微处理器模块；5、自动清洁装置；6、供电模块；7、进水管；8、加药室；9、消毒片；10、药品溶解室；11、隔墙；12、消毒室；12-1、紫外线灯管；13、出水管；14、上盖；15、脚轮；16、通水孔；17、出水口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例提供的紫外线自动消毒装置主要由：生物传感器模块1、紫外线发生装置2、消毒控制模块3、微处理器模块4、自动清洁装置5、供电模块6组成；

生物传感器模块1与微处理器模块4连接，用于对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号；

紫外线发生装置2与微处理器模块4连接，在微处理器模块4的控制下，用于产生紫外线实现紫外消毒；

消毒控制模块3与微处理器模块4连接，在微处理器模块4的控制下，用于实现消毒模式的开启；

微处理器模块4，接收生物传感器模块1的电信号后经过处理器的运算处理再一次将电信号还原回原来的浓度数据，并与处理器的内部的程序中存储的浓度阈值比较；接收到的生物物质的浓度低于用户设置的阈值；

自动清洁装置5与微处理器模块4连接，用于根据用户的设定的时间间隔定时的清洁石英灯管；

供电模块6与微处理器模块4连接，用于为供电模块6提供稳定的电源。

本发明的工作原理：生物传感器模块1通过相应的总线与微控制器模块4连接，微控制器模块4与紫外线发生装置2和消毒控制模块3连接，供电模块6提供电源。

生物传感器模块1对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。生物传感器模块1将检测到的生物物质的浓度信号转换为电信号后，将此电信号经过生物传感器模块1与微控制器模块4之间的信号线传送到微控制器模块4。

微控制器模块4接收到电信号后经过处理器的运算处理再一次将电信号还原回原来的浓度数据，并与处理器的内部的程序中存储的浓度阈值比较，其中程序中存储的浓度阈值是根据用户自行设置的。当浓度超出用户设定的阈值的时候，微控制器模块4控制消毒控制模块3开启消毒模式，同时微控制器模块4控制紫外线发生装置2产生紫外线。

当微控制器模块4所接收到的生物物质的浓度低于用户设置的阈值的时候，微控制器模块4控制其他模块关闭，进入休眠状态，降低能源的消耗，增加了使用紫外线灯管的使用寿命。

另外自动清洁装置5可以根据用户的设定的时间间隔定时的清洁石英灯管。这就避免了由于石英管上面就会产生一层薄薄的膜而减小紫外线杀菌器的杀毒效果。

生物传感器模块1采用微生物BOD传感器。

微处理器模块4采用STM32F103系列微处理器。

整个紫外线发生装置2主要包括紫外线消毒模块、水位控制系统以及辅助设备。紫外消毒模块设备采用低水阻紫外消毒模块，达到更小的水阻、更高的可靠性。整个紫外线发生装置由个若干模块组成，便于安装运行及维护。

紫外线杀菌消毒是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水，将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，达到消毒的目的。

如图2所示，本发明实施例提供的紫外线自动消毒装置的工作流程：

S201：开始；

S202：初始化硬件设备；

S203：微控制器模块读取由生物传感器模块采集到的生物物质浓度数据；

S204：判断生物物质浓度数据是否超出用户所设置的阈值；

S205：关闭紫外线发生装置；

S206：打开紫外线发生装置；

S207：进入PID处理算法，微控制器模块控制紫外线发生装置和消毒控制装置。

PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。

PID参数自整定控制仪可选择外给定(或阀位)控制功能。可取代伺服放大器直接驱动执行机构(如阀门等)。PID外给定(或阀位)控制仪可自动跟随外部给定值(或阀位反馈值)进行控制输出(模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出)。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定(或阀位)控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈信号。

如图3所示，本发明实施例的紫外线自动消毒装置还包括：进水管7、加药室8、消毒片9、药品溶解室10、隔墙11、消毒室12、紫外线灯管12-1、出水管13、上盖14、脚轮15、通水孔16、出水口17；

加药室8设置在药品溶解室10内，药品溶解室10设置在消毒室12内，在消毒室12内设置有隔墙11，隔墙11底部设置有多个通水孔16，消毒室12设置有进水管7和出水口17，进水管7穿过消毒室12与药品溶解室10连接，药品溶解室10设置有出水口17；加药室8顶部设置有密封盖，底部设置有孔，加药室8内设置有消毒片9；消毒室12上端的两侧设置有紫外线灯管12-1，消毒室12内无药品溶解室10的一侧设置有可以打开的上盖14，使用时将需要消毒的医疗设备通过上盖14放置入消毒室12内进行消毒，消毒室12底部设置有脚轮15。

本发明的工作过程如下：

1)事先将需要消毒的医疗设备通过消毒室的上盖放置入消毒室内；

2)水流经进水管通过消毒室进入药品溶解室内；

3)呈片状累积在加药室内的消毒片随着水的进入逐渐溶解，在底部的消毒片3最先溶解，待下部的消毒片溶解完毕上部的消毒片自动下落继续溶解；

4)含有消毒剂的水体在消毒接触室停留30分钟后对医疗设备进行充分消毒后经出水管排出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紫外线自动消毒装置，其特征在于，该紫外线自动消毒装置包括：生物传感器模块、紫外线发生装置、消毒控制模块、微处理器模块、自动清洁装置、供电模块；

生物传感器模块与微处理器模块连接，用于对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号；

紫外线发生装置与微处理器模块连接，在微处理器模块的控制下，用于产生紫外线实现紫外消毒；

消毒控制模块与微处理器模块连接，在微处理器模块的控制下，用于实现消毒模式的开启；

微处理器模块，接收生物传感器模块的电信号后经过处理器的运算处理再一次将电信号还原回原来的浓度数据，并与处理器的内部的程序中存储的浓度阈值比较；接收到的生物物质的浓度低于用户设置的阈值；

自动清洁装置与微处理器模块连接，用于根据用户的设定的时间间隔定时的清洁石英灯管；

供电模块与微处理器模块连接，用于为供电模块提供稳定的电源。

2.如权利要求1所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，生物传感器采用固定化生物敏感材料作识别元件与理化换能器及信号放大装置组成，具有接受器与转换器的功能。

3.如权利要求2所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，固定化生物敏感材料作识别元件：包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸生物活性物质，理化换能器为氧电极、光敏管、场效应管或压电晶体。

4.如权利要求1所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，生物传感器模块采用微生物BOD传感器。

5.如权利要求1所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，微处理器模块采用STM32F103系列微处理器。

6.如权利要求1所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，该紫外线自动消毒装置的操作步骤如下：

步骤一，开始；

步骤二，初始化硬件设备；

步骤三，微控制器模块读取由生物传感器模块采集到的生物物质浓度数据；

步骤四，判断生物物质浓度数据是否超出用户所设置的阈值；

步骤五，关闭紫外线发生装置；

步骤六，打开紫外线发生装置；

步骤七，进入PID处理算法，微控制器模块控制紫外线发生装置和消毒控制装置。

7.如权利要求1所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，该紫外线自动消毒装置还包括：进水管、加药室、消毒片、药品溶解室、隔墙、消毒室、紫外线灯管、出水管、上盖、脚轮、通水孔、出水口；

加药室设置在药品溶解室内，药品溶解室设置在消毒室内，在消毒室内设置有隔墙，隔墙底部设置有通水孔，消毒室设置有进水管和出水管，进水管穿过消毒室与药品溶解室连接，药品溶解室设置有出水口，加药室顶部设置有密封盖，加药室内设置有消毒片，消毒室上端的两侧设置有紫外线灯管，消毒室内无药品溶解室的一侧设置有打开的上盖，使用时将需要消毒的医疗设备通过上盖放置入消毒室内进行消毒，消毒室底部设置有脚轮。

8.如权利要求7所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，加药室底部设置有孔。

9.如权利要求7所述的紫外线自动消毒装置，其特征在于，隔墙底部设置多个通水孔。