CN106723513B - 一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩 - Google Patents

一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，口罩主体包括依次叠加的外侧口罩、夹层滤芯层和内层口罩所组成的三层结构，三层结构的底部还设置有口罩衬底，所诉口罩衬底与口罩主体形成立体空间，容纳使用者的口鼻；所述外侧口罩与内层滤芯层之间还设置有硅片吸附层；口罩主体的两侧分别设置第一、第二支撑侧柱，所述第一、第二支撑侧柱内设置有电源模块、微处理器、数据发送天线和LED提示灯，所述口罩衬底中设置有微型称重传感器。本发明可以有效监控口罩滤芯的污染程度，提示用户更换。并且可通过数据采集和大数据统计的方式采集数据，便于后续污染物的来源统计和处理。

Description

一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩
技术领域
本发明公开了一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，涉及医疗卫生用品技术领域。
背景技术
雾霾的出现极大的困扰了人们的日常生活和工作，对于雾霾成因的研究和防治目前也还没有十分确切的进展。雾霾主要是由于PM2.5造成的，PM2 .5是指大气中的直径大致为2 .5μm的颗粒悬浮物，这种颗粒悬浮物在医学和生物学界称之为入肺颗粒物，长期吸入会损及肺气管，甚至出现不希望出现但又无法回避与抗拒的恶疾如肺癌或类似疾病。
应对雾霾，口罩是一种理想的防护用品，因而经济相对廉价、使用较为便捷的并且对PM2 .5具有一定的阻挡（过滤）效果的口罩成了首选之工具。
在公开的中国专利文献中不乏关于过滤PM2 .5的口罩的技术信息，如授权公告号为CN201510141283（一种能有效过滤PM2.5 的口罩），如授权公告号CN201248380Y（灰霾和臭氧空气防护口罩）、CN202536155U（防PM二点五颗粒口罩）、公布号CN103637431A（一种高效过滤PM2 .5平面口罩）、CN103734940A（一种高效过滤PM2 .5简易口罩及其制作方法）、CN202445176U和CN203762328U（一种可有效过滤PM2 .5的立体口罩），等等。
上述现有技术，并且在一定程度上可以起到对PM2 .5阻挡和/或过滤作用，但是针对现有口罩的功能的拓展改进不大，也还存在着一个普遍的问题：口罩作为一种卫生用消耗品，其自身的污染程度无法得到有效的监控，更换口罩或其中滤芯的时间缺少相应的提醒和统计，如果长期佩戴已经被重度污染的口罩，可能效果适得其反。
同时，现有技术更多是研究如何改善口罩的使用效果。忽视了对口罩更丰富的使用方式的拓展。
鉴于上述已有技术，有必要加以合理改进，为此本申请人作了积极而有益的设计并且形成了下面将要介绍的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，在进一步提高对PM2.5的过滤效果的基础上，自动监控并提醒用户正在使用的口罩的污染程度，并且能结合每一个用户的数据反馈，经过统计计算，结合大数据处理技术，对雾霾的成因和防治给出更有力的支持。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，包括口罩主体和第一、第二耳挂襻，所述口罩主体包括依次叠加的外侧口罩、夹层滤芯层和内层口罩所组成的三层结构，上述三层结构在中心对称处向内侧弯折，三层结构的底部还设置有口罩衬底，所诉口罩衬底与口罩主体形成立体空间，容纳使用者的口鼻；所述外侧口罩与内层滤芯层之间还设置有硅片吸附层，所述硅片吸附层设置于口罩主体的中部、对应使用者口鼻处的位置，硅片吸附层的形状对应口罩主体中部的弯折结构；口罩主体的两侧分别设置第一、第二支撑侧柱，所述第一、第二支撑侧柱内设置有电源模块、微处理器、数据发送天线和LED提示灯，所述口罩衬底中设置有微型称重传感器；所述微型称重传感器的输入端与硅片吸附层相连接，微型称重传感器的输出端与微处理器相连接，微处理器的输出端分别与数据发送天线和LED提示灯相连接，所述电源模块分别向微型称重传感器、微处理器和LED提示灯供电。
作为本发明的进一步优选方案，所述污染物监测口罩中还设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块的输出端与微处理器相连接，GPS定位模块采集的位置信息经过微处理器收集处理后，经由数据发送天线上传至服务器或者移动终端。
在一个具体实施例中，污染物监测口罩收集到的数据经由发送天线上传至服务器，或者，上传至设置了数据接收装置的移动终端；所述服务器或者移动终端对每个污染物监测口罩采集到的数据进行记录统计和大数据处理，具体步骤包括：
301、记录每个检测口罩中，硅片吸附层完全吸附污染颗粒的时间曲线；
302、记录每个检测口罩的移动位移区域范围；
303、根据步骤301所得时间曲线和步骤302所得移动位移范围，根据足够数量的样本及设定的计算模型，得出不同区域的空气污染变化趋势。
所述大数据处理方法还包括以下步骤：
收集指定区域的可能污染物颗粒产生源；
收集污染物监测口罩中的硅片；
对硅片中的污染物颗粒进行元素辨识和定位；
经过大数据收集，通过比对确定指定区域污染物颗粒产生的确定来源。
作为本发明的进一步优选方案，所述数据发送天线为陶瓷贴片式天线，其结构采用SMT贴装式。
作为本发明的进一步优选方案，所述硅片吸附层与滤芯层之间还设置有高分子单向透气薄膜，所述高分子单向透气薄膜为CPE薄膜；所述外侧口罩为天然纤维或者天然纤维与人造纤维相混合的机织布；所述内层口罩为天然纤维织物。
作为本发明的进一步优选方案，所述电源模块为可充电纽扣电池。
作为本发明的进一步优选方案，所述LED提示灯包括复数个发光二极管，所述发光二极管的颜色相同或者不同。
作为本发明的进一步优选方案，所述口罩主体的四周设置有密封软胶套。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明由于综合利用了硅片吸附悬浮颗粒物、并且结合滤片使用透气不透水过滤膜，因而既可对直径为0.3μm以下的颗粒物有效过滤并且过滤率达到99 .83%以上，确保优异的防护效果，又能体现理想的防水效果而藉以满足在降水环境下的佩戴要求。本发明还可以自动监控并提醒用户正在使用的口罩的污染程度，并且能结合每一个用户的数据反馈，经过统计计算，结合大数据处理技术，对雾霾的成因和防治给出更有力的支持。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电路模块连接示意图；
其中：1、第一耳挂襻，2、第二耳挂襻，3、第一支撑侧柱，4、第二支撑侧柱，5、外侧口罩，6、内层口罩，7、夹层滤芯层，8、硅片吸附层，9、微型称重传感器，10、口罩衬底，11、微处理器，12、数据发送天线，13、LED提示灯，14、电源模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明图的结构示意图如图1所示、本发明的电路模块连接示意图如图2所示：本发明公开了一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，包括口罩主体和第一、第二耳挂襻，所述口罩主体包括依次叠加的外侧口罩、夹层滤芯层和内层口罩所组成的三层结构，上述三层结构在中心对称处向内侧弯折，三层结构的底部还设置有口罩衬底，所诉口罩衬底与口罩主体形成立体空间，容纳使用者的口鼻；所述外侧口罩与内层滤芯层之间还设置有硅片吸附层，所述硅片吸附层设置于口罩主体的中部、对应使用者口鼻处的位置，硅片吸附层的形状对应口罩主体中部的弯折结构；口罩主体的两侧分别设置第一、第二支撑侧柱，所述第一、第二支撑侧柱内设置有电源模块、微处理器、数据发送天线和LED提示灯，所述口罩衬底中设置有微型称重传感器；所述微型称重传感器的输入端与硅片吸附层相连接，微型称重传感器的输出端与微处理器相连接，微处理器的输出端分别与数据发送天线和LED提示灯相连接，所述电源模块分别向微型称重传感器、微处理器和LED提示灯供电。
硅片本身对污染物中的颗粒具有很强的吸附能力，硅片和现有技术中的过滤材料配合使用可以达到双重的过滤净化效果，使得口罩本身防污染的使用效果大大加强。现有技术中，当滤芯层本身吸附满了污染物之后，口罩的使用效果将大大降低，但是普通用户往往无法及时发现这一情况。本发明中，硅片的重量改变触发微型称重传感器读数的改变，进而由微处理器根据上述数据改变反馈控制LED灯导通，对使用者进行提示。
作为本发明的进一步优选方案，所述污染物监测口罩中还设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块的输出端与微处理器相连接，GPS定位模块采集的位置信息经过微处理器收集处理后，经由数据发送天线上传至服务器或者移动终端。
硅片本身成本低廉，出于公益的角度考虑，可以对使用者提供免费更换硅片的服务，收集已使用的硅片，对其进行污染物数据采集和研究。
在具体实施例中，所述数据发送天线将监测口罩采集到的数据上传至服务器，或者，上传至设置了数据接收装置的移动终端；所述服务器或者移动终端对每个污染物监测口罩采集到的数据进行记录统计和大数据处理，具体步骤包括：
301、记录每个检测口罩中，硅片吸附层完全吸附污染颗粒的时间曲线；
302、记录每个检测口罩的移动位移区域范围；
303、根据步骤301所得时间曲线和步骤302所得移动位移范围，根据足够数量的样本及设定的计算模型，得出不同区域的空气污染变化趋势。
所述大数据处理方法还包括以下步骤：
收集指定区域的可能污染物颗粒产生源；
收集污染物监测口罩中的硅片；
对硅片中的污染物颗粒进行元素辨识和定位；
经过大数据收集，通过比对确定指定区域污染物颗粒产生的确定来源。
上述样本和模型的计算处理在本申请中不做进一步展开，本发明的发明点在于口罩结构和功能的改进，以及利用上述结构和功能，对数据的采集和处理进行进一步拓展，丰富了现有传统口罩的使用功能和使用效果。
作为本发明的进一步优选方案，所述数据发送天线为陶瓷贴片式天线，其结构采用SMT贴装式；所述电源模块为可充电纽扣电池。陶瓷贴片式天线具有体积小、重量轻的特点，可充电纽扣电池也同样适合本发明的具体使用环境。
作为本发明的进一步优选方案，所述硅片吸附层与滤芯层之间还设置有高分子单向透气薄膜，所述高分子单向透气薄膜为CPE薄膜；所述外侧口罩为天然纤维或者天然纤维与人造纤维相混合的机织布；所述内层口罩为天然纤维织物。
作为本发明的进一步优选方案，所述LED提示灯包括复数个发光二极管，所述发光二极管的颜色相同或者不同。在具体的实施例中，可以考虑多个发光二极管根据硅片吸收污染物的重量不同而亮起不同的数量，或者选取不同颜色的发光二极管对应硅片吸收污染物的对应重量，例如绿色表示污染物附着量较小，黄色表示污染物附着量较大，红色表示污染物附着量非常大，需要及时进行硅片和过滤层的更换。
作为本发明的进一步优选方案，所述口罩主体的四周设置有密封软胶套。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，包括口罩主体和第一、第二耳挂襻，其特征在于：所述口罩主体包括依次叠加的外侧口罩、夹层滤芯层和内层口罩所组成的三层结构，上述三层结构在中心对称处向内侧弯折，三层结构的底部还设置有口罩衬底，所诉口罩衬底与口罩主体形成立体空间，容纳使用者的口鼻；
所述外侧口罩与夹层滤芯层之间还设置有硅片吸附层，所述硅片吸附层设置于口罩主体的中部、对应使用者口鼻处的位置，硅片吸附层的形状对应口罩主体中部的弯折结构；
口罩主体的两侧分别设置第一、第二支撑侧柱，所述第一、第二支撑侧柱内设置有电源模块、微处理器、数据发送天线和LED提示灯，所述口罩衬底中设置有微型称重传感器；
所述微型称重传感器的输入端与硅片吸附层相连接，微型称重传感器的输出端与微处理器相连接，微处理器的输出端分别与数据发送天线和LED提示灯相连接，所述电源模块分别向微型称重传感器、微处理器和LED提示灯供电；
所述污染监测口罩中还设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块的输出端与微处理器相连接，GPS定位模块采集的位置信息经过微处理器收集处理后，经由数据发送天线上传至服务器或者移动终端；
所述数据发送天线将监测口罩采集到的数据上传至服务器，或者，上传至设置了数据接收装置的移动终端；
所述服务器或者移动终端对每个污染物监测口罩采集到的数据进行记录统计和大数据处理，具体步骤包括：
301、记录每个检测口罩中，硅片吸附层完全吸附污染颗粒的时间曲线；
302、记录每个检测口罩的移动位移区域范围；
303、根据步骤301所得时间曲线和步骤302所得移动位移范围，根据足够数量的样本及设定的计算模型，得出不同区域的空气污染变化趋势；
所述服务器或者移动终端对每个污染物监测口罩采集到的数据进行记录统计和大数据处理还包括以下步骤：
收集指定区域的可能污染物颗粒产生源；
收集污染物监测口罩中的硅片；
对硅片中的污染物颗粒进行元素辨识和定位；
经过大数据收集，通过比对确定指定区域污染物颗粒产生的确定来源。
2.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述数据发送天线为陶瓷贴片式天线，其结构采用SMT贴装式。
3.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述硅片吸附层与滤芯层之间还设置有高分子单向透气薄膜，所述高分子单向透气薄膜为CPE薄膜。
4.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述外侧口罩为天然纤维或者天然纤维与人造纤维相混合的机织布；所述内层口罩为天然纤维织物。
5.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述电源模块为可充电纽扣电池。
6.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述LED提示灯包括复数个发光二极管，所述发光二极管的颜色相同或者不同。
7.如权利要求1所述的一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，其特征在于：所述口罩主体的四周设置有密封软胶套。
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Address before: 510091 No. 1, Xia Tang Road, Yuexiu District, Guangzhou, Guangdong.

Patentee before: Guangdong Open University (Guangdong Polytechnic Institute)