CN109211844B - 空气过滤耗材寿命检测系统与空气净化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气过滤耗材寿命检测系统，包括主控制器与透光率采集装置；主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；透光率采集装置包括微控制器、光源发射板与光源接收板；光源发射板中央与光源接收板中央均设有过风孔；光源发射板上还设置有发光单元光源接收板上对应于发光单元位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元，从而使得感光单元能够透过空气过滤耗材接收到发光单元的透射光；微控制器内配置有根据感光单元发送的电信号计算透光率的透光率计算程序。本发明还公开了一种空气净化设备，安装有本发明空气过滤耗材寿命检测系统。本发明针对空气过滤耗材的真实使用情况，个性化的评价空气过滤耗材的寿命。

Description

空气过滤耗材寿命检测系统与空气净化设备

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种空气过滤耗材寿命检测方法，空气过滤耗材寿命检测系统，以及安装有空气过滤耗材寿命检测系统的空气净化设备。

背景技术

在空气净化设备中，常规的耗材寿命检测技术包括倒计时法、过滤效率计算容尘量法、风压采集确定风阻法。

过滤效率计算容尘量法采用的实验粉尘为特定粉尘，和我们常规生活中的浮沉在成分、大小等方面有极大的区别，且环境湿度、风速均可影响过滤器过滤效率，因此如采用过滤效率计算容尘量在成本和准确率上均有弊端。因此，若采用该方法计算出的容尘量来评价空气过滤耗材的寿命，会存在较大的偏差。

风压采集确定风阻法需要进行风压测算，然而在空气引流过程中因引流管道存在风压损失，不可避免的造成风阻偏差。因此，风压采集确定风阻法来评价空气过滤耗材的寿命，也会存在较大的偏差。

现有技术中是事先通过破坏性实验来确定额定容尘量，如比色法，比色法通过检测过滤效率(容易受到尘埃颗粒大小、温度湿度等干扰)来确定额定容尘量(最大允许容尘量，当超过额定容尘量时，过滤效率会下降)，过滤效率开始下降时的容尘量则为额定容尘量，然后根据达到额定容尘量的时间来确定使用寿命，最后根据确定出的使用寿命进行倒计时来判断空气过滤耗材是否达到寿命极限。由此可见，现有技术的寿命检测方法是一种共性化的估计方法，并不能针对具体的空气过滤耗材进行个性化判断。

倒计时法完全依赖经验设定使用寿命，不能与耗材的实际使用环境相关联，设定的使用寿命往往与耗材的真实容尘量不符：容易出现耗材过度使用，却仍然被判定为在使用寿命内；或者耗材还能使用，却被提前宣判寿命终止；前者影响使用效果，对人体健康造成危害，后者则造成耗材的浪费，提高了使用成本。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种空气过滤耗材寿命检测系统，解决现有技术中不能准确评价空气过滤耗材寿命的技术问题，能够针对空气过滤耗材的真实使用情况，个性化的评价空气过滤耗材的寿命。

为解决上述技术问题，本发明的采用了如下技术方案：一种空气过滤耗材寿命检测系统，包括主控制器与透光率采集装置；所述主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；所述透光率采集装置包括微控制器与用于安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧的光源发射板，还包括相对于光源发射板而安装在空气过滤耗材另一侧的光源接收板；所述光源发射板中央与光源接收板中央均设有过风孔；所述光源发射板上还设置有发光单元，所述光源接收板上对应于发光单元位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元，从而使得感光单元能够透过空气过滤耗材接收到发光单元的透射光；光源接收板上的感光单元与微控制器的信号输入端连接，以向微控制器输出透射光经感光单元转化后的电信号；微控制器内配置有根据感光单元发送的电信号计算透光率的透光率计算程序；微控制器的信号输出端与主控制器信号输入端连接，以向主控制器发送透光率。

优选的，光源发射板上设有n个发光单元，光源接收板上一一对应每个发光单元均设有感光单元，从而使得每个感光单元能够透过空气过滤耗材接收到对应发光单元的透射光；微控制器通过并行接口同时接收n个发光单元发送的电信号。

优选的，透光率计算程序按如下步骤执行：

步骤201：接收各个感光单元发送的各个当前电信号值δ_i，i＝{1,2,......,n}；

步骤202：按如下公式计算当前透光率γ：

优选的，寿命检测程序按如下步骤执行：

步骤B1：接收当前透光率γ；

步骤B2：将当前透光率γ与寿命预警阈值η₁进行比较，所述寿命预警阈值η₁是空气过滤耗材达到额定容尘量的50％以上时所对应的透光率；若γ＞η₁，则，则回到步骤1；若γ≤η₁，则进入步骤3；

步骤B3：将当前透光率γ与寿命终止阈值η₀进行比较，所述寿命终止阈值η₀是空气过滤耗材达到额定容尘量时的透光率；若γ＞η₀，则发出预警信息，以提示空气过滤耗材即将失效；若γ≤η₀，则表明空气过滤耗材已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材。

优选的，所述光源发射板以及光源接收板均采用印制电路板制成；所述印制板上设有用于连接电源的电源管理模块，并印制有供电电路，电源管理模块通过供电电路为发光单元或感光单元供电。

优选的，所述发光单元围绕过风孔均匀布设在光源发射板上；所述感光单元围绕过风孔均匀布设在光源接收板上；所述发光单元为LED灯；所述感光单元为光电二极管、光电三极管或光敏电阻。

优选的，所述光源发射板与光源接收板均为边框式，即若干条形板首尾相接围绕而成，过风孔即为条形板围绕形成的窗口，感光单元或发光单元设置在条形板上。

本发明还提供一种空气净化设备，安装有本发明的空气过滤耗材寿命检测系统；所述光源发射板安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧，所述光源接收板相对于光源发射板而安装在空气过滤耗材另一侧；所述主控制器为空气净化设备自动的主控制器；所述微控制器集成在主控制器内或者安装在光源接收板上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据透光率与空气过滤耗材容尘量(耗材的粉尘积累量)的关系(容尘量越大透光率越小)，将对耗材寿命的判断，从检测容尘量巧妙地转换为检测透光率，避免了直接计算空气过滤耗材的容尘量(如果不通过实验，容尘量难以计算)，计算过程简单，无需数学建模，需要的参数少，易于实现，容易推广应用。

2、由于即使是相同规格的空气过滤耗材，随着使用环境的不同，其真实寿命与总体的平均寿命或额定寿命是有差别的。然而，本发明是针对具体的空气过滤耗材进行的个性化的判断，真实反映个体的寿命，是用户健康使用空气净化设备的重要保证，还能降低使用成本。

3、本发明通过设置多个发光单元与感光单元，能检测到空气过滤耗材上不同区域的透光率，从而能够从整体上评价空气过滤耗材的使用寿命，更加科学，避免以偏概全，提高准确性。

4、设置寿命预警阈值η₁，在判断判断寿命是否终止之间，先判断是否达到寿命预警阈值，这样能够为提示用户以使其能为更换空气过滤耗材提前做好准备。

5、本发明的透光率采集装置针对空气过滤耗材需要进出风的特性，设计了过风孔，在进行透射光采集时，不会阻碍空气过滤的正常运行。

6、光源发射板以及光源接收板均采用印制电路板制成，从而能够将供电电路印制在上面，避免了复杂的走线，简化结构，降低生产难度。

7、光源发射板与光源接收板均为边框式，这样能够大大提高将过风孔的面积占比，最大化的减少因安装光源发射板以及光源接收板对送风量、进风量的影响。

附图说明

图1是本具体实施方式中透光率采集装置的检测原理示意图；

图2是本具体实施方式中空气净化设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式1

如图1所示，一种空气过滤耗材寿命检测系统，包括主控制器与透光率采集装置；所述主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；所述透光率采集装置包括微控制器与用于安装在空气过滤耗材3进风面或出风面一侧的光源发射板1，还包括相对于光源发射板1而安装在空气过滤耗材3另一侧的光源接收板2；所述光源发射板1中央与光源接收板2中央均设有过风孔；所述光源发射板1上还设置有发光单元11，所述光源接收板2上对应于发光单元11位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元21，从而使得感光单元21能够透过空气过滤耗材3接收到发光单元11的透射光；光源接收板2上的感光单元21与微控制器的信号输入端连接，以向微控制器输出透射光经感光单元21转化后的电信号；微控制器内配置有根据感光单元21发送的电信号计算透光率的透光率计算程序；微控制器的信号输出端与主控制器信号输入端连接，以向主控制器发送透光率。

本具体实施方式中，所述透光率计算程序按如步骤执行：

步骤101：获取空气过滤耗材3出厂时的初始透光率γ₀所对应的感光单元21的电信号值δ₀；

步骤102：接收感光单元21发送的当前电信号值δ；

步骤103：按如下公式计算当前透光率γ：

初始透光率γ₀可在出厂时通过光密度计检测空气过滤耗材进风面光通量φ1与出风面光通量φ2计算，

本具体实施方式中，寿命检测程序可以选用以下两种寿命检测程序，

寿命检测程序A按如下步骤执行：

步骤A1：接收当前透光率γ；

步骤A2：将当前透光率γ与寿命终止阈值η₀进行比较；若γ＞η₀，则回到步骤1；若γ≤η₀，则表明空气过滤耗材3已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材3。

寿命检测程序B按如下步骤执行：

步骤B1：接收当前透光率γ；

步骤B2：将当前透光率γ与寿命预警阈值η₁进行比较，所述寿命预警阈值η₁是空气过滤耗材达到额定容尘量的50％以上时所对应的透光率；若γ＞η₁，则，则回到步骤1；若γ≤η₁，则进入步骤3；

步骤B3：将当前透光率γ与寿命终止阈值η₀进行比较，所述寿命终止阈值η₀是空气过滤耗材达到额定容尘量时的透光率；若γ＞η₀，则发出预警信息，以提示空气过滤耗材3即将失效；若γ≤η₀，则表明空气过滤耗材3已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材3。

寿命终止阈值η₀与寿命终止阈值η₀通过实验来进行确定，寿命预警阈值η₁优选为空气过滤耗材达到额定容尘量的90％以上时所对应的透光率，可以是97％、98％、98.5％、99％。

本具体实施方式中，所述光源发射板1以及光源接收板2均采用印制电路板制成；所述印制板上设有用于连接电源(可以采用空气净化设备的电源，也可以增设独立电源)的电源管理模块，并印制有供电电路，电源管理模块通过供电电路为发光单元11或感光单元21供电。光源发射板1以及光源接收板2均采用印制电路板制成，从而能够将供电电路印制在上面，避免了复杂的走线，简化结构，降低生产难度。

本具体实施方式中，所述光源发射板1与光源接收板2均为边框式，即若干条形板首尾相接围绕而成，过风孔即为条形板围绕形成的窗口，感光单元21或发光单元11设置在条形板上。光源发射板1与光源接收板2均为边框式，这样能够大大提高将过风孔的面积占比，最大化的减少因安装光源发射板1以及光源接收板2对送风量、进风量的影响。

具体实施方式2

本具体实施方式与具体实施方式1的区别在于设有多个发光单元11与感光单元21：光源发射板1上设有n个发光单元11，光源接收板2上一一对应每个发光单元11均设有感光单元21，从而使得每个感光单元21能够透过空气过滤耗材3接收到对应发光单元11的透射光；微控制器通过并行接口同时接收n个发光单元11发送的电信号。

本具体实施方式中，所述发光单元11围绕过风孔均匀布设在光源发射板1上；所述感光单元21围绕过风孔均匀布设在光源接收板2上；所述发光单元11为LED灯；所述感光单元21为光电二极管、光电三极管或光敏电阻。

本具体实施方式中，微控制器通过并行接口同时接收n个发光单元11发送的电信号。这样，能够提高缩短数据处理的时间，提高数据处理效率。

本具体实施方式中，透光率计算程序按如下步骤执行：

步骤201：接收各个感光单元21发送的各个当前电信号值δ_i，i＝{1,2,......,n}；

步骤202：按如下公式计算当前透光率γ：

具体实施方式3

如图2所示，一种空气净化设备，采用具体实施方式1或2中的空气过滤耗材3寿命检测系统，所述光源发射板1安装在空气过滤耗材3进风面或出风面一侧，所述光源接收板2相对于光源发射板1而安装在空气过滤耗材3另一侧；所述主控制器为空气净化设备自动的主控制器；所述微控制器集成在主控制器内或者安装在光源接收板2上。

光源接收板2、光源发射板1可以通过支架安装在空气净化设备内，也可以通过螺栓固定在空气净化设备内，本领域技术人员还可以根据空气净化设备的内部构造合理设计安装方式。

本具体实施方式中，光源发射板1与光源接收板2均与空气过滤耗材3留有大于零的间隔距离。光源发射板1与光源接收板2均与空气过滤耗材留有大于零的间隔距离，这样实现非接触式安装，便于对耗材进行更换。

本具体实施方式中，送风机4与空气过滤耗材之间设置光源发射板1或光源接收板2；送风机的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔；所述发光单元11围绕过风孔均匀布设在光源发射板1上；所述感光单元21围绕过风孔均匀布设在光源接收板2上；空气净化设备的出风口相对于空气过滤耗材中央位置的两侧设置。发光单元11与感光单元21均匀分布，使得采样的均匀性更好，使得样本集能够从整体上反映空气过滤耗材的透射性。

送风机正的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔，这样使得送风顺畅。由于送风机的作用，送风机抽入空气净化设备后的空气，会变成旋转出风，这样正对送风机的空气过滤耗材中央区域由于经过的空气少，其污染较小；然而空气过滤耗材中央区域周围的区域，由于旋转出风导致其经过的空气较多，污染较为严重，故应该作为寿命检测的重点区域。那么，送风机正的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔，这样使得送风顺畅，再加上发光单元11与感光单元21围绕过风孔，因此能够检测到空气过滤耗材上重点区域的透射光。

本具体实施方式中，空气净化设备的出风口5相对于空气过滤耗材中央位置的两侧设置。这样，适应了送风机造成的旋转出风，从而保证出风口的风量。

Claims (7)

1.一种空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：包括主控制器与透光率采集装置；所述主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；寿命检测程序包括将当前透光率与寿命终止阈值η₀进行比较，所述寿命终止阈值η₀是空气过滤耗材达到额定容尘量时的透光率；

所述透光率采集装置包括微控制器与用于安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧的光源发射板，还包括相对于光源发射板而安装在空气过滤耗材另一侧的光源接收板；所述光源发射板中央与光源接收板中央均设有过风孔；所述光源发射板上还设置有发光单元，所述光源接收板上对应于发光单元位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元，从而使得感光单元能够透过空气过滤耗材接收到发光单元的透射光；光源发射板上设有n个发光单元，光源接收板上一一对应每个发光单元均设有感光单元，从而使得每个感光单元能够透过空气过滤耗材接收到对应发光单元的透射光；光源发射板与光源接收板均为边框式，即若干条形板首尾相接围绕而成，过风孔即为条形板围绕形成的窗口，感光单元围绕过风孔均匀布设在光源接收板上，发光单元围绕过风孔均匀布设在光源发射板上；

光源接收板上的感光单元与微控制器的信号输入端连接，以向微控制器输出透射光经感光单元转化后的电信号；微控制器内配置有根据感光单元发送的电信号计算透光率的透光率计算程序；微控制器的信号输出端与主控制器信号输入端连接，以向主控制器发送透光率；

透光率计算程序按如下步骤执行：

步骤201：接收各个感光单元发送的各个当前电信号值δ_i，i＝{1,2,......,n}；

步骤202：按如下公式计算当前透光率γ：

γ₀表示空气过滤耗材出厂时的初始透光率；δ₀表示初始透光率所对应的感光单元的电信号值。

2.根据权利要求1所述的空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：所述发光单元为LED灯；所述感光单元为光电二极管、光电三极管或光敏电阻；微控制器通过并行接口同时接收n个发光单元发送的电信号。

3.根据权利要求1所述的空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：寿命检测程序按如下步骤执行：

步骤A1：接收当前透光率γ；

步骤A2：将当前透光率γ与寿命终止阈值η₀进行比较；若γ＞η₀，则回到步骤1；若γ≤η₀，则表明空气过滤耗材已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材。

4.根据权利要求1所述的空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：寿命检测程序按如下步骤执行：

步骤B1：接收当前透光率γ；

步骤B2：将当前透光率γ与寿命预警阈值η₁进行比较，所述寿命预警阈值η₁是空气过滤耗材达到额定容尘量的50％以上时所对应的透光率；若γ＞η₁，则，则回到步骤1；若γ≤η₁，则进入步骤3；

步骤B3：将当前透光率γ与寿命终止阈值η₀进行比较，所述寿命终止阈值η₀是空气过滤耗材达到额定容尘量时的透光率；若γ＞η₀，则发出预警信息，以提示空气过滤耗材即将失效；若γ≤η₀，则表明空气过滤耗材已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材。

5.根据权利要求1所述的空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：所述光源发射板以及光源接收板均采用印制电路板制成；所述印制板上设有用于连接电源的电源管理模块，并印制有供电电路，电源管理模块通过供电电路为发光单元或感光单元供电。

6.根据权利要求1所述的空气过滤耗材寿命检测系统，其特征在于：所述光源发射板与光源接收板均为边框式，即若干条形板首尾相接围绕而成，过风孔即为条形板围绕形成的窗口，感光单元或发光单元设置在条形板上。

7.一种空气净化设备，其特征在于：安装有如权利要求1至6中任一所述的空气过滤耗材寿命检测系统；所述光源发射板安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧，所述光源接收板相对于光源发射板而安装在空气过滤耗材另一侧；所述主控制器为空气净化设备自动的主控制器；所述微控制器集成在主控制器内或者安装在光源接收板上。

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