CN112351822B - 用于配置空气面罩中的空气流的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于配置流入和/或流出空气面罩(32)的空气流以配置所述面罩内的空气的大气条件的系统(10)。所述系统包括感测单元(14)和空气流控制单元(16)。控制器(20)从所述感测单元接收读数并基于这些读数来控制空气流水平，以便朝向预设目标水平移动所感测的大气参数的水平。所述控制器实施迭代调节流程，使用来自所述感测单元的反馈来指导每个步骤，从而以多个步骤调节所述空气流的水平。

Description

用于配置空气面罩中的空气流的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于配置空气面罩中的空气流的系统和方法。

背景技术

在一系列行业中都会使用空气面罩(或呼吸面罩)来过滤或净化用户吸入的空气。

例如，空气污染是全世界都关注的问题。世界卫生组织(WHO)估计每年有400万人死于空气污染。这个问题部分涉及城市的室外空气质量。将近300个遭受烟雾困扰的城市未能达到国家空气质量标准。

官方室外空气质量标准将颗粒物浓度定义为每单位体积的质量浓度(例如，μg/m³)。特别令人关注的是直径小于2.5μm的颗粒(被称为“PM 2.5”)的污染，因为它们能够渗透到肺(肺泡)的气体交换区域，并且非常小的颗粒(<100nm)可能通过肺部而影响其他器官。

由于该问题在短期内并不会得到显著改善，因此解决该问题的常用方法是佩戴通过过滤提供更清洁空气的面罩，并且近年来中国和其他地区的面罩市场大幅增加。例如，据估计，到2019年，中国将有42亿个面罩。

然而，在使用期间，面罩内部的温度会升高并且相对湿度会增大。再加上面罩内部相对于外部的压力差，这会使呼吸变得不舒服。

为了提高舒适度和有效性，能够在面罩上添加风扇以通过过滤器吸入空气。出于效率和寿命的原因，这些风扇通常是电子换向的无刷直流风扇。可以给风扇辅助面罩提供吸气风扇或呼气风扇或这两者。吸气风扇有助于通过过滤器吸入空气，并且使得能够获得面罩正压以防止污染物泄漏到面罩体积中。呼气风扇有助于面罩通气，并且确保呼出的二氧化碳被完全排出。

使用动力面罩对佩戴者的益处是：减轻了在常规的无动力面罩中因吸气而对抗过滤器的阻力所引起的肺轻微应变。

此外，在常规的无动力面罩中，吸气还会在面罩内引起轻微的负压，从而导致污染物泄漏到面罩中，如果这些污染物是有毒物质，则将表明这种泄漏是危险的。动力面罩向面部递送稳定的空气流，并且可以例如提供如上所述的轻微正压(这种轻微正压可以由呼气阀的阻力来确定)，以确保任何泄漏都是向外的而不是向内的。

因此，风扇辅助面罩可以通过降低温度、湿度和呼吸阻力来提高佩戴舒适度，降低呼吸阻力可以通过控制面罩内部的空气压力来实现。这些参数可以被称为“大气参数”。

然而，就这些大气参数而言，不同的用户通常具有不同的舒适偏好，例如，有些人可能比其他人更喜欢较高温度，有些人可能比其他人更喜欢不太潮湿的空气。

在现有技术中，已经建议提供加热器或空调设备以控制面罩内部的大气条件。然而，这些设备体积庞大且复杂并且会增加成本。

发明内容

发明人已经发现：通过控制由风扇提供的空气流的水平，实际上有可能主动调节大气参数的水平。因此，风扇辅助面罩允许定制面罩内部的空气条件以向用户提供最大舒适度。

然而，该构思的问题在于：实际上难以可靠地达到用户的优选舒适度。这是因为实现特定的大气参数值所需的空气流量会根据外部空气条件和面罩内部的开始条件而变化。通过使用反馈传感器，最终有可能达到优选的大气条件，但通常只有在明显的时间延迟之后才会达到优选的大气条件，在该时间延迟期间，用户已经开始感到明显的不适。

本发明的目的是提供用于提高用户对空气面罩的佩戴舒适度的改进的手段。

本发明由权利要求来限定。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于配置流入和/或流出空气面罩的空气流的系统，包括：

感测单元，其用于感测所述面罩内部的空气的至少一个大气参数；

空气流控制单元，其用于控制流入和/或流出所述空气面罩的空气流；以及

控制器，其与所述空气流控制单元和所述感测单元操作性耦合，并且适于：

从所述感测单元获取一个或多个测量结果，并且

基于所述测量结果来迭代调节所述空气流的水平，以便朝向预定目标值调节所述至少一个大气参数的值。

所述调节可以包括一个或多个(通常是多个)迭代调节步骤，并且其中，所述控制器适于在每次迭代调节空气流水平之前和/或之后从所述感测单元获取传感器测量结果。

所述迭代调节可以包括所述空气流水平的一个或多个(通常是多个)离散改变，每个离散改变的量是至少部分基于当前空气流水平来确定的。

本发明基于使用主动反馈回路来迭代调节空气流的水平，以便配置面罩内部的空气的至少一个大气条件的水平。对应的至少一个大气参数可以包括例如以下各项中的一项或多项：空气压力、空气温度、空气湿度和二氧化碳水平。

与现有技术的方法形成对比，空气流控制单元本身用于控制空气条件，从而避免了添加笨重且复杂的额外空调元件。

此外，通过采用迭代调节方法，实现了对大气条件的快速调节。不是依赖于例如预先准备的查找表或相关公式以立即跳到针对所期望的大气条件的估计的空气流水平，本发明采用基于传感器的逐步方法。这避免了在最初将空气流控制单元潜在驱动到太高水平然后又被迫降低水平的过程中浪费能量。在大多数情况下，它还可以加快实现所期望的大气条件，因为它可以确保朝向所期望的参数水平不断收敛，如果不是这样的话，将无法保证该结果并且可能导致结果不一致且不可靠。

在本发明的上下文中，“迭代”是指以多个步骤调节水平。这多个步骤可以例如被时间延迟分开。

配置面罩内部的空气的至少一个大气参数。“内部”是指在用户的面部或嘴巴与面罩之间由面罩界定的内部区域内。

所述至少一个大气参数可以包括以下各项中的一项或多项：空气压力、空气温度、空气湿度和二氧化碳水平。大气参数可以是个体参数的组合，例如，大气参数可以被定义为多参数空间中的点，例如，多参数空间中的向量。

在示例中，空气流控制单元可以是空气流生成器，例如，流体泵，例如，风扇或鼓风机。然而，空气流控制单元也可以是不同种类的空气流控制单元；可以使用适合用于调控流入和/或流出面罩的空气流的任何元件。

空气流控制单元可以包括空气流生成器。还可以提供用于驱动这样的空气流生成器的电路或处理器。

感测单元可以包括一个或多个个体传感器。一个或多个个体传感器中的每个个体传感器可以适于感测不同的大气参数。

所述控制器可以适于继续进行所述迭代调节，直到所述至少一个大气参数的值在所述目标值的限定容许范围内为止。

容许范围可以是预定的。例如，它可以是在控制器的编程中固定的。它可以是绝对值范围。替代地，它可以根据目标参数值的比例来定义，例如为+/-5％或+/-10％。

控制器从感测单元获取一个或多个测量结果。“测量结果”仅表示读数或传感器输出。感测单元的输出或测量结果可以给出大气参数的直接测量结果，或者可以(例如经由相关参数)给出大气参数的(间接)指示。

控制器可以适于在每次迭代调节空气流水平之前和/或之后获取传感器测量结果。

根据一个或多个示例，在达到至少一个大气参数的目标值时，控制器可以适于在本地或远程存储空气流的水平，并且其中，控制器适于在进行任何调节之前根据至少一种控制模式将初始空气流水平设置为等于先前如此存储的空气流水平。

根据一个或多个示例，所述控制器能与包括参考空气流设置的参考数据集通信，并且其中，

在达到所述至少一个大气参数的所述目标值时，所述控制器适于将所述空气流的水平存储在所述数据集中，并且

其中，所述控制器适于在进行任何调节之前根据至少一种控制模式将初始空气流水平设置为等于所述参考数据集中的空气流水平。

参考数据集可以被存储在例如由系统所包括的存储器中。参考数据集可以被存储在控制器能与之通信的远程服务器上。

根据有利实施例，所述空气流控制单元具有最大空气流水平和最小空气流水平，并且其中，所述控制器适于在进行任何调节之前将初始空气流水平设置为介于所述最小空气流水平与所述最大空气流水平之间。这提供了一种快速实现收敛在大气参数的目标值上的有效方法。

初始空气流水平可以例如被设置在最小空气流水平与最大空气流水平之间的中点。在没有更多信息的情况下，这通常表示对空气流水平的迭代调节的最有效的起点。

有利地，根据任何实施例，迭代调节可以包括空气流水平的一个或多个离散改变，每个离散改变的量是均匀的。这种方法涉及以设置的量或距离通过一个或多个步骤改变空气流水平。这是一种操作简单的方法，因为它不需要确定每个调节的大小。

根据该组示例，调节流程可以包括从最小空气流水平(以使功耗最小)到实现大气参数的值在目标大气参数值的限定范围内的水平的线性迭代调节。

根据一组替代示例，迭代调节可以包括空气流水平的一个或多个离散改变，每个离散改变的量是至少部分基于当前空气流水平来确定的。

当前意指最近从感测单元获取的测量结果或参数读数。因此，这可以基于已经获取的测量结果。替代地，控制器可以在确定调节步骤的大小或量之前获取专用测量结果。这可以在每一个步骤之前进行，也可以仅在步骤中的一个或多个步骤中的子集(例如仅第一步骤)之前进行，也可以每隔一个步骤来进行(以节省资源)。

基于当前空气流水平确定每个离散调节的大小提供了智能且有效的调节，因为步骤大小能够根据已经达到的空气流水平有多高而变化。例如，如果当前空气流已经很高，则以相对较小的步骤进行进一步的改变将是有利的。

例如，在一组特定示例中，每个离散改变的量是正量或负量，所述正量等于所述当前空气流水平与所述空气流控制单元的最大空气流水平之差的设置部分，所述负量等于所述当前空气流水平与所述空气流控制单元的最小空气流水平之差的设置部分。

根据特定示例，设置部分可以是一半。替代地，可以使用任何其他比例。

特别地，控制器可以适于确定至少一个大气参数的当前值是高于目标还是低于目标。如果高于目标，(例如如果参数为温度或湿度)则该控制器将空气流水平的下一离散调节的量设置为当前空气流水平与最大空气流水平之差的一半。如果当前值低于目标值，则可以将下一离散调节设置为等于当前水平与最小空气流水平之差的一半的量。

在一组替代有利实施例中，所述迭代调节包括所述空气流水平的一个或多个离散改变，每个离散改变的量是至少部分基于所述至少一个大气参数的所述目标值与所述至少一个参数的当前值之差来确定的。在这种情况下，基于从当前空气参数条件到目标条件的距离来有效调节空气流。

可以与所确定的当前大气条件与目标大气状况之差或其归一化版本(例如，根据目标值本身进行归一化的版本)成比例地或相关地确定或设置每个迭代调节的大小。

例如，在一组示例中，所述每个离散改变的量等于

其中，Δp＝所述当前空气流水平与所述空气流控制单元的最大空气流水平或最小空气流水平之差的设置部分，并且/>

可以根据当前大气参数水平是高于还是低于目标水平来选择使用最大空气流水平还是使用最小空气流水平。

可以例如通过至少一个大气参数的目标值与至少一个参数的当前值之差的归一化版本(例如根据目标大气参数值进行归一化的版本)来给出加权。在这种情况下，

同样，当前值意指最近获取的参数测量结果。

在示例中，设置(即，预定)部分可以是一半。该部分的量可以手动或自动设置。它可以是固定的，例如在控制器的编程中是固定的。在示例中，它可以是可调节的，例如基于用户输入或者例如基于传感器反馈进行调节。

根据任何实施例，控制器可以适于在进行任何调节之前将初始空气流水平设置为基于检测到的用户的活动水平所确定的水平。

活动水平可以是定性参数或定量参数。它涉及与运动或移动有关的活动。可以以离散活动水平类型(例如，坐着、站立、行走和跑步)来归类和/或测量活动水平。替代地，可以定量地测量和评估活动水平。

该系统可以包括活动检测单元，该活动检测单元在使用中被布置为检测用户的活动水平。例如，这可以包括心率监测器、PPG传感器、脉搏传感器和/或移动传感器(例如，加速度计)。

在特定示例中，所述控制器可以适于检测所述用户的所述活动水平的任何改变，并且适于响应于检测到的改变而更改所述空气流的所述初始水平。

根据一个或多个实施例，所述控制器可以适于与存储用户的个人信息和/或偏好的本地或远程数据存储设备通信，并且其中，所述控制器适于在进行任何调节之前基于所述用户的所述个人信息和/或偏好来设置初始空气流水平。

根据本发明的一组实施例，可以提供一种包括根据上面概述的或下面将要描述的示例的实施例中的任何实施例的系统的空气面罩，所述系统在使用中被布置用于配置流入和/或流出所述空气面罩的空气流。

所述空气面罩可以被配置用于过滤或净化用户吸入的空气。

在示例中，所述面罩可以包括呼吸入口/出口，所述呼吸入口/出口被布置为限制空气的流入，以便迫使流入的空气通过被提供在所述入口/出口中的过滤介质，从而在将空气供应到所述面罩内部之前过滤空气。

根据本发明的另外的方面的示例，提供了一种用于配置流入和/或流出空气面罩的空气流的方法，包括：

获取所述面罩内部的至少一个大气参数的一个或多个测量结果，并且

基于所述测量结果来迭代调节流入和/或流出所述面罩的空气流的水平，以便朝向预定目标值调节所述至少一个大气参数的值。

所述调节可以包括多个迭代调节步骤，并且其中，所述至少一个大气参数的测量结果是在每次迭代调节空气流水平之前和/或之后获取的。

所述迭代调节可以包括所述空气流水平的一个或多个离散改变，每个离散改变的量是至少部分基于当前空气流水平来确定的。离散改变形成迭代调节步骤。

附图说明

现在将参考附图来详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示意性地描绘了根据实施例的第一示例系统；

图2示意性地描绘了并入根据实施例的系统的示例空气面罩；

图3示意性地图示了由根据实施例的系统实施的示例空气流调节流程；并且

图4示意性地图示了借助于根据实施例的系统对参数空间中的参数的优化。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应当理解，详细说明和特定示例虽然指示装置、系统和方法的示例性实施例，但是它们仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。根据下面的描述、权利要求和附图将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅是示意性的且并没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中，使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

本发明提供了一种用于配置流入和/或流出空气面罩的空气流以配置所述面罩内的空气的大气条件的系统。所述系统包括感测单元和空气流控制单元。控制器从所述感测单元接收读数并基于这些读数来控制空气流水平，以便朝向预设目标水平移动所感测的大气参数的水平。所述控制器实施迭代调节流程，使用来自所述感测单元的反馈来指导每个步骤，从而以多个步骤调节所述空气流的水平。

因此，本发明的实施例允许配置面罩内的空气条件，以便将面罩内的空间条件移动到优选的“舒适区”内，也就是说，调节空气流，直到面罩内部的空气的一个或多个大气参数的集合在限定目标值的特定限定范围或跨度或容限内为止。如果存在多个参数，则能够理解为将大气条件移动到大气参数空间中的特定区域内。该区域在本公开内容中将被称为“舒适区”。

大气参数可以例如包括以下各项中的一项或多项：温度、湿度、空气压力和二氧化碳水平。

因此，本发明的实施例基于逐步控制供应到面罩的空气流以移动到舒适区(具有合适的温度、湿度、空气压力)。提出了一种用于快速优化空气流以达到预定目标空气条件的解决方案。

图1示意性地描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例系统的部件。图2示出了在示例空气面罩32内原位并入的系统的部件。

系统10包括呈风扇16的形式的用于控制流入空气面罩32的空气流的空气流控制单元。风扇也可以控制从面罩流出的空气流，或者可以提供额外的风扇以控制从面罩流出的空气流。风扇能被配置在多个不同的空气流水平之间。不同的空气流水平可以对应于风扇的不同功率水平(例如，风扇的不同速度)，并且/或者可以对应于由风扇提供的流入和/或流出面罩的空气的不同流速。不同的空气流水平可以对应于被提供的流入和/或流出面罩的空气的不同速度或速率。

该系统还包括传感器14，该传感器14适于感测至少一个大气参数，例如，温度、湿度、空气压力和/或二氧化碳水平。在其他示例中，可以提供多个传感器，每个传感器在使用中都适于感测不同的大气参数。

传感器14和风扇16被操作性耦合到控制器20。控制器适于控制风扇，以配置所感测的空气面罩32内的空气的大气参数的水平。特别地，控制器适于在使用中从感测单元获取一个或多个测量结果，并且适于基于这些测量结果来迭代调节空气流的水平，以便朝向预定目标值调节至少一个大气参数的值。

在传感器14适于感测多个大气参数的情况下，控制器20可以适于基于测量结果来迭代调节空气流的水平，以便朝向预定目标值的集合或参数空间中的预定目标区域调节多个大气参数的值。

如图2中示意性描绘的，传感器14被布置为感测面罩32内部36内的空气的一个或多个大气参数，该内部意指在面罩的内表面与用户的面部和/或嘴巴之间限定的空间或腔体。风扇16被布置在用户的嘴巴附近，以用于向嘴巴区域提供空气流。风扇被安装在入口结构34内，该入口结构34被布置为延伸穿过面罩32的边界外壁。外壁例如用作过滤器并因此可以是与风扇串联连接的在线过滤器。

面罩32还包括呼吸入口/出口，该呼吸入口/出口通常包括止回阀，该止回阀允许呼出空气的流出，但是在吸气期间限制空气的流入，以便迫使吸入的空气通过被提供在呼吸入口/出口中的过滤介质。过滤介质可以例如包括用于过滤颗粒物、挥发性有机化合物(VOC)和/或任何其他污染物(例如，气态污染物)的过滤材料。任选地，过滤材料可以包括碳介质以阻挡颗粒物、VOC或其他污染物。

控制器20适于在使用中从传感器14获取一个或多个大气参数的读数或测量结果，即，从传感器执行数据采样。传感器可以适于提供直接表示所讨论的大气参数的读数或传感器输出。替代地，传感器的输出可以仅间接指示大气参数。在后一种情况下，控制器可以适于执行对传感器输出的处理，以将传感器输出转换成直接表示所讨论的参数的输出。

控制器20适于基于所获取的传感器读数以迭代方式调节空气流水平。实际上，这可以包括调节风扇16的电压供应或水平。向上调节电压会增大空气流；向下调节电压会减小空气流。

能够预计到空气流的增大会降低温度、湿度和二氧化碳水平，并且会增大空气压力。能够预计到空气流的减小会提高温度、湿度和二氧化碳水平，并且会减小空气压力。

优选地，系统10还包括无线通信模块，该无线通信模块用于与远程计算机、处理器或终端无线通信，例如与诸如智能电话或平板电脑之类的移动设备无线通信。这可以允许无线控制系统或者调节系统的某些设置，并且/或者可以允许输出传感器读数或系统的当前状态。

虽然在上面的示例中提供了风扇16，但是在其他示例中，可以替代地使用不同的空气流控制单元。在本公开内容中具体关于风扇描述的所有特征和选项也可以应用于替代性使用的任何其他空气流控制单元。

如所指出的，控制器20适于实施调节流程，在该调节流程中，基于从感测单元14获取的测量结果来迭代调节风扇16的空气流水平，以便朝向预定目标值调节至少一个大气参数的值。

存在许多不同的用于实施这种迭代调节的方法。现在将更详细地概述这些不同的方法。

根据最简单的第一方法，控制器20以初始空气流水平启动风扇(空气流设备)16，该初始空气流水平是空气流控制设备的最小空气流水平。这将被称为AF_min。控制器然后适于以一系列大小相等的一个或多个步骤来增大空气流水平，直到达到至少一个大气参数的预定目标值为止。这在图3中图示出，图3示意性地示出了作为时间(x轴，任意单位)的函数的空气流水平AF(y轴，任意单位)的增大。如图所示，AF以大小相等的步骤线性增大。箭头42指示达到所讨论的大气参数的目标值(例如，温度、湿度、压力、二氧化碳浓度)的空气流水平(AF_i)。如图所示，调节算法可以简单地继续增大空气流，直到参数在目标值的某个容许范围(以Δ示意性指示)内为止。

在有利的示例中，增大空气流水平，直到达到多个大气参数的目标值为止。这能够通过将两个或更多个大气参数的集合视为形成参数空间来理解，其中，控制器适于调节空气流水平，直到达到参数空间内的特定点或更优选是特定区域为止。该点或区域将被称为“舒适区”CZ。

该构思在图4中示意性图示出，图4示意性地描绘了由湿度(在y轴上描绘)和温度(在x轴上描绘)组成的二维参数空间44。图中示出了参数空间内的起点46和终点48，它们各自对应于不同的温度值和湿度值。箭头示意性地表示当控制器20调节空气流水平时通过参数空间的移动。举例来说，湿度和温度被示为降低。图中还示出了参数空间内的多个区52。调节流程可以包括迭代调节空气流，直到所测量的大气参数(在这种情况下为温度和湿度)达到空间内的期望区为止。图4中示出的区的特定形状、大小和分布仅作为示例，并且在其他示例中这些形状、大小和分布可以不同。

下面列出了上述最简单的调节流程的示例算法。

[算法1]

在时间T＝0时，初始空气流水平AF_0被设置为AF_min(风扇16的最小空气流水平)

从感测单元14获取一个或多个大气参数的测量结果

如果(一个或多个)值不在针对参数的(一个或多个)目标值的限定的容许范围Δ内，则空气流增大设置量：AF_i+1＝AF_i+ΔAF

重复步骤2和3，直到(一个或多个)大气参数的值在(一个或多个)目标值的所述限定的容许范围内为止。

因此，对于该示例，针对每个特定的空气流水平(AF_i)，系统确定相关大气参数的值(例如，面罩32内的温度(T)和相对湿度(RH))并确定是否已经达到目标内部舒适区(请参阅上面的讨论)。

在下面将要描述的更复杂的示例中，能够确定参数空间14内的当前点或区域(即，当前舒适区CZ_i)与目标点或区域(目标舒适区CZ_target)之间的距离并使用该距离来指导随后对空气流水平AF的调节。

考虑到大气参数水平可能太高而需要减小空气流水平的可能性，能够引入额外的步骤，其中，控制器确定(一个或多个)大气参数的(一个或多个)当前值是高于(一个或多个)目标值还是低于(一个或多个)目标值。

如果值较高(被称为超舒适区阈值的状态)，则控制器可以适于以线性方式减小空气流水平，即，在时间T_i+1时：AF_i+1＝AF_i－X*ΔAF，其中，X可以是任意整数，并且例如可以针对不同的控制模式或不同的系统应用而变化。

如果(一个或多个)值低于(一个或多个)目标值，则控制器可以实施对上述空气流水平的线性增大，即，在时间T_i+1时：AF_i+1＝AF_i+X*ΔAF，其中，X可以是任意整数，并且例如可以针对不同的控制模式或不同的系统应用而变化。

在替代示例中，不是线性增大空气流水平或者线性减小空气流水平，而是可以以指数方式增大或减小空气流水平，直到达到目标舒适区为止，即，直到感测到一个或多个大气参数的值在(一个或多个)目标值的限定的容许范围内为止。

由于多种原因，上述简单的线性方法可能相对较慢。特别地，在每种情况下从AF_min开始调节空气流可能会增加到达目标舒适区前的明显延迟，尤其是在最终需要相对较高的空气流水平的情况下。另外，每次以相同的相对较小的量增大空气流水平也会导致相对较慢的调节时间。

第二方法旨在减少实现面罩内部的空气的一个或多个大气参数的目标值所花费的时间。因此，下面阐述根据本发明的一个或多个实施例的由控制器实施的第二示例调节流程。

如上所述，假定能够在最小空气流水平(AF_min)与最大空气流水平(AF_max)之间调节空气流控制单元16(风扇)。CZ(AF)将用于表示大气参数空间中的与特定空气流水平AF相对应的特定点或区域(特定的“舒适区”)。参数空间中的特定点或区域对应于特定的用于温度和相对湿度的大气参数值或值范围的集合，例如，(T，RH)。CZ_TARGET将用于表示针对一个或多个大气参数的目标值的集合(即，目标舒适区)。

参数空间中的与空气流水平AF1和AF2相对应的两点之间的距离将由CZ(AF1)－CZ(AF2)来表示。例如，可以将这种“距离”理解为向量，或者简单地理解为差值的有序集合。正距离值表示尚未达到目标舒适区(一个或多个参数值的目标集合)(例如，参数值太低)；负值表示参数值已经超过目标值(例如，参数值过高)。距离值为0表示已经精确达到舒适区。实际上，由Δ表示的距离值将用于表示一个或多个大气参数的(一个或多个)实现值在(一个或多个)目标值的限定的可接受容许范围Δ内。

第二方法基于将初始空气流水平设置为介于最小空气流水平(AF_min)与最大空气流水平(AF_max)之间。这样减少了收敛到目标参数值(目标舒适区)所花费的时间，因此改善了用户体验。

在一个示例中，将初始空气流水平设置在AF_min与AF_max之间的中点。下面列出了对应于该方法的示例算法。

[算法2]

i＝0

AF_i＝(AF_max–AF_min)/2

If|CZ_TARGET-CZ(AF_i)|<＝Δ→Done

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]>0THEN

AF_i+1＝AF_i+X*ΔAF

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]<0THEN

AF_i+1＝AF_i-X*ΔAF

i＝i+1

GOTO 3

其中，ΔAF为设置的空气流水平的离散增大量，并且X为任意整数，其可以例如根据特定的控制模式或特定的系统应用来设置。在一些示例中，可以将X简单地设置为1。

替代地，可以调节AF的量而将其配置为以指数方式增长。

根据更复杂的示例，可以根据当前空气流水平来改变每次给空气流水平AF加上或减去的调节量。下面列出了根据该方法的示例算法。

[算法3]

i＝0

AF_i＝(AF_max–AF_min)/2

If|CZ_TARGET-CZ(AF_i)|<＝Δ→Done

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]>0THEN

AF_i+1＝AF_i+[(AF_max–AF_i)/2]

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]<0THEN

AF_i+1＝AF_i–[(AF_i–AF_min)/2]

i＝i+1

GOTO 3

根据以上示例，在每次迭代调节时，空气流水平将增大等于当前空气流水平与最大或最小空气流水平(取决于需要将空气流水平增大还是减小，以便被移动为更接近一个或多个大气参数的(一个或多个)目标值)之差的一半的量。因此，该示例以两种方式提高了目标参数值的收敛速度：通过将初始空气流水平设置为高于AF_min，以及通过智能调节每次空气流水平增大的量。

需要注意，该方法假定空气流与大气参数之间存在单调关系(即，如果CZ_TARGET–CZ(AF_i)>0，则增大AF将会减小到CZ_TARGET的距离；而如果CZ_TARGET–CZ(AF_i)>0，则减小AF将会减小到CZ_TARGET的距离)。

根据另外一组的一个或多个示例，在系统随后被关闭之前，可以根据先前设置的空气流水平(例如，在先前使用系统期间的空气流水平)来设置初始空气流水平AF_0。在这组示例中，在达到至少一个大气参数的目标值时，控制器适于在本地或远程存储空气流水平(例如将其存储在存储器中)。此外，控制器在至少一种控制模式中适于在进行任何调节之前将初始空气流水平AF_0设置为等于先前如此存储的空气流水平。

因此，系统可以包括本地存储器以促进存储和检索先前空气流水平。替代地，控制器可以与远程数据存储设备或存储器通信以存储和检索所实现的空气流水平。

控制器优选适于：(当在相关控制模式(如果适用的话)中操作时)在接通时检索最近的如此存储的空气流水平，并且将初始空气流水平设置为等于该先前空气流水平。当达到大气参数的(一个或多个)目标值时，控制器可以重写任何先前存储的空气流水平，或者可以将新的当前空气流水平存储为单独的条目。

下面列出了根据该方法的示例算法。

[算法4]

在时间T＝0时，控制器检索先前存储的空气流水平AF_previous

将AF_0设置为AF_0＝AF_previous

If|CZ_TARGET-CZ(AF_0)|<＝Δ→Done

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_0)]>0THEN

AF增大，例如以线性方式或指数方式或根据任何其他方案增大，直到达到CZ_TARGET

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_0)]<0THEN

AF减小，例如以线性方式或指数方式或根据任何其他方案减小，直到达到CZ_TARGET

一旦达到CZ_TARGET，控制器就存储对应的空气流水平AF_new

举例来说，可以通过[算法2]的步骤3至6或者通过[算法3]的步骤3至6来实施上述算法的步骤3至5。关于那些算法描述的变化和选项可以等同地应用于以上算法。

下面列出了根据该方法的另外的示例算法。

[算法5]

在时间T＝0时，控制器检索先前存储的空气流水平AF_previous

将AF_0设置为AF_0＝AF_previous/2

If|CZ_TARGET-CZ(AF_0)|<＝Δ→Done

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_0)]>0THEN

AF增大，例如以线性方式或指数方式或根据任何其他方案增大，直到达到CZ_TARGET

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_0)]<0THEN

AF减小，例如以线性方式或指数方式或根据任何其他方案减小，直到达到CZ_TARGET

一旦达到CZ_TARGET，控制器就存储对应的空气流水平AF_new

该示例的不同之处仅在于初始空气流水平AF_0被设置为先前存储值的一半(AF_previous/2)，而不是先前存储值本身。在这些值易于在系统的使用实例之间改变的情况下，该替代方案提供了对目标大气参数值的更有效的获得方式。在一些示例中，该系统能在分别使用算法4和算法5的不同控制模式之间切换。

根据另外一组的一个或多个实施例，由控制器实施的调节流程可以包括在进行任何调节之前将初始空气流水平AF_0设置为基于检测到的用户的活动状态(例如，检测到的用户的活动水平)而确定的空气流水平。活动状态可以包括例如一组替代选项中的一个选项，诸如，坐着、站立、步行、一定速度的步行(例如，慢走、快走)。任何其他活动类型也可以被包括在这组选项中，例如，骑自行车、跑步、划船。

活动水平可以是定性参数或定量参数。它涉及与运动或移动有关的活动。可以以离散活动水平类型(例如，坐着、站立、行走和跑步)来归类和/或测量活动水平。替代地，可以定量地测量和评估活动水平。

该系统可以包括活动检测单元(活动监测器)，该活动检测单元(活动监测器)在使用中被布置为检测用户的活动水平。例如，这可以包括心率监测器、PPG传感器、脉搏率传感器和/或移动传感器(例如，加速度计)。替代地，用户可以例如手动输入他们的活动状态水平。

控制器可以适于访问例如在本地或远程存储的查找表，该查找表将不同的活动水平或状态与不同的适当的初始空气流水平AF_0进行关联。

一旦已经根据检测到的或确定的活动水平或状态设置了初始空气流水平AF_0，控制器就适于继续进行迭代调节流程，以便获得一个或多个大气参数的目标值。这可以例如根据算法2的步骤2-6或算法3的步骤2-6或者根据本公开内容中阐述的或在本申请的任何权利要求中限定的任何其他方法或示例来完成。

在一些示例中，上下文信息可以与活动信息相组合。特别地，在达到CZ_TARGET时，控制器可以适于既存储相关联的空气流水平AF又存储正在进行的活动状态或水平。此外，当调节空气流水平时，控制器可以适于检测当前空气流水平并检索与检测到的活动水平相对应的先前存储的空气流水平。以这种方式，可以使用用户在给定活动水平下对AF的先前设置。

在一些示例中，控制器可以适于：检测用户的活动水平的任何改变，并且响应于检测到的改变而更改初始空气流水平AF_0。活动监测器可以检测到这种改变。在这种情况下，控制器适于确定新的AF_0。例如，这可以基于如前一段所讨论的上下文数据或者基于例如数据库中的条目，例如，根据用户的个人特性进行分组的条目。将在下面详细描述该选项。当用户改变其活动行为时，这会实现快速响应。

根据另外一组实施例，在确定调节空气流水平的每个量时使用当前舒适区水平(一个或多个大气参数的当前值)与目标舒适区水平(一个或多个参数的(一个或多个)目标值)之间的距离。

距离意指参数空间中的距离(请参阅上面关于图4的讨论)。在仅以一个大气参数为目标的情况下，距离仅是该参数的当前值与目标值之差。

例如，在一组特定示例中，确定当前空气流水平与最大或最小空气流水平之差，然后根据所确定的当前值与(一个或多个)大气参数的(一个或多个)目标值之间的距离对当前空气流水平与最大或最小空气流水平之差进行加权。

下面列出了根据该方法的示例算法。

[算法6]

i＝0

AF_i＝(AF_max–AF_min)/2

IF|CZ_TARGET-CZ(AF_i)|<＝Δ→Done

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]>0THEN

AF_i+1＝AF_i+[(AF_max–AF_i)*[[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]/CZ_NORM]]

ELSE IF[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]<0THEN

AF_i+1＝AF_i-[(AF_i–AF_min)*[[CZ_TARGET-CZ(AF_i)]/CZ_NORM]]

i＝i+1

GOTO 3

CZ_NORM用于对从当前舒适区(当前生理参数值)到目标区(目标值)的距离进行归一化。

在有利的示例中，CZ_NORM＝CZ(AF_i)。替代地，可以将CZ_NORM设置为任何其他适当的值，例如设置为AF_min或AF_max。

需要注意，该方法假定空气流与大气参数之间存在线性关系(即，如果CZ_TARGET–CZ(AF_i)>0，则增大AF将会减小到CZ_TARGET的距离；而如果CZ_TARGET–CZ(AF_i)>0，则减小AF将会减小到CZ_TARGET的距离)。然而，即使这种关系并不完全是线性的，该方法仍然有效。

根据一个或多个示例，控制器可以适于在上面概述的不同的调节方法之间切换。这可以动态完成。例如，控制器可以最初(例如针对新的面罩)根据算法1或算法2来执行调节流程。为了重复使用，控制器可以随后切换到其他算法中阐述的其他方法中的一种或多种方法。因此，实施了混合式调节方法。

例如，该系统可以适于实施智能学习功能，其中，例如相继地尝试了上面概述的不同的调节流程，并且记录每个调节流程将(一个或多个)大气参数带入目标舒适区水平CZ_TARGET内的速度。基于此，然后确定最快的调节方法(最快达到目标)并将其至少用作以后调节的默认调节方法。对于具有不同舒适区偏好的不同用户，某些调节方法可能证明比其他方法更快地达到目标舒适区水平。该尝试流程允许确定和采用对于每个给定用户最有效的方法。

可以尝试上面概述的各种调节流程的任何组合，例如可以一个一个地尝试所有的调节流程，或者可以一个一个地尝试仅子集。

根据示例，该尝试流程还可以被配置为确定并记录所尝试的每个调节流程的能量效率。如果调节流程引起空气流水平升高到针对目标舒适区水平的必要水平之上(即，超出必要的空气流水平)，则该流程被认为是能量效率低下的。能量效率低下是因为以不必要高水平运行风扇会浪费能量。如果达到目标舒适区水平而没有将空气流水平提高到达到目标舒适区的必要水平以上，则该流程是能量高效的。

在示例中，可以不考虑将超出所需的空气流水平的调节流程进行进一步使用，而将剩余的调节方法中的最快的调节方法选择为以后调节的默认方法。替代地，控制器可以适于：接收指示速度与效率之间的偏好的用户输入，并且仅对所选择的优选度量来评估不同的调节方法。替代地，可以使用这两种方法的混合式方法，例如，可以为每个调节流程导出效率得分和速度得分，并且对这两个得分求平均值(例如，均值)。然后，可以选择实现最高平均得分的方法作为以后调节的默认调节方法。

根据一组有利实施例，控制器20适于与存储个人信息和/或用户偏好的本地或远程数据存储设备通信。在这种情况下，控制器可以适于在进行任何调节之前基于所述个人信息和/或用户偏好来设置初始空气流水平。

该系统可以包括通信模块，该通信模块用于与存储该远程数据存储的远程终端或计算机或移动设备进行通信。这可以是无线通信模块。这可以例如包括发射器和接收器，该发射器和接收器包括一个或多个用于发射和接收的天线。该模块可以使用例如ZigBee、RF频率、Wi-Fi或任何其他无线通信协议来促进通信。

远程或本地数据存储设备可以例如包括存储最优空气流水平的数据集，以为具有不同个人特性的用户提供面罩内的舒适空气环境。这些特性可以包括例如年龄、身高、体重、性别。该数据库可以用于查找启动调节流程的适当的初始空气流值，其目的是选择尽可能接近与用户选择的一个或多个大气参数的目标水平相对应的最终值的初始值。

现在将概述根据该方法的一组示例步骤。

首先，控制器20接收用户的一个或多个个人特性作为输入。这种接收可以例如是从(例如由应用程序介导的)移动计算设备(例如，智能电话)进行的接收以及在控制器处以无线方式进行的接收。它们可以基于用户的预先存储的简档或用户的手动输入。举个非限制性示例，输入的个人特性可以包括：年龄、体重、身高、国籍、过敏症状。

其次，一旦接收到输入特性，控制器20就可以适于根据输入特性将用户聚类或归类到数据库中的一组定义的集群或组或类别之一。聚类或归类可以例如经由K-均值聚类或者经由回归分析来执行。

第三，然后基于所确定的用户所属的类别或集群从数据库中导出初始空气流水平AF_0。例如，数据库可以存储初始空气流水平与个人信息(例如与个体特性)之间的关系(由曲线或直线表示)。替代地，数据库可以存储查找表，该查找表将不同组或集群的个体与不同的特定AF_0值进行关联。再次，替代地，数据库可以存储一个或多个决策树，以允许基于各种个人特性来导出适当的空气流水平AF_0。

额外地或替代地，根据示例，控制器适于根据由给定用户通过使用面罩导出的信息来填充或者更新数据库。例如，数据库可以将以下各项中的一项或多项用作对用户进行表征的输入：年龄、身高、体重、国籍、过敏。也可以使用其他特性，例如，佩戴空气面罩的方式或佩戴空气面罩的持续时间(例如，平均持续时间)。

这些特性可以用于对用户进行聚类或归类并且/或者对数据库的条目进行重新聚类或重新归类。然后，可以使用所获取的关于由经聚类或归类的用户所使用的空气流水平的信息来更新或者填充数据库。特别地，控制器可以获取(例如存储)与用户的优选大气参数设置相关联的空气流水平。如上所述，这些能够用于更新数据库，从而在使用数据库确定未来用户的初始空气流设置时改善结果。

可以以其他方式使用数据库中的数据以进一步增强由控制器实施的调节流程。

例如，如上所述，上面的算法6假定空气流水平与一个或多个大气参数(舒适区)之间存在线性关系。通过(如上文概述的那样)从一群连接面罩的用户收集数据，能够确定并存储这些参数之间的实际关系(还可能基于用户特性进行进一步的分层或归类)。因此，从一群连接面罩的面罩用户那里收集的推导关系曲线能够用于例如配置在新的未连接的面罩和现有面罩中实施的调节算法(因为参数与空气流之间的关系是众所周知的)。

如上所述，实施例利用控制器。能够利用软件和/或硬件以多种方式来实施控制器，从而执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，这一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)进行编程以执行所需的功能。然而，控制器也可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件与执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关电路)的组合。

可以在本公开内容的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(例如，易失性和非易失性计算机存储器，例如，RAM、PROM、EPROM和EEPROM)相关联。可以利用一个或多个程序对存储介质进行编码，这一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上被运行时执行所需的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内，也可以是可移动的，使得能够将存储在存储介质上的一个或多个程序加载到处理器或控制器中。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种空气面罩(32)，包括：

系统(10)，其用于配置流入和/或流出所述空气面罩(32)的空气流，所述系统包括：

感测单元(14)，其用于感测所述面罩内部的空气的至少一个大气参数；

空气流生成器(16)，其用于控制流入和/或流出所述空气面罩的空气流；以及

控制器(20)，其与所述空气流生成器和所述感测单元操作性耦合，并且适于：

从所述感测单元获取一个或多个测量结果，并且

基于所述测量结果来迭代调节所述空气流的水平，以便朝向预定目标值调节所述至少一个大气参数的值，所述调节包括多个迭代调节步骤，并且其中，所述控制器适于在每次迭代调节空气流水平之前和/或之后从所述感测单元获取传感器测量结果，

其中，每个迭代调节步骤包括所述空气流水平的离散改变，所述离散改变的量是至少部分基于当前空气流水平来确定的。

2.根据权利要求1所述的空气面罩(32)，其中，所述空气流生成器(16)是风扇，并且其中，所述风扇被安装在入口结构(34)中，所述入口结构被布置为延伸穿过所述面罩(32)的边界外壁。

3.根据权利要求1或2所述的空气面罩(32)，其中，所述控制器(20)适于继续进行所述迭代调节，直到所述至少一个大气参数的值在所述目标值的限定容许范围内为止。

4.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述控制器能与包括参考空气流设置的参考数据集通信，并且其中，

在达到所述至少一个大气参数的所述目标值时，所述控制器(20)适于将所述空气流的水平存储在所述参考数据集中，并且

其中，所述控制器适于在进行任何调节之前根据至少一种控制模式将初始空气流水平设置为等于所述参考数据集中的空气流水平。

5.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述至少一个大气参数包括以下各项中的一项或多项：空气压力、空气温度和空气湿度。

6.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述空气流生成器(16)具有最大空气流水平和最小空气流水平，并且其中，所述控制器(20)适于在进行任何调节之前将初始空气流水平设置为介于所述最小空气流水平与所述最大空气流水平之间。

7.根据权利要求6所述的空气面罩(32)，其中，所述初始空气流水平是所述最小空气流水平与所述最大空气流水平之间的中点。

8.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述系统还包括用于检测用户的活动水平的活动检测单元，并且其中，所述控制器(20)适于在进行任何调节之前将初始空气流水平设置为基于检测到的所述用户的活动水平所确定的水平。

9.根据权利要求8所述的空气面罩(32)，其中，所述控制器适于检测所述用户的所述活动水平的任何改变，并且适于响应于检测到的改变而更改所述初始空气流水平。

10.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述控制器(20)适于与存储用户的个人信息和/或偏好的本地或远程数据存储设备通信，并且其中，所述控制器适于在进行任何调节之前基于所述用户的所述个人信息和/或偏好来设置初始空气流水平。

11.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，每个

离散改变的量是正量或负量，所述正量等于所述当前空气流水平与所述空气流生成器的最大空气流水平之差的设置部分，所述负量等于所述当前空气流水平与所述空气流生成器的最小空气流水平之差的设置部分。

12.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述迭代调节包括所述空气流水平的一个或多个离散改变，每个离散改变的量是至少部分基于所述至少一个大气参数的所述目标值与所述至少一个参数的当前值之差来确定的。

13.根据权利要求12所述的空气面罩(32)，其中，所述每个离散改变的量等于

其中，Δp＝所述当前空气流水平与所述空气流生成器的最大空气流水平或最小空气流水平之差的设置部分，并且/>

＝基于所述至少一个大气参数的所述目标值与所述至少一个大气参数的当前值之差的加权。

14.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述空气面罩用于过滤或净化用户吸入的空气。

15.根据权利要求1-2中的任一项所述的空气面罩(32)，其中，所述面罩包括呼吸入口/出口，所述呼吸入口/出口被布置为限制空气的流入，以便迫使流入的空气通过被提供在所述入口/出口中的过滤介质，从而在将空气供应到所述面罩内部之前过滤空气。

16.一种用于配置流入和/或流出空气面罩(32)的空气流的方法，包括：

使用由所述空气面罩包括的感测单元获取所述面罩内部的至少一个大气参数的一个或多个测量结果，并且

使用由所述面罩包括的空气流生成器基于所述测量结果来迭代地调节流入和/或流出所述面罩的空气流的水平，以便朝向预定目标值调节所述至少一个大气参数的值，所述调节包括多个迭代调节步骤，并且其中，所述至少一个大气参数的测量结果是在每次迭代调节空气流水平之前和/或之后获取的，

其中，每个迭代调节步骤包括所述空气流水平的离散改变，所述离散改变的量是至少部分基于当前空气流水平来确定的。

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