CN116392614A - 一种紫外线杀菌效果确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外线杀菌效果确定方法,涉及紫外线杀菌领域,所述方法,包括:构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系;基于空间坐标系确定目标点与紫外光源的相对位置;目标点为目标空间中的任意一点;基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算目标点的紫外线辐射强度;基于目标点的紫外线辐射强度计算目标点的紫外线辐射剂量;根据目标点的紫外线辐射剂量以及紫外线辐射剂量与杀菌率关系表,确定目标点的紫外线杀菌效果。本发明能在不对具体位置采样测试的情况下,确定紫外线对空间中任意位置的杀菌率。
Description
技术领域
本发明涉及紫外线杀菌领域,特别是涉及一种紫外线杀菌效果确定方法。
背景技术
当前市场中,紫外线消杀凭借纯物理消杀、无残留、高效率和环保安全等特点逐渐被人们广泛采用,然而,紫外线消杀也存在其无法避免的缺点,即杀菌效果无法通过肉眼观察。并且由于空气中的细菌种类繁杂,分布不均匀,很难以一种量化的分析手段对紫外线的杀菌效果进行评估。在实验条件下,一般需要对待测位置的空气或者物体表面采样,通过培养皿培养后对比杀菌前后的菌落数,才能计算其杀菌率,分析消杀效果。然而这种实验周期长,偶然性较大,对实验条件和人员有较大的要求。
现有技术中申请号为202210776058X的中国专利公开一种UVC紫外线辐射杀菌效果的检测方法,具体为根据光源的紫外线辐射强度、光源与待测位置的距离、照射时间、空气中紫外线衰减系数等参数计算待测位置紫外线辐射剂量,并与紫外线剂量和不同细菌的杀菌率对比,得到待测位置的杀菌效果。
上述现有技术需要提前确定好待测位置,并测量待测点位与光源之间的距离,只能实现对单个待测位置的杀菌率的分析和判断,且并未考虑到紫外线光源在各个方向上不同配光的问题,由此对于测量大范围空间中多个位置的杀菌率存在一定限制,也无法判断所在空间是否完全消杀。
发明内容
基于此,本发明实施例提供一种紫外线杀菌效果确定方法,可以在不对具体位置采样测试的情况下,确定紫外线对空间中任意位置的杀菌率。
为实现上述目的,本发明实施例提供了如下方案:
一种紫外线杀菌效果确定方法,包括:
构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系;
基于所述空间坐标系确定目标点与所述紫外光源的相对位置;所述目标点为所述目标空间中的任意一点;
基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度;
基于目标点的紫外线辐射强度计算所述目标点的紫外线辐射剂量;
根据目标点的紫外线辐射剂量以及紫外线辐射剂量与杀菌率关系表,确定所述目标点的紫外线杀菌效果。
可选地,所述相对位置,包括:目标点与所述紫外光源的距离;
基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度,具体包括:
可选地,所述相对位置,包括:目标点与所述紫外光源的距离以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;所述x-y平面为与紫外光源的照射方向垂直的平面;
基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度,具体包括:
获取所述紫外光源的配光曲线函数;所述配光曲线函数是采用设定个数的高斯函数拟合而成;
根据所述目标点的坐标确定所述目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;
根据目标点与所述紫外光源的距离、紫外光源处的紫外线辐射强度、所述配光曲线函数以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角,计算所述目标点的紫外线辐射强度。
可选地,根据目标点与所述紫外光源的距离、紫外光源处的紫外线辐射强度、所述配光曲线函数以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角,计算所述目标点的紫外线辐射强度,具体包括:
根据公式计算所述目标点的紫外线辐射强度;其中,I表示目标点的紫外线辐射强度;Q为紫外光源处的紫外线辐射强度;σ为紫外线在空气中传播的衰减系数;l为目标点与所述紫外光源的距离;f d ( θ )表示配光曲线函数;θ表示目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角。
可选地,基于目标点的紫外线辐射强度计算所述目标点的紫外线辐射剂量,具体包括:
可选地,基于目标点的紫外线辐射强度计算所述目标点的紫外线辐射剂量,具体包括:
可选地,构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系,具体包括:
以紫外光源为原点,以紫外光源的照射方向为z轴,构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系。
可选地,紫外线在空气中传播的衰减系数的确定方法为:
确定拟合曲线模型的函数表达式;所述函数表达式为;其中,y为目标空间中的某一点相对于紫外光源的相对紫外线辐射强度;y0为紫外光源所在空间内极限远处的紫外线辐射强度,y1为距离紫外光源的距离值为0m处的相对紫外线辐射强度;
在设定的环境条件下,测得多组数据值;一组数据值对应目标空间中的一点;所述数据值,包括:目标空间中的某一点距离紫外光源的距离值和目标空间中的某一点相对于紫外光源的相对紫外线辐射强度;
将多组所述数据值代入所述函数表达式中进行拟合,得到紫外线在空气中传播的衰减系数。
可选地,设定的环境条件,包括:标准大气压、室温为15-30摄氏度、PM2.5小于75ug/m2以及湿度小于或等于50%;
紫外线在空气中传播的衰减系数的取值为2。
可选地,所述配光曲线函数采用三个高斯函数拟合而成;
所述配光曲线函数上任一点的函数值为三个高斯函数对应点的函数值的相加值;任一高斯函数的表达式为:
其中,f ( θ )为高斯函数通用完整表达式;f 0为高斯函数横坐标对应的极限相对辐射强度;xc为高斯函数波峰峰值对应的角度;w为波峰对应角度的宽度参数;A为w范围内高斯函数对横坐标积分的面积。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明实施例提出了一种紫外线杀菌效果确定方法,对于紫外光源所在的目标空间中的任意一点,通过构建空间坐标系的方式,确定任意一点与紫外光源的相对位置,然后基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算任意一点的紫外线辐射强度和紫外线辐射剂量,最终根据任意一点的紫外线辐射剂量以及紫外线辐射剂量与杀菌率关系表,确定任意一点的紫外线杀菌效果,本发明能在不对具体位置采样测试的情况下,确定紫外线对空间中任意位置的杀菌率,从而判断目标空间是否完全消杀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的紫外线杀菌效果确定方法的流程图;
图2为本发明实施例所构建的空间坐标系示意图;
图3为在设定的环境条件下相对紫外线辐射强度与距离紫外光源的距离值的关系图;
图4为紫外光源在各个方向上投射的紫外线辐射强度分布情况在规格书中的配光曲线图;
图5为紫外光源各个夹角与相对紫外线辐射强度的关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
参见图1,本实施例的紫外线杀菌效果确定方法,包括:
步骤101:构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系。其中,紫外光源可以是紫外LED光源。
步骤102:基于所述空间坐标系确定目标点与所述紫外光源的相对位置;所述目标点为所述目标空间中的任意一点。
具体的,根据空间坐标系确定紫外光源和目标点的坐标,根据紫外光源的坐标和目标点的坐标即可确定目标点与紫外光源的相对位置。本实施例中,相对位置,包括:目标点与紫外光源的距离。
步骤103:基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度。
步骤104:基于目标点的紫外线辐射强度计算所述目标点的紫外线辐射剂量。
步骤105:根据目标点的紫外线辐射剂量以及紫外线辐射剂量与杀菌率关系表,确定所述目标点的紫外线杀菌效果。
在一个示例中,步骤101和步骤102的一个实现过程如下:
首先,以紫外光源为原点,以紫外光源的照射方向为z轴,构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系。
在一个示例中,本实施例的步骤103和步骤104的一个实现过程如下:
紫外线在空气中传播过程中,其辐射强度随着传播距离的延长不断衰减,本实施例假设了紫外光源在目标空间向各个方向投射得到的紫外射线同等,则其随着传播距离辐射衰减规律遵循以下公式:。其中,I表示目标点的紫外线辐射强度,单位为W/m2;Q为紫外光源处的紫外线辐射强度,单位为W/m2;σ为紫外线在空气中传播的衰减系数;l为目标点与所述紫外光源的距离,单位为m。
其中,紫外线在空气中传播的衰减系数σ的确定方法如下:
衰减系数主要反映了空气中各因素对紫外线的衰减,包括PM2.5等空气中悬浮的颗粒物、温度、湿度等因素,精确的定义衰减系数σ需要应用分子散射理论。
然而在实际应用中,由于紫外线杀菌装置日常应用环境为在标准大气压及室温条件下,可通过实验测得在标准大气压及室温条件下距离紫外光源距离值为l的紫外线辐射强度I,并拟合成曲线,最后将衰减系数σ定义成一个固定数值,以减轻对空气条件的采样和运算需求。
图3示出了在设定的环境条件(即日常环境条件:标准大气压、室温15-30摄氏度、PM2.5小于75ug/m2、湿度小于或等于50%)下测得的相对紫外线辐射强度与距离紫外光源的距离值的关系。
根据图3中若干个点通过拟合数据的方式,获得关系曲线,图3中拟合曲线模型的函数表达式为:。其中,y为目标空间中的某一点相对于紫外光源的相对紫外线辐射强度,即/>;y0为函数的一个常数,定义为紫外光源所在空间内极限远处的紫外线辐射强度,本实施例中/>,y1为距离紫外光源的距离值为0m处的相对紫外线辐射强度,即y1=1,近似求得σ=2。
紫外线杀菌效率的关键参数在于紫外线辐射剂量,即紫外线辐射能量累计的过程,因此,在求解目标点的紫外线辐射剂量时,根据公式计算所述目标点的紫外线辐射剂量;其中,Euv为目标点的紫外线辐射剂量;T为目标点接受紫外光源照射紫外线的时间。
在一个示例中,步骤105中采用的紫外线辐射剂量与杀菌率关系表如表1所示,根据步骤104中求得的空间中任意点照射一定时间后获得的紫外线辐射剂量,对比紫外线辐射剂量与杀菌率关系表即可确定该点的杀菌率,即确定杀菌效果。
表1 紫外线辐射剂量与杀菌率关系表
在一个示例中,在步骤105之后,还包括:根据紫外光源所在目标空间内任意位置的紫外线杀菌效果,控制紫外光源的工作时间,以控制目标空间的杀菌时间,实现对目标空间中任意点的紫外线辐射剂量达到满足100%杀菌的程度,最终实现目标空间内全方位杀菌,从而达到令人满意的杀菌效果。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于,步骤102、步骤103和步骤104的实现过程不同。下面主要对不同之处进行介绍,其他部分参见实施例一即可,在此不再赘述。
本实施例中步骤102确定的相对位置,包括:目标点与所述紫外光源的距离以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;所述x-y平面为与紫外光源的照射方向垂直的平面。
本实施例的步骤103和步骤104的一个实现过程如下:
步骤103,具体包括:
1)获取所述紫外光源的配光曲线函数,并根据所述目标点的坐标确定所述目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;所述配光曲线函数是采用设定个数的高斯函数拟合而成。具体的:
在实际情况中,通常光源并不是理想的各向同性,即光源在同一距离不同方向上的在外辐射强度不同。以本实施例中的紫外光源为例,图4示出了其在各个方向上投射得紫外线辐射强度分布情况在规格书中的配光曲线,其中横坐标是以紫外光源为原点,任意点i点与紫外光源所在平面(x-y平面)所成的夹角θ,且,纵坐标是在对应角度上的紫外线辐射强度。
对于人体认知来说,可根据图4对应查表估测到各夹角对应的紫外线辐射强度,然而在程序自动化计算中,无法直接根据图表判断对应的紫外线辐射强度,因此以θ=0°位置的紫外线辐射强度为波峰,对配光曲线上各点紫外线辐射强度与夹角0°的关系进行归一化拟合,得到紫外光源各个夹角与相对紫外线辐射强度的关系,即本实施例最终采用的配光曲线函数,其符合正态分布,配光曲线函数的曲线示意图如图5所示。图5所示的配光曲线d可以用若干有限个数的高斯函数拟合而得,本实施例具体使用三个高斯函数f a ( θ )、fb ( θ )、f c ( θ )拟合得到最终的配光曲线d,高斯函数f a ( θ )的曲线如曲线a所示,高斯函数f b ( θ )的曲线如曲线b所示,高斯函数f c ( θ )的曲线如曲线c所示。将拟合所得配光曲线d的函数记作f d ( θ ):,即本实施例中配光曲线函数上任一点的函数值为三个高斯函数对应点的函数值的相加值。
其中,高斯函数的通用完整表达式为:
本实施例中三个高斯函数f a ( θ )、f b ( θ )、f c ( θ )的相关参数如表2所示,表2中f 0为高斯函数横坐标对应的极限相对辐射强度;xc为高斯函数波峰峰值对应的角度;w为波峰对应角度的宽度参数,,FWHM为半波峰对应的波宽;A为w范围内高斯函数对横坐标(θ)积分的面积;Reduced Chi-Sqr表示加权卡方检验系数;R-Square表示决定系数;Adj.Square表示调整后的决定系数。
表2 三个高斯函数的相关参数表
对于拟合得到的f d ( θ ),有f 0≈0,xc=0°,A=1,w=2。
2)根据目标点与所述紫外光源的距离、紫外光源处的紫外线辐射强度、所述配光曲线函数以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角,计算所述目标点的紫外线辐射强度。具体的:
将拟合得到的紫外线辐射强度与角度的关系式引入,根据公式计算所述目标点的紫外线辐射强度;其中,I表示目标点的紫外线辐射强度;Q为紫外光源处的紫外线辐射强度;σ为紫外线在空气中传播的衰减系数;l为目标点与所述紫外光源的距离;f d ( θ )表示配光曲线函数;θ表示目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角。
步骤104,具体包括:
通过空间任意点i点的坐标(xi,yi,zi),可求得l与θ。
本实施例只要确定某点在空间中的坐标,就能得知在该点经过一定时间照射后所积累的紫外辐射剂量。
相比现有技术存在的如下缺点:实验方法实验周期长,偶然性较大,对实验条件和人员有较大的要求;非实验的检测方法均需要提前确定好待测位置,并测量待测点位与光源之间的距离,只能实现对单个待测位置的杀菌率的分析和判断,且并未考虑到紫外线光源在各个方向上不同配光的问题,由此对于测量大范围空间中多个位置的杀菌率存在一定限制,也无法判断所在空间是否完全消杀。而本发明上述所有实施例,对紫外光源以及其所在的目标空间进行数学建模,可通过目标空间中任意一个位置的坐标信息,计算该位置的紫外线辐射剂量,并对照紫外线辐射剂量与杀菌率的关系表,得出紫外光源所在目标空间中任意位置的杀菌效果,并可根据紫外光源所在目标空间的大小,控制紫外光源照射一定时间满足对所在空间全方位消杀。
综上,上述所有实施例,在无需设置实验条件的前提下,最大限度的利用已知条件计算,即可更精准分析紫外光源所在目标空间内任意位置的紫外杀菌率,也可据此控制杀菌时间,实现全空间所有位置均达到令人满意的杀菌效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种紫外线杀菌效果确定方法,其特征在于,包括:
构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系;
基于所述空间坐标系确定目标点与所述紫外光源的相对位置;所述目标点为所述目标空间中的任意一点;
基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度;
基于目标点的紫外线辐射强度计算所述目标点的紫外线辐射剂量;
根据目标点的紫外线辐射剂量以及紫外线辐射剂量与杀菌率关系表,确定所述目标点的紫外线杀菌效果。
3.根据权利要求1所述的紫外线杀菌效果确定方法,其特征在于,所述相对位置,包括:目标点与所述紫外光源的距离以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;所述x-y平面为与紫外光源的照射方向垂直的平面;
基于相对位置以及紫外光源处的紫外线辐射强度,计算所述目标点的紫外线辐射强度,具体包括:
获取所述紫外光源的配光曲线函数;所述配光曲线函数是采用设定个数的高斯函数拟合而成;
根据所述目标点的坐标确定所述目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角;
根据目标点与所述紫外光源的距离、紫外光源处的紫外线辐射强度、所述配光曲线函数以及目标点与紫外光源所在的x-y平面的夹角,计算所述目标点的紫外线辐射强度。
7.根据权利要求1所述的紫外线杀菌效果确定方法,其特征在于,构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系,具体包括:
以紫外光源为原点,以紫外光源的照射方向为z轴,构建紫外光源所在的目标空间的空间坐标系。
9.根据权利要求8所述的紫外线杀菌效果确定方法,其特征在于,设定的环境条件,包括:标准大气压、室温为15-30摄氏度、PM2.5小于75ug/m2以及湿度小于或等于50%;
紫外线在空气中传播的衰减系数的取值为2。
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PB01 | Publication | ||
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