CN215448894U - 一种呼出气体颗粒物检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种呼出气体颗粒物检测装置，可快速检测呼出气体中的颗粒物粒径分布和浓度。所述呼出气体颗粒物检测装置包括空气净化组件、检测组件和呼吸组件；所述空气净化组件将洁净气体输入到所述呼吸组件中；呼出气体从所述呼吸组件进入到所述检测组件中；所述检测组件检测分析所述呼出气体的颗粒物，为肺部疾病诊断提供参考。

Description

一种呼出气体颗粒物检测装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种检测呼出气体中颗粒物的装置。

背景技术

目前新冠病毒在全球蔓延，核酸检测可以检测新冠病毒，但成本较高，也比较耗时；而且病毒变异后，有可能造成检测的“假阴性”。

北京大学要茂盛团队和北京朝阳疾控中心的一项研究发现，新冠患者呼出气的新冠病毒阳性率高达约27％，每小时呼出10万到2250万个病毒(Concentrations and sizedistributions of airborne influenza A viruses measured indoors at a healthcentre,a day-care centre and on aeroplanes，J R Soc Interface.2011Aug 7；8(61):1176–1184.)。新冠的传染性和新冠患者的呼出病毒数量是相关的，如果能快速检测到病毒的浓度，就可以提前发现传染力强的新冠患者，甚至发现可能的感染者。

人在呼吸过程中，会吸入外界空气的颗粒物，呼出时排出一些颗粒物。如果能排除外界大气中空气颗粒物的干扰，并检测出呼气中人体产生的颗粒物(包含病毒)的粒径分布和浓度，就可为肺部疾病诊断提供参考，甚至可以为诊断新冠病人提供参考。如果能够实现通过检测呼出气体的颗粒物来检测病毒，那么病毒的检测将变得极其方便和快速，人类将在防范病毒中占据主动权，更多人的生命得以挽救。

实用新型内容

本实用新型提供了一种呼出气体颗粒物检测装置，可快速检测分析呼出气体中的颗粒物。

所述呼出气体颗粒物检测装置包括空气净化组件、检测组件和呼吸组件；所述空气净化组件将洁净气体输入到所述呼吸组件中；呼出气体从所述呼吸组件进入到所述检测组件中；所述检测组件检测分析所述呼出气体的颗粒物。

在一种实施方式中，所述空气净化组件包含空气净化机。

在一种实施方式中，所述洁净气体所含的0.3微米以上粒径的颗粒物的浓度低于100个每升。

在一种实施方式中，所述检测组件包括传感器。

在一种实施方式中，所述传感器是颗粒物传感器和生物传感器的一种和多种。

在一种实施方式中，所述颗粒物传感器采用激光散射原理检测颗粒物的粒径分布和浓度。

在一种实施方式中，所述检测组件包括显示模块和控制模块。

在一种实施方式中，所述控制模块对所述显示模块和所述传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。

在一种实施方式中，所述呼吸组件包括呼吸面罩；所述呼吸面罩上设置进气口和出气口；所述供气组件和所述进气口相连；所述检测组件和所述出气口相连。

在一种实施方式中，所述呼吸组件包括进气管和出气管；所述进气管连接所述供气组件和所述进气口；所述出气管连接所述检测组件和所述出气口。

在一种实施方式中，所述呼吸组件包括吸气罩和呼气罩；所述吸气罩和所述供气组件相连；所述呼气罩和所述检测组件相连。

在一种实施方式中，所述呼吸组件包括进气管和出气管；所述进气管连接所述供气组件和所述吸气罩；所述出气管连接所述检测组件和所述呼气罩。

在一种实施方式中，所述呼出气体颗粒物检测装置包括呼出气体处理组件。

在一种实施方式中，所述呼出气体处理组件包含干燥剂。

在一种实施方式中，所述干燥剂是硅胶、分子筛和活性氧化铝的一种或几种的组合。

采用生物传感器可分析颗粒物的生物成分，以及检测病毒和微生物。

本实用新型的呼出气体颗粒物检测装置不仅适合人体，也适合动物；当采用适合于动物面部的呼吸组件，也可检测动物的呼出气体颗粒物。

本实用新型有以下有益效果：

1)可检测分析人体呼出气体的颗粒物，避免了外界空气中颗粒物的干扰，其检测结果可为肺部疾病诊断提供参考。

2)随着传感器和气体处理组件的技术提升，有望用于直接检测病毒，从而能主动快速的防范病毒的传播。

3)该呼出气体颗粒物检测装置具有多功能：所配置的空气净化机不仅可用于检测，搭配合适的呼吸面罩可作为电动空气净化呼吸器使用；相应的检测组件可用来检测电动空气净化呼吸器的泄漏率和防护因数。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，以下结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本实用新型的理解。附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

附图说明

图1是第一实施例的呼出气体颗粒物检测装置的正面结构示意图；

图2是第一实施例的空气净化机的去除过滤盒和盖体的正面图；

图3是第一实施例的空气净化机(不含过滤盒)的分解图；

图4是第一实施例的检测组件的剖面示意图；

图5是第二实施例的呼出气体颗粒物检测装置的正面结构示意图；

图6是第二实施例的气体处理组件的剖面示意图。

附图标识：

1、供气组件 2、呼吸组件 3、检测组件

4、气体处理组件 10、壳体 101、底座

102、盖体 103、进气口 104、出气口

11、过滤盒 12、风机 13、控制单元

14、可充电电池 15、充电接口 20、呼吸面罩

21、进气口 22、出气口 23、进气管

24、出气管 31、显示模块 32、颗粒物传感器

33、控制模块 34、电池 41、内壁

42、外壁 43、变色硅胶

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步解释本实用新型。

本实用新型的第一实施例提供了一种呼出气体颗粒物检测装置，如图1所示。该检测装置包括供气组件1、检测组件3和呼吸组件2。本实施例中的供气组件1是便携式的空气净化机，使用过滤盒11净化空气。供气组件也可采用压缩空气瓶或压缩氧气瓶，但是携带不如空气净化机方便，使用成本也高于空气净化机。本实施例中的空气净化机的过滤效率为99.97％以上。当外界空气所含的0.3微米以上粒径的颗粒物的浓度为10万个每升时，经过空气净化机过滤后的洁净空气所含的0.3微米以上粒径的颗粒物的浓度低于30个每升。将呼吸组件2换成只有进气口的呼吸面罩，结合所配置的空气净化机，就可组成一套电动空气净化呼吸器。检测组件3可用于检测电动空气净化呼吸器的泄露率和防护因数。

图2是第一实施例的空气净化机的去除过滤盒11和盖体102的正面图。图3第一实施例的空气净化机(不含过滤盒11)的分解图。如图所示，空气净化机包括：壳体10和过滤盒11，设有进气口103和出气口104，在所述壳体内容纳有风机12、可充电电池14、控制单元13。所述壳体10由底座101和盖体102组成，通过螺丝固定连接两者。两者结合部分可分别设置凹槽和凸边，添加密封条后再用螺丝固定，可提升气密性。结合图2和图3可看出，底座101是框形腔体，在框形腔体的中空部分从上往下依次装有控制单元13、风机12、电池14。在空气净化机的壳体内就形成了如下空气流通通道：空气通过过滤盒11过滤后，从进气口103进入风机，然后通过风机12加压后，从出气口104排出。壳体10上还设置充电接口15。

所述风机12采用涡轮风机。所述控制单元13分别和风机12、可充电电池14、充电接口15连接。所述控制单元13包含一块印刷电路板(PCB/Printed Circuit Board)，安装在所述底座101的内腔上部。所述控制电路板包括：中央控制器、风机控制模块、显示控制模块、供电控制电路、充电控制电路、开关控制电路等。所述供电控制电路用于控制为所述空气净化机各用电模块供电，所述充电控制电路用于控制为所述电池14充电。本实施例的充电接口采用圆形直流电源插座，并配以防水帽，增加气密性。

本实施例中的呼吸组件2包括呼吸面罩20，呼吸面罩20上设置了一个进气口21和一个出气口22，在左右两侧。呼吸面罩20上的进气口21通过进气管23和供气组件1相连；呼吸面罩20上的出气口22通过出气管24和检测组件3相连。呼吸面罩的材质可以是不透气的柔性塑料，也可以是透气的含有熔喷布过滤层的无纺布材料。

本实施例在使用中，供气组件1将过滤后的洁净空气输入到呼吸组件2内，人体吸入洁净空气后，呼出的气体通过出气管24输入到检测组件3中，进行检测分析。本实施例中的进气管和出气管为可弯曲变形的波纹管，内径为20cm。

检测组件3的具体结构如图4所示。检测组件3包括显示模块31、颗粒物传感器32和控制模块33。控制模块33对所述显示模块31和颗粒物传感器32进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。检测组件3可采用内置的电池34作为电源，也可以将电池34移出作为外置电源。本实施例中的显示模块31显示了不同粒径下的颗粒物浓度，包括0.3微米粒径以上的颗粒物浓度。

颗粒物传感器32通过激光散射的原理检测不同粒径下的颗粒物的数量。激光具有很好的单色性和较强的方向性，在传播过程中很少有发散的现象。当激光光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象。散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ。散射角θ的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。散射光的强度和粒径颗粒的数量相关。这样，在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到气体中颗粒物的粒度分布及浓度。

使用实施一的呼出气体颗粒物检测装置，检测健康成人的呼出气体颗粒物浓度，通常0.3微米以上粒径的颗粒物浓度在0～60个每升。当呼出气体颗粒物浓度超过正常值时，可能人肺部出现感染，这个为快速进行肺部疾病诊断提供了参考。

检测组件3还可以包括生物传感器，这样就可以检测呼出气体颗粒物中某些生物成分，如某种病毒或微生物。

图5为本实用新型的第二实施例的呼出气体颗粒物检测装置的正面立体示意图。该检测装置除了包括供气组件1、检测组件3和呼吸组件2；还包括气体处理组件4。供气组件1和检测组件3和第一实施例一样。呼吸组件2的进气口21设置在呼吸面罩20的下方，靠近嘴部；出气口22设置在呼吸面罩20的上方，靠近鼻部。这种设计可尽可能收集呼出气体。呼吸组件2包括的呼吸面罩接触面部部分采用柔性塑料，如硅胶或橡胶。呼出气体从出气口22排出，通过出气管24进入气体处理组件4，经过处理后进入检测组件3被分析检测。

呼吸组件2也可分成两部分，一部分是吸气罩，另一部分是呼气罩；吸气罩覆盖口部，和供气组件相连，用于吸气；呼气罩覆盖鼻部，和检测组件相连，用于呼气。被测试者若使用口吸气和鼻呼气，可减少净化空气的流量及残留颗粒物对测试结果的影响。

本实施例采用的气体处理组件4是套筒结构，其剖面图如图6所示。内壁41为网状多孔，内壁41和外壁42中间区域放置了大量的球状的变色硅胶43，用于吸收呼出气体中的水汽，减少水汽对测试结果的干扰。变色硅胶也可换成其他干燥吸附剂，如分子筛。

气体处理组件4还可以采用红外加热方式处理呼出气体，也可通入干燥热空气来处理呼出气体。通过呼出气体的处理，可减少水汽对测试结果的影响，或更好的反映人体颗粒物的排放情况，便于诊断。

以上所述只是本实用新型的较佳的实施例，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，所以凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述呼出气体颗粒物检测装置包括空气净化组件、检测组件和呼吸组件；所述空气净化组件将洁净气体输入到所述呼吸组件中；呼出气体从所述呼吸组件进入到所述检测组件中；所述检测组件检测分析所述呼出气体的颗粒物。

2.根据权利要求1所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述空气净化组件包含空气净化机；所述洁净气体所含的0.3微米以上粒径的颗粒物的浓度低于100个每升。

3.根据权利要求1所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述检测组件包括传感器。

4.根据权利要求3所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述传感器是颗粒物传感器和生物传感器的一种和多种。

5.根据权利要求4所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述颗粒物传感器采用激光散射原理检测颗粒物的粒径分布和浓度。

6.根据权利要求3所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述检测组件包括显示模块和控制模块；所述控制模块对所述显示模块和所述传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。

7.根据权利要求1所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述呼吸组件包括呼吸面罩；所述呼吸面罩上设置进气口和出气口；所述空气净化组件和所述进气口相连；所述检测组件和所述出气口相连。

8.根据权利要求1所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述呼吸组件包括吸气罩和呼气罩；所述吸气罩和所述空气净化组件相连；所述呼气罩和所述检测组件相连。

9.根据权利要求1所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述呼出气体颗粒物检测装置包括呼出气体处理组件。

10.根据权利要求9所述的呼出气体颗粒物检测装置，其特征在于，所述呼出气体处理组件包含干燥剂；所述干燥剂是硅胶、分子筛和活性氧化铝的一种或多种的组合。

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