一种口罩及其吸附能力的检测方法与流程

本发明涉及空气过滤技术领域，尤其涉及一种口罩及其吸附能力的检测方法。

背景技术：

目前，雾霾已成为城市的灾害性天气现象，霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果，高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物，一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，产生雾霾现象，由于雾霾天气时，气压降低、空气中可吸入颗粒物骤增、空气流动性差，有害细菌和病毒向周围扩散的速度变慢，导致空气中病毒浓度增高，疾病传播的风险高，因此人们出行时经常佩戴有防雾霾口罩，防雾霾口罩采用了空气过滤材料技术，其最外层的防潮层可以有效阻隔雾霾空气中的大颗粒物质，口罩滤片中间还加入了无粉尘颗粒活性炭，其不仅能深度净化粉尘，还可以吸附有毒气体，进一步提高口罩的安全性。

然而，随着口罩使用时间的增加，其对雾霾中的颗粒物质以及空气中的尘埃等有害物质的吸附能力逐渐下降，由于人们并不知晓口罩的吸附能力变化从而无法确定口罩是否能够继续使用以及何时进行合理的更换，因此如何检测口罩吸附能力的变化从而对口罩进行及时的更换成为待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种口罩及其吸附能力的检测方法，用于检测口罩吸附能力的变化从而提示用户对口罩进行及时的更换。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种口罩，口罩包括口罩本体，口罩本体包括过滤层，口罩还包括：

设置于过滤层一侧的发光模块，发光模块朝向过滤层发光；

设置于过滤层一侧或者与过滤层一侧相对的另一侧的光敏传感模块，光敏传感模块用于感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号；

处理模块，处理模块与发光模块和光敏传感模块相连，用于驱动发光模块发出光线，且用于根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒。

可选的，发光模块包括一个发光单元，或者包括至少两个发光单元组成的发光阵列；

光敏传感模块包括一个光敏传感器，或者包括至少两个光敏传感器组成的感光阵列。

可选的，发光模块与光敏传感模块位于过滤层的同侧，发光模块与光敏传感模块组成阵列结构；

发光模块与光敏传感模块组成的阵列结构与过滤层之间具有半透反射膜。

可选的，处理模块包括：显示单元、以及连接在光敏传感模块与显示单元之间的转换电路；

其中，转换电路用于将光敏传感模块传输的电信号转换为显示单元的驱动信号，其中显示单元用于根据驱动信号输出提示信号，提示信号与过滤层的剩余吸附能力一一对应。

可选的，转换电路包括：运算放大器，运算放大器的两个输入端连接光敏传感模块的两端，运算放大器的输出端连接显示单元；

运算放大器用于将电信号放大为驱动信号；

可选的，转换电路还包括：电压调制电路，电压调制电路串联在运算放大器的输出端与显示单元之间；

电压调制电路用于调节驱动信号的电压满足显示单元的耐压值。

可选的，处理模块包括:处理单元和无线通信单元，处理单元用于根据电信号生成过滤层的剩余吸附能力参数，其中电信号与过滤层的剩余吸附能力参数一一对应；无线通信单元用于对与其数据连接的用户设备输出过滤层的剩余吸附能力参数。

可选的，还包括：安装在口罩外侧的指示灯；

处理模块用于接收与其数据连接的用户设备输出的开启指示灯的指令，并根据指令开启指示灯；

或者，处理模块用于接收与其数据连接的用户设备输出的空气质量信息，并根据空气质量信息控制指示灯的开启。

可选的，光敏传感器包括微镜，光敏材料；处理模块包括光子晶体器件，光子晶体器件包括第一电极、第二电极以及设置于第一电极和第二电极之间的光子晶体；

第一电极连接光敏材料的一端，第二电极连接光敏材料的另一端；

微镜用于将发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后聚焦至光敏材料，光敏材料用于根据聚焦的光强生成电信号，光子晶体用于根据电信号的大小进行变色显示，过滤层的剩余吸附能力与显示的颜色一一对应。

第二方面，提供一种口罩的吸附能力的检测方法，用于控制第一方面的口罩，该方法包括：

发光模块朝向过滤层发光；

光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号；

处理模块驱动发光模块发出光线，且根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒。

本发明实施例提供的口罩包括口罩本体，口罩本体包括过滤层，设置于过滤层一侧的发光模块，设置于过滤层一侧或者与过滤层一侧相对的另一侧的光敏传感模块，通过发光模块朝向过滤层发光，光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号，处理模块驱动发光模块发出光线，且根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒，可以检测此时口罩吸附能力的变化从而提示用户对口罩进行及时的更换。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统防雾霾口罩的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的口罩内部结构工作模式示意图之一；

图6为本发明实施例提供的口罩内部发光单元与感光阵列示意图；

图7为本发明实施例提供的口罩内部发光阵列与光敏传感器示意图；

图8为本发明实施例提供的口罩内部发光模块与光敏传感模块进行口罩的吸附能力检测示意图；

图9为本发明实施例提供的口罩内部发光模块与光敏传感模块组成阵列结构示意图；

图10为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之四；

图11为本发明实施例提供的口罩内部发光模块、光敏传感模块以及半透反射膜封装为整体器件的示意图；

图12为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之五；

图13为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之六；

图14为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之七；

图15为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之八；

图16为本发明实施例提供的口罩内部结构示意图之九；

图17为本发明实施例提供的口罩内部结构工作模式示意图之二；

图18为本发明实施例提供的口罩的吸附能力的检测方法步骤流程图。

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。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

还需要说明的是，本发明实施例中，“的(英文：of)”，“相应的(英文：corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。

防雾霾口罩，又称为pm2.5口罩，其是指能有效过滤pm2.5微粒的口罩，pm2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm(微米)的颗粒物，也称细颗粒物，可被直接吸入人体，干扰肺部气体交换，引发哮喘、支气管炎和心血管病等疾病。口罩的密闭性决定了滤过悬浮颗粒分子能力。能够有效过滤空气中的隐形杀手——雾霾、病毒、细菌、尘螨、花粉等微小颗粒。适用于空气质量较差的环境。

参照图1所示，防雾霾口罩的结构一般从口罩外侧至内侧依次为防潮层10、活性炭层11、过滤网层12以及超柔细纤维层13，其中防潮层10主要用于阻隔空气中大于10μm的颗粒物，活性炭层11用于阻隔与吸附空气中2.5μm-10μm的颗粒物，最后由过滤网层12将小于2.5μm的颗粒物进行阻隔，从而将空气中的大颗粒物进行过滤，超柔细纤维层13则位于口罩中贴近人的嘴与鼻的位置，其采用抗菌面料，具有90％以上超强的抗菌率，并且具有高效的吸水吸汗性。

随着口罩使用时间的增加，其对雾霾中的颗粒物质以及空气中的尘埃等有害物质的吸附能力逐渐下降，由于人们并不知晓口罩的吸附能力变化从而无法确定口罩是否能够继续使用以及何时进行合理的更换，因此本发明实施例提供下述方案用于检测口罩吸附能力的变化从而提示用户对口罩进行及时的更换的问题。

本发明实施例提供一种口罩，该口罩包括口罩本体，口罩本体包括过滤层，其中该过滤层为口罩中过滤颗粒物质，决定口罩吸附能力的层，本发明实施例以过滤层为口罩中的防潮层、活性炭层以及过滤网层的统称进行说明，该口罩还包括：

设置于过滤层一侧的发光模块，发光模块朝向过滤层发光。

设置于过滤层一侧或者与过滤层一侧相对的另一侧的光敏传感模块，光敏传感模块用于感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号。

处理模块，处理模块与发光模块和光敏传感模块相连，用于驱动发光模块发出光线，且用于根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒。

通过发光模块朝向过滤层发光，光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号，处理模块驱动发光模块发出光线，且根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒，可以检测此时口罩吸附能力的变化从而提示用户对口罩进行及时的更换。

示例性的，口罩上的发光模块与光敏传感模块可位于过滤层的同侧或异侧，参照图2所示，发光模块21与光敏传感模块22位于过滤层31的异侧，光敏传感模块22位于过滤层31与超柔细纤维层之间，发光模块21朝向过滤层31发光，需要说明的是，口罩吸附能力的判断取决于口罩中过滤层31已吸附颗粒物质的量，当口罩的过滤层31已吸附颗粒物质的量少，说明口罩此时的吸附能力强，不需要对其进行更换，而当口罩的过滤层31已吸附颗粒物质的量逐渐增大时，说明口罩此时的吸附能力在不断减弱，当减弱至一定程度则需要对口罩进行更换。因此当发光模块21朝向过滤层31发光时，由于过滤层31上吸附物质的量逐渐增大时，透过过滤层31的光的强度会逐渐减小，设置于过滤层31另一侧的光敏传感模块22通过感应发光模块21发出的光线经滤层31透射后的光强，会输出相应电信号，处理模块23根据光敏传感模块22传输的电信号可以输出过滤层31的剩余吸附能力提醒。其中，处理模块23与发光模块21和光敏传感模块22相连，还用于给发光模块21供电。

可选的，参照图3所示，可根据实际情况对发光模块21与光敏传感模块22的位置进行互换，即发光模块21位于过滤层31与超柔细纤维层之间，此时检测口罩吸附能力的原理不变，由于将发光模块21放置于口罩偏内侧，可以一定程度降低外界光的影响，使光敏感应模块的检测更加准确。

可选的，发光模块包括一个发光单元，或者包括至少两个发光单元组成的发光阵列，光敏传感模块包括一个光敏传感器，或者包括至少两个光敏传感器组成的感光阵列。

参照图4所示，发光模块21为至少两个发光单元211组成的发光阵列，光敏传感模块22为至少两个光敏传感器221组成的感光阵列，处理模块根据感光阵列传输的电信号矩阵，输出过滤层的剩余吸附能力参数。

参照图5所示为发光模块为至少两个发光单元组成的发光阵列，光敏传感模块为至少两个光敏传感器组成的感光阵列时的工作模式示意图，通过处理模块控制发光阵列发光，感光阵列通过接收经过过滤层的光强并输出相应的电信号，处理模块根据感光阵列传输的电信号矩阵得出电信号矩阵并生成过滤层的剩余吸附能力参数，并分析口罩中的吸附物质的情况，并最终得到口罩的剩余吸附值，判断口罩的剩余使用时间，并提醒用户是否需要更换口罩，其中电信号与过滤层的剩余吸附能力参数一一对应。

参照图6所示，发光模块21为一个发光单元211，光敏传感模块22为至少两个光敏传感器221组成的感光阵列，此时处理模块控制发光单元211发光，感光阵列在接收光后，处理模块根据感光阵列输出的电信号可以判断出过滤层不同方向的物质吸附量大小，从而对整个口罩的使用情况做出判断，其中也可以控制感光阵列中部分光敏传感器221进行工作。

参照图7所示，发光模块21为至少两个发光单元211组成的发光阵列，光敏传感模块22为一个光敏传感器221，此时处理模块可以控制发光阵列中不同位置的发光单元211发光，并对光敏传感器221输出的电信号进行整理得到过滤层不同方向上的吸附物质的量，并进行比对综合分析得出口罩剩余吸附能力。

参照图8所示为发光模块21、光敏传感模块22进行口罩的吸附能力检测示意图，通过处理模块23控制发光模块朝向过滤层31发光，光敏传感模块22感应发光模块21发出的光线经过滤层31透射或者反射后的光强，输出相应电信号至处理模块23，处理模块23根据电信号生成过滤层的剩余吸附能力参数，并将其传输给用户，便于用户及时了解口罩的使用情况。

需要说明的是，上述几种实现方式中，检测口罩吸附能力的原理不变，同样都是发光模块朝向过滤层发光，光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号，之后处理模块根据光敏传感模块传输的电信号输出所述过滤层的剩余吸附能力提醒。

可选的，参照图9所示，发光模块与光敏传感模块位于过滤层31的同侧，此时发光模块与光敏传感模块组成阵列结构，其中该阵列包括至少一个发光单元211以及至少一个光敏传感器221，同时该阵列可位于过滤层31的任一侧。

需要说明的是，发光单元朝向过滤层发光时，由于过滤层上吸附物质的量逐渐增大时，透过过滤层的光的强度会逐渐减小，因此从过滤层反射到光敏传感器上的光的强度会逐渐增大，光敏传感器通过感应光强输出相应电信号，处理模块根据光敏传感模块传输的电信号可以输出过滤层的剩余吸附能力提醒。

示例性的，参照图10所示，在过滤层31的一侧贴附半透反射膜32，该半透反射膜32位于发光模块21与光敏传感模块22组成的阵列结构与过滤层31之间。半透反射膜32可以更好的将发光单元211发出的光发射至光敏传感器221，从而使处理模块23根据光敏传感器221传输的电信号输出过滤层31的剩余吸附能力提醒。光敏传感模块22可以为光电二极管。

进一步的，参照图11所示，发光模块21、光敏传感模块22以及半透反射膜32封装为整体器件用于检测口罩的吸附能力，该整体器件也可以用于其他的吸附能力测量场景，由于其为光学器件，原理简单操作方便可以用于更多场景。该整体器件的结构采用的半透反射膜32的材料可以为聚合物多层沉积形成的层级结构将部分光线反射部分透过，或者采用不连续蒸镀的金属薄膜。由于该器件尺寸为5mm*5mm左右的结构，体积较小不会影响正常的呼吸，可以安装在口罩的任意部分，最佳位置为口鼻附近。

可选的，参照图12所示，处理模块包括：显示单元231、以及连接在光敏传感模块22与显示单元231之间的转换电路232。

其中，转换电路232用于将光敏传感模块22传输的电信号转换为显示单元231的驱动信号，其中显示单元231用于根据驱动信号输出提示信号，提示信号与过滤层的剩余吸附能力一一对应。

示例性的，处理模块给发光模块21以恒压输出看光敏传感模块22的电压vs情况然后通过电路调节得到显示单元231电极的电压为v＝vcc-vs-1.4，由于在不同的透过条件下光敏传感模块22产生的电压vs不同，因此影响显示单元231的电压使得显示单元231输出的提示信号不停，具体的，该提示信号可以为显示单元231根据驱动信号进行变色显示，例如当过滤层的剩余吸附能力强时，显示单元231显示绿色，当过滤层的剩余吸附能弱时，显示单元231显示红色。

进一步的，参照图13所示，转换电路232包括：运算放大器233，运算放大器233的两个输入端连接光敏传感模块22的两端，运算放大器233的输出端连接显示单元231，运算放大器233用于将电信号放大为驱动信号。

具体的，发光模块21发送光经过过滤层31透射或反射后，光敏传感器221接收到光并输出相应的电信号，运算放大器233将光敏传感器221输出的电信号进行放大。

可选的，参照图14所示，转换电路232还包括：电压调制电路234，电压调制电路234串联在运算放大器233的输出端与显示单元231之间。

电压调制电路234用于调节驱动信号的电压满足显示单元的耐压值。

可选的，参照图15所示，处理模块23包括:处理单元235和无线通信单元236，处理单元235用于根据电信号生成过滤层的剩余吸附能力参数，其中电信号与过滤层的剩余吸附能力参数一一对应；无线通信单元236用于对与其数据连接的用户设备24输出过滤层的剩余吸附能力参数。

具体的，处理单元根据光敏传感模块传输的电信号可以输出过滤层的剩余吸附能力参数包括：处理单元存储有过滤层上吸附物质的量与光敏传感模块输出电信号的对应关系函数或图表，以及过滤层能够吸附的总物质量，处理单元通过接收光敏传感模块输出的电信号可以得出过滤层上已吸附物质的量，从而得出过滤层剩余吸附值，判定该口罩的吸附能力。无线通信单元可以与用户设备，例如手机、电脑等智能设备进行数据通信，将口罩的实时信息，包括口罩过滤层的剩余吸附值、剩余使用时间以及是否需要更换的信息发送至用户设备，便于使用户实时了解口罩的使用状况，并在需要时进行及时更换。

进一步的，该口罩还包括：安装在口罩外侧的指示灯，处理模块用于接收与其数据连接的用户设备输出的开启指示灯的指令，并根据指令开启指示灯。或者，处理模块用于接收与其数据连接的用户设备输出的空气质量信息，并根据空气质量信息控制指示灯的开启。

示例性的，用户设备在接收到空气实时状况信息时，若用户处于雾霾较严重的天气，pm2.5的浓度达到一定数值，则用户设备根据该天气状况信息向安装在口罩外侧的指示灯发出开启指令，指示灯则发出黄光，保证在路上的行走安全以及安全警示作用。黄光的发光特性可以利用程序控制其闪烁节约功耗并且起到警示作用，或者当用户设备在接收到空气实时状况信息时，将空气质量信息发送至口罩内的处理模块，处理模块通过对空气质量信息进行处理，并判断pm2.5的浓度达到一定数值时，根据空气质量信息控制指示灯的开启。

示例性的，上述实施例中的处理模块可以为进行数据处理和传输的电路，发光单元可以为发光二极管等发光设备，该用户设备具体可以为手机、导航仪、个人计算机(personalcomputer，pc)、上网本、个人数字助理(英文：personaldigitalassistant，简称：pda)、服务器等，或者上述用户设备可以为安装有可以采用本发明实施例提供的方法对历史路况数据进行处理的软件客户端或软件系统或软件应用的pc、服务器等，具体的硬件实现环境可以通用计算机形式，或者是asic的方式，也可以是fpga，或者是一些可编程的扩展平台例如tensilica的xtensa平台等等。

可选的，参照图16所示，光敏传感器221包括微镜2211，光敏材料2212；处理模块23包括光子晶体器件231，光子晶体器件231包括第一电极2311、第二电极2312以及设置于第一电极和第二电极之间的光子晶体2313。

第一电极2311连接光敏材料2212的一端，第二电极2312连接光敏材料2212的另一端。

微镜2211用于将发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后聚焦至光敏材料2212，光敏材料2212用于根据聚焦的光强生成电信号，光子晶体2313用于根据电信号的大小进行变色显示，过滤层的剩余吸附能力与显示的颜色一一对应。

通过该光敏传感器的微镜结构将各个方向的光源汇聚到光敏材料，可以提升光线的接收效率提高测试量程与测量准确性。

参照图17所示，发光模块21发送光经过过滤层31后，光敏传感器内部的微镜2211将光源聚焦至光敏材料2212，光敏材料2212根据聚焦的光强控制电信号的大小，光子晶体2313根据电信号的大小进行变色显示。

本发明实施例还提供一种口罩的吸附能力的检测方法，用于控制上述实施例的口罩，参照图18所示，该方法包括：

s1、发光模块朝向过滤层发光。

s2、光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号。

s3、处理模块驱动发光模块发出光线，且根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒。

通过发光模块朝向过滤层发光，光敏传感模块感应发光模块发出的光线经过滤层透射或者反射后的光强，输出相应电信号，处理模块驱动发光模块发出光线，且根据光敏传感模块传输的电信号输出过滤层的剩余吸附能力提醒，可以检测此时口罩吸附能力的变化从而提示用户对口罩进行及时的更换。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。