一种口罩鼻夹密闭性测试方法与流程

1.本发明涉及口罩技术领域，尤其涉及一种口罩鼻夹密闭性测试方法。


背景技术：

2.影响口罩的防护效果的两个重要影响因素为：一、生产口罩所使用原料的过滤性能；过滤性能越高，防护性能越好；二、口罩的密闭性能；密闭性能越好，口罩的防护效果越好。现行防护效果的测试方法有gb/t 32610
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2016《日常防护型口罩技术规范》的防护效果和gb/t2626
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2019《呼吸防护自吸过滤式防颗粒物呼吸器》的泄漏性。
3.口罩密闭性是口罩防护效果的重要影响因素；口罩上部鼻夹处、两侧面部以及下颌底部的密闭性决定口罩整体的密闭性能；面部两侧曲线较为平缓，下颌以及口部直接支撑口罩材料，因此，两侧和下颌处口罩与面部贴合度较高，一般具有较好的的密闭性。然而，鼻梁处呈现凹凸的立体形状，面部曲率变化较大，口罩在鼻梁处难以良好贴合；另外佩戴口罩状态时，在说话等头部动作影响下，鼻夹处的贴合程度随着使用时间的增加而下降；由于口罩整体附着于面部，因此头部左右、上下运动对口罩整体变形影响较小，而说话和面部表情动作直接作用与口罩，对口罩密闭性影响较大；鼻夹的密闭性是影响口罩密闭性的关键因素，测量鼻夹密闭性能是评价鼻夹性能以及成品口罩密闭性能非常重要。
4.为了保证口罩在使用时获得较好的密闭性能，鼻夹需具有一定的可塑性以及形状保持性；鼻夹的可塑性是指鼻夹易于调整以适应于面部的形状，可塑性好的鼻夹材料便于人为调节，且能够与面部充分贴合；形状保持性是指鼻夹调整到一定形状后，能后随时时间的变化以及外力的作用能够保持该形状。
5.现公布的测试方法未见直接测量鼻夹处密闭性能的方法，gb/t 32610
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2016、gb/t2626
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2019通过防护效果和泄漏性测量口罩整体的密闭性能；但现有技术有下列缺陷和不足：
6.1、防护效果和泄漏性测试结果与过滤材料的过滤性能有关，不能直接评价口罩密闭性能，方法针对性不强；
7.2、上述方法产生盐性以及油性气溶胶，具有环境危害风险。gb/t2626
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2019采用真人佩戴口罩暴露在盐性或油性气溶胶颗粒中测试，方法具有潜在的人体危害；
8.3、上述方法测试设备复杂，影响因素较多，重复性、准确性较差；另外，上述方法技术路线具有以下挑战：一、颗粒物发生控制具有较大难度，颗粒物的粒径及其分布难以控制；二、颗粒物易在测试装置以及管道中沉积，影响测试准确性；三、颗粒物的准确测量和计数具有较大不确定性；口罩的佩戴手法等人为因素对颗粒物防护效果的测量影响较大；实际操作证实，上述方法实验室内部重复性、外部一致性具有很大挑战。
9.4、上述方法不能表征鼻夹可塑性和形状保持性指标的测试方法；
10.5、上述方法设备结构复杂，需要气溶胶发生装置以及颗粒物测试装置，成本较大；另外设备体积较大，且需要配备独立房间和试验仓。


技术实现要素：

11.本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能高效快速且可靠的对口罩密封性进行检测，不会对检测人员健康造成威胁的一种口罩鼻夹密闭性测试方法。
12.本发明的技术方案：一种口罩鼻夹密闭性测试方法，包括以下具体步骤：
13.s1、将口罩佩戴在头模上，使用弹力带将压板佩戴在头模上；压板压紧口罩上的鼻夹以使得鼻夹与头模的面部充分贴合；
14.s2、调整摄像头的观测角度，拍摄鼻夹处图像，得到图像信息a；
15.s3、控制计算系统接收到图像信息a并进行处理，得到关于口罩边缘位置的曲线a；
16.s4、松开弹力带取下压板，鼻夹自然松弛，再次拍摄鼻夹处图像，得到图像信息b；
17.s3、控制计算系统接收到图像信息b并进行处理，得到关于口罩初始闭合性的曲线b；
18.s4、开合机构运行以驱动头模的下颌开合动作，模拟佩戴口罩的状态下嘴部动作；
19.s5、下颌开合动作结束后，再次拍摄鼻夹处图像，得到图像信息c；
20.s6、控制计算系统接收到图像信息c并进行处理，得到关于口罩使用后密闭性的曲线c；
21.s7、由曲线a和曲线b计算得到间隙面积a；间隙面积a表示口罩的初始密闭性，用于反映口罩的鼻夹可塑性和静态形状保持性；
22.由曲线a和曲线c计算得到间隙面积b；间隙面积b表示口罩的动态密闭性，用于反映口罩的鼻夹动态形状保持性。
23.优选的，初始状态下，摄像头的拍摄方向与水平面之间的夹角为42～48
°
。
24.优选的，头模为仿人体头部去除与口罩与头模面部贴合线以上部分的结构。
25.优选的，控制计算系统对接收到的图像信息a或图像信息b或图像信息c处理的过程，包括以下步骤：
26.s41、采用一阶微分和二阶微分来增强采集到的图像，实现图像灰度突变位置的强化；
27.s42、通过一阶微分算子robert、sobel、prewitt或者二阶微分算子laplacian对口罩与面部贴合隆起线条的边缘检测；
28.s43、对边缘线条进行开运算，得到单像素边缘曲线。
29.优选的，开合机构包括驱动装置、多个弹簧、齿轮和半齿轮；头模的下颌通过转轴与头模转动连接；齿轮连接转轴；
30.多个弹簧的两端分别连接头模和下颌；
31.驱动装置连接头模，驱动装置的输出轴连接半齿轮；半齿轮旋转状态下，半齿轮周期性啮合连接齿轮。
32.与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
33.本发明采用动态头模模拟现实口罩佩戴场景，通过摄像头在一定的角度下拍摄口罩佩戴后鼻夹边缘位置，采用图像处理方法记得得到边缘位置处理，分别得到佩戴后口罩鼻夹初始位置曲线、静态松弛位置曲线以及动态松弛位置曲线，通过得到的曲线计算间隙面积以判断口罩的密闭性能；
34.本发明采用图像处理方法，在对口罩的密闭性检测时只使用头模、摄像头、开合机
构和控制计算系统，避免采用颗粒物发生装置、光电技术装置以及复杂管路设计，使得本发明提供的检测设备具有结构简单、成本低以及测试速度快的优点，且大大降低实验影响因素，实验可靠性高；
35.本发明避免采用颗粒物泄漏率的评价方法，无盐性以及油性气溶胶颗粒物，避免环境污染，无须真人暴露与气溶胶环境，无人员健康安全风险，值得推广。
附图说明
36.图1为本发明提出的一种实施例中口罩佩戴在头模上的结构示意图。
37.图2为本发明提出的一种实施例中弹力带和压板配合安装的立体图。
38.图3为本发明提出的一种实施例中开合机构与头模配合安装的结构示意图。
39.图4为本发明提出的一种实施例中获得的曲线a、曲线b和曲线c整合在一起的结构示意图。
40.附图标记：1、摄像头；2、头模；3、口罩；4、弹力带；5、压板；6、弹簧；7、齿轮；8、半齿轮；9、曲线a；10、曲线b；11、曲线c。
具体实施方式
41.实施例一
42.如图1
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4所示，本发明提出的一种口罩鼻夹密闭性测试方法，包括以下具体步骤：
43.s1、将口罩3佩戴在头模2上，使用弹力带4将压板5佩戴在头模2上；压板5压紧口罩3上的鼻夹以使得鼻夹与头模2的面部充分贴合；
44.进一步的，头模2为仿人体头部去除与口罩3与头模2面部贴合线以上部分的结构，使得口罩3上方不被遮挡，上方摄像头1角度位置可调，可从最佳角度拍摄口罩3与头模2的面部贴合位置，获得真实的口罩边缘曲线；头模2为根据人体脸部形状制成的模型；
45.s2、调整摄像头1的观测角度，拍摄鼻夹处图像，得到图像信息a；
46.摄像头1具有照明功能，可保证局部获取足够光线；初始状态下，摄像头1的拍摄方向与水平面之间的夹角为42～48
°
；
47.s3、控制计算系统接收到图像信息a并进行处理，得到关于口罩3边缘位置的曲线a9；曲线a9为口罩鼻夹初始位置曲线；
48.需要说明的是，若口罩3的颜色、鼻夹形状等原因造成图像边界不清晰，需要在口罩3的边缘贴上辅助线贴纸或采用记号笔描绘口罩边缘，以保证图像边界清晰；
49.s4、松开弹力带4取下压板5，鼻夹自然松弛，再次拍摄鼻夹处图像，得到图像信息b；
50.s3、控制计算系统接收到图像信息b并进行处理，得到关于口罩3初始闭合性的曲线b10；曲线b10为静态松弛位置曲线；
51.s4、开合机构运行以驱动头模2的下颌开合动作，模拟佩戴口罩3的状态下嘴部动作；开合机构通过控制计算系统进行智能控制；
52.s5、下颌开合动作结束后，再次拍摄鼻夹处图像，得到图像信息c；
53.其中，进行开合动作的时间以及下颌开合的幅度可自行设置；
54.s6、控制计算系统接收到图像信息c并进行处理，得到关于口罩3使用后密闭性的
曲线c11；曲线c11为动态松弛位置曲线；
55.s7、由曲线a9和曲线b10计算得到间隙面积a；间隙面积a表示口罩3的初始密闭性，用于反映口罩3的鼻夹可塑性和静态形状保持性；
56.由曲线a9和曲线c11计算得到间隙面积b；间隙面积b表示口罩3的动态密闭性，用于反映口罩3的鼻夹动态形状保持性；
57.通过获得的间隙面积a和间隙面积b的大小以表征口罩3的密闭性能。
58.实施例二
59.本发明提出的一种口罩鼻夹密闭性测试方法，相较于实施例一，本实施例还详细记载了控制计算系统对接收到的图像信息a或图像信息b或图像信息c处理的过程，具体包括以下步骤：
60.s41、采用一阶微分和二阶微分来增强采集到的图像，实现图像灰度突变位置的强化；
61.s42、通过一阶微分算子robert、sobel、prewitt或者二阶微分算子laplacian对口罩与面部贴合隆起线条的边缘检测；
62.s43、对边缘线条进行开运算，得到单像素边缘曲线；
63.控制计算系统包括数据采集模块、数据分析模块、数据处理模块以及数据显示模块等，本领域技术人员通过上述说明能清楚知晓，对此并不详细说明。
64.实施例三
65.本发明提出的一种口罩鼻夹密闭性测试方法，相较于实施例一，本实施例还记载了开合机构的具体组成结构；开合机构包括驱动装置、多个弹簧6、齿轮7和半齿轮8；头模2的下颌通过转轴与头模2转动连接；齿轮7连接转轴；
66.多个弹簧6的两端分别连接头模2和下颌；
67.驱动装置选用变频电机，驱动装置连接头模2，驱动装置的输出轴连接半齿轮8；半齿轮8旋转状态下，半齿轮8周期性啮合连接齿轮7。
68.本发明的一个实施例中，驱动装置运行带动半齿轮8旋转，半齿轮8啮合连接齿轮7带动齿轮7、转轴和下颌旋转，多个弹簧6被拉伸，实现下颌的张开；半齿轮8与齿轮7分离，在多个弹簧6的弹性力作用下，下颌复位，实现下颌的闭合，通过上述过程模拟人体佩戴口罩3状态时说话过程中嘴部动作；
69.下颌的关闭采用弹簧6拉伸，张开采用齿轮传动方式，通过驱动装置转速和齿数比控制开合速度，通过齿轮7的半齿轮8的齿数比控制开合程度大小。
70.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。