本發(fā)明涉及大氣污染的人體健康防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種具有自動(dòng)測(cè)量本身的污染程度和防護(hù)效果并具有顯示功能的口罩。

背景技術(shù)：

隨著隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動(dòng)車(chē)和燃煤排放大量的細(xì)顆粒污染物，以及產(chǎn)生的氣溶膠和硫酸鹽、硝酸鹽等二次污染物使得大氣污染問(wèn)題的形勢(shì)日益嚴(yán)重。霧霾等高污染空氣天數(shù)越來(lái)越多，特別是在京津冀等地區(qū)的北方，PM2.5污染和霧霾等大氣污染成為重要的環(huán)境問(wèn)題。空氣污染造成了嚴(yán)重的環(huán)境危害；由此引發(fā)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)人類(lèi)健康的危害已經(jīng)不僅成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，更成為影響居民健康的重要因素。

目前，空氣污染問(wèn)題形成在國(guó)內(nèi)涉及工業(yè)居民生活運(yùn)輸?shù)榷喾矫娴膯?wèn)題，人們通過(guò)佩戴防護(hù)口罩來(lái)緩解霧霾的影響，目前的口罩銷(xiāo)售量很大，使用頻率也較高，但是目前的口罩基本上是基于過(guò)濾技術(shù)的靜電濾棉口罩或活性炭濾層口罩，隨著對(duì)污染物的被動(dòng)吸附，本身的防護(hù)凈化效果隨著使用將逐步降低。雖然當(dāng)?shù)氐目諝馕廴厩闆r人們可以保護(hù)通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)電勢(shì)等各種渠道了解，但人們不清楚自己佩戴的口罩污染情況到底怎樣，是否需要更換佩戴的口罩成為讓人糾結(jié)的問(wèn)題。目前佩戴的口罩均不具備定性或定量測(cè)量當(dāng)前的自身污染程度的能力，也就不能提供其防護(hù)效果衰減變化程度的指示信息。

很多人總有這樣的疑問(wèn)，不知道自己或給孩子戴的一次性防霾口罩應(yīng)該多久更換，因?yàn)椴荒軐?shí)時(shí)提示口罩佩戴是否依然有效的問(wèn)題，雖然有的口罩設(shè)計(jì)成互聯(lián)網(wǎng)的APP在線當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的模式，但是只能顯示周?chē)目諝馕廴境潭?，不能?duì)口罩的使用和更換提出直接依據(jù)，同時(shí)這在基于污染濃度的監(jiān)測(cè)高昂成本及應(yīng)用的方便性上存在不足。

綜上所示，目前PM2.5和霧霾問(wèn)題的突出環(huán)境問(wèn)題下，大量防霾口罩的使用急需發(fā)展技術(shù)先進(jìn)，成本較低的具有使用防護(hù)效果監(jiān)測(cè)的口罩。研發(fā)可發(fā)能夠成本較低，可連續(xù)監(jiān)測(cè)，成本低廉，具有防護(hù)效果監(jiān)測(cè)的口罩是目前需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有自動(dòng)指示口罩使用程度和防護(hù)效果顯示功能的過(guò)濾口罩，該口罩可以自供電實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前口罩的污染程度，并顯示出相應(yīng)的口罩防護(hù)效果的定性或半定量指示，幫助判斷是否需要更換佩戴的口罩，同時(shí)正常情況下產(chǎn)生的靜電具有強(qiáng)化口罩過(guò)濾效果。

目前防塵口罩本體多采用熔噴材質(zhì)，為靜電過(guò)濾濾棉(HEPA棉)或活性炭纖維氈過(guò)濾層，比如五層靜電活性炭濾片防霧霾和PM2.5，市場(chǎng)上常見(jiàn)的防塵口罩，其過(guò)濾材料都為熔噴無(wú)紡布材料，材質(zhì)多為聚丙烯，通常都稱為PP熔噴布，是一種超細(xì)靜電纖維布。而現(xiàn)在的霧霾和PM2.5多為氣溶膠等顆粒，其成分為汽車(chē)尾氣和燃煤排放的黑炭何沙塵等，其中大部分為導(dǎo)電顆粒，特別是當(dāng)霧霾產(chǎn)生時(shí)，其很多為二次氣溶膠形成的空氣污染化合物，如硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠、銨鹽氣溶膠和黑炭等。由于微小顆粒本身帶靜電，因此這些氣溶膠吸附到口罩靜電活性炭濾片后將改變過(guò)濾片本身的靜電值大小和導(dǎo)電電阻，本發(fā)明是基于對(duì)防霉口罩本身吸附空氣污染氣溶膠之后的濾層(濾棉)表面電阻值或靜電電壓的變化，根據(jù)變化定性或半定量判定口罩吸附污染物程度進(jìn)而確定是否需要更換。

本發(fā)明所述能指示使用程度和防護(hù)效果的口罩，其特征為提供一種具有顯示功能和呼吸摩擦產(chǎn)電功能的呼吸閥，應(yīng)用于過(guò)濾口罩上，呼吸閥呼氣出風(fēng)口處具有摩擦產(chǎn)電功能，其可以依托呼氣氣流摩擦供能，通過(guò)排線和電路板電性連接，控制電路將摩擦產(chǎn)生的電流整流后供給口罩本體防護(hù)效果的電阻傳感器，所述導(dǎo)電活性炭材料作為口罩本體污染程度的探測(cè)電極通過(guò)連接導(dǎo)線與呼吸閥上的測(cè)量與顯示控制電路連接，所述測(cè)量與顯示控制電路同時(shí)與所述污染程度顯示屏和呼吸摩擦發(fā)電器件電性連接。依托呼吸摩擦供能，監(jiān)測(cè)口罩濾層(濾棉)的防護(hù)情況，在正常工作條件下，本發(fā)明所述呼吸氣流摩擦產(chǎn)生靜電電荷傳導(dǎo)施加于濾棉兩側(cè)，通過(guò)靜電增強(qiáng)口罩過(guò)濾濾棉的吸附過(guò)濾除塵效果。當(dāng)口罩被逐漸穿透失去防護(hù)性能時(shí)，位于呼吸閥上部的防護(hù)效果顯示裝置的定性或半定量逐步指示變?nèi)跸В?dāng)每次呼吸不能再使得防護(hù)功能指示裝置有效顯示時(shí)，說(shuō)明口罩的當(dāng)前條件下的防護(hù)效果不足本身需要更換。

本發(fā)明所述的具有自監(jiān)測(cè)防護(hù)效果功能的口罩，其呼吸閥上還設(shè)置有測(cè)量與顯示控制電路、污染程度顯示模塊和呼吸摩擦發(fā)電模塊，呼吸閥出風(fēng)口 具有摩擦產(chǎn)電功能，控制電路將摩擦產(chǎn)生的電流整流后供給口罩本體測(cè)量防護(hù)效果的電阻或電壓傳感器，并根據(jù)反饋信號(hào)控制防護(hù)效果指示屏的顯示，呼吸閥電路板上設(shè)置有污染程度顯示模塊有LCD或LED，其中LCD為黑白液晶顯示屏，LED顯示燈可以采用綠色、藍(lán)色或紅色等。

本發(fā)明所述的具有自監(jiān)測(cè)防護(hù)效果功能的口罩，其傳感器信號(hào)測(cè)量特征包括對(duì)于具有不導(dǎo)電的過(guò)濾濾棉和兩層活性炭濾層，通過(guò)測(cè)量在過(guò)濾濾棉兩側(cè)的活性炭導(dǎo)電濾層間的電阻或電壓；對(duì)于具有不導(dǎo)電的過(guò)濾濾棉和一層活性炭濾層的口罩本體，活性炭濾層位于過(guò)濾濾棉濾層外側(cè)的，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電活性炭濾層和口罩本體接觸皮膚的電阻或電壓，而活性炭濾層位于不導(dǎo)電過(guò)濾濾棉內(nèi)側(cè)的，通過(guò)測(cè)量穿過(guò)口罩外側(cè)本體的鋁條與所述活性炭導(dǎo)電濾層之間的電阻或電壓；對(duì)于只有不導(dǎo)電的過(guò)濾濾棉，吸附氣溶膠會(huì)導(dǎo)致其電阻率降低，通過(guò)測(cè)量穿過(guò)所述口罩本體的鋁條與所述口罩本體內(nèi)接觸皮膚的傳感器測(cè)量電阻或電壓。

本發(fā)明所述具有摩擦產(chǎn)電及防護(hù)效果顯示功能的呼吸閥，其特征包括呼吸閥形狀可以為矩形、菱形或圓形，出風(fēng)口位于呼吸閥的下部或四周，出風(fēng)口內(nèi)置的截止閥除具有氣流的單向截止功能外，還具有呼氣時(shí)的振動(dòng)摩擦產(chǎn)電功能，排出氣體的正壓將柔性閥片吹開(kāi)，口罩體內(nèi)廢氣迅速排除時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，摩擦振動(dòng)幅度為0.1-5mm，所產(chǎn)靜電電流為摩擦接觸帶電，摩擦帶電材料本身具有密封防潮保護(hù)膜，防止長(zhǎng)期呼吸過(guò)程中材料本身因?yàn)槭艹睂?dǎo)致產(chǎn)電變?nèi)趸蚴?。由于閥門(mén)本身具有彈性會(huì)自動(dòng)將閥門(mén)關(guān)閉，而吸氣時(shí)的負(fù)壓則增強(qiáng)了密閉性，避免吸進(jìn)外界環(huán)境的污染物。

本發(fā)明所述的具有自監(jiān)測(cè)防護(hù)效果功能的口罩，其呼吸閥本身結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，當(dāng)呼吸閥為矩形時(shí)，其下部為出氣口，上部為顯示屏，當(dāng)呼吸閥為圓形時(shí)，其四周為環(huán)形出氣口，可以分隔為兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)等多個(gè)出氣口，中間為顯示屏，顯示屏內(nèi)容可以為文字顯示，高度漸增柱狀顯示、平行等高條形顯示、圓環(huán)放大顯示等不同顯示方式。

本發(fā)明所述呼吸閥的摩擦產(chǎn)電裝置為柔性摩擦電極，其包括導(dǎo)電層與絕緣層，所述導(dǎo)電層可采用鋁箔、錫箔、銅箔等薄膜金屬材料以及石墨，石墨烯，活性炭，炭黑粉，導(dǎo)電炭黑和添加金屬粉體等，厚度為0.02mm～0.5mm；也可以是鎳網(wǎng)，銅網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)等金屬絲及其合金絲網(wǎng)，也可以是導(dǎo)電膠帶，摻有導(dǎo)電材料的導(dǎo)電布以及鍍有金屬電極的高分子聚合物等復(fù)合材料，厚度 為0.1mm～1mm；導(dǎo)電層還以通過(guò)磁控濺射鍍的銅、鎳、鉻、銀、金、鉑等金屬薄膜。厚度為0.1～10μm。所述絕緣材料材質(zhì)可以使用聚乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯醇，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈等高分子絕緣材料，也可以選用多種柔性材料，包括：尼龍、滌綸、芳綸、腈綸、絲綢、純棉、亞麻、紙等各種化纖或天然纖維類(lèi)柔性材料，絕緣材料厚度為0.01mm～1mm；絕緣材料與導(dǎo)電材料可以通過(guò)光刻，熱壓印等方式增大摩擦接觸面積，提高供電效果；材料之間的密封結(jié)合，可以通過(guò)涂布、膠粘、裝訂、縫合、熱壓、固結(jié)等不同方式。

本發(fā)明所述自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩，柔性摩擦電極與呼吸閥表面之間的摩擦空隙和電極外部表面為密封防潮保護(hù)膜，從而使得裝置不受呼吸濕氣的影響。因此，該裝置具有制作簡(jiǎn)單，材料價(jià)格低廉可以自適應(yīng)呼吸供能，從而起到長(zhǎng)期有效摩擦發(fā)電和供能監(jiān)測(cè)口罩濾層電阻的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)監(jiān)測(cè)指示口罩使用程度和防護(hù)效果顯示功能的過(guò)濾口罩，其與現(xiàn)有防霾口罩相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，主要包括可以實(shí)時(shí)顯示口罩的防護(hù)性能，使用簡(jiǎn)單，無(wú)需按鍵，只在佩戴呼吸時(shí)工作，放置時(shí)對(duì)口罩本身無(wú)影響。自供電驅(qū)動(dòng)，不需要使用電池，同時(shí)摩擦發(fā)電呼吸閥本身具有密封防潮保護(hù)膜，因此不用擔(dān)心長(zhǎng)期放置對(duì)口罩供電等性能的影響，同時(shí)大大降低了口罩本身的成本。

附圖說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩原理性示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩的呼吸閥布置示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩的呼吸閥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)供能的杯型口罩外觀 結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，附圖中各部件的標(biāo)記如下：1、不導(dǎo)電濾棉，2、活性炭濾層，3、口罩無(wú)紡布防護(hù)層，4、口罩彈力帶，5、口罩鋁條，6、帶顯示效果呼吸閥，7、連接導(dǎo)線，8、測(cè)量與顯示控制電路，9、污染程度顯示屏，10、呼吸摩擦發(fā)電模塊。

具體實(shí)施方式

為充分了解本發(fā)明的發(fā)明目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。

本發(fā)明裝置原理如圖1所示，通過(guò)呼吸閥的摩擦密封片在呼氣過(guò)程中摩擦產(chǎn)電，口罩本身的密封性增強(qiáng)了呼氣的摩擦產(chǎn)電效果，產(chǎn)生的靜電供給過(guò)濾層，監(jiān)測(cè)氣溶膠的吸附截留量，當(dāng)過(guò)濾層本身依然具有較高防護(hù)效果時(shí)，LCD顯示防護(hù)效果，同時(shí)給所施加的靜電起到增強(qiáng)過(guò)濾效果的作用。當(dāng)過(guò)濾層本身已經(jīng)失效時(shí)，產(chǎn)生電流被過(guò)濾層本身短路耗散掉，防護(hù)效果顯示減弱，提醒使用者在當(dāng)前情況下更換口罩。

具體實(shí)施例一

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種具有污染物防護(hù)測(cè)量顯示功能的過(guò)濾口罩，包括口罩本體和穿過(guò)所述口罩本體的呼吸閥，所述口罩本體內(nèi)嵌有不導(dǎo)電過(guò)濾棉1，其兩側(cè)有活性炭濾層2和連接導(dǎo)線7，口罩本體外部?jī)蓚?cè)通過(guò)無(wú)紡布防護(hù)層3包覆，導(dǎo)電活性炭濾層2通過(guò)所述連接導(dǎo)線7與所述呼吸閥電路板電性連接，所述帶顯示呼吸閥6上設(shè)置有污染程度和防護(hù)效果顯示屏，所述口罩本體上部外設(shè)置有口罩鋁條5，口罩本體的兩側(cè)設(shè)置有口罩彈力帶4。

優(yōu)選地，所述外部空氣通過(guò)所述口罩本體5經(jīng)所述不導(dǎo)電濾棉1和活性炭濾層2過(guò)濾后吸入人體，能有效過(guò)濾空氣中的細(xì)小污染顆粒物，使吸入人 體的空氣為清潔的空氣。

優(yōu)選地，所述呼吸閥電路板上還設(shè)置有測(cè)量與顯示控制電路8、污染程度顯示屏9和呼吸摩擦發(fā)電模塊10，所述導(dǎo)電活性炭材料作為口罩本體污染程度的探測(cè)電極通過(guò)連接導(dǎo)線7與呼吸閥上的測(cè)量與顯示控制電路8連接，所述測(cè)量與顯示控制電路同時(shí)與所述污染程度顯示屏9和呼吸摩擦發(fā)電模塊電性連接。

優(yōu)選地，所述污染程度和防護(hù)效果顯示屏為L(zhǎng)CD黑白液晶屏，為L(zhǎng)ED燈。本發(fā)明具有自供能呼吸防護(hù)效果監(jiān)測(cè)口罩的使用方法如下：

當(dāng)佩戴口罩之后呼吸過(guò)程中，吸氣過(guò)程中口罩主體過(guò)濾吸入空氣，空氣中的污染物如PM2.5大小的氣溶膠被截留過(guò)濾到口罩主體內(nèi)的濾棉和濾層，當(dāng)呼氣過(guò)程中口罩內(nèi)的氣流從呼吸閥呼出，呼吸閥內(nèi)的摩擦墊片通過(guò)氣流振動(dòng)產(chǎn)生靜電，靜電電壓在3-10V之間，靜電電荷供給口罩主體內(nèi)的活性炭電極監(jiān)測(cè)，當(dāng)依然具有防護(hù)效果時(shí)，口罩上的顯示屏動(dòng)態(tài)顯示口罩具有防護(hù)效果標(biāo)識(shí)，當(dāng)口罩已經(jīng)污染，不再具有防護(hù)效果時(shí)，口罩上的顯示屏不再顯示防護(hù)效果標(biāo)識(shí)。據(jù)此使用者根據(jù)該顯示的動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)情況決定是否要佩戴口罩。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，所述口罩主體上的呼吸閥同樣是帶有顯示功能的呼吸閥，但口罩主體的過(guò)濾層主要是如圖5所示，只有一個(gè)導(dǎo)電活性炭濾層和一個(gè)不導(dǎo)電濾棉，其監(jiān)測(cè)電極為鋁條和活性炭濾層，其他方面均與之前實(shí)施例相同。在本發(fā)明一個(gè)杯型口罩實(shí)施例中，如圖6所示，所述呼吸閥為圓形呼吸閥，出風(fēng)口為環(huán)形四周，有效防護(hù)效果顯示屏在呼吸閥的中間，其他方面均與之前實(shí)施例相同。

本發(fā)明具有污染物濃度測(cè)量顯示功能的過(guò)濾口罩的有益效果是：可以實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前口罩的污染程度，幫助判斷是否需要更換佩戴口罩，同時(shí)口罩主體呼氣摩擦產(chǎn)靜電，增強(qiáng)了口罩過(guò)濾細(xì)小污染顆粒物的效果，使用方便。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。

盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是并不是限定于此處描述的特定形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在其它部件或步驟。此外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可以被有利地組合，且在不同權(quán)利要 求中包含的內(nèi)容不意味著特征的組合是不可行和/或不利的。此外，單個(gè)的含義不排除多個(gè)。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出若干改進(jìn)、修改、和變形，這些改進(jìn)、修改、和變形都應(yīng)視為落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。