防污染面罩及控制方法技术

本公开涉及防污染面罩及控制方法。一种具有被驱动的风扇的防污染面罩，其中风扇的旋转速度以及外部温度和可选的湿度水平被监测。风扇旋转速度或风扇旋转速度的变化用于获得与呼吸深度相关的第一值和与呼吸速率相关的第二值。这些参数与环境温度和可选的环境湿度水平结合使用，以设置风扇速度。因此，考虑用户的呼吸特性以及周围环境条件来设置风扇速度。

Anti pollution mask and control method

【技术实现步骤摘要】
防污染面罩及控制方法
本专利技术涉及一种具有由风扇辅助的气流的防污染面罩，用于向面罩的佩戴者提供过滤空气。
技术介绍
据世界卫生组织(WHO)估计，每年有400万人死于空气污染。这一问题部分源于城市的室外空气质量。其中最差的是印度的城市，如德里，其年度污染水平超过推荐水平的10倍。众所周知，北京的年均污染水平是推荐安全水平的8.5倍。然而，即使在像伦敦、巴黎和柏林等欧洲城市，污染水平也高于WHO推荐的水平。由于该问题在短时间内无法显著改善，解决这一问题的唯一方法就是戴上面罩，面罩通过过滤提供更清洁的空气。为了提高舒适性和有效性，可以在面罩上添加一个或两个风扇。这些风扇在使用期间被接通，并且通常以恒定电压使用。出于效率和寿命原因，这些风扇通常是电换向无刷DC风扇。佩戴者使用动力面罩的好处在于，可以缓解肺部因抵抗传统非动力面罩中过滤器的阻力吸气而引起的轻微应变。此外，在传统非动力面罩中，吸气还会引起面罩内轻微的负压，从而导致污染物泄漏至面罩中，如果是有毒物质，这种泄漏可能证明是危险的。动力面罩稳定地向面部输送气流，并且可以，例如，提供轻微的正压，其可以通过呼气阀的阻力来确定，以确保任意泄漏是向外而非向内的。如果风扇的操作或速度可以调节，则存在若干优点。这可以用于通过在吸气和呼气序列期间更适当的通气来改善舒适度，或者可以用于提高电效率。后者转化为更长的电池寿命或增加的通风。这两个方面都需要改进现有设计。为了调节风扇速度，可以测量面罩内的压力，并且压力和压力变化都可以用于控制风扇。r>例如，面罩内的压力可以用压力传感器测量，并且风扇速度可以根据传感器测量而变化。压力传感器非常昂贵，因而希望提供一种监测面罩内压力的替代方法。申请人已经提出但尚未公开的一种解决方案是，使用风扇的转速作为压力测量的代表。基于风扇的转速确定压力或压力变化。使用该压力信息，可以跟踪用户的呼吸模式，还可以确定面罩是否被佩戴。该方法描述于WO2018/215225中。申请人还提出了但尚未公开的一种解决方案是，使用罩内环境(温度和相对湿度)作为控制风扇速度的指示器。然而，面罩腔室中的传感器易受由于冷凝而引起的误差的影响，这可能使传感器响应劣化。而且，温度和湿度传感器的响应通常较慢，因此可能不能以所需速率跟踪变化。在炎热天气条件下，检测到的吸气和呼气之间的温度变化也很小。已知的控制方法也不容易考虑用户的活动，例如用户的劳累水平。因此，需要一种风扇速度控制方法和装置，其能够以低成本实现并且能够提供考虑了用户活动水平的风扇速度控制。WO2016/157159公开了一种呼吸面罩，其具有风扇、出口阀和用于感测指示用户呼吸循环的参数的传感器。可选地，测量其它参数，例如湿度、温度和压力。根据所感测的参数来控制出口阀。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据本专利技术一个方面的实施例，提供一种防污染面罩，包括：空气腔室；过滤器，其形成空气腔室与空气腔室外部的周围环境之间的边界；风扇，用于将空气从空气腔室外部吸入空气腔室内部，和/或将空气从空气腔室内部吸至外部；用于确定风扇转速的装置；温度传感器，用于测量空气腔室外部的环境温度；以及控制器，控制器适用于：从所确定的风扇转速或风扇转速的变化导出与呼吸深度相关的第一值和与呼吸速率相关的第二值；并且根据第一值、第二值和环境温度来设置风扇速度，其中，风扇速度被设置为多个非零风扇速度中的选定风扇速度。该面罩基于风扇转速和外部温度来提供风扇速度的自动调节。通过考虑外部温度，做出对用户舒适度的估计。风扇速度调节能够在不同环境条件(温度)下提供不同气流，并且用于用户的不同活动水平。例如，以快速行走为例，夏天时用户可能需要大气流来帮助管理面罩内的环境，而在冬天则需要相对较少的气流以避免佩戴者感到寒冷。利用环境(即面罩腔室外)温度测量，避免了水冷凝问题。这提供了低成本的解决方案，例如可以容易地集成到PCB板上的所需外部感测。第一值和第二值使得能够考虑用户活动。第一值例如与呼吸深度相关，并且这意味着第一值与呼吸深度之间存在正相关。更一般地，例如，第一值可以涉及(即与之相关)整个风扇上的压力波动幅度。当面罩被佩戴并正常使用时，压力波动是由呼吸引起的。第二值与呼吸速率正相关。这可以用作除了由第一值指示的呼吸深度外，用户活动水平的另一指标。本专利技术涉及一种防污染面罩。这意味着一种主要目的在于过滤用户呼吸的环境空气的装置。面罩不执行任何形式的患者治疗。特别地，由风扇操作导致的压力水平和流仅旨在帮助提供舒适性(通过影响空气腔室内的温度或相对湿度)和/或帮助提供穿过过滤器的流而无需用户显著的额外呼吸努力。与用户没有佩戴面罩的情况相比，面罩不提供全面呼吸辅助。在该系统中，还使用风扇速度监测来代替压力测量。为了测量风扇速度，可以使用风扇本身，从而不需要附加传感器。在正常使用中，腔室可以封闭，从而使腔室内的压力波动对风扇的负载条件具有影响，并进而改变风扇电特性。类似地，风扇电特性可以确定腔室的性质，例如腔室的容积，以及腔室是开放还是封闭容积。例如，第一值是基于采样窗期间风扇转速的最大摆动。该摆动代表压力波动的程度，因而与呼吸深度相关。例如，第二值是基于风扇转速的连续最大值和最小值之间的时间的频率。该时间段对应于呼吸周期的一半，因而直接从该值导出的频率对应于呼吸速率(即频率)的两倍。采样窗选择为足以获取至少一个完整呼吸循环，例如6秒，以在10次呼吸/分的最低呼吸速率下获取完整呼吸循环。过滤器，例如，直接形成空气腔室与空气腔室外部的周围环境之间的边界。这提供了一种紧凑布置，避免了对流输送通道的需求。这意味着用户能够通过过滤器吸气。过滤器可以具有多个层。例如，外层可以形成面罩的主体(例如织物层)，并且内层可以用于去除更细的污染物。然后，内层可以是可移除的以便于清洁或更换，但是，可以认为两个层共同构成过滤器，因为空气能够穿过该结构，并且该结构执行过滤功能。因此，过滤器优选包括空气腔室的外壁及可选的一个或多个其它过滤层。这提供了特别紧凑的布置，并且因为面罩主体执行过滤功能，能够实现大的过滤面积。因此，当用户吸气时，环境空气通过过滤器直接提供给用户。对于排气扇，压力可以是正或负(与环境压力相比)，例如，如果风扇关闭，将存在由吸气导致的负压和由呼气导致的正压。如果排气扇打开，根据风扇速度和呼吸特性，在呼吸期间出现负压或正压是可能的。在无呼吸期间将产生负压。如果风扇用于在空气腔室内提供增加压力(例如在吸气期间进入空气腔室的流)，则仅需要提供很小的增加压力，例如，以帮助用户吸气。在所有情况下，空气腔室内使用的最大压力例如低于4cmH2O，例如低于2cmH2O，例如低于1cmH2O，高于空气腔室外部的压力。面罩可以进一步包括：湿度传感器，用于测量空气腔室外部的环境湿度水平，其中，控制器适用于进一步根据湿度水平来设置风扇速度。因此，可以考虑外部环境温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防污染面罩，包括：/n空气腔室(18)；/n过滤器(16)，其形成所述空气腔室与所述空气腔室外部的周围环境之间的边界；/n风扇(20)，用于将空气从所述空气腔室(18)外部吸入到所述空气腔室中，和/或将空气从所述空气腔室内部抽出至所述外部；/n用于确定所述风扇的旋转速度的装置(34、36)；/n温度传感器(24a)，用于测量所述空气腔室外部的环境温度；以及/n控制器(30)，其适于：/n从所确定的风扇旋转速度或风扇旋转速度的变化导出与呼吸深度相关的第一值、和与呼吸速率相关的第二值；并且/n根据所述第一值、所述第二值和所述环境温度来设置风扇速度，其中所述风扇速度被设置为多个非零风扇速度中选定的一个风扇速度。/n

【技术特征摘要】
20190107 EP 19150499.2;20181109 CN PCT/CN2018/11471.一种防污染面罩，包括：
空气腔室(18)；
过滤器(16)，其形成所述空气腔室与所述空气腔室外部的周围环境之间的边界；
风扇(20)，用于将空气从所述空气腔室(18)外部吸入到所述空气腔室中，和/或将空气从所述空气腔室内部抽出至所述外部；
用于确定所述风扇的旋转速度的装置(34、36)；
温度传感器(24a)，用于测量所述空气腔室外部的环境温度；以及
控制器(30)，其适于：
从所确定的风扇旋转速度或风扇旋转速度的变化导出与呼吸深度相关的第一值、和与呼吸速率相关的第二值；并且
根据所述第一值、所述第二值和所述环境温度来设置风扇速度，其中所述风扇速度被设置为多个非零风扇速度中选定的一个风扇速度。


2.根据权利要求1所述的面罩，其中所述第一值是基于采样窗期间风扇旋转速度的最大摆动。


3.根据权利要求1或2所述的面罩，其中所述第二值是基于所述风扇旋转速度的连续的最大值和最小值之间的时间的频率。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的面罩，进一步包括湿度传感器(24b)，用于测量所述空气腔室外部的环境湿度水平，其中所述控制器适于进一步根据所述湿度水平来设置风扇速度。


5.根据权利要求4所述的面罩，其中所述控制器适于：
从所述环境温度和所述环境湿度水平导出与舒适度测量相关的热指数值。


6.根据权利要求5所述的面罩，其中所述热指数值包括所述环境温度、所述环境湿度水平、以及所述环境温度和/或所述环境湿度水平的一个或多个幂的多项式函数。


7.根据权利要求4至6中任意一项所述的面罩，其中所述控制器适于：
根据当前的风扇旋转速度以及所述第一值和所述第二值，生成增加所述风扇速度、减小所述风扇速度或保持所述风扇速度不变的指令。


8.根据权利要求7所述的面罩，其中所述控制器适...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔涛，陈伟忠，苏伟，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL