一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机的制作方法

本发明涉及油烟机领域，特别涉及一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机。

背景技术：

现代生活中，许多家庭在烹饪中会产生大量的油烟。研究表明，烹饪油烟成分复杂，具有一定的吸入毒性、免疫毒性和致突变性，对人体健康存在一定的危害。油烟气体中包括有多环芳烃类物质，多环芳烃类物质中有相当部分具有致癌性。现有技术的油烟机并不能自动识别当前烹饪环境中的油烟的多环芳烃类物质浓度，大大限制了油烟机的智能化发展。

因此针对现有技术不足，提供一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机以解决现有技术不足甚为必要。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机。该带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机能识别前烹饪环境中的油烟的多环芳烃。

本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

提供一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,设置有烟机主体和多环芳烃检测装置，多环芳烃检测装置与烟机主体电连接。

优选的，上述多环芳烃检测装置设置有实时利用生物活性材料对烹饪区域多环芳烃进行检测的生物传感模块、实时利用光谱对烹饪区域多环芳烃进行检测的光谱检测模块和用于在线测量当前烹饪区域的气溶胶颗粒物粒径以及化学成分的气溶胶飞行时间质谱模块，生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块分别与烟机主体电连接。

优选的，上述生物传感模块为免疫传感器、dna传感器、酶传感器和微生物传感器中的至少一种。

优选的，上述气溶胶飞行时间质谱模块设置有气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件，气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件分别与烟机主体电连接。

优选的，上述光谱检测模块为红外光谱仪、紫外吸光光谱仪、拉曼光谱仪、分光光度仪、反相高效液相色谱仪或者激光质谱仪中的至少一种。

优选的，上述烟机主体设置有用于控制油烟机运行的控制模块，生物传感模块、光谱检测模块、气溶胶飞行时间质谱模块、温度传感模块和图像采集模块分别与控制模块电连接。

生物传感模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃生物信号并传送至控制模块，光谱检测模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃光谱信号并传送至控制模块，气溶胶飞行时间质谱模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃质谱信号并传送至控制模块，控制模块分别接收多环芳烃生物信号、多环芳烃光谱信号和多环芳烃质谱信号并处理，得到当前多环芳烃的浓度，并判断当前环境的健康程度。

优选的，上述多环芳烃检测装置还设置有用于检测烹饪区域内温度的温度传感模块和用于对烹饪区域油烟图像分析并实时得到产生油烟大小的图像采集模块，温度传感模块和图像采集模块分别与控制模块电连接。

优选的，上述烟机主体还设置有风速控制模块，风速控制模块与控制模块电连接。

优选的，上述风速控制模块，根据控制模块发送的健康程度控制烟机主体的风速调节器进行风速调节。

优选的，上述烟机主体还设置有提示模块，提示模块与控制模块电连接。

优选的，上述提示模块，根据控制模块发送的健康程度对用户进行当前健康程度提示。

优选的，上述烟机主体还设置有火力控制模块，火力控制模块与控制模块电连接。

优选的，上述火力控制模块，根据控制模块发送的健康程度对外部炉具进行火力调节。

本发明的一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,设置有烟机主体和多环芳烃检测装置，多环芳烃检测装置与烟机主体电连接。多环芳烃检测装置设置有实时利用生物活性材料对烹饪区域多环芳烃进行检测的生物传感模块、实时利用光谱对烹饪区域多环芳烃进行检测的光谱检测模块和用于在线测量当前烹饪区域的气溶胶颗粒物粒径以及化学成分的气溶胶飞行时间质谱模块，生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块分别与烟机主体电连接。该油烟机能够实时对烹饪区域多环芳烃进行检测，同时该油烟机还具有风速控制模块、提示模块和火力控制模块，根据当前多环芳烃成分或者浓度自动调节风速和外部炉具的火力，使当前环境的多环芳烃浓度降低，同时提醒用户注意防护。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1为实施例1的一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机的信号传输示意图。

图2为实施例2的一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机的信号传输示意图。

图3为实施例3的一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机的信号传输示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1。

一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,如图1所示，设置有烟机主体和多环芳烃检测装置，多环芳烃检测装置与烟机主体电连接。

多环芳烃检测装置设置有实时利用生物活性材料对烹饪区域多环芳烃进行检测的生物传感模块、实时利用光谱对烹饪区域多环芳烃进行检测的光谱检测模块和用于在线测量当前烹饪区域的气溶胶颗粒物粒径以及化学成分的气溶胶飞行时间质谱模块，生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块分别与烟机主体电连接。

生物传感模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃生物信号并传送至烟机主体，光谱检测模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃光谱信号并传送至烟机主体，气溶胶飞行时间质谱模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃质谱信号并传送至烟机主体，烟机主体分别接收多环芳烃生物信号、多环芳烃光谱信号和多环芳烃质谱信号并处理得到当前多环芳烃的浓度。

生物传感模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃生物信号并传送至控制模块，光谱检测模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃光谱信号并传送至控制模块，气溶胶飞行时间质谱模块检测当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度得到多环芳烃质谱信号并传送至控制模块，控制模块分别接收多环芳烃生物信号、多环芳烃光谱信号和多环芳烃质谱信号并处理，得到当前多环芳烃的浓度，并判断当前环境的健康程度。

本发明的生物传感模块为免疫传感器、dna传感器、酶传感器和微生物传感器中的至少一种。本实施例具体的生物传感模块为免疫传感器。需说明的是本发明的生物传感模块可以为免疫传感器，也可以为dna传感器、酶传感器和微生物传感器，也可以为4种传感器中的一种或都多种组合。

本发明的免疫传感器的工作原理是利用能与对应多环芳烃结合特异性的人工合成抗原蛋白与对应的多环芳烃结合，再诱导针其对小分子物质的抗体应答，从而检测出多环芳烃。现有技术中对多环芳烃的载体蛋白大多数为牛血清蛋白。

本发明的dna传感器的工作原理是用固定的双链dna分子层作为生物识别元件，目标物(如多环芳烃)的存在会影响指示剂流动注射响应信号，从而检测出目标物的浓度信息。

本发明的酶传感器的工作原理主要是检测多环芳烃降解中间产物(如酚类、水杨酸等)，或者直接以多环芳烃为底物进行检测识别。

本发明的微生物传感器的工作原理是使用经筛选可降解多环芳烃的微生物，根据其在降解多环芳烃的过程中产生的发光物质浓度来检测多环芳烃。

本发明的气溶胶飞行时间质谱模块设置有气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件，气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件分别与烟机主体电连接。

本发明的气溶胶飞行时间质谱模块设置有气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件，气溶胶采样组件、粒径测定组件和质谱分析组件分别与烟机主体电连接。

气溶胶采样组件对当前烹饪区域的空气进行采样并将采样样本分别传送至粒径测定组件和质谱分析组件，粒径测定组件对采样样本进行粒径测定，质谱分析组件对采样样本进行质谱分析最终得到当前烹饪区域中多环芳烃的种类和浓度以及多环芳烃质谱信号并传送至控制模块。

本发明的气溶胶采样组件是为空气动力学透镜，工作原理为空气动力学透镜用于汇集空气中的颗粒物，调整透镜的直径和操作压力可以选择不同粒径范围的颗粒物。

本发明的粒径测定组件的工作原理是利用激光测量颗粒物飞行固定距离的时间，从而根据惯性推算出颗粒物的空气动力学直径。

本发明的质谱分析组件的工作原理是量离子在颗粒物被电离的时刻和到达检测器之间的飞行时间，经过校正后得到质谱，根据质谱分析可以得到颗粒物化学成分信息。

本发明的光谱检测模块为红外光谱仪、紫外吸光光谱仪、拉曼光谱仪、分光光度仪、反相高效液相色谱仪或者激光质谱仪中的至少一种。本实施例具体的光谱检测模块为红外光谱仪。需说明的是本发明的光谱检测模块可以为红外光谱仪，也可以为紫外吸光光谱仪、拉曼光谱仪、分光光度仪、反相高效液相色谱仪或者激光质谱仪，也可以为6种光谱仪中的一种或者多种组合。

本发明中的红外光谱仪、紫外吸光光谱仪、拉曼光谱仪、分光光度仪、反相高效液相色谱仪和激光质谱仪为公知常识，红外光谱仪、紫外吸光光谱仪、拉曼光谱仪、分光光度仪、反相高效液相色谱仪和激光质谱仪的对多环芳烃检测的方法本领域的技术人员应当知晓，在此不再累述。

该带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,设置有烟机主体和多环芳烃检测装置，多环芳烃检测装置与烟机主体电连接。多环芳烃检测装置设置有实时利用生物活性材料对烹饪区域多环芳烃进行检测的生物传感模块、实时利用光谱对烹饪区域多环芳烃进行检测的光谱检测模块和用于在线测量当前烹饪区域的气溶胶颗粒物粒径以及化学成分的气溶胶飞行时间质谱模块，生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块分别与烟机主体电连接。该油烟机能够实时对烹饪区域多环芳烃进行检测。

实施例2。

一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,如图2所示，其他特征与实施例1相同，不同之处在于：多环芳烃检测装置还设置有用于检测烹饪区域内温度的温度传感模块和用于对烹饪区域油烟图像分析并实时得到产生油烟大小的图像采集模块，温度传感模块和图像采集模块分别与控制模块电连接。

本发明的烹饪区域内温度优选为检测厨具温度，也可以为检测烹饪区域内空气温度、油烟温度或者灶具温度等，具体的实施方式根据实际情况而定。本实施例有烹饪区域内检测温度为厨具温度。

温度传感模块感应烹饪区域内温度得到温度输出信号并传输至控制模块，图像采集模块采集烹饪区域油烟图像得到油烟输出信号并传输至控制模块，控制模块分别接收温度传感模块的温度输出信号和图像采集模块的油烟输出信号，然后对温度输出信号和油烟输出信号处理实时得到当前烹饪区域的多环芳烃浓度。

图像采集模块的处理方法为：

图像采集模块以成像设备采集的初始图像作为基础进行处理，初始图像为灰度图，所采集的初始图像被序列化，依次通过后帧的初始图像与前帧的初始图像进行处理，得到各个后帧初始图像所处时刻的当前厨房油烟浓度。

每次通过后帧的初始图像与前帧的初始图像进行处理，得到后帧初始图像所处时刻的当前厨房油烟浓度的步骤过程如下：

(1)将后帧的初始图像与前帧的初始图像进行帧差处理得到帧差图像；

(2)以开运算方式对帧差图像进行去噪处理，得到去噪图像；

(3)对去噪图像进行边缘检测，标记运动区域作为初始感兴趣区域；

(4)对初始感兴趣区域进行灰度均值计算和区域平滑度计算，将同时满足灰度均值和平滑度要求的区域作为下一步感兴趣区域，其它的区域作为干扰排除；

(5)对步骤(4)提取出的感兴趣区域分别进行统计，根据统计结果得到油烟浓度赋值。

步骤(1)中，对采集到的初始图像进行帧差操作得到帧差图像具体是：

图像采集模块根据接收到的初始图像的先后顺序，将后一帧图像与前一帧图像做差，得到动态区域高亮的帧差图像。

其中步骤(2)对帧差图像采用开运算进行去噪处理，得到去噪图像，具体通过如下方式进行：先对帧差图像进行腐蚀操作，以消除图像中的噪点和细小尖刺，断开窄小的连接；再对腐蚀后的图像进行膨胀操作，恢复原帧差图像中的烟雾特征。

其中步骤(3)对去噪图像进行边缘检测，标记运动区域作为初始感兴趣区域，具体是：检测帧差图像高亮区域的边缘并进行标记，将标记出的区域作为初始感兴趣区域。

其中步骤(4)具体是对每个初始感兴趣区域进行灰度均值、区域平滑度计算，得到每个初始感兴趣区域对应的灰度均值和灰度平滑度，将同时满足计算得到的灰度均值小于灰度阈值、灰度平滑度小于灰度平滑度阈值的初始感兴趣区域作为感兴趣区域，将其它初始感兴趣区域判定为干扰区域。

其中步骤(5)具体是，针对步骤(4)提取出的感兴趣区域，将每个感兴趣区域图像中的所有像素的灰度进行求和计算得到每个感兴趣区域图像的灰度值，再将每个感兴趣区域图像的灰度值进行求和，得到油烟浓度赋值。

成像设备采集的目标区域以区域s表示，任意一帧初始图像为对应区域s的成像。

初始图像由m*n个像素构成，

后帧初始图像a的像素的灰度值以矩阵ah表示，ah＝{ahi,j}，ahi,j代表后帧初始图像a中第i行、第j列像素对应的灰度值，i为像素所在的行，j为像素所在的列，1≤i≤m，1≤j≤n；后帧初始图像a中第i行、第j列像素所在的子区域为asi,j。

前帧初始图像b的像素的灰度值以矩阵bh表示，bh＝{bhi,j}，bhi,j代表前帧初始图像b中第i行、第j列像素对应的灰度值，前帧初始图像b中第i行、第j列像素所在的子区域为bsi,j。

帧差图像d的像素灰度值以矩阵dh表示，dh＝{dhi,j}＝{|ahi,j-bhi,j|}，dhi,j代表帧差图像d中第i行、第j列像素对应的灰度值，帧差图像d中第i行、第j列像素所在的子区域为dsi,j。

在帧差图像中，|dhi,j|＝0的区域，呈黑色；|dhi,j|≠0的区域呈高亮显示。

其中步骤(2)中对帧差图像进行腐蚀操作，具体包括如下步骤：

2-11，任意定义一个卷积核θ；

2-12，将卷积核θ与帧差图像进行卷积；在卷积核θ遍历帧差图像时，提取卷积核所覆盖区域内卷积结果的像素灰度最小值p以及与卷积核中心重合的像素点c；

像素点c的灰度通过矩阵ch＝{ck,q}表示，k、q为像素点c的行序号和列序号，

获得在卷积核θ遍历帧差图像过程中得到的卷积结果最小值像素点矩阵p，最小值像素点矩阵p的灰度通过矩阵ph＝{pk,q}表示；

2-13将像素点矩阵p的灰度对应赋予像素点c，得到腐蚀图像；

步骤(2)中对腐蚀图像进行膨胀操作，具体包括如下步骤：

2-21，任意定义一个卷积核β；

2-22，将卷积核β与腐蚀图像进行卷积；在卷积核β遍历腐蚀图像时，提取卷积核所覆盖区域内卷积结果的像素灰度最大值o以及与卷积核中心重合的像素点r；

像素点r的灰度通过矩阵rh＝{rl,v}表示，l、v为像素点r的行序号和列序号，

获得在卷积核β遍历腐蚀图像过程中得到的卷积结果最大值像素点矩阵o，最大值像素点矩阵o的灰度通过矩阵oh＝{ol,v}表示；

2-13将最大值像素点矩阵o的灰度对应赋予像素点r，得到膨胀图像，得到的膨胀图像即为去噪图像。

其中步骤(3)通过如下步骤进行：

3-1，定义一个滤波器y，滤波器为t*t矩阵，t为奇数；

3-2，使滤波器y遍历去噪图像，计算滤波器在每一位置处的中心像素点所在的去噪图像的灰度值以及中心像素点邻域内其它像素点的灰度值，并根据公式(ⅰ)计算滤波器在每一位置处的中心像素点的边缘检测值xz，z为滤波器y遍历去噪图像时的标记，

f、g为为像素点的矩阵序号，1≤f≤t，1≤g≤t，e为滤波器在每一位置处的像素点所在的去噪图像的灰度值；α为权重系数，与滤波器位置相对应；

3-3，将滤波器在每一位置处的中心像素点边缘检测值xz与中心像素点邻域的其它像素点的灰度值相减，并判断差值的绝对值是否大于阈值δ；

统计大于阈值的数量，如果数量超过判定滤波器所处位置的中心像素点对应的去噪图像的像素点位置为边缘点，并进行标记；

3-4，滤波器遍历完整个去噪图像，得到所有标记的边缘点，获得初步感兴趣区域。

t为3。

需说明的是，上述的图像采集模块的处理方法仅是提出其中之一种处理方法，对于其他图像采集模块的处理方法只能够获取烹饪区域的图像采集模块输出数据的方法都可以应用于本发明的带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机，均应落入本发明的保护范围。

需说明的是，本发明的图像采集模块是采用摄像头对烹饪区域油烟大小进行检测，只要能够实现本发明的上述功能都可以作为本发明的图像采集模块。

与实施例1相比，本实施例增加了温度传感模块和图像采集模块，这两个模块的增加可以通过对检测烹饪区域内温度和油烟大小对当前烹饪区域的多环芳烃浓度进行计算。与实施例1相比本实施例能够通过烹饪区域内温度和油烟大小就能够计算得到当前多环芳烃浓度与生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块的检测的多环芳烃浓度作比较，能够降低多环芳烃浓度的时间提高精确度。

本发明的控制模块为以数学建模构建得到关于温度和油烟大小与油烟中有害气体中多环芳烃浓度的数学关系的控制模块。

控制模块的计算公式为式(ⅰ)，

c多环芳烃＝0.05κ+0.05λ+0.33κλ+475.1式(ⅰ)，

其中c多环芳烃为烹饪区域内的多环芳烃气体总浓度，κ为温度传感模块的输出数据，λ为图像采集模块的输出数据。

当κ∈(0℃，200℃)，λ∈(0,300)时，c(2-3)＝70％c多环芳烃，c(4)＝20％c多环芳烃,c(5-6)＝10％c多环芳烃。

当κ∈(200℃，240℃)，λ∈(300,500)时，c(2-3)＝60％c多环芳烃,c(4)＝25％c多环芳烃,c(5-6)＝15％c多环芳烃。

其中c(2-3)为二环多环芳烃和三环多环芳烃的浓度,c(4)为四环多环芳烃的浓度，c(5-6)为五环多环芳烃和六环多环芳烃的浓度。

例如当κ为100℃时，λ为100时，分别将κ和λ的数据值直接代入公式，计得c多环芳烃为3785.1且c多环芳烃的单位为pg/m³，即当前环境中的多环芳烃的浓度为3785.1pg/m³。c(2-3)的浓度为2649.57pg/m³，c(4)的浓度为757.02pg/m³，c(5-6)的浓度为378.51pg/m³。

本实施例的油烟机可以通过检测烹饪区域内温度和烹饪区域的油烟大小进行计算得到当前烹饪区域的多环芳烃浓度，能够计算出当前环境中的二环多环芳烃、三环多环芳烃、四环多环芳烃、五环多环芳烃和六环多环芳烃的浓度。

该带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机,设置有烟机主体和多环芳烃检测装置，多环芳烃检测装置与烟机主体电连接。多环芳烃检测装置设置有实时利用生物活性材料对烹饪区域多环芳烃进行检测的生物传感模块、实时利用光谱对烹饪区域多环芳烃进行检测的光谱检测模块和用于在线测量当前烹饪区域的气溶胶颗粒物粒径以及化学成分的气溶胶飞行时间质谱模块，生物传感模块、光谱检测模块和气溶胶飞行时间质谱模块分别与烟机主体电连接。该油烟机能够实时对烹饪区域多环芳烃进行检测。

实施例3。

一种带油烟中多环芳烃检测功能的油烟机，如图3所示，其他特征与实施例2相同，不同之处在于：烟机主体还设置有风速控制模块，风速控制模块与控制模块电连接。风速控制模块，根据控制模块发送的健康程度控制烟机主体的风速调节器进行风速调节。

烟机主体还设置有提示模块，提示模块与控制模块电连接；提示模块，根据控制模块发送的健康程度对用户进行当前健康程度提示。

烟机主体还设置有火力控制模块，火力控制模块与控制模块电连接；火力控制模块，根据控制模块发送的健康程度对外部炉具进行火力调节。

与实施例2相比，本实施例的油烟机能对当前环境的多环芳烃的种类和浓度进行环境的健康程度判断，同时该油烟机还具有风速控制模块、提示模块和火力控制模块，当前环境健康等级自动调节风速和外部炉具的火力，使当前环境的多环芳烃的浓度降低，同时提醒用户注意防护。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。