本发明涉及闭合的洗涤装置领域，尤其涉及一种智能洗头帽及其操作方法。
背景技术：
洗头是日常生活中不可缺少的清理工作，通常由自己动手或者理发师洗头，洗完头之后还需要吹风机吹干，整个过程很是繁琐，花费很多时间和精力，而对于一些老弱病残等特殊群体，尤其是对于病人来说，手工洗头是一件困难的事情。为了方便人们洗发，使用洗头帽可以将这种麻烦的清理工作变成一种方便、快捷和享受的事情，需要设计一种可以满足人们更高需求的智能洗头帽。
中国专利授权公告号cn107307556a，公开日2017年11月03日，公开了一种智能洗头帽，包括帽体、主控模块和电源，主控模块设在帽体上，帽体用于揉洗头发和防止水、气渗透出洗头帽，包括帽壳外层、液压层、乳胶层、帽壳内层、振动器和防水套圈；所述主控模块包括微处理器单元和通信单元，所述微处理器单元根据指令控制智能洗头帽执行清洗头发和烘干头发的操作，所述通信单元用于接收手机或者遥控器的指令。本发明的有益效果是：使用者可以通过手机或者控制器控制洗头过程中的揉洗力度、揉洗频率、揉洗幅度、揉洗方向、水温和烘干气体温度，解决了对洗头过程中各种参数进行精准调节的问题。但是，上述专利中提及的智能洗头帽只能通过使用者的感觉来控制洗头帽的揉洗力度、揉洗频率、揉洗方向、水温和烘干气体温度，不能根据使用者的发质来指定最优洗头方案，因此，需要设计一种能够根据使用者发质的差异来进行灵活改变洗头操作的智能洗头帽。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是如何设计一种能够根据使用者发质的差异来进行灵活改变洗头操作的智能洗头帽。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种智能洗头帽，包括帽体、主控模块和供水供气模块，主控模块控制帽体内的装置和供水供气模块，帽体包括帽壳外层、液压层、乳胶层、帽壳内层、振动器和防水套圈，帽体从外向内为依次连接的帽壳外层、液压层、乳胶层和帽壳内层，振动器机械固定在帽壳内层上，帽壳内层分布有网孔，当液压层加压时，乳胶层从网孔处凸起乳胶触头，乳胶触头对头皮压力与液压层液压压力成正比，主控模块包括处理器单元、传感器单元和通信单元，传感器单元包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，该智能洗头帽还包括发质分析模块，所述发质分析模块包括油性分析单元和机械性质分析单元，所述油性分析单元固定在帽壳内层，与处理器单元电连接，用于测量头发的油腻程度，包括光源、棱镜和光接收器，所述棱镜的一个侧面朝向头发，用于采集头发的油脂，所述光源的光线进入棱镜后，在上述侧面的棱镜与空气之间的界面上发生全反射，出射棱镜后被光接收器接收，所述光接收器用于测量反射光线的光强；所述机械性质分析单元用于测量头发的机械强度性质数据，其数据用于调控乳胶触头对头皮的压力。油脂粘粘在透镜全反射面上时，由于油脂密度较大，光线在棱镜内部不会发生全反射，部分光强折射出棱镜，导致出射至光接收器上的光强降低，通过出射光强的降低判断头发油腻度。
作为优选，所述机械性质分析单元固定于帽壳外层，包括夹具、位移传感器、拉力传感器和移动电机，头发一端无滑动固定在所述夹具上，另一端无滑动固定在所述移动电机上，所述位移传感器固定在移动电机上并与处理器单元电连接，所述拉力传感器位于夹具与头发固定的位置，处理器单元获取所述拉力传感器测得的拉力值和所述位移传感器测得的头发拉伸长度值并绘制拉力-拉伸长度曲线。
作为优选，所述帽壳内层为通过五块弧状带网孔壳体通过滑动连接件拼装而成的帽壳结构，五块弧状带网孔壳体分别对应于用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面，任意一块弧状带网孔壳体上设有独立的振动器，任意一块弧状带网孔壳体的振动与其它块弧状带网孔壳体的振动独立开来，处理器单元通过客户头部五个区域的头发机械性质调整各壳体的振动幅度和频率。由于用户头发强度的分布不一，不能以一种揉洗频率和揉洗幅度揉洗整个头部，根据相应区域头发的强度分块地揉洗有益于头发的健康。
作为优选，所述通信单元连接至服务器，并将洗头帽内获取的用户头发油性数据和头发机械性质数据传输至服务器并存储在用户档案数据库中，为客户提供可追溯的发质数据服务，用户手机通过服务器向主控模块发送控制指令。将用户头发相关数据存储在服务器内，有益于向客户提供延伸服务，同时，发质的好坏往往反映用户身体的好坏，通过发质分析向客户展示其最近身体的状况。
作为优选，所述光源为中心波长为1550nm的半导体激光二极管，所述棱镜为横截面为底角为45°的等腰梯形的熔融石英材质的四棱柱，等腰梯形底边所在的棱柱侧面朝向头发并作为光源光线的全反射面，光源光线从等腰梯形第一腰所在的棱柱侧面垂直射入棱镜，并从第二腰所在的棱柱侧面垂直射出棱镜，所述光接收器为ccd图像传感器，贴合在第二腰所在的棱柱侧面的光线出射位置。
作为优选，该智能洗头帽还包括洗发液模块，所述洗发液模块包括洗发液存储罐、微型泵和液体管道，所述洗发液存储罐内部存储着洗发液；所述微型泵位于洗发液存储罐的开口处，用于抽取罐内的洗发液；所述液体管道为一端管口安装有喷头的橡胶管，另一端管口连接在微型泵的出液口处，用于将洗发液均匀喷洒在头发上。
作为优选，所述机械性质分析单元被用于用户发型以及发质机械强度分布的测量，其测量方法为：
s1：获取用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面五个区域的头发样本头发，样本头发需从发根部剪断；
s2：将夹具与移动电机紧贴，将头发一端无滑动地固定在移动电机上，然后将头发拉入夹具内，夹具固定头发的强度为使得头发在夹具内滑动的滑动摩擦力在0.5~1n之间，紧接着，头发会在夹具内无形变地滑动，当头发滑离夹具时，拉力传感器所测拉力值减少到0n，此时位移传感器所测的移动距离即为头发长度，最后，以s2中相同方法测量其它四个部位头发的长度；
s3：以五个部位头发的长度作为特征数据并通过与服务器数据库做比对，获取用户当前的发型；
s4：按照权利要求3中的方法测量五个部位头发的拉伸强度值和拉伸率β，其中拉伸强度值等于头发断裂过程中的最大拉力值，拉伸率β计算公式为：β=△l/l,其中，△l为头发形变长度值，l为头发形变前原长。
一种智能洗头帽的操作方法，适用于前述权利要求中任意一项，其特征在于，包括以下步骤：
s1：用户手机通过扫描设于帽壳上或者梳妆镜面上的二维码连接至为洗头帽app服务的服务器，用户对洗头帽的控制指令通过服务器传达至洗头帽的主控模块；
s2：通过权利要求6中所述的方法获取用户发型以及发质机械强度分布信息，同时处理器单元获取拉力-拉伸长度曲线，并将相关信息和曲线传输至服务器，服务器将用户发型以及发质机械强度分布信息与数据库内数据进行对比，获取最佳揉洗力度、揉洗频率、揉洗幅度、揉洗方向、水温和烘干气体温度的设定程序，并将该设定程序发送至洗头帽主控模块；
s3：洗头帽的主控模块获取设定程序后，洗头帽帽壳内层的振动器开始工作，通过振动器的带动，油性分析单元的棱镜的全反射面通过与头发的摩擦，获取头发上的油脂，通过ccd图像传感器测量全反射面反射回的光强来判定用户头发的油脂含量，主控单元将油脂含量数据上传至服务器内进行分析，判定用户的发质油性类型，将推荐的洗发液发送至用户手机上并由客户确认；
s4：洗头帽首先对用户头发进行清水浸润，然后由客户选择合适的洗发液，最后按照设定程序通过乳胶触头对用户头发进行揉洗，分布在用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面的五块分立的帽壳内层上的五个振动器各自独立的按照设定程序进行揉洗，揉洗完成后由供水供气模块对头发进行清洗和烘干；
s5：在洗头过程中用户通过手机随时调节揉洗力度、揉洗频率、揉洗幅度、揉洗方向、水温和烘干气体温度，并在洗发完成后通过二维码进行手机扫码支付或者通过nfc手机支付或者通过rfid手机支付。
本发明的实质性效果是：通过机械性质分析单元获取用户发型以及发质机械强度分布数据，并将帽壳内层分为五个相对独立的区域并根据相应区域头发的机械性质单独调节各振动器的振动幅度和频率，使用了一种利用全反射棱镜的油性分析单元获取用户头发油性数据，实现了根据用户发质数据灵活调整洗头模式的功能。
附图说明
图1为油性分析单元的结构原理示意图。
图2为该智能洗头帽的结构示意图。
图中：1、光源，2、棱镜，3、光接收器，4、油脂，5、处理器单元，6、传感器单元，7、通信单元，8、帽壳外层，9、液压层，10、乳胶层，11、帽壳内层，12、振动器，13、油性分析单元，14、机械性质分析单元，15、用户手机，16、服务器，17、帽体，18、主控模块，19、发质分析模块，20、供水供气模块。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
图1为该油性分析单元的结构原理示意图，该油性分析单元13由光源1、棱镜2和光接收器3组成，其中，光源1选为中心波长为1550nm的半导体激光二极管，激光光束的直径不低于0.5cm，这样有利于提高探测范围并提高探测头发油腻度的准确性，棱镜2选为横截面为底角为45°的等腰梯形的熔融石英材质的四棱柱，熔融石英的折射率约为1.46，油脂的折射率约为1.47，当光束以45°角从棱镜内入射到空气时，光束将发生全反射，从而所有光强均被光接收器3接收。等腰梯形底边所在的棱柱侧面朝向头发并作为光源光线的全反射面，激光光束从等腰梯形第一腰所在的棱柱侧面垂直射入棱镜，经过全反射面进行全反射，从第二腰所在的棱柱侧面垂直射出棱镜，光接收器3为ccd图像传感器，贴合在第二腰所在的棱柱侧面的光线出射位置。当全反射面在头发上摩擦振动时，油脂会粘粘在透镜2的全反射面上，由于油脂密度较大，光线在棱镜内部不会发生全反射，部分光强折射出棱镜，导致出射至光接收器上的光强降低，通过出射光强的降低判断头发油腻度，当越多油脂4油珠粘粘在棱镜2上时，透射光强增加，通过测量ccd图像传感器上的反射光强获取头发油腻度信息。使用激光光源1照射头发，通过分析其吸收谱线，可以获取头发的理化性质。
图2为该智能洗头帽的结构示意图，该智能洗头帽包括帽体17、主控模块18、供水供气模块20和发质分析模块19，主控模块18控制振动器12、液压层9压力、供水供气模块20以及发质分析模块19。帽体17包括帽壳外层8、液压层9、乳胶层10、帽壳内层11、振动器12和防水套圈，帽体17从外向内为依次连接的帽壳外层8、液压层9、乳胶层10和帽壳内层11，振动器12机械固定在帽壳内层11上，帽壳内层11分布有网孔，当液压层9加压时，乳胶层10从网孔处凸起乳胶触头，乳胶触头对头皮压力与液压层9液压压力成正比，其中，帽体17的外在形状分为两种，一种是用于立式洗头的半球形，适用于在站立和坐着时使用的洗头帽，另外一种是后脑部带有平板的半球形，适用于平躺着使用的洗头帽。主控模块18包括处理器单元5、传感器单元6和通信单元7，传感器单元6包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。通信单元7为无线通信单元，通过无线信号连接至服务器16，并将洗头帽内获取的用户头发油性数据和头发机械性质数据传输至服务器16并存储在用户档案数据库中，为客户提供可追溯的发质数据服务，用户手机15通过服务器16向主控模块18发送控制指令。将用户头发相关数据存储在服务器16内，有益于向客户提供延伸服务，同时，发质的好坏往往反映用户身体的好坏，通过发质分析向客户展示其最近身体的状况。服务器16内用户档案数据库中存储着所有用户的发质数据，当一个用户的发质数据从主控模块18传到服务器16时，服务器16的处理器将会对该数据进行分析，将该发质数据与用户自己之前采集的数据作横向对比，并与同龄人的发质数据进行纵向对比，作比对的发质数据主要包括拉伸强度值和拉伸率β，其中拉伸强度值等于头发断裂过程中的最大拉力值，拉伸率β计算公式为：β=△l/l,其中，△l为头发形变长度值，l为头发形变前原长，当用户数据超过同龄人数据的平均值时，服务器16向用户手机15提示身体健康，当用户数据处于同龄人统计数据的30%-50%时，服务器16向用户手机15提示健康隐患，当用户数据处于同龄人统计数据的前30%时，服务器16向用户手机15提示存在健康风险。该智能洗头帽的洗发液模块包括洗发液存储管、微型步进电机和推进板，洗发液存储管内部存储着洗发液，洗发液存储管的顶端连通着橡胶软管，底端设有活塞式滑动的推进板，微型步进电机连接在推进板的底端，通过微型步进电机推动推进板挤出存储管内的洗发液，挤出的洗发液从橡胶软管流出至头发上，微型步进电机受处理器单元控制，接到处理器单元的信号后每次移动固定距离。洗发液存储管存储洗发液的部位为圆柱体，当微型步进电机移动固定距离时，固定体积的洗发液被从橡胶软管推出至头发上。
发质分析模块19包括油性分析单元13和机械性质分析单元14，油性分析单元13固定在帽壳内层11，与处理器单元5电连接，用于测量头发的油腻程度，包括光源、棱镜和光接收器，棱镜的一个侧面朝向头发，用于采集头发的油脂，光源的光线进入棱镜后，在上述侧面的棱镜与空气之间的界面上发生全反射，出射棱镜后被光接收器接收，光接收器用于测量反射光线的光强。机械性质分析单元14用于测量头发的机械强度性质数据，其数据用于调控乳胶触头对头皮的压力，机械性质分析单元14固定于帽壳外层8，包括夹具、位移传感器、拉力传感器和移动电机，头发一端无滑动固定在夹具上，另一端无滑动固定在移动电机上，位移传感器固定在移动电机上并与处理器单元5电连接，拉力传感器位于夹具与头发固定的位置，处理器单元5获取拉力传感器测得的拉力值和位移传感器测得的头发拉伸长度值并绘制拉力-拉伸长度曲线。服务器16通过对用户头发的拉力-拉伸长度曲线进行分析比对，能够准确获取健康用户的拉力-拉伸长度标准曲线，通过与标准曲线做对比，能够更加迅速获取用户的健康信息，比对的项目包括曲线最大值、曲线极值和曲线下降曲率指。机械性质分析单元14被用于用户发型以及发质机械强度分布的测量，其测量方法为：
s1：获取用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面五个区域的头发样本头发，样本头发需从发根部剪断；
s2：将夹具与移动电机紧贴，将头发一端无滑动地固定在移动电机上，然后将头发拉入夹具内，夹具固定头发的强度为使得头发在夹具内滑动的滑动摩擦力在0.5~1n之间，紧接着，头发会在夹具内无形变地滑动，当头发滑离夹具时，拉力传感器所测拉力值减少到0n，此时位移传感器所测的移动距离即为头发长度，最后，以s2中相同方法测量其它四个部位头发的长度；
s3：以五个部位头发的长度作为特征数据并通过与服务器16数据库做比对，获取用户当前的发型；
s4：按照权利要求3中的方法测量五个部位头发的拉伸强度值和拉伸率β，其中拉伸强度值等于头发断裂过程中的最大拉力值，拉伸率β计算公式为：β=△l/l,其中，△l为头发形变长度值，l为头发形变前原长。
帽壳内层11为通过五块弧状带网孔壳体通过滑动连接件拼装而成的帽壳结构，五块弧状带网孔壳体分别对应于用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面，任意一块弧状带网孔壳体上设有独立的振动器12，任意一块弧状带网孔壳体的振动与其它块弧状带网孔壳体的振动独立开来，处理器单元5通过客户头部五个区域的头发机械性质调整各壳体的振动幅度和频率。由于用户头发强度的分布不一，不能以一种揉洗频率和揉洗幅度揉洗整个头部，根据相应区域头发的强度分块地揉洗有益于头发的健康。各个弧状带网孔壳体之间通过橡皮筋进行连接，可以达到各弧状带网孔壳体之间振动相互独立的效果。
一种智能洗头帽的操作方法，适用于前述权利要求中任意一项，其特征在于，包括以下步骤：
s1：用户手机15通过扫描设于帽壳上或者梳妆镜面上的二维码连接至为洗头帽app服务的服务器16，用户对洗头帽的控制指令通过服务器16传达至洗头帽的主控模块18；
s2：通过权利要求6中所述的方法获取用户发型以及发质机械强度分布信息，同时处理器单元5获取拉力-拉伸长度曲线，并将相关信息和曲线传输至服务器16，服务器16将用户发型以及发质机械强度分布信息与数据库内数据进行对比，获取最佳揉洗力度、揉洗频率、揉洗幅度、揉洗方向、水温和烘干气体温度的设定程序，并将该设定程序发送至洗头帽主控模块18；
s3：洗头帽的主控模块18获取设定程序后，洗头帽帽壳内层11的振动器12开始工作，通过振动器12的带动，油性分析单元13的棱镜的全反射面通过与头发的摩擦，获取头发上的油脂，通过ccd图像传感器测量全反射面反射回的光强来判定用户头发的油脂含量，主控单元将油脂含量数据上传至服务器16内进行分析，判定用户的发质油性类型，将推荐的洗发液发送至用户手机15上并由客户确认；
s4：洗头帽首先对用户头发进行清水浸润，然后由客户选择合适的洗发液，最后按照设定程序通过乳胶触头对用户头发进行揉洗，分布在用户头部的前额部、头顶部、后脑部、左侧面和右侧面的五块分立的帽壳内层11上的五个振动器12各自独立的按照设定程序进行揉洗，揉洗完成后由供水供气模块20对头发进行清洗和烘干；
s5：在洗头过程中用户通过手机随时调节揉洗力度、揉洗频率、揉洗幅度、揉洗方向、水温和烘干气体温度，并在洗发完成后通过二维码进行手机扫码支付或者通过nfc手机支付或者通过rfid手机支付。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。