本发明涉及口罩技术领域，更具体地涉及一种口罩及其通风方法。
背景技术：
现有技术的口罩，它通过用户吸气时在口罩内形成的负压力把口罩外气体经口罩过滤层吸入口罩内，通过用户呼气时在口罩内形成的正压力把口罩内气体经口罩过滤层排出口罩。用户在吸气时形成的口罩内的负压力会阻止口罩内的气体流入用户的肺中，形成吸气阻力；在用户呼气时形成的口罩内的正压力会阻止用户肺中的气体呼出，形成呼气阻力。吸气阻力和呼气阻力合称呼吸阻力，呼吸阻力会让用户感觉呼吸困难。
现有技术的另一种口罩采用呼气阀，可以改善呼气阻力的问题。用户佩戴这种口罩，在吸气时呼气阀关闭；在呼气时，口罩内形成的正压力作用于呼气阀，当正压力大于一定值后，呼气阀会打开，有利于口罩内气体排出，使得正压力不会继续增加很多。但是，这种口罩的吸气阻力问题没有得到很好的改善，而且呼气时要使呼气阀打开，仍然需要一定的正压力，也就是仍然存在呼气阻力，所以，该口罩没有完全解决呼吸阻力问题。
现有技术中的一种方案，采用一个风扇用于送风和排风，需要切换正反转，不易实现送风和排风的迅速切换。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种口罩及其通风方法，处理器单元通过分析所述送风单元的气流、所述排风单元气流以及第一腔体内的气压，从而控制送风单元以及排风单元的工作状态，实现送风与排风的迅速切换，减少呼吸阻力。
根据本发明提供的一种口罩，其特征在于，包括：本体，与所述口罩用户的面部形成密闭的第一腔体，包括送风通道以及排风通道；送风单元，位于所述本体的所述送风通道上，用于将外界的气体输送至所述第一腔体；排风单元，位于所述本体的所述排风通道上，用于从第一腔体向外界排气体；处理器单元，安装在所述本体上，与所述送风单元以及所述排风单元电连接，所述处理器单元通过分析所述送风单元的气流、所述排风单元气流以及所述第一腔体内的气压，控制所述送风单元以及排风单元的工作状态。
优选地，还包括：第一过滤层，位于所述本体外侧，与所述本体形成密闭的第二腔体，所述送风单元将所述第一腔体与所述第二腔体连通。
优选地，所述第一过滤层包括通孔，与所述排风通道对应，所述排风单元通过所述通孔以及所述排风通道将所述第一腔体与外界连通。
优选地，所述送风单元包括第一风扇，所述排风单元包括第二风扇，所述第一风扇和/或所述第二风扇为轴流式风扇。
优选地，还包括：支架，用于支撑所述第一过滤层；套筒，位于所述排风通道以及所述通孔。
优选地，所述送风单元包括第一风扇，所述排风单元包括第二风扇，所述第一风扇和/或所述第二风扇为离心式风扇，还包括：侧通道，位于所述本体的贴近用户面部的一侧，将所述第二风扇与外界连通。
优选地，所述送风单元包括：第二过滤层，位于所述送风单元的一端；所述排风单元包括：呼气阀，位于所述排风单元的一端，使得外界的气体不能通过所述排风单元进入所述第一腔体。
优选地，还包括：气压传感器，与所述处理器单元电连接，用于感测所述第一腔体内的气压。
一种根据上述任一项的口罩通风方法，其特征在于，包括：利用气压传感器感测所述第一腔体内的气压；处理器单元通过分析所述送风单元的气流、所述排风单元气流以及第一腔体内的气压，控制所述送风单元以及排风单元的运转。
优选地，所述送风单元以及排风单元的运转包括：在吸气周期内，送风单元以及排风单元运转使得第一腔体内气压向着增压的方向；在呼气周期内，送风单元以及排风单元运转使得第一腔体内气压向着减压的方向。
根据本发明的口罩，处理器单元通过分析所述送风单元的气流、所述排风单元气流以及第一腔体内的气压，控制所述送风单元以及排风单元的工作状态。具体地，在吸气周期内，送风单元以及排风单元运转使得第一腔体内气压向着增压的方向；在呼气周期内，送风单元以及排风单元运转使得第一腔体内气压向着减压的方向，使用分离的送风单元和排风单元可以实现送风和排风的迅速切换，也可以方便地实现送风单元和排风单元交替工作、送风单元恒定送风和排风单元波动排风、排风单元恒定排风和送风单元波动送风等不同工作模式。
位于口罩本体外侧的第一过滤层与本体形成密闭第二腔体，送风单元将第一腔体与第二腔体连通。当用户吸气时，由于送风单元的作用，使得第一腔体的气压低于大气压，在第一过滤层内外形成气压差，使得外界气体经过第一滤层过滤后被吸入口罩第二腔体，补充了第二腔体的气体，从而使得送风单元更容易的将气体输送至第一腔体内。
送风单元的第一风扇以及排风单元的第二风扇也可以为离心式风扇。由于离心式风扇的体积小，并且气流流入方向大致平行于旋转轴，流出方向与旋转轴垂直，可以将第二风扇设置于本体贴近用户面部的一侧，不仅可以减小口罩的厚度，而且可以不用在第一过滤层开孔，从而使得过滤层的制造工艺简化，降低成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1a示出本发明的第一实施例的口罩的侧视图；
图1b和图1c分别示出本发明的第一实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径；
图2a和图2b示出本发明的第二实施例的口罩的立体图和侧视图；
图2c和图2d分别示出本发明的第二实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径；
图3a和图3b示出本发明的第三实施例的口罩的立体图和立体分解图；
图3c示出本发明的第四实施例的口罩的剖视图；
图3d和图3e分别示出本发明的第三实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径；
图4a和图4b示出本发明的第四实施例的口罩的立体图和立体分解图；
图4c示出本发明的第四实施例的口罩的剖视图；
图4d和图4e分别示出本发明的第四实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径；
图5a至图5e为处理器单元分析送风单元的气流、排风单元气流以及第一腔体内的气压的原理图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1a示出本发明的第一实施例的口罩的侧视图。
请参照图1，本发明的第一实施例的口罩100包括本体110、送风单元120、排风单元130、处理器单元(图中未示出)、气压传感器150、电池单元(图中未示出)以及电路板(图中未示出)。其中，本体110可以与口罩100用户的面部900形成密闭的第一腔体113。本体110包括送风通道以及排风通道，分别用于安装送风单元120以及排风单元130，使得安装送风单元120以及排风单元130分别位于本体110上。送风单元120包括第二过滤层123，位于送风单元120的一端，进一步地，第二过滤层123位于送风单元120接近第一腔体113的一端，并且送风单元120将外界与第一腔体113连通，用于过滤通过送风单元120进入第一腔体113的气体。排风单元130用于将第一腔体113的气体输送到外界；排风单元130包括呼气阀133，位于排风单元130的一端，进一步地，呼气阀133位于排风单元130远离第一腔体113的一端，将外界与第一腔体113隔离，防止当排风单元130停止工作时，外界的气体进入第一腔体113。电池单元位于本体110上，与处理器单元连接，用于给处理器单元、气压处理器、送风单元120以及排风单元130提供电压。电路板位于本体110上，与处理器单元连接。
送风通道与排风通道的轴线可以呈锐角，例如成45度。送风通道和排风通道在本体110上可以上下分布，或者送风通道和排风通道在本体110上可以左右分布。进一步地，本实施例中的送风通道与排风通道在口罩100本体110上上下分布，输送进第一腔体113的气体和输出第一腔体113的气体的流动方向也成锐角，可以增加用户佩戴口罩100呼吸的舒适感。
处理器单元位于本体110内部，与送风单元120以及排风单元130电连接。气压传感器150位于第一腔体113内，与处理器单元电连接。处理器单元通过分析送风单元120的气流、排风单元130气流以及第一腔体113内的气压，控制送风单元120以及所述排风单元130。具体地，在用户吸气周期内，送风单元120以及排风单元130的运转使得第一腔体113内气压向着增压的方向；在用户呼气周期内，送风单元120以及排风单元130运转使得第一腔体113内气压向着减压的方向。其中，送风单元120以及排风单元130可以同时工作，也可以送风单元120或者排风单元130单独工作。
本发明第一实施例的口罩100，处理器单元能够更加智能地调整送风单元120以及所述排风单元130的工作状态，从而能够更好的适应用户的实际呼吸，减小呼吸阻力。不仅可以实现送风单元120与排风单元130工作的迅速切换，而且设置的单独气压传感器150可以节约口罩100的制造成本。
图1b和图1c分别示出本发明的第一实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径。本发明第一实施例的口罩100的工作原理如下：
如图1b所述，当送风单元120开启时，气流经送风单元120的第二过滤片过滤送入口罩100的第一腔体113中，气流的流动方向如虚线a1所示，送入的气体可以增加第一腔体113中的气压，从而减小了用户在吸气时的阻力。
如图1c所述，当排风单元130开启时，排风单元130将用户呼气时排出的气体通过呼气阀133排到外界，气流的流动方向如虚线b1所示。排出第一腔体113的气体可以减小第一腔体113中的气压，从而减小用户在呼气时的阻力。
图2a和图2b示出本发明的第二实施例的口罩的立体图和侧视图。本发明第二实施例的口罩200与第一实施例的口罩100类似，为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
请参照图2a和图2b，本发明的第二实施例的口罩200包括本体210、送风单元220、排风单元230、处理器单元(图中未示出)、气压传感器250、电池单元(图中未示出)以及电路板(图中未示出)。第二实施例的口罩200与第一实施例的口罩100主要区别至少在于：口罩200还包括第一过滤层260，第一过滤层260位于本体210外侧，与本体210形成密闭的第二腔体261。第一过滤层260覆盖送风单元220，使得送风单元220将第一腔体213与第二腔体261连通。电池单元以及电路板位于第二腔体261内部的下方。第一过滤层260包括通孔，与本体210的排风通道对应，排风单元230通过通孔以及排风通道将第一腔体213与外界连通。
由于送风单元220的作用，使得第一腔体213的气压低于大气压，在第一过滤层260内外形成气压差，从而使得外界气体经过第一滤层过滤后被吸入口罩200第二腔体261，补充了第二腔体261的气体，大面积的过滤层减小了送风单元220的输送阻力。
图2c和图2d分别示出本发明的第二实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径。本发明第二实施例的口罩200的工作原理如下：
如图2c所示，当送风单元220开始工作时，会产生从第二腔体261流入第一腔体213的气流，气流的流动方向如虚线a2所示，气流流入第一腔体213中，使第一腔体213中的气压增加。
如图2d所示，当排风单元230开始工作时，会产生通向呼气阀233的气流，气流的流动方向如虚线b2所示，将用户呼出的气体通过呼气阀233排到外界。排出第一腔体213的气体可以减小第一腔体213中的气压，从而减小用户在呼气时的阻力。
图3a和图3b示出本发明的第三实施例的口罩的立体图和立体分解图，图3c示出本发明的第三实施例的口罩的剖视图，图3d和图3e分别示出本发明的第三实施例的口罩的送风过程以及排风过程，其中图3c为图3a中根据a-a所示的剖面图。本发明第三实施例的口罩300与第二实施例的口罩200类似，为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
请参照图3，本发明的第三实施例的口罩300包括本体310、送风单元320、排风单元330、处理器单元(图中未示出)、气压传感器350、电池单元351以及电路板352。第三实施例的口罩300与第二实施例的口罩200主要区别至少在于：本实施例的口罩300还包括支架370以及套筒380。其中，支架370用于支撑第一过滤层360，支架370的形状可以与第一过滤层360的形状对应，位于第二腔体361内部。套筒380位于本体310的排风通道以及第一过滤层360的通孔上，用于支撑排风单元330。送风单元320包括第一风扇321，排风单元330包括第二风扇331，第一风扇321和/或所述第二风扇331为轴流式风扇。电池单元351以及电路板352位于第二腔体361内部。
第三实施例中的支架370可以保证口罩300本体310与第一过滤层360形成的第二腔体361的形状不变，空间大小不变，进一步保证在第一过滤层360内外形成气压差，使得外界气体经过第一滤层360过滤后被吸入口罩300第二腔体361，补充了第二腔体361的气体。位于本体310的排风通道以及第一过滤层360通孔的套筒380可以避免排风单元330的第二风扇331将第一腔体313的气体误输送入第二腔体361，保证排风单元330将第一腔体313内部的气体通过呼气阀333输送至外界，从而可以保证该口罩300的排气性能。
位于送风单元320的第一风扇321以及位于排风单元330的第二风扇331可以增强输送空气的动力，从而提高该实施例口罩300的性能，送风单元320的气流的流动方向如虚线a3所示，排风单元330的气流的流动方向如虚线b3所示。
图4a和图4b示出本发明的第四实施例的口罩的立体图和立体分解图，图4c示出本发明的第四实施例的口罩的剖视图，其中图4c为图4a中根据a-a所示的剖面图。本发明第四实施例的口罩400与第三实施例的口罩300类似，为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
请参照图4a和图4b，本发明的第四实施例的口罩400包括本体410、送风单元420、排风单元430、处理器、气压传感器450、支架470、电池单元451以及电路板452。第四实施例的口罩400与第三实施例的口罩300主要区别至少在于：本实施例的口罩400还包括侧通道490，位于口罩400本体410的贴近用户面部900的一侧，将第二风扇431与外界连通，用于将通过第二风扇431排出的垂直于轴线的气体输送至外界。所述送风单元420包括第一风扇421，所述排风单元430包括第二风扇431，所述第一风扇421和/或所述第二风扇431为离心式风扇。由于离心式风扇的气流流入方向大致平行于旋转轴，流出方向与旋转轴垂直，在本体410上可以只设置一个送风通道，并没有排风通道。第一风扇421安装于送风通道内，第一风扇421可以将第二腔体461内部的气体输送至第一腔体413内，并且气体可以从第一风扇421的侧边进入第一腔体413。第二风扇431安装于本体接近第一腔体413一侧的位置，通过位于第二风扇431侧边的侧通道490，将第一腔体413内的气体输送至外界。本实施例的第一过滤层460可以将排风单元430以及送风单元420完全覆盖。呼气阀433可以位于侧通道490出口的一端。
由于离心式风扇的气流流入方向大致平行于旋转轴，流出方向与旋转轴垂直，使得离心式风扇的体积小，并且可以将第二风扇431设置于本体410贴近用户面部的一侧，不仅可以减小口罩400的厚度，而且可以不用在第一过滤层460上为排气通道开孔，从而使得第一过滤层460的制造工艺简化，降低成本。
图4d和图4e分别示出本发明的第四实施例的口罩的送风单元以及排风单元的气流路径。本发明第四实施例的口罩400的工作原理如下：
如图4d所示，当送风单元420工作时，会产生从第二腔体461流入第一腔体413的气流，气流的流动方向如虚线a4所示，气流从第一风扇421的侧边流入第一腔体413中。
如图4e所示，当排风单元430工作时，产生通向侧通道490的气流，将用户呼出的气体通过位于侧通道490的呼气阀433排到外界。排出第一腔体413的气体可以减小第一腔体413中的气压，从而减小用户在呼气时的阻力。
此外，本发明的第三实施例以及第四实施例中的第一风扇和第二风扇可以设置成不同类型的风扇，即第一风扇和第二风扇的其中一个风扇为轴流式风扇，另一个为离心式风扇。
图5a至图5e为处理器单元分析送风单元的气流、排风单元气流以及第一腔体内的气压的原理图。
请参照图5，根据本发明口罩的处理器单元分析送风单元的气流、排风单元的气流以及第一腔体内的气压的原理如下：
如图5a所示，当未开启送风单元与排风单元时，第一腔体内的气压信号向上波动501是人在呼气时在口罩中产生的正压力所致，气压信号向下波动502是人在吸气时在口罩中产生的负压力所致。对波动的气压信号取平均值(或者取信号的直流分量)，可以得到阈值，如图5a中虚线503所示，这个阈值用于近似估算人的呼吸状态：气压信号在虚线503之上的时间段内可以近似判定人在呼气，气压信号在直线503之下的时间段内可以近似判定人在吸气。
如图5b所示，在打开送风单元或排风单元后，会对气压的波动产生反作用，理想情况下甚至可以使气压波动为零。虚线601表示未开启送风单元和排风单元时人呼吸所产生的气压波动，实线602表示开启送风单元和排风单元后气压的波动，可以看到气压波动被抑制。为正确感知人的呼吸节拍，可以用送风单元和排风单元的气流流量补偿气压信号。
气流流量可以用送风单元的风扇转速来近似，如图5c表示送风单元转速随时间的变化；如图5d表示排风单元转速随时间的变化。补偿气压信号为本发明中处理器单元计算出的第一腔体内的气压。
其中，补偿的一种方法是使用如下的补偿公式：补偿后的气压信号＝补偿前的气压信号-送风单元转速*系数1+排风单元转速*系数2。其中，系数1和系数2都可以通过实验测定的常数。
补偿后的气压信号又可以像图5a一样用于判断呼吸节拍，如图5e所示。图5e中，虚线701表示补偿前的气压波动曲线，直线702表示补偿后的气压波动曲线。
因此，本发明实施例的口罩能够更加智能地调整送风单元以及所述排风单元的工作状态，从而能够更好的适应用户的实际呼吸，减小呼吸阻力。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。