本申请总体上涉及提供免受环境危害的面部防护领域，环境危害诸如受污染的空气、电磁辐射(例如，紫外线辐射)和投出的抛掷物或流体。
背景技术：
许多环境，包括现代城市生活的环境，造成人类受到如污染空气和投射颗粒或流体等环境危害的轰击的状况。对于经常旅行的人(诸如徒步或骑自行车者)或者在室外环境中工作的人来说，情况尤其如此。另外，这些人受到电磁辐射，诸如紫外线辐射，特别是在白天旅行和室外工作期间。因此，需要一种便利的、美学上令人愉悦的、舒适的且快速穿戴的防护设备，其为面部提供保护以免受环境危害，如抛出的抛掷物或流体、电磁辐射(包括紫外线辐射(uv))、空气中的有毒或有害物质，以及常见的空气质量差。但是，以前试图解决这种需求的尝试已经不能以便利和成本有效且高效的方式同时解决这些广泛的危害。本申请提供了一种有效的节能的面部防护系统，其保护面部、眼睛和嘴部免受不良空气、颗粒物质和包括uv的电磁辐射，同时还向呼吸系统提供净化空气呼吸空气。从以下结合附图的描述中可以看出本申请的其它方面和优点。
技术实现要素：
本申请的一个方面涉及一种用于向有需要的受试者提供空气和防止环境危害的系统，包括：壳体，其具有空气进口和空气出口；空气净化系统，其接收已经过壳体的空气进口的空气；空气输送系统，优选为柔性的，其输送已经过空气净化系统并经过壳体的空气出口的空气；歧管空气输送系统，其接收来自空气输送系统的空气；第一空气供应系统，其接收来自歧管空气输送系统的空气，其中第一空气供应系统包括允许在保护片罩与受试者面部之间的空间中定向气流的一个或多个孔口，其中保护片罩位于受试者面部的前方；第二空气供应系统，其接收来自歧管空气输送系统的空气，其中第二空气供应系统包括允许在保护片罩与受试者面部之间的空间中定向气流的一个或多个孔口；并且其中来自第二空气供应系统的孔口的定向气流相对于来自第一空气供应系统的孔口的定向气流处于环绕方向上。在特定实施例中，壳体具有包括空气推进系统、能量存储系统或能量生成系统、以及控制电路的内部，控制电路控制空气推进系统、能量存储系统或能量生成系统。在进一步的实施例中，空气净化系统位于壳体的内部。
本申请的另一方面涉及一种用于向有需要的受试者提供空气和防止环境危害的方法，包括：通过壳体的空气进口拉动空气；使空气经过空气净化系统；通过壳体的空气出口排出空气并使空气进入柔性空气输送系统；将空气通过柔性空气输送系统供给到歧管空气输送系统中；将空气通过歧管空气输送系统输送到第一空气供应系统和第二空气供应系统；将第一空气供应系统和第二空气供应系统定位在保护片罩上，其中第一和第二空气供应系统的位置在保护片罩上不重叠；将第一空气供应系统和第二空气供应系统集成到保护片罩上的位置中；将保护片罩放置在受试者面部的前方；当保护片罩位于受试者面部的前方时，在受试者面部之上引导来自第一空气供应系统的气流，其中第一空气供应系统中的一个或多个孔口控制来自第一空气供应系统的气流的方向；当保护片罩位于受试者面部的前方时，在受试者面部之上引导来自第二空气供应系统的气流，其中第二空气供应系统中的一个或多个孔口控制来自第二空气供应系统的气流的方向；当保护片罩位于受试者面部的前方时，定向第一空气供应系统和第二空气供应系统的孔口，使得来自第二空气供应系统的气流的方向相对于来自第一空气供应系统的气流的方向处于环绕方向上。
本申请的另一方面涉及一种用于将净化空气输送到有需要的受试者面部的设备，包括：空气净化系统，其中空气净化系统经由封闭空间附接到歧管空气输送系统；支撑系统，其支撑歧管空气供应系统并将歧管空气供应系统连接到保护片罩；第一空气供应系统和第二空气供应系统，其连接到保护片罩；第一空气供应系统中的一个或多个孔口，其定向成当保护片罩位于受试者面部的前方时在受试者面部之上引导气流；第二空气供应系统中的一个或多个孔口，其定向成当保护片罩位于受试者面部的前方时在受试者面部之上引导气流；并且其中第二空气供应系统的孔口定向成相对于来自第一空气供应系统的孔口的气流在环绕方向上引导气流；并且进一步地，其中支撑系统、歧管空气供应系统、保护片罩以及第一空气供应系统和第二空气供应系统被集成为形成单个单元。在一个实施例中，保护片罩包括液晶面板，其中液晶面板允许光透射从全透明或接近全透明到显著光衰减的可调节调制。在一个实施例中，该设备附接到车辆，其中设备由车辆支撑，并且进一步地，其中车辆的乘员接收由设备引导的气流。在一个实施例中，车辆是婴儿车或轮椅。在一个实施例中，其中该设备还包括污染传感器。在一个实施例中，污染传感器向受试者传达污染水平升高到阈值水平以上的警告。在一个实施例中，空气净化系统被修改以对高污染水平的检测做出响应。在一个实施例中，该设备包括注入系统，用于将气流注入到从包含额外气体的存储系统提供的气流中。在一个实施例中，该设备包括可手动地或自动地控制的外部和/或内部灯，以在黑暗条件期间提供照明。在一个实施例中，该设备包括至少一个或多个扬声器和麦克风，其中扬声器或麦克风相对于保护片罩位于内部或外部，或者位于内部和外部。在一个实施例中，该设备包括耳塞或耳罩。在一个实施例中，该设备包括检测用户周围的风流的气流传感器。在一个实施例中，该设备包括内置的相机，其中该内部相机面向用户和/或位于外部，其中外部相机面向与用户视角相同的方向。在一个实施例中，该设备包括选自由以下传感器组成的群组的健康传感器：用于用户温度、血压、呼吸速率、肺容量、耗氧量、co2产生量、心率、脑电波、水合状态、肤色、皮肤电导率、眼睛扩张或眼睛白色的传感器。在一个实施例中，该设备包括选自由以下组成的群组的定量设备：喷雾器、汽化器、雾化器、蒸发器，吸入器或电喷雾设备。在一个实施例中，该设备包括无线通信单元，其中无线通信单元与受试者佩戴的其它设备进行通信。在一个实施例中，该设备接收来自其它设备的关于污染、交通或热量的通信。
附图说明
结合附图考虑以下详细描述，本申请的上述和其它目的及优点将显而易见。
图1示出了组装的面部防护系统。
图2示出了面部防护系统的空气过滤系统部件的内部。
图3示出了面部防护系统的头戴式设备部件。
图4示出了从头戴式设备部件的下侧的角度看容纳在头戴式设备部件内的第一和第二空气供应系统。
图5示出了第一空气供应系统的细节。
图6示出了第二空气供应系统的细节。
图7示出了优选实施例的头戴式设备和气流模式的各方面。
图8示出了从头戴式设备部件的下侧的角度看容纳在与保护有关的头戴式设备部件内的第一和第二空气供应系统。
图9从内部(用户的视角)示出了头戴式设备部件，示出了第一和第二空气供应系统的气流模式。
图10示出了头戴式设备部件及第一和第二空气供应系统的优选实施例的气流以及第二空气供应系统如何大致围绕用户的面部。
图11从前部以优选肩带实施例示出了本发明，其中所有系统(能量存储器、空气推进器、空气净化器、空气供应和控制系统)都构建在肩带内。
图12从后部以优选肩带实施例示出了本发明，其中所有系统都构建在肩带内。
图13示出了本发明的肩带实施例的示意图以及空气如何流动。
图14示出了本发明是如何模块化的，其中分离的空气供应系统被佩戴在身体上并且具有空气输送的保护片罩被佩戴在头部上。
图15示出了本发明如何可以由车辆(在这种情况下是自行车)支撑，以获得最大的舒适度。
图16示出了本发明如何可以由车辆(在这种情况下是婴儿车)支撑并且因此向密封空间的内部提供空气。
图17示出了具有可闭合裙部的头戴式保护片罩和空气输送系统，用于极高污染环境中，以及保护片罩本身如何可以形成第二和/或第一空气供应系统的一部分。
图18示出了关于污染状态和从它们的传感器测量的其它数据进行相互通信的设备。
图19示出了空气质量指示和警告、音频和视频数据采集和处理及增强现实特征。
具体实施方式
根据其示范性实施例给出用于执行本发明的一些方式，在下文中进行讨论。然而，本发明不限于所描述的实施例，并且本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的基本概念的情况下，本发明的许多其它实施例是可能的，并且任何此类变通方案也将落入本申请的范围。可以想象，本发明的其它类型和配置可以容易地结合到本发明的教导中，并且为了清楚和公开的目的而不是为了限制范围，仅示出和描述特定的配置。
这里使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制说明书或权利要求的范围。如在整个申请中所使用的，词语“可以”以容许意义(即，意味着潜在地…)而不是以强制性意义(即，意味着必须)使用。这里的术语“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项目。“或”的使用意味着“和/或”，除非另有说明或者“和/或”的使用明显不合适。“一”的使用意味着“一个或多个”，除非另有说明或者“一个或多个”的使用明显不合适。“包含”、“包括”的使用是可互换的，而不旨在是限制性的。此外，在对一个或多个实施例的描述使用术语“包含”的情况下，本领域技术人员将理解，在一些特定情况下，可以使用语言“基本上由...组成”和/或“由...组成”来替代地描述该或这些实施例。
定义
如本文所用的术语“能量存储系统”是指存储并且然后存取能量的一些系统或装置，并且可以包括化学能量存储系统，诸如电池(可充电或不可充电)、液流电池或燃料电池；电气系统，诸如电容器或超级电容器；电磁系统，诸如超导磁能量存储系统；或机械存储系统，诸如飞轮或飞轮电池、包括微机械或纳米技术弹簧(诸如碳纳米管弹簧)的弹簧、或压缩气体；或使用热电池、热电偶、热电堆或热电子转变器或其它存储能量的装置进行热存储。
如本文所用的术语“能量产生系统”是指向本发明提供能量以进行工作的系统，并且可以指代太阳能系统，如太阳能电池或太阳能蓄电池；将动能转化为电力的系统(包括电磁感应系统，诸如将动能转化为电能的发电机、直流发电机或交流发电机；静电发生器；以及压电系统)；依靠核转变的系统(诸如贝塔伏特电池)；将热量转化为运动或电力的系统，诸如涡轮机或往复式发动机，其中的任一种都可以由诸如碳氢化合物(包括但不限于天然气、柴油、汽油、机油等)的燃料、诸如氢的气体、或诸如化学品或生物质的其它材料驱动；以及风力系统，诸如风车。
如本文所用的术语“空气推进系统”是指能够使空气移动或加压的系统，并且可以指代风扇，诸如轴流式风扇、螺旋桨式风扇、离心式风扇(通常称为“鼠笼”或“鼓风机”)、混流式风扇、叶片风扇、waddle风扇、横流式风扇、波纹管、利用康达效应的风扇、静电风扇、涡轮机和空气压缩机，包括往复式、摇摆活塞、旋转螺杆、回转涡旋、旋转滑动叶片或旋转离心式空气压缩机等。空气推进系统利用能量来推动空气，因此通常耦接到将所存储或产生的能量转化成机械运动的设备，包括但不限于马达、涡轮机或发动机或本领域技术人员已知的其它装置。
如本文所用的术语“空气净化系统”或“空气供应系统”是指能够从气态介质，特别是空气中去除污染物或其它不期望的物质的系统或部件，并且可以指代过滤器(具有许多不同的材料类型和形式，诸如但不限于hepa过滤器、织物、纸张、泡沫、褶皱、蜂窝、丸粒、筒、厚床垫、编织物、包括人造纤维和天然纤维(诸如麻或可可纤维)的纤维、极化介质、陶瓷膜、陶瓷垫、填充床、丸粒、珠粒、颗粒、碳材料(诸如活性炭)、二氧化钛和可以使用各种原理的材料，这些原理包括但不限于应变、吸附、内部分离、截留、扩散、静电吸引，以及机械和静电吸引的组合)；其中颗粒可以沉降的沉降室；利用颗粒电荷或颗粒电离的技术，诸如静电除尘器、带电液滴洗涤、电动雨帘；洗涤器，诸如板、填充床、喷雾器、文氏管、旋风挡板、冲击夹带或流化床洗涤器；湿过滤技术，诸如喷雾室或通过诸如水的液体来鼓泡空气；旋风分离技术；或高梯度磁选。这些空气净化系统可以组合使用。这些空气净化系统还可以包括灭菌技术，包括但不限于光催化氧化(pco)，特别是但不限于具有uv照射的二氧化钛表面上的pco、uv光、诸如银或铜涂层或颗粒或双胍涂层或化合物(在本领域技术人员已知的许多其它化合物中)的杀生表面、热或巴氏消毒系统、物理修剪病原体的装置、或放射性灭菌装置，以及本领域普通技术人员已知的其它方法。
空气净化系统还可以并且在优选实施例中确实包括能够催化反应的系统或步骤，此类催化技术通常但不是必须整合到过滤器或类似过滤器的元件中，这对于本领域技术人员来说是熟悉的和已知的，并且处理、分解或除去不期望的物质，诸如一氧化碳(co)、臭氧(o3)、二氧化硫(sox)、氮氧化物(nox)、硫化氢(h2s)和类似的空气传播硫化合物等，诸如硫醇、有机硫化物、噻吩化合物、硫醚和有机亚矾、挥发性有机化合物(vocs)，诸如碳氢化合物、有机溶剂、卤化有机化合物、苯和相关化合物等等，其中包括对健康和保健有不利影响的那些化合物以及具有有害气味的那些化合物。催化剂可以单独地或组合地包括非均相或均相催化、有机催化、多功能固体，诸如沸石、氧化铝、高级氧化物、石墨碳、纳米粒子、纳米点和大块材料的小面、过渡元素和后过渡元素，诸如镍、铜、银、铬、锰、镁、钒、钛、钯、铂、金、钌、铑或铱等。
如本文所用的术语“传感器”可以指代作为一种类型的传感器的部件，其检测环境中的事件或变化并且提供相应的输出通常作为电信号、光信号或机械信号。在此，传感器包括但不限于加速度计、气体传感器、加速度传感器、位移传感器、运动传感器、接近传感器、环境光传感器、照相机，以及光敏或感光传感器、湿敏/湿度传感器、陀螺仪、罗盘、麦克风、多种类型的温度探测器、化学传感器、压力传感器、流量传感器、冲击传感器、检测辐射的传感器(例如气态离子化检测器(如geiger-müller管、离子化室或比例计数器)、闪烁计数器、半导体检测器(诸如硅、金刚石、锗、或碲化镉(碲化锌)探测器，以及类似的剂量计或验电器等)，以及包括但不限于uv光谱和太阳辐射的电磁辐射传感器，以及包括在本文的其它部分中列出的那些传感器。当提及传感器时排除一种或一类传感器并不排除将其包括在本发明的另一个实施例中。应理解，该设备不断地记录其所有传感器的结果并且可以根据用户需求生成数据库、报告或结果。
如本文所用的术语“压力传感器”可以包括压阻应变仪、使用膜片的电容式压力传感器、通过电感(磁阻)的变化、lvdt、霍尔效或通过涡流原理来测量膜片位移的电磁传感器、利用压电效应的压力传感器、使用光纤的物理变化来检测由于施加的压力引起的应变的光学压力传感器、利用沿着电阻机构的擦拭器的运动来检测由施加的压力引起的应变的电位压力传感器。以及本领域技术人员已知的共振、离子化和热压力检测系统等。需要注意的是，压力传感器类别通常与检测机械运动或应力的传感器类似或相同，并且流量传感器通常使用相同或相似的原理。
如本文所用的术语“污染传感器”是指检测或测量空气质量的传感器，并且可以包括为适应当前的特定环境及它可能含有的污物所选择的各种传感器和技术。传感器可以是颗粒物质检测器，其通常利用离子化、光电或光学效应来检测和/或测量颗粒。在离子化检测器中，放射性同位素在空气中产生电离，检测到这种电离，并且悬浮颗粒的浓度将调整这种电离。在光学检测器中，光路暴露于含有一定浓度颗粒的空气中。根据颗粒的大小及其浓度，它会在一定程度上被吸收和分散，这两者都可以被检测到。要注意的是，利用长检测路径或者在光学系统中通过反复反射使光路变长的路径可以获得额外的灵敏度。气体、挥发性有机化合物和生物化合物可以通过各种检测器来感测，这些检测器可以包括质谱检测、具有抗体的碳纳米管、或抗体、化学表面改性的微机电系统(mems)传感器，具有光学检测的化学机械感测和具有电子检测的电容式感测，量热或催化床，催化场效应传感器(mosfet)，导电聚合物，电化学，金属氧化物半导体(mos)，光学传感器，石英晶体微天平，具有针对co2的基于聚合物-或杂聚硅氧烷的敏感层的选择传感器，二氧化锡co检测器，陶瓷晶片上的sno2-agh2s传感器，氧化钇稳定氧化锆(ysz)氧传感器，nox和sox检测器，光学臭氧检测器，气体分析仪，非色散红外传感器，红外点传感器，电子鼻和表面声波传感器等，以及本领域普通技术人员已知的其它方法。
如本文所用的术语“气流监测器”或“气流传感器”是指能够检测和/或测量诸如空气的气体的流量的一些部件或系统，并且可以指代涡旋原理气流传感器、固态气流传感器或光机械传感器(通常具有微悬臂)、转子流量计、弹簧和活塞流量计、超声波流量计、涡轮流量计、叶轮传感器、风速计或热线风速计，以及本领域普通技术人员已知的其它方法。
用于防护空气污染的系统
本申请的一个方面是一种用于防护用户的面部免受存在于空气中的污染危害的系统。图1示出了用于防护空气污染的系统的一个优选实施例。壳体(101)包含空气推进系统(102)和空气净化系统(103)，以通过吸入可能含有污染物的空气的空气进口(104)从空气中除去污染物。壳体还可以包含全部或部分互连的能量存储系统、能量生成系统和空气推进系统以及控制电路。在一些实施例中，典型地代表本发明重要性的主要部分的能量生成系统和/或能量存储系统可以与壳体分开。壳体设计为适合运输和使用；在优选实施例中，其重量轻并且便于穿戴和脱下。在一个实施例中，该壳体可以附着到用户的服装和从其移除。由于希望平衡壳体的重量与其便携性的考虑因素，因此对于极轻质和便携设计的实施例可能降低净化空气生成能力。在另一实施例中，通过诸如夹子、带子、绳子、维可牢尼龙搭扣的一些便利装置或其它方法，将该壳体固定到便利位置，诸如用户的臀部或腰带(参见图14)，其它方法诸如放在肩膀上作为肩包，放在手臂或手腕之下、之上或周围作为背包，或者由颈部、肩膀或头部支撑。它也可以被携带或放置在用户旁边的位置，诸如放置在就座时的桌子上或驾驶时的座椅上。壳体设计为便携式和多功能的，随着用户移动，在用户活动期间提供保护。本领域技术人员将理解，任何壳体以及携带该设备的装置的特定选择和设计并不限制本发明。
在优选实施例中，所有移动的空气在到达空气推进系统之前可首先通过空气净化系统；在这种情况下，空气推进系统吸入外部空气并排出净化空气。本领域技术人员将理解，任何能量存储系统、能量生成系统或空气推进系统的特定选择和设计并不限制本发明。同样，本领域技术人员将认识到，空气净化系统可以放置在空气推进系统之后而不是之前，并且这种布置可能需要定期清洁空气推进系统，因此不太合乎需要。
空气进口可以连接到用作空气净化系统的过滤器(103)。在优选实施例中，空气净化系统的可消耗元件(诸如但不限于过滤器)易于接近且可更换，例如通过形成为易于更换的筒状单元，其可以是一次性的和/或可回收的。在某些实施例中，空气净化系统可以不在壳体内，在这种情况下，空气净化系统将位于排出壳体的气流之间，可能位于柔性空气输送系统内，并且在空气歧管系统之前。本领域技术人员将理解，任何过滤器以及在空气推进系统之前或之后的空气净化系统的布置的特定选择和设计并不限制本发明。
空气推进系统和空气净化系统具有与控制电路(还参见图11，1101)接口的控制器(105a)和指示器(105b)。控制器和控制电路最少包括控制空气推进系统的装置，并且例如在电驱动系统中至少是简单的开/关开关。控制器和控制电路还可以根据外部状况(像风一样)、空气净化系统状况(诸如变脏的过滤器)或用户状况(诸如吸入或偏好的气流)等因素例如通过调节空气推进系统的速度或功率来控制输送空气的体积和压力。控制器和控制电路的确切性质将取决于用于空气推进系统的驱动系统的性质。在各个实施例中，控制器和控制电路的复杂程度从简单的开关到具有显著处理能力的计算机。整个机械系统中的控制器将有所不同。例如，在从飞轮获得旋转动力以直接驱动推进空气的装置的情况下，在这种情况下，可以全部或几何全部采用机械装置，例如变速器或变速传动装置。
空气出口(106)通向空气输送系统(107)，在优选实施例中，该空气输送系统是柔性的。包含在壳体内的空气推进系统设计为将空气排入空气出口并通过空气出口进入(优选为柔性的)空气输送系统中。净化空气可以经管道、软管、整流罩、挡板、通道、管子或能够将净化空气输送到歧管系统同时防止与未净化空气混合的其它封闭空间被携带通过空气输送系统。空气输送系统优选地由轻质材料制成，根据需要是柔性的，柔性例如通过使用柔性材料或可移动分段而赋予，并且设计成使得从空气供应到歧管系统的气体压力损失最小。由于轻质材料可以具有可折叠的薄壁，所以空气供应可以具有附加的支撑结构，诸如塑料或金属线圈来支撑它。本领域技术人员将理解，用于空气输送系统的任何材料的特定选择和设计并不限制本发明。在优选实施例中，空气输送系统可隐藏在美学上令人愉悦的设计(诸如侧袋或背包的肩带)内或者衣服内或衣服下。
柔性空气输送系统将净化空气从空气净化系统供应到歧管系统(108)。歧管系统向每个空气供应系统提供气体；任选地，歧管系统可以例如响应于环境状况或用户偏好而被动地或主动地调节输送到每个系统的气体的相对量。与空气输送系统一样，歧管系统优选地设计为轻质的并且最小化任何压力损失，而不干扰支撑系统的功能。歧管系统由管道、软管、整流罩、挡板、通道、管子或能够输送通过柔性空气输送系统供应的净化空气而不会与周围空气混合的其它封闭空间构成。在一个实施例中，保护片罩本身是歧管系统的一部分，空气设置在两个并置的保护片罩之间，其中最内部的片罩具有孔、孔口、筛网、端口或将空气引导到第一和第二空气供应的其它装置。
歧管系统可以并且在优选实施例中被构建在支撑系统(109)中，例如歧管系统可以全部或部分地由中空头部支撑件形成，所述中空头部支撑件将保护片罩定位在面部前方。作为歧管，歧管系统将来自柔性空气输送系统的净化空气分成至少两股下游气流：首先到达用户面部与保护片罩之间的空间(这表示大部分空气用于呼吸并置换污染的空气)，以及2)到达与保护片罩(110)集成的输送系统。用于在头部上或头部周围的歧管系统和保护片罩的支撑系统通常可以包含带子、夹子、条带、帽子、头戴式耳机、头盔或肩部支撑件，并且在优选实施例中，支撑系统利用至少部分地围绕头部的固定带子、条带或臂而将头戴式设备直接支撑在头部上。
虽然它作为歧管系统的一部分可以方便地加倍，但支撑系统的主要功能是将保护片罩保持在用户面部的前方。这个片罩可以固定在支撑装置上(即它不能翻转)或者它可以接合以便可以抬起它。保护片罩提供保护免于可能以其它方式接触用户的抛掷物、颗粒或流体，并且必须足够清晰以供用户透视。保护片罩可以由适合这种需求的任何材料制成，包含但不限于可透视的塑料、钢化玻璃、含铅玻璃、云母、透明复合材料或其它类似的透明或半透明材料。在优选实施例中，保护片罩弯曲以大致围绕和/或匹配用户面部的形状(也参见图10)。
在优选实施例中，所有的系统能够集成到由用户穿戴在他们身体上的一个单元中，或者被携带在袋子中或者车辆或诸如汽车、自行车或婴儿车的交通工具中或上(参见图14、15和16)。可以设想，所述设备还可以具有附件，以允许空气供应系统向不需要保护片罩的封闭空间(诸如汽车或婴儿车)提供空气(参见图15和16)。在特定实施例中，柔性空气输送系统可附着到或容纳在挎包、侧袋、扇形包等的肩带、带子或支撑条带内，使得例如壳体可容纳在挎包内，同时将空气便利地输送到用户的头部，并且当用户步行或骑自行车时，挎包的带子在用户的肩膀上方(见图11、12、13、14和15)。可替代地，壳体和空气净化系统可以带式安装或固定在用户的腰带上(见图14)。所有的系统也可以容纳在背包配置中，具有或没有用于存储其它物品的空间。在另一优选实施例中，壳体、空气净化系统和优选柔性空气输送系统的一部分完全集成到用户佩戴的肩带中，并通过分段使用而变得柔性(参见图11、12和13)。
在其它实施例中，系统被分成多个部件(例如，容纳壳体和空气净化系统的空气供应箱、空气供应系统管和单独的头戴式空气输送系统；参见图14)。进一步指出的是，能量存储系统或能量生成系统可能具有显著的重量，并且该重量通常随着能量的容量而增加。这个事实导致单元(尤其是能量存储/生成的装置和移动空气的装置)分离的优点，以延长单元寿命。类似地，可以有利的是提供其中所有部件系统集成并安装在通常佩戴在头部上的一个单元中的轻质(因此寿命较短)设备。
图2示出了壳体的实施例的内部视图。(也参见图7、8和9)。壳体示出为包含用于从空气除去污染物的过滤器(201)；能量存储系统(202a)；用于对能量存储系统再充填的接口(202b)；控制电路(203)；空气推进系统(204)；以及空气出口(205)。在包含空气供应系统的壳体的该实施例中以及由本专利特别考虑的实施例未示出的是监测所输送的空气的质量的装置，尤其是空气污染传感器及其相应的电路。本领域技术人员将理解，壳体内的各部件的特定布置和设计并不限制本发明。
在某些实施例中，在气流路径中的各个点处添加允许仅在一个方向上流动的止回阀，以防止风或其它环境气流将污染推入空气净化系统中。这样的阀可以包括球止回阀、隔膜式止回阀、旋启式止回阀或倾斜盘止回阀、截止止回阀和升降止回阀，以及纵贯单向阀，可以选择其中任何一种以优化本发明中存在的空气压力下的性能(通常是低压)。
在其它实施例中，可以添加连接到其它电子设备或电源的电力系统的接口，以便供应或释放所存储的能量，尤其是例如电池或电容器中的电荷以及飞轮电池中的物理动量(参见图2，202b)。特别设想的是，在空气净化系统由电池供电的情况下，通过usb端口提供的电力的接口与汽车的电气系统以及家庭和办公室的标准墙壁出口相接。这些接口通常是标准的，涉及连接器、必要时的电压转换和调节、电流调节、本领域普通技术人员已知的其它系统和方法。应该指出的是，压缩气体可以用作能量存储装置和/或净化空气或其它气体的来源，并且待供应的能量和/或气体可以通过简单地连接到较高压力的压缩气体源而被释放。最后，可以设想，通过包括非辐射技术(诸如包括谐振电感耦合的近场电感(磁)耦合或包括谐振电容耦合的电容耦合)的无线电力传输技术(wpt)或通过诸如大气等离子体通道耦合的电传导或通过磁耦合或通过远场辐射技术(如微波或激光)或者可替代地通过能量收集技术来对设备进行无线充电和/或无线供电。这些技术的实施对于本领域技术人员来说是清楚的。
图3示出了防护系统的头戴式设备部件的侧视图。头戴式设备连接到歧管系统(301)的将净化空气供应到具有孔口的第一空气供应系统(302)和具有孔口(303b)的第二空气供应系统(303a)的一部分。该设备具有任选的铰链(304)，其中保护片罩接合到支撑系统(305)，这使得用户能够在不从用户的头部移除头戴式设备的情况下抬起保护片罩。在支撑系统与保护片罩之间具有密封件(306)。在优选实施例中，保护片罩是可拆卸的、可互换的并且可适用于不同的设计、冲击强度或期望的气流模式。在某些实施例中，为了额外保护和密封，向头戴式设备添加织物、塑料、皮革、超细筛网或类似的合适材料的裙部，该裙部可以进一步隔离气流和用户的面部并且位于或附着到用户的上身或上身的某些部位或穿在身上的衣服，该裙部任选地可移除和可拆卸。在环境中含有或可能含有危险危害物(诸如空气传播的生物病原体或有毒的空气传播化学物质)的情况下，可将此裙部拉下紧贴皮肤，完全封闭空间，或者可替代地可将其附着于具有特别设计的密封件的特制衣服(诸如夹克或外套)(见图17，1701)。
图4示出了头戴式设备的底面视图。支撑系统(401)附接到歧管系统(402)，歧管系统围绕保护片罩(403)的顶部运送空气。第一空气供应系统(404)及其孔口(405)从歧管系统吸入净化空气并将其供应到用户面部与保护片罩之间的空间。这种清洁空气置换含有污染物的空气，由此向用户供应清洁空气来呼吸。由空气净化系统净化的空气的大部分进入第一个空气供应系统。第二空气供应系统(406)及其孔口(407)从歧管系统吸入净化空气，并大致垂直于用户面部的平面输送气流(还见图7、8、9和10)。这在围绕和封闭第一空气供应系统的气流的环绕方向上形成气流，特别是并且尤其在面部侧侧面周围，从而减少和防止与外部空气的混合(还见图10)。本领域技术人员将理解，如果需要，可以改变从第二空气供应系统的孔口流出的气体的方向和流速。本专利考虑到第一空气供应系统和第二空气供应系统都可以做成在流量和方向上可由用户调节。
图5示出了与支撑系统(502)和保护片罩(503)有关的第一空气供应系统(501)的孔口的细节。流过第一空气供应系统的孔口的空气优选地被从顶部到底部(即，大致从支撑系统的位置)或从底部到顶部(即，从保护片罩的底部到支撑系统；这将最适合于通过增加裙部进一步密封的系统中；另外参见图7-10和图17)引导。由于通常安装在用户的头部或前额上或抵靠用户的头部或前额的支撑系统提供一定程度的空气密封，特别是当支撑系统提供与用户的身体(504)相适应的柔软密封机构(诸如泡沫)时，从顶部到底部是最优选的。其它气流模式也是可行的。例如，彼此相对的两股或更多股气流可以从保护片罩的相对侧(从左侧和右侧)供应并且在面部的中央处相遇。受保护片罩的限制，气流碰撞，从而供应流向口/鼻的净化空气。可替代地，可以引导空气流过面部。在优选实施例中，在从用户头部的顶部周围供应空气的情况下，眼睛周围区域中的气流可以减少，从而减少眼睛干涩。引导气流通过的孔口可以由孔、狭缝、筛网等构成，以及根据需要由挡板构成以引导气流(见图7)。在从顶部供应空气的优选实施例中，可以通过缩小孔口来减少眼睛周围的气流，诸如通过在眼睛正上方的较窄的狭缝。空气供应系统还可以完全或部分地形成在保护片罩内。例如，通过具有外部保护片罩和内部保护片罩，并且使得内部保护片罩中的孔策略性地位于用户的口鼻区域中，保护片罩本身可以供应清洁空气(见图17，1702)。可替代地，可以将管子安装在保护片罩上，将来自歧管系统的空气直接供应到用户的口鼻(见图17，1703)。在所有实施例中，空气供应系统设计成通过由透明材料制成、通过对于给定性能水平来说尺寸尽可能小以及通过将它们放置成最小限度地妨碍视力而最小限度地妨碍视力。
图6示出了与保护片罩(602)和保护片罩(603)的边缘有关的第二空气供应系统(601)的孔口的细节。通过第二空气供应系统的孔口且大致垂直于用户面部引导的气流不需要如通过第一空气供应系统的高气流，高气流这在不存在对用户身体进行密封的情况下是必要的(以通过大量的质量流来置换受污染的空气)，或者不存在将位于用户上身上的密封裙部。通过不会物理地接触用户身体的密封，这种第二空气供应系统因此提供舒适性且同时提供较少的气流和减少的能量使用(与依靠单一空气供应系统的未密封设计相比)。另外，除了更舒适之外，在不接触用户身体的情况下进行密封允许对具有珠宝、面部毛发、眼镜和会妨碍标准呼吸面罩的使用或功效的其它状况的用户提供充分的保护。与第一空气供应系统一样，引导气流通过的孔口可以由孔、狭缝、筛网等构成，以及根据需要由挡板构成以引导气流(见图7)。而且，与第一空气供应系统一样，第二空气供应系统可以构建在保护片罩自身中。在一个这样的实施例中，其中在两个片罩之间供应空气，第二空气供应系统可以包括内片罩中的大致围绕保护片罩的周边的孔口，这些孔口例如为狭缝。在铰接式保护片罩的情况中，第二空气供应系统优选地设有阀，当保护片罩被抬升时，所述阀切断到第二空气供应系统的气流。例如，当保护片罩升起时，来自歧管系统的管子可能会挤压闭合。在优选实施例中，流量控制是可调整的，以在来自第二空气供应系统的气流接触用户面部的情况下允许适应不同的面部形状和偏好。这种控制可以由机械装置(阀)或机电装置(例如螺线管或压电致动器)以及本领域普通技术人员已知的其它方法来提供。在测试情况中，在具有以450μgpm2.5/m3测量的污染空气下，初步工作原型系统如图1-6中所示地组装成，但具有非优化的空气供应系统，空气污染水平降低了80％以上。
图7示出了优选实施例的头戴式设备和气流模式的各方面。来自空气净化系统(未示出)的空气从柔性空气输送系统(701)进入歧管，将空气分配到第一和第二空气供应系统(702)，头戴式设备部件由支撑系统(703)保持在头部上。第一空气供应系统(704)通常输送大量的空气以进行呼吸，这里从设备的头戴式部件的顶部(由708示出气流)。孔口可以是各种形式的，诸如狭缝(705)或者可替代地孔(706)或者允许净化空气离开并被引导的其它形式。第二空气供应系统(707)供应气流以封闭并且部分地或大部分地围绕面部和第一空气供应系统的气流，特别是在侧面上。
图8示出了从头戴式设备部件的下侧的角度看容纳在与保护有关的头戴式设备部件内的第一和第二空气供应系统。从空气供应系统(806)进入的空气经由柔性空气供应系统(807)输送到空气歧管(805)，以分配到第一空气供应系统(804)和第二空气供应系统(803)，由此第二空气供应系统大致平行于面部并且部分地或大部分地围绕面部，尤其是围绕第一空气系统的气流。来自第一空气供应系统的空气通常是来自空气净化系统(802)的气流的大部分，并且防止在侧面上通过第二空气供应系统(803)和在前面上通过保护片罩(801)发生混合。头戴式设备由支撑系统(808)保持在头部上。
图9从内部(用户的视角)示出了头戴式设备部件，示出了第一和第二空气供应系统的气流模式。由空气净化系统(901)供应的空气经由柔性空气供应系统(902)输送到空气歧管(903)，以通过其孔口分配到第一空气供应系统(904)并通过其孔口分配到第二空气供应系统(906)，由此第二空气供应系统大致平行于面部走向并且部分地或大部分地围绕面部，尤其是围绕第一空气系统的气流。来自第一空气供应系统的空气通常是来自空气净化系统(904)的气流的大部分，并且防止在侧面上通过第二空气供应系统(907)和在前面上通过保护片罩(808)发生混合。
图10示出了头戴式设备部件及第一和第二空气供应系统的优选实施例的气流以及第二空气供应系统如何大致地围绕用户的面部。由空气净化系统或空气输送系统(1001)供应的空气经由柔性空气供应系统(1002)输送到完全集成在支撑系统(1003)中的空气歧管，以通过其孔口分配到第一空气供应系统(1004)并通过其孔口分配到第二空气供应系统(1005)，由此第二空气供应系统大致平行于面部走向并且部分地或大部分地围绕面部，尤其是围绕第一空气系统(1007)的气流。来自第一空气供应系统的空气通常是来自空气净化系统(1006)的气流的大部分，并且防止在侧面上通过第二空气供应系统(1007)和在前面上通过防护片罩(1008)发生混合。请注意保护片罩(1008)的弯曲是为了获得额外的舒适感并保护用户。
图11以优选肩带实施例从前部示出了本发明，其中所有的系统(能量存储系统、空气推进系统、空气净化系统、空气供应系统和控制系统)构建在可穿戴的快速穿戴肩带内。控制器和指示灯(1101)很容易由用户查看、接近并在肩带的前面进行操作。在一个肩带实施例中，空气净化通过多个过滤器(1103a)提供，分段以允许其间具有气密密封的柔性(1103b)，其中由电池供电的空气推进系统(1105)或其它能量存储系统平衡用户背部上的前后肩带重量(见图12)。电力经由柔性电源电缆(1104)提供给控制器。柔性空气输送系统(1102)行进通过肩带；在肩带内，柔性空气输送系统通常采用大致圆角矩形的形状，而不是圆形，以匹配肩带的几何形状(如背包的扁平带)。然后清洁空气从肩带中排出，以向设备(1106)的头戴式部分提供清洁的可呼吸空气，其中上述的第一和第二空气流动系统防止受污染的空气，并且其中保护片罩提供防止电磁辐射(尤其是紫外线)的保护，并且还可以防止抛掷物。肩带可以设有释放/和或连接机构(1107)，以在抓住肩带时提供便于穿戴和释放。这样的机构包括本领域技术人员公知的分离系统，并且可以包括具有已知断裂强度的磁体、摩擦配件、可剪切或可断开的部件，或者类似的或可替代的简单扣钩或带扣等。
图12以优选肩带实施例从后部示出了本发明，其中所有的系统都构建肩带内。能量存储系统(1201)(这里是可充电电池，通常代表本发明的总重量的大部分)被分段以保持肩带的柔性并且位于其它部件的相对侧(后部)上。电力经由柔性电线提供给控制电路和空气推进系统。其竖直位置是平衡的，使得在用户走动时肩带实施例不会旋转。该实施例是最优选的实施例之一，因为它靠近身体而最小程度地突出，减少了缠住的可能性。在优选实施例中，本发明的这种形式的部件是可拆卸的，以易于清洗肩带。
图13示出了本发明的肩带实施例的示意图以及空气如何流动的。空气净化装置，在这种情况下是其间具有气密密封件的分段式过滤器(1301)，被多孔盖(1302，仅示出一次)覆盖，使得空气通过由控制器(示出在左下方)控制的薄鼓风机(1303)被吸入，电力由背部上的电池供电(1305，比较图12)。该设计使得单元是柔性的并且鼓风机和过滤器的厚度允许空气在下方的空间(1306)中流动，以被引导至设备(1308)的头戴部分。在该优选实施例中，uvled(1307)照亮过滤器背面的二氧化钛(不可见，在所有过滤器1301下方；仅示出两个led)，用于挥发性有机化合物(voc)的光催化氧化(pco)。
图14示出了本发明是如何模块化的，其中分离的空气供应系统被佩戴在身体上，并且具有空气输送的保护片罩被佩戴在头部上。空气净化单元附接到腰带或衣服等(1401)，从而将头部的大部分重量从能量存储系统和空气净化系统释放。清洁的呼吸空气经由柔性空气输送系统(1402)通过集成到支撑系统中的歧管(1403)供应到头戴式设备。由保护片罩(1404)保护用户。
图15示出了如何可以通过车辆(在这种情况下是自行车)来支撑本发明以获得最大舒适度。空气净化系统(1501)由附接装置(1502)支撑到车辆，在这种情况下是自行车。这种附接装置在上面已经设想过，并且可以是夹子、卡扣、维可牢尼龙搭扣等。清洁的呼吸空气经由柔性空气输送系统(1503)供应到设备(1504)的头戴式部件。
图16示出了如何可以通过车辆(在这种情况下是婴儿车)来支撑本发明，并且因此向密封空间的内部提供空气。空气净化单元(1601)通过诸如夹子、卡扣、维可牢尼龙搭扣等(1602)附接到封闭空间，这里是车辆，特别是婴儿车(1604)。然后清洁空气通过柔性空气输送系统进入封闭空间以允许循环(1603)。由柔性空气输送系统提供的空气可以通过在封闭空间内分配净化空气的空气分配系统附件(1605)进行分配并使得更舒适。
图17示出了头戴式保护片罩和空气输送系统，其具有用于极高污染环境中的可闭合裙部，以及保护片罩本身如何可以形成第二和/或第一空气供应系统的一部分。除了以上通过两种装置示出的第一和第二空气供应系统的实施例之外，还输送经由柔性空气输送系统(1709)输送到在其它附图中详述并集成到支撑系统(1705)中的歧管的空气。首先，在两个片罩，即外片罩(1706)和内片罩(1707)，之间输送空气。这两个空间之间的孔(1710)允许空气直接提供给用户的口鼻(插入件1702)。其次，沿着保护片罩的管子(1708)可以将空气直接供应到口鼻(插入件1703)。在高污染区域中，为了完全防止污染空气到达用户，适当材料的裙部(1701)可以被拉紧或可以具有弹性。这种裙部可以位于用户头部的侧面、底部或完全围绕头部。
图18示出了关于污染状态和从它们的传感器测量的其它数据进行相互通信的设备。人员1(1801)希望前往人员2(1802)。然而，它们之间存在污染(1803)，并且由附近的设备来测量污染。所穿戴的设备自身之间保持不断的通信，或者直接地(如所示，1804)或者通过互联网或其它通信系统间接地通信。因此，每个设备可以实时了解污染、交通、热量和其它参数的情况。人员1向设备表明他们希望前往人员2(或者口头地或者通过其它数据输入装置)，并且设备在保护片罩(1805)的内部的平视显示器上计算并显示最佳行进路径以避免污染和其它不良影响(1806)。在应急响应中使用相同的技术。
图19示出了空气质量指示和警告、音频和视频数据采集和处理的特征以及增强现实特征。单元带有面向内部和外部的视频摄像机(1901)以及音频(1902)。(由于尺寸的原因，这些特征被示意性表示)。通过包括但不限于平视显示器(hud)和/或led及其它显示技术的指示器，将内部空气质量(1903)和外部空气质量(1904)传送给用户。在这种情况下，警告用户外部空气质量是致命的。在这个实例中，本发明还可以增强现实，使得图像(1905)在视觉上更令人愉悦(1906)。当然还可以显示其它处理，诸如关于正在谈话的人员或天气等的信息。
防辐射特别是电磁辐射
通过适当选择阻隔这些波长的电磁辐射的材料，保护片罩可以优选并且任选地提供防电磁辐射的保护，特别是(但不仅限于)uv辐射和过度的可见光。例如，在本领域普通技术人员已知的许多其它方式和其它方法中，层压膜、解吸技术和在塑料中包含uv吸收剂可以向防护片罩赋予不透明紫外线。图1的保护片罩(110)是一种阻挡>95％的紫外线的材料。保护片罩还可以是大型液晶面板等，以允许光透射从全透明或接近全透明到显著光衰减的可调节调制。这种调节可以是自动的(自动调节或不调节)，允许在可能发生光照强度强烈差异的设置中使用，例如在焊接、采矿、紧急响应状况和紧急医疗响应期间。保护片罩还可以设计成防护其它辐射源。例如，频繁暴露于强烈的红外(ir)辐射(例如，对于维护炉子或锅炉的产业工人经常发生)涉及眼睛损伤。还可以添加ir阻隔材料或涂层。类似地，透明或几乎透明的铅的沉积物或含铅玻璃的使用可以提供对电离辐射(α、β和一定程度上的γ射线)的防护。作为单元的最大表面，面板本身也可以是透明的太阳能面板，通过太阳能延长单元寿命。
监测污染水平
在优选实施例中，本发明包含污染传感器，其被选择利用预期环境的知识来理想地检测可能的污染物。在某些实施例中，一个或多个污染传感器检测周围环境中存在的各种污染物或毒素，诸如气体、烟气、颗粒物质、颗粒生物毒素、化学物质、过敏原、烟雾、常见的烟气或毒素。评估来自污染传感器的信息，并且在给定水平上，本发明将通过声音、光或任何其它机构发出警告，并将危险通知设备附近的用户和/或人员。例如，对附近的用户和其它人员可见的光可以改变颜色，可能从绿色变为红色，或者可能开始闪烁明亮的氙气灯泡，以指示环境空气质量是危险的。不同的信号，诸如不同的颜色或声音，可能代表不同的危害或毒素。在某些实施例中，一个或多个传感器检测存在于周围环境中的各种污染物或毒素(例如气体、烟气、颗粒物质、颗粒生物毒素、化学物质、过敏原、烟雾、常见的烟气或毒素)并且利用该信息来修改空气净化过程，例如通过开启更彻底的空气或气体净化过程、消毒系统或可分解有害物质的化学催化系统。本发明设想由污染传感器获取的记录和跟踪系统。这种记录将同时记录来自其它传感器(诸如gps传感器)的数据，并使用时间测量系统根据时间来记录。
在优选实施例中，本发明包含传感器以检测空气净化系统何时除去污染物饱和的污染物。例如，在使用诸如hepa过滤器的过滤器时，压力传感器监测压降的某个阈值表示过滤器堵塞时的压降。在某些实施例中，检测污染饱和的传感器驱动灯或其它指示器，该指示器可以是音频、视频、振动、震动或其它合适信号，以通知用户何时改变、更新、重新填充、再充电或清洁空气净化系统。例如，压降阈值被触发并且灯亮以指示用户改变过滤器。如果空气净化系统变得被污染物饱和而不再清新，则传感器可能会阻止单元运行。
在进一步的实施例中，保护片罩设置有检测冲击及其力的传感器。合适的传感器包括机械震动(通常包括但不限于震动、张紧、振动)传感器以及利用机电、压电、机械或其它技术的其它传感器。在某些实施例中，保护片罩设有防雾或雾化措施，诸如根据需要可从颗粒、防雾涂层和/或加热元件清洁外表面以清洁和/或防止冷凝的射流。
监测气流
在本发明的各个实施例中，气流监测器可用于监测系统内的气流。优选地，由于它们的潜在小尺寸和在小流量环境中的高精度，向系统提供光学或光机械式气流传感器：1)在外部；2)在内部气流的各个区域中；以及3)在保护片罩的排出空气的区域上，例如在从上到下的气流的底部和/或边缘，以监测空气流出。
在特定实施例中，设备设有检测用户周围的风流的气流传感器。在优选实施例中，由于保护片罩具有设备的最大表面积，所以这种传感器可以将保护片罩自身与机械传感器(诸如压力传感器)及本领域普通技术人员已知的其它方法结合使用。可以采用包括但不限于风速计和气流传感器下所描述的其它传感器；这些传感器监测设备外部的气流和湍流模式。
在某些实施例中，一个或多个传感器检测用于呼吸以及用户面部与保护片罩之间的保护所供应的空气的质量；可以另外存在(单独地或与呼吸空气的传感器组合)检测环境空气的质量传的感器。来自这些传感器的信息被处理并用于确保、通知、警告和/或调节气流。例如，如果在呼吸或环境空气中检测到污染，则可能需要更清洁的气流。例如，在清洁的环境空气的情况下，空气供应可以减少或完全关闭。该设备可以同时配备机器学习。
在特定实施例中，从区域中的其它设备收集的测量值和数据检测风模式，并且紧邻区域中的阵风被传送并用于在比正常外部气流更强或更弱的情况下调节气流。例如，当检测到阵风、风和空气湍流状况和/或污染空气或清洁空气的风模式并且预期到达用户时，如包括本发明的气流传感器和一般区域中的其它用户的gps信号的外部传感器所检测到的，气流将在阵风发生之前自动地立即增加。该设备还配备有机器学习机构，诸如机器学习或人工智能，允许其根据外部污染水平和湍流而学习必要的流量来维持清洁空气供应；因此，本发明利用来自在用户的可呼吸空气和外部空气中检测到的污染物的信息根据阵风大小来调节所需的气流增加。
在某些实施例中，该设备配有传感器，例如流量传感器，或者显示鼻孔大小或胸部或喉咙等中的移动的相机，或者腰带上或衣服中的机电或张力传感器，或者神经脉冲和肌肉运动传感器，以及本领域普通技术人员已知的其它方法，其允许设备确定何时发生吸气和呼气的，允许设备测量和监测吸入和呼出的呼吸，并因此允许设备调节空气流量，使气流同步以在呼气期间减少气流并在吸气期间增加气流，从而延长能够从其存储的能量操作单元的时间。该设备可以同时配有机器学习等，诸如人工智能或算法，允许其学习和/或预测呼吸模式、预期吸气并相应地进行调节。当整体气流减少时，这种调节具有额外的优点，即通常对眼睛、皮肤、嘴唇、口和身体的干燥较少。根据生理状态特别考虑气流的这种调节：例如，对于跑步的人和坐着的人而言，气流调节和量将不同。在其它实施例中，流量传感器(可能但不一定在设备的外边缘上)确定多少气体离开单元并将空气供应系统的输出调节到恒定水平，在优选实施例中，调节到为用户恒定地提供清洁空气的水平。与其它气流一样，该水平预计由用户来调节。
在一个实施例中，使用机器学习、算法和/或人工智能(ai)而根据用户移动来确定必要的气流：设备从保护片罩与用户面部之间的区域中的污染物传感器获知在给定用户运动(例如跑步、骑自行车或玩各种运动)的情况下对于一定期望水平的污染空气需要什么样的气流。在优选实施例中，该设备还结合来自其它传感器(诸如运动传感器)的数据来为给定的空气污染减少提供所需水平的气流。
空气质量控制特征
在某些实施例中，供应空气的温度可以用温度传感器测量，通过加热或冷却系统来调制、控制、调节和/或调整，例如使用本领域普通技术人员已知的各种制冷或加热技术，诸如循环或非循环制冷、热电制冷(珀耳帖结)或通过与水或其它液体混合，或通过使用所存储的热量或冷量，例如是液态氮或干冰的形式，共晶体系或本领域普通技术人员已知的其它方法。通常可以在空气净化系统与用于输送空气的空气歧管系统之间放置热交换器和/或温度调节器，理想地并且在优选实施例中是可移除的、可更换的、可拆卸的和可再充电的。与壳体和空气净化系统一样，这样的温度调节单元或系统可能具有相当大的重量，并且通常不能由将保护片罩保持在头部上的支撑系统支撑，而是通过腰带或固定到腰带的夹子、腰包、背包或背包带、肩带支撑系统等支撑，其将重量分配到用户的身体。
在进一步的实施例中，供应空气的湿度可以用湿度传感器测量，由加湿器或除湿器调制、控制或调节，所述加湿器或除湿器可以与温度控制一起工作。这还可以用可以从空气中添加或除去水的材料来实现，诸如干燥剂，例如由各种类型的硅胶、沸石和/或分子筛构成的干燥剂以及其它干燥剂，或者替代地针对加湿用水饱和的材料。与上述包含能量存储系统的空气净化系统和热调节系统一样，最通常的是由诸如腰带、固定到腰带的夹子、腰包、背包或背包带、肩带支撑系统等的系统支撑，其将重量分配到用户的身体。
在特定实施例中，通过注入系统将额外气体(尤其是氧气)供应给呼吸空气，进入从包含待注入气体的存储系统提供的气流中。这种注入系统本身可以是或可能需要额外的控制机构来调节所释放气体的量。氧气水平可以用氧气传感器监测并相应地调整。可以在气相中测量氧气水平(保持吸入混合物恒定或检测呼出的氧气水平)，或者通过与人体(例如皮肤或手指等)接触的测量设备在体外测量氧气水平。其它气体也可以用于例如氧含量的降低以重置内部时钟并减少时差，用于医疗目的的气体(诸如麻醉剂)和止痛气体(诸如氧化亚氮或七氟醚)或者相关的或在真正需要冬眠的紧急情况下的气体(诸如硫化氢)可以通过本发明以能够引起冬眠而不是死亡的浓度(对于h2s，通常在10-200ppm的范围内)进行分配。
照明和指示特征
在某些实施例中，外部和/或内部灯可手动或自动地控制以在黑暗状况期间提供照明。这种照明系统可以是发光二极管(led)，fel灯，包括氙弧灯的弧光灯，准分子灯，氩气、氪气或氙气闪光灯，碳钮灯，超辐射光源(srl)，阴极射线管(crt)，电致发光面板(elp)，冷阴极荧光灯(ccfl)，氖灯，geissler和plucker管，包括半导体发光二极管(led)、有机发光二极管(oled)或聚合物发光二极管(pled)的固态照明(ssl)源，卤素灯泡和灯，黑光灯，碳化物灯，气体灯，氧化锆灯，电子刺激发光(esl)灯管和光源，气体放电灯，低压放电灯，高压放电灯，高强度放电灯，金属卤化物灯，水银灯，硫磺灯，陶瓷放电金属卤化物灯，热阴极灯和冷阴极灯，钠蒸气灯(高压或低压)，能斯特发光体，等离子灯，无电极灯，白炽灯或荧光灯，激光灯，激光，堆栈灯以及本领域普通技术人员已知的许多其它方法。在精确工作(诸如工业组装或医疗或手术用途)情况所设想的一些实施例中，照明系统可以能够瞄准或被引导以向特定视野提供增强的层压(“聚光灯视野”)。在这样的实施例中，可以有不止一个的照明系统，并且提供聚光灯视野的照明系统可以由设备自动地控制，该设备可以跟踪用户的眼睛运动，例如通过相机和眼睛的ir照明等本领域技术人员已知的其它方法，，并且照亮用户正在看的特定区域。在特定实施例中，使用各种传感器来确定用户的情绪，或者用户输入他们的情绪，或者其它信息将由设备传达或指示给用户(相对于保护片罩而言通常在内部)或者用户附近的其它人员(相对于保护片罩而言通常在外部)，并且设备改变颜色或经由照明、液晶显示器(lcd)技术、电子纸技术、等离子显示技术、数字光处理(dpl)显示器、阴极射线管显示器、表面传导电子发射显示器(sed)或场致发射显示器(fed)技术以及本领域普通技术人员已知的其它方法来提供信息指示。这样的指示灯可以响应于从设想在本发明中可用的传感器测量或获取的任何数据。
音频特征
在某些实施例中，音频通信(声音接收和声音广播两者)装置尤其是提供至少一个或多个扬声器和麦克风(或可比的技术)，相对于保护片罩在内部或外部，或在内部和外部，在期望的情况(尤其是高噪声环境)下可以包括耳塞或耳罩。可以通过扬声器、动铁式扬声器、压电扬声器、静磁的磁致伸缩扬声器、静电扬声器、色带和平面磁扬声器、弯曲波扬声器、平板扬声器、heil空气运动传感器、透明离子传导扬声器、等离子弧扬声器、热声扬声器、旋转低音扬声器或数字扬声器以及本领域普通技术人员已知的其它方法。在进一步的实施例中，噪声消除尤其是主动噪声消除包括在监测外部噪声和内部广播声音(其与外部声音的相差别180度)的步骤中。可以使用本领域普通技术人员已知的其它方法来实现相同的目的。
在特定实施例中，保护片罩本身被用作扬声器或听觉放大器，例如通过将压电传感器附接或机电耦合到扬声器的振膜或通过扬声器的机构。该实施例简单地使用保护片罩作为扬声器的隔膜或膜，并且其实施将被本领域普通技术人员理解。
视觉显示和数据特征
在某些实施例中，相机被内部地(面向用户)和/或外部地安装(以与用户相同的方向观看)；内部的面对面相机在移动的同时利用本领域技术人员熟知的附加必要电路和通信技术提供可视通信。类似地，外部相机允许传输用户的视角。在特定实施例中，向保护片罩提供视觉投影或显示到其外部以及内部表面上的装置，允许与内部面对面相机结合，提供用户面部的图像(其在外观上可以增强)或其它信息或投影到保护片罩外部上的视觉显示。这种投影技术可以包括液晶显示(lcd)技术、电子纸技术、等离子显示技术、数字光处理(dpl)显示技术、阴极射线管显示技术、表面传导电子发射显示(sed)技术、场发射显示(fed)技术、激光扫描技术(包括用透明荧光体嵌入)和平视显示技术(hud)，但被设计为在外部而不是在内部可见，以及本领域普通技术人员已知的其它方法。
在进一步的实施例中，保护片罩被提供以数据显示系统，诸如平视显示器；所述数据显示系统可以显示从设备的传感器获得的数据或者与诸如智能电话或互联网的其它外部设备互连。如本领域技术人员已知的，在一个实施例中，平视显示器包括投影仪单元(光学准直器)、组合器和视频生成计算机，其中投影仪使用固态光源(例如，led以及其它可能性)(其通过lcd屏(以及其它可能性)调制以显示图像)，可以使用光学波导直接在组合器中产生图像，或者可以使用扫描激光器在清晰透明介质上显示图像和视频图像。通常，组合器可以是弯曲的、平坦的、菲涅耳式或埋入的菲涅耳式、阵列式、级联棱镜/镜子式、自由形式的tir、衍射、全息波导或全息光导组合器或波导、衍射波导、全息波导、极化波导、反射波导、可切换波导或锥形不透明光导以及本领域技术人员已知的其它技术，并且可以采用诸如衍射光学、全息光学、偏振光学和反射光学的技术。应该理解，可以采用本领域技术人员已知的任何其它方法，用于在保护片罩上显示数据的目的。
在特定实施例中，控制电路能够处理和存储数据(包括来自其传感器的数据)和外部信号、计算、运行应用程序以及接收和广播信息(包括访问互联网、wi-fi、蓝牙和其它环境电磁通信信道)，并且其中控制电路可以访问设备的传感器和检测器(诸如相机，温度、风和污染传感器以及诸如gps位置传感器的其它传感器)，可以解释这些数据并通过音频、视频或其它方式向用户呈现这样的数据。该设备任选地通过触摸可以是触敏的保护面板和/或通过语音激活的命令，或者可替代地通过包括手和身体姿势的姿势是可控制的。
在进一步的实施例中，来自周围环境的数据(包括来自本发明的传感器以及诸如来自环境电磁信号的其它信息)被接收、分析，从内部或外部源访问附加信息，并且平视显示器例如通过将关于环境的数据叠加到观察表面上而向用户提供该数据。简单实例是前往目的地的方向要避开污染区域、交通、噪声和用户感兴趣的其它参数。在另一实施例中，针对危险，不断地分析来自外部相机的数据；当检测到危险时，通过警告(包括声音、视觉线索和/或电击)直接并立即传达给用户。通常的危险可能是未注意到迎面驶来的汽车或人行道上敞开的裸露洞口。这样的系统使用图像处理和识别技术，任选地结合人工智能(ai)和/或机器学习和/或算法的系统。应认识到，可以采用本领域普通技术人员已知的其它方法，以实现这些实施例的相同目的。
在其它实施例中，在通过增强现实技术在保护片罩的内侧上呈现给用户之前，对外部环境进行处理并使其在视觉上更令人愉悦，在增强现实技术中，诸如声音、视频和图形输入的感测输入被计算机处理为使其更美观或美学上令人愉悦。该特征可以与平视显示器结合，并且在优选实施例中，使用类似的技术和/或通过扬声器、头戴式耳机等提供经处理的音频。
在另一实施例中，已经为无线电/tv/wi-fi/gps/蓝牙/无线电和其它信号(包括无线、视觉和光学信号)提供了接收和发送装置(诸如一个天线或多个天线)，这些信号可以被存储、操纵、计算、处理、交互、使用和显示在设备中，包括和通过使用电子设备和电子组件以及本领域普通技术人员熟知的其它方法进行计算活动。已经认识到，天线的位置是灵活的并且可以在许多地方嵌入本发明中。通过向其它设备发送信息，包括通过使用无线信号或耦合到电话系统或互联网连接或其它发送信息的手段，该设备允许设备的两个或更多用户以双向或多向方式在视觉和听觉上进行通信(设备用户可以进行双向和多方通话)。
在另一实施例中，该设备收集、存储和发送来自除了其它传感器、检测器和/或相机外的其传感器(尤其是来自污染传感器)以及对于诸如温度、风、风湍流和流动、湿度、光线和紫外线水平、辐射和电磁辐射等环境状况的传感器的数据，以及诸如用于检测和感测紧急情况(诸如爆炸)或交通移动的传感器的其它有用信息，并且其中这些数据用于通知、引导和警告用户。通过这些传感器从设备的所有用户获取的数据与来自gps(等)系统以及wi-fi跟踪系统和本领域技术人员已知的提供设备的每个单独用户的位置的其它系统的位置数据一起根据位置集成到这些状况的实时数据库中，从而生成实时地图。该地图可以例如从互联网显示站点、网站或便携式计算设备、蜂窝电话或智能电话、gps显示系统或可替代地通过互联网连接的汽车或其它交通工具访问，并且该地图由设备使用，考虑到危险等级(最好避开危险)、环境状况和设备获取的其它数据，并且给出用户希望去的地方，向用户建议最佳旅行路线。例如，基于来自许多设备的组合数据，用户将接受指向安全区域的方向，没有或最小程度地暴露于抛掷物、颗粒和其它空气传播毒素、气体、紫外线辐射和烟气；在建议旅行路线时还可以考虑温度、湿度、降水、风流和道路或旅行条件。这些数据，包括其它段落中列出的来自其它传感器的数据，预计在发生紧急情况时尤其有用，表明危险状况下危险最小的方法。另外地，实时更新允许在状况迅速变化的情况下进行快速修改，诸如在紧急情况或紧急情况响应设置中。这些数据还可以用于向其它用户发送警告，无论是批量的自动格式还是向朋友或医生等特定人员发送警告；另外地，这些警告可以发送到特定的地理区域。预计还可以由用户通过多种方式输入附加数据，包括通过说话或键盘输入，通过摄影，通过相机或通过其它方式。可以理解的是，通过使用独立于任何一个设备的外部计算，可以使该系统最高效。还应该理解的是，这些设备还可以独立于外部计算来运行，共同使用它们自己的内部处理、存储、计算和分析能力作为分布式计算网络。
在某些实施例中，除了表面图像(例如在平视显示器hud的情况下)之外，通过诸如偏振3d的3d投影技术或自动立体视觉系统以及本领域普通技术人员已知的其它方法，还赋予该设备投影3d图像的能力。这种技术可以是保护片罩显示器的显示技术的一部分，或者其可以是独立的。
健康监测特征
在某些实施例中，已经提供了检测用户健康状态的传感器(包括相机，包括记录用户面部的相机)，包括可以在可佩戴设备上(例如与头部接触)或在空气推进系统的壳体上或其它地方的传感器，以监测用户的温度、血压、呼吸速率、肺容量、耗氧量、co2产生量、心率、脑电波、水合状态、肤色、皮肤电导率、眼睛扩张、眼睛白色和其他生理状态(诸如电解质平衡、血细胞比容水平、电解质(包括但不限于钠(na+)、钾(k+)、氯化物(cl-)、碳酸氢盐(hco3-)，二氧化碳(co2))水平、血尿素氮(bun)水平、肌酐、葡萄糖、白蛋白和总蛋白、alp(碱性磷酸酶)、alt(丙氨酸氨基转移酶)、ast(天冬氨酸氨基转移酶)和胆红素、各种蛋白质和酶的水平、以及抗体、核酸、脂质、维生素、碳水化合物或小分子或激素(诸如肾上腺素、褪黑激素、三碘甲状腺原氨酸、甲状腺素、前列腺素、白细胞三烯、前列环素、血栓素、淀粉不溶素(或胰岛淀粉样多肽)、抗缪勒氏激素(或缪勒氏抑制因子或激素)、脂连素、促肾上腺皮质激素(或促皮质素)、血管紧张素原和血管紧张素、抗利尿激素(或加压素、精氨酸加压素)、心房钠肽(或心钠素)、脑钠素、降钙素、胆囊收缩素，促肾上腺皮质激素释放激素、皮质抑素、脑啡肽、内皮素、促红细胞生成素、促卵泡激素、甘丙肽、胃抑制性多肽、胃泌素、生长素释放肽、胰高血糖素、胰高血糖素样肽-1、促性腺激素释放激素、生长激素释放激素、铁调素、人绒毛膜促性腺激素、人胎盘催乳素、生长激素、抑制素、胰岛素、胰岛素样生长因子(或生长调节素)、瘦素、促脂解素、促黄体激素、促黑素细胞激素、胃动素、食欲肽、催产素、胰多肽、甲状旁腺激素、垂体腺苷酸环化酶激活肽、催乳素、催乳素释放激素、松弛素、肾素、促胰液素、生长抑素、血小板生成素、促甲状腺激素(或促甲状腺素)、促甲状腺素释放激素、血管活性肠肽、鸟苷酸、尿鸟苷素、睾酮、脱氢表雄酮、雄烯二酮、二氢睾酮、醛固酮、雌二醇、雌酮、雌三醇、皮质醇、黄体酮、钙三醇(1,25-二羟基维生素d3)和钙二醇(25-羟基维生素d3)等)或信号分子；传感器还可以与其它内部和外部计算机以及通信系统进行通信，以向设备的用户或其它警告用户的危险生理状况或者告知用户或其它人员改变生理状态(恶化或改善)。佩戴在身体其它部位(例如在腕带或脚镯上，鞋子中，衣服中或身上某处的带子上)的传感器可以通过无线通信或有线通信与主控制电路进行通信。在用户处于危险健康状态并且可能无法移动或通信的情况下，本发明能够通过通信信道提醒和呼叫帮助，并使用gps跟踪来提供用户的位置。还可以设想，这些健康数据可以传送到计算机或智能电话或互联网等并被显示、分析和检查。进一步设想，该设备可以从这些数据对健康提出建议。最后，可以设想，可以分析来自设备的许多用户的汇总数据，以确定测量参数(诸如空气污染和空气传播毒素(收集的所有其它数据))对健康的影响。这些数据还可以与诸如健康和/或处方历史的其它数据结合以进一步理解健康影响，并且在优选实施例中提出建议。
在特定实施例中，传感器包括但不限于加速度计、运动传感器、接近传感器、环境光传感器、湿度传感器、磁传感器、陀螺仪和罗盘等，其中包括用户输入监测器，并记录用户活动，诸如运动和锻炼。记录并分析这种活动，向用户呈现信息并建议用户采取行动。例如，设备可以通过增加锻炼或者例如和可替代地结合所获取的关于身体和健康状况的数据来确定总体健康将改善，已达到最佳锻炼水平。在优选实施例中，该设备然后推荐锻炼和生活方式改变以达到用户的健康目标。这些健康目标可能包括体重减轻、运动训练、疾病康复或伤害康复等。特别设想的是，通过增加健康并提供有关健康和健康活动及生活方式的数据，该设备将降低健康保险公司的成本，并协助健康保险公司在确定费率时降低对应于更好生活方式选择的费率，包括使用该设备。
在一些实施例中，传感器监测紧急情况。这些传感器包括加速度计、震动传感器、麦克风、用于检测辐射的设备(例如气态离子化检测器，如geiger-muller管、电离室或比例计数器、闪烁计数器，半导体检测器，诸如硅、金刚石、锗或碲化镉(锌)检测器等，剂量计或验电器)和检测包括但不限于uv的太阳辐射的设备，以及包括但不限于颗粒的污染传感器，灰尘和气体传感器(尤其是用于燃烧和不完全燃烧产物的传感器，诸如co2和co、以及挥发性燃烧化合物和其它类似的火灾或燃烧或爆炸指示)，其可以监测紧急情况，诸如爆炸、有毒气体释放、核爆炸、枪击等。尤其是可将震动传感器置于防护片罩内或使用防护片罩作为机械运动(诸如震动和巨大噪声)的接收器。来自传感器的所有信号不断地被监测和分析以检测紧急情况。在检测到这种紧急情况的情况下，可以将该设备配置为通过其集成电子设备发送紧急信号，例如通过无线电信号与互联网或电信系统连接，其通知、警告并呼叫帮助。该设备不断地记录暴露并可根据用户需求生成报告。此外，该设备提供全部暴露于危险的信息，并可以比较受保护与未受保护的暴露。该设备可以同时记录紧急情况下的传感器结果，像所有其它传感器一样，外部地通过广播或将这些信息无线地发送到可以单独存档信息的其它位置。特别设想的是，设备可以随时联接到智能电话、移动电话或手机以及wi-fi、蓝牙和其它无线连接或网络，并且该设备可以在发出紧急通知的紧急情况下进行配置(诸如美国的911电话)。该设备还可以将关于用户健康的信息与来自其它传感器的信息相结合，并单独地或与紧急通知结合来传送信息。
在特定实施例中，呼出空气用于监测健康状况、健康变化、哮喘发作、癌症、药剂或药物(诸如thc或酒精)水平，以及其它感兴趣的呼出分子(如气体和代谢物)，允许设备警告用户或用户认为重要的人员，例如医生。可以使用传感器监测呼出空气，诸如包括场不对称离子迁移谱(faims)的质谱检测、具有抗体的碳纳米管、化学表面改性的微机电系统(mems)传感器、具有光学检测的化学机械感测和具有电子检测的电容感测、量热或催化床、催化场效应传感器(mosfet)、导电聚合物、电化学、金属氧化物半导体(mos)、光学传感器、石英晶体微量平衡和表面声波传感器等，以及本领域普通技术人员已知的其它方法。由这些传感器读取的数据被存储和分析，允许进行研究并确定指示健康和疾病状况的信号。设备将这些数据与健康和环境数据同时记录下来。
医疗保健特征
在某些实施例中，该设备配有定量设备，诸如喷雾器、汽化器、雾化器、蒸发器，吸入器或电喷雾设备，以及本领域普通技术人员已知的其它方法，其可以将药物施用至保护片罩与用户面面部之间的空间。该设备可以递送各种各样的药物，包括退热药、镇痛药、抗疟药、抗生素、防腐剂、情绪稳定剂、激素和激素替代物，包括避孕药、兴奋剂、安定药、他汀类、安非他明类、合成代谢类固醇、麻醉剂、抗酸剂、抗凝剂、抗抑郁药、解毒剂、抗组织胺药物、抗炎药、抗逆转录病毒药物、巴比妥类药物、β-受体阻滞剂，避孕药、减充血剂、抑郁药、催吐药、祛痰药、催眠药、泻药、疫苗、维生素和多种维生素、麻醉剂、鸦片剂、止痛药、预防剂、泻药、松弛剂、镇静剂、类固醇、补充剂、抑制剂、酊剂和草药提取物、补药、镇静剂等。药物理想地直接提供在用户的口鼻前面，并且可以通过诸如管的第三空气系统最佳地递送。该设备可响应于其从用户身体以及从其内部和外部传感器(包括紧急情况下的传感器)采集的数据来测量和滴定剂量、剂量的时机和药物的种类。根据配置，可以手动地或自动地施用药物以治疗由设备检测到的健康状况，或者可以在紧急情况下施用药物。例如，可能在哮喘发作期间施用支气管扩张剂，或者可能在检测到枪声时施用抗生素。另外，与呼出气体的传感器联接，该设备可用于在紧急情况或远程医疗情况下递送和监测麻醉药。此外，通过微量减少尼古丁或其它成瘾药物的水平，该递送系统可用于治疗成瘾，诸如尼古丁成瘾。它还可以通过如咖啡因的微量化合物来改善性能，同时监测总体情况。
已经出于说明和描述的目的呈现了本申请的具体实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将应用和使用方法限于所公开的确切形式。显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。应该理解，等同物的各种省略或替换是可预期的，因为情况可能暗示或提供权宜之计，但意在覆盖本申请或实施方式，而不会背离本申请的权利要求的精神或范围。