一种空气净化设备及空气净化方法与流程

本发明涉及空气质量检测及空气净化领域，尤其涉及一种基于空气污染物浓度分布的空气净化设备及空气净化方法。

背景技术：

目前市场上的空气净化器主要根据吸附技术、负(正)离子技术、催化技术、光触媒技术、超结构光矿化技术、HEPA高效过滤技术、静电集尘技术等其中的一种或几种技术达到空气净化的作用，除此之外并不具备监测环境空气质量及去除效果的功能。

由于目前的空气净化器不具备监测空气质量及去除效果的功能，因此如果用户没有安装气体分析仪，就无从考量空气净化器的效果，也不能明确知道房间内的环境质量。因此长时间的开启空气净化器不仅造成资源浪费，而且无法达到理想的空气净化效果。

虽然部分空气净化器中安装了空气质量传感器，主要包括颗粒传感器和气体传感器，能够识别空气中粉尘颗粒物、PM2.5的浓度，但是上述传感器的识别精度有限，一般只能精确到一个区间，以空气质量等级的形式显示。这种空气净化器不仅测试气体种类、精度有限，而且测试的是房间内某一点或一小区域范围内的空气质量，而不能完全呈现整个房间的空气质量以及污染气体浓度分布，更不能帮助用户找到主要污染源。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种空气净化设备及方法，用于根据监控区域内空气污染物的浓度分布进行定点空气净化，并在监控区域内的空气质量达标时待机，以节省资源。

本发明一方面提供了一种空气净化设备，所述空气净化设备包括一外壳、移动单元以及设置于所述外壳中的气体浓度检测单元、中央控制单元、进气单元以及空气净化单元；其中，

所述气体浓度检测单元，用于检测监控区域内至少一条光路上的气体积分浓度；

所述中央控制单元，与所述气体浓度检测单元连接，用于根据预设的气体吸收谱图及所述气体积分浓度确定空气污染物的种类，利用CT重构算法分别确定不同种类的空气污染物的浓度重构图，并根据不同种类的空气污染物浓度的标准值及所述浓度重构图确定所述空气污染物的浓度是否超标，若是，则获取监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息并生成一驱动信号；其中，所述驱动信号包含所述地理位置信息，所述浓度重构图包含所述空气污染物的浓度测量值；

所述移动单元，设置于所述外壳下方，与所述中央控制单元连接，用于在所述驱动信号的控制下移动至监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域；

所述进气单元，包括第一电机及安装在所述外壳下部进风口处的风扇，所述第一电机与所述中央控制单元连接，用于在所述驱动信号的控制下驱动所述风扇转动；

所述空气净化单元，包括多层过滤网，用于对进入所述空气净化设备内部的空气进行净化。

在一实施例中，所述中央控制单元还包括：

坐标获取模块，用于获取浓度超标空气污染物的坐标；

空气污染因子计算模块，根据浓度超标空气污染物的浓度测量值及其对应的所述标准值，利用下式获取所述坐标处的空气污染因子a：

$a=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_{ic}-{\mathrm{\ρ}}_{i0})/{\mathrm{\ρ}}_{i0}\×100\%$

其中，a为空气污染因子；i为浓度超标空气污染物的数量；ρ_ic为浓度超标空气污染物的浓度测量值；ρ_i0为浓度超标空气污染物对应的浓度标准值。

在一实施例中，所述气体浓度检测单元包括：遥感FTIR仪及多个反光镜；所述遥感FTIR仪中设有红外光源，多个所述反光镜分别设置于监控区域的四周，分别与所述红外光源之间形成多条光路。

在一实施例中，所述气体浓度检测单元包括：遥感FTIR仪及多个红外光源，多个所述红外光源分别设置于监控区域的四周，与所述遥感FTIR仪之间形成多条光路。

在一实施例中，所述中央控制单元还包括：一待机信号生成模块，用于当所述空气污染物的浓度不超标时生成一待机信号并发送给所述移动单元及进气单元。

在一实施例中，所述空气净化设备还包括：一湿度传感器及一加湿除湿一体机；所述湿度传感器，与所述中央控制单元连接，设置于所述外壳外部，用于采集监控区 域内空气的湿度信息；所述加湿除湿一体机，设置于所述外壳上部的出风口处；所述中央控制单元根据预设的湿度标准值与所述湿度信息生成加湿信号或除湿信号，并根据所述加湿信号或除湿信号控制所述加湿除湿一体机进行加湿或除湿。

在一实施例中，所述移动单元包括设置在所述外壳底部的轮子以及：多个避障传感器，分别设置于所述外壳的下部圆周处，用于感知所述空气净化设备周围是否存在障碍物；第二电机，与所述中央处理单元连接，在所述驱动信号的控制下驱动所述轮子转动。

在一实施例中，所述中央控制单元与所述气体浓度检测单元、移动单元、进气单元通过无线方式连接。

在一实施例中，所述进气单元还包括：一过滤片及一集尘盒，用于对经由所述进气单元进入所述空气净化设备内部的空气进行除尘处理。

在一实施例中，所述空气净化设备还包括：一显示屏，用于显示所述不同种类的空气污染物的浓度重构图。

在一实施例中，所述空气净化单元还包括活性炭模块、负离子模块、光触媒模块、银离子模块及超结构光矿化模块中的至少一种。

本发明另一方面还提供了一种空气净化方法，应用于所述的空气净化设备，所述空气净化方法包括：

所述的气体浓度检测单元检测监控区域内至少一条光路上的气体积分浓度；

所述中央控制单元根据预设的气体吸收谱图及所述气体积分浓度确定空气污染物的种类，并利用CT重构算法分别确定不同种类的空气污染物的浓度重构图，所述浓度重构图包含所述空气污染物的浓度测量值；

所述中央控制单元根据不同空气污染物浓度的标准值及所述浓度重构图，确定所述空气污染物的浓度是否超标，若是，则获取监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息；

所述空气净化单元根据所述地理位置信息进行定点空气净化。

在一实施例中，所述的气体浓度检测监控区域内至少一条光路上的气体积分浓度包括：扫描监控区域内至少一条光路，获取所述光路上的吸光度；根据所述吸光度，获取所述光路上的气体积分浓度。

在一实施例中，所述中央控制单元获取监控区域内空气污染物浓度超标最严重区 域的地理位置信息包括：

获取浓度超标空气污染物的坐标；

根据浓度超标空气污染物的浓度测量值及其标准值，利用下式获取所述坐标处的空气污染因子a：

$a=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_{ic}-{\mathrm{\ρ}}_{i0})/{\mathrm{\ρ}}_{i0}\×100\%;$

获取监控区域内空气污染因子的最大值及其对应的地理位置信息，所述地理位置信息即是监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息；

其中，a为空气污染因子；i为浓度超标空气污染物的数量；ρ_ic为浓度超标空气污染物的浓度测量值；ρ_i0为浓度超标空气污染物对应的浓度标准值。

在一实施例中，当所述空气污染物的浓度不超标时，所述中央控制单元控制所述移动单元及所述进气单元进入待机模式。

在一实施例中，所述空气净化单元根据所述地理位置信息进行定点空气净化，包括：所述移动单元根据所述驱动信号移动至空气污染物浓度超标最严重区域；所述过滤片对经由所述进风口进入空气净化设备的空气进行除尘；所述过滤网对经过除尘的空气进行净化。

在一实施例中，所述空气净化方法还包括：所述中央控制单元根据监控区域内空气的湿度控制所述加湿除湿一体机进行加湿或除湿。

本发明通过测定监控区域的气体成分及浓度，并实时绘出监控区域内空气污染物浓度的空间分布图，完全呈现整个监控区域的空气质量以及污染气体浓度分布，更能帮助用户找到主要污染源，并通过对监测结果的分析优化空气净化设备的净化程序、摆放位置等，达到最优的空气净化效果，本发明能在净化空气的同时进行除尘。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明一实施例空气净化设备10的结构示意图；

图2所示为本发明一实施例气体浓度检测单元12在一房间中的安装俯视图；

图3所示为本发明另一实施例气体浓度检测单元12在一房间中的安装俯视图；

图4所示为本发明实施例空气净化设备10中的中央控制单元13的结构示意图；

图5所示为本发明另一实施例空气净化设备20的结构示意图；

图6所示为本发明实施例空气净化方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例空气净化设备10的结构示意图。如图1所示，空气净化设备10包括外壳11、移动单元16以及设置在外壳11中的气体浓度检测单元12、中央控制单元13、空气净化单元14及进气单元15。

气体浓度检测单元12用于检测监控区域中的至少一条光路上的气体积分浓度。

由于不同气体对红外光的吸收度不同，并且同一种气体对不同波长的红外光的吸收度也不同，气体浓度越大，同一空间的分子数越多，对红外光的吸收度就越强，气体浓度检测单元12可以根据不同种类的气体在不同波长处的吸光度不同来确定气体的种类及其浓度。

在一实施例中，气体浓度检测单元12包括遥感FTIR仪及多个反光镜，遥感FTIR仪中设有红外光源，多个反光镜分别设置于监控区域的四周，分别与红外光源之间形成多条光路。

在另一实施例中，气体浓度检测单元12包括遥感FTIR仪及多个红外光源，遥感FTIR仪内未设置红外光源，多个红外光源分别设置于监控区域的四周，与遥感FTIR仪之间形成多条光路。

在上述两个实施例中，遥感FTIR仪的数量至少为一个，其具体数量应视监控区域大小和监控区域地形而定，并且上述遥感FTIR仪可以与空气净化设备一体设置，也可以与空气净化设备分离设置，本发明不以此为限。

图2为本发明一实施例气体浓度检测单元12在一房间中的安装俯视图。如图2所示，监控区域为一四面均为墙壁的房间，房间的俯视图为一正方形，遥感FTIE仪121设置在房间内，红外光源或反射镜(即图中黑色短线，当遥感FTIR仪121中设有红外光源时，图中的黑色短线表示反光镜，当遥感FTIR仪121中未设置红外光源 时，图中的黑色短线表示红外光源)122等间距地设置在房间的四面墙壁上，与遥感FTIR仪121之间形成多条光路123，启动遥感FTIR仪121扫描各光路123可以获取各光路上的气体积分浓度。具体实施时，空气净化设备10具有移动单元16，移动单元16可以在房间内移动，使遥感FTIR仪121在房间内移动移动，此时光路123会随着遥感FTIR仪121的移动而改变，遥感FTIR仪121可测量房间内不同区域中光路上的气体积分浓度。

图3为本发明另一实施例气体浓度检测单元12在一房间中的安装俯视图。如图3所示，监控区域为一四面均为墙壁的房间，房间的俯视图为一长方形，为使尽可能多的光路均匀分散于房间内，在该房间相对的两面墙壁上各设置一遥感FTIR仪121，将红外光源或反射镜(即图中黑色短线，当遥感FTIR仪121中设有红外光源时，图中的黑色短线表示反光镜，当遥感FTIR仪121中未设置红外光源时，图中的黑色短线表示红外光源)122等间距设置在房间的四面墙壁上。部分122单独与其中一个遥感FTIR仪121之间形成光路123，部分122单独与另一个遥感FTIR仪121之间形成光路123，部分122与两个遥感FTIR仪121之间均形成光路123，共形成多条光路123。启动遥感FTIR仪121扫描各光路123，可以获取各光路上的气体积分浓度。具体实施时，两个遥感FTIR仪121所获取的多条光路上的气体积分浓度分别发送给中央控制单元13。

中央控制单元13与气体浓度检测单元12连接，其主要用于根据预设的气体吸收谱图及气体浓度检测单元12检测到的气体积分浓度，确定监控区域内空气污染物的种类，然后利用CT重构算法分别确定不同种类的空气污染物的浓度重构图，并根据不同种类的空气污染物浓度的标准值及上述浓度重构图确定上述空气污染物的浓度是否超标。若上述空气污染物的浓度超标，则获取监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息并生成一驱动信号；其中，上述驱动信号包含上述地理位置信息，所述浓度重构图包含所述空气污染物的浓度测量值。

在一实施例中，中央控制单元13包括坐标获取模块131、空气污染因子计算模块132及待机信号生成模块133，如图4所示。

坐标获取模块131用于获取监控区域内浓度超标的空气污染物的坐标，空气污染因子计算模块132根据浓度超标空气污染物的浓度测量值及其对应的浓度标准值，利用下式获取所述坐标处的空气污染因子a：

$a=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_{ic}-{\mathrm{\ρ}}_{i0})/{\mathrm{\ρ}}_{i0}\×100\%---\left(1\right)$

式中，a为空气污染因子；i为浓度超标空气污染物的数量；ρ_ic为浓度超标空气污染物的浓度测量值；ρ_i0为浓度超标空气污染物的浓度标准值。

在获取监控区域内所有空气污染物浓度超标处的空气污染因子a后，中央控制单元13经过比较分析获得监控区域内空气污染因子的最大值及其对应的地理位置信息，该地理位置信息即是监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息。具体实施时，中央控制单元13根据监控上述地理位置信息以及空气净化设备当前所处位置规划一最佳路径，并根据该最佳路径生成驱动移动单元16前进、后退、左转、右转或刹车的一系列控制信息，该控制信息包含在上述驱动信号中。

待机信号生成模块133用于当监控区域内空气达标(即所有空气污染物的浓度测量值低于其对应的标准值)时生成一待机信号，并发送给移动单元16及进气单元15。

一实施例中，移动单元16设置于外壳11下方，与中央控制单元13连接，用于接收上述驱动信号，并在驱动信号的控制下移动至监控区域中空气污染物浓度超标最严重区域。

空气净化单元14包括多层过滤网，用于对进入空气净化设备10内部的空气进行净化。

进气单元15包括一风扇电机及安装在外壳11下部进风口处的风扇，该风扇电机与中央控制单元13连接，用于在所述驱动信号的控制下驱动风扇转动。风扇在电机的转动驱动下，不断排出空气，使得空气净化设备内部形成瞬时真空，进气口附近的垃圾与灰尘随同气流进入设备内，在空气净化单元14的多层过滤网的作用下达到净化空气的效果。其中，所述驱动信号包含风扇电机的输出功率，该输出功率是由中央控制单元13根据浓度超标最严重区域的空气污染因子的大小生成的，当空气污染物浓度超标最严重区域的空气污染因子较大时，中央控制单元13生成一较大的输出功率信息包含在驱动信号中，以控制风扇电机输出较大的功率，从而使风扇运行在一较高的转速，加快空气净化速度；当空气污染物浓度超标最严重区域的空气污染因子较小时，中央控制单元13生成一较小的输出功率信息包含在驱动信号中，以控制风扇电机输出较小的功率，从而使风扇运行在一较低的转速，以节省能源并降低风扇噪音。

本发明提供的空气净化设备可以根据空气污染物浓度分析结果找出空气污染物浓度极大值的位置，帮助用户找到污染源并及时清除，并通过对监测结果的分析优化 净化程序，实现定点空气净化，达到最优的空气净化效果，并避免长时间开机造成的资源浪费，更加节能环保。

在一实施例中，空气净化单元14还包括活性炭模块、负离子模块、光触媒模块、银离子模块及超结构光矿化模块中的至少一种，对进入空气净化设备10内部的空气进行进一步净化。

在一实施例中，进气单元15还包括一过滤片及一集尘盒，用于对经由进气单元15进入空气净化设备10内部的空气进行除尘处理。

在一实施例中，空气净化设备还包括一湿度传感器17及一加湿除湿一体机18，如图5所示空气净化设备20。其中，湿度传感器17与中央控制单元13连接，设置于外壳11的外部，用于采集监控区域内空气的湿度信息并发送给中央控制单元13；加湿除湿一体机18设置于外壳11上部的出风口处，用于对净化之后的空气进行加湿或者除湿。中央控制单元13根据预设的湿度标准值与采集到的湿度信息生成一加湿信号或一除湿信号给加湿除湿一体机18，以控制加湿除湿一体机18进行加湿或除湿。

在一实施例中，空气净化设备10还包括一显示屏19，用于显示上述不同种类的空气污染物的浓度重构图，以使用户更容易地发现污染源，如图5所示。具体实施时，用户可将监控区域的真实俯视照片导入中央控制单元13，中央控制单元13可以以此照片为背景来绘制空气污染物的浓度重构图，用户能清晰的观察监控区域的污染气体浓度分布情况，甚至发现污染源。

在一实施例中，移动单元16包括设置在外壳11底部的轮子、多个避障传感器以及一电机。其中，多个避障传感器分别设置于外壳11的下部圆周处，用于感知空气净化设备10周围是否存在障碍物，为中央控制单元13规划最佳途径提供依据；上述电机与中央控制单元13连接，在上述驱动信号的控制下驱动上述轮子转动，以使空气净化设备10到达监控区域空气污染最严重的区域。

在一实施例中，中央控制单元13与气体浓度检测单元12、进气单元15及移动单元16可以通过无线方式连接，例如通过蓝牙连接。

在另一实施例中，中央控制单元13与气体浓度检测单元12、进气单元15及移动单元16还可以通过有线方式连接。

本发明可使用户可以清晰、直观的观测室内空气质量及污染物浓度分布，帮助用户发现污染源并采取措施，还兼备吸尘器的功能，过滤空气的同时吸收地面上的灰尘 杂物，并可以根据监控区域内空气的湿度情况决定进行加湿或者除湿。

图6为本发明实施例空气净化方法的流程示意图，该方法可以应用于图1所示空气净化设备10。该方法主要包括如下步骤：

步骤101、气体浓度检测单元12检测监控区域内至少一条光路上的气体积分浓度。具体实施时，利用气体浓度检测单元12扫描监控区域内的光路以获取各光路上的吸光度，并根据该吸光度确定其气体积分浓度。

步骤102、中央控制单元13根据预设的气体吸收谱图及所述气体积分浓度确定空气污染物的种类，并利用CT重构算法分别确定不同种类的空气污染物的浓度重构图，该浓度重构图包含所述空气污染物的浓度测量值。

具体实施时，需将不同种类的空气污染物在不同浓度下的气体吸收谱图预先本地存储，中央控制单元13根据预设的气体吸收谱图及上述气体积分浓度确定监控区域中空气污染物的种类，通常情况下，空气污染物主要包括PM2.5、甲醛、苯、二甲苯、氨以及TVOC(Total Volatile Organic Compounds，总挥发性有机物)等。中央控制单元13对上述气体积分浓度利用CT重构算法分别确定上述不同种类的空气污染物的浓度，并生成不同种类空气污染物的浓度重构图。上述CT重构算法可以为迭代算法、最大期望值似然法、加权最小二乘法、平滑基函数最小化法、拟合算法和人工神经网络法中的一种。

步骤103、中央控制单元13根据不同空气污染物浓度的标准值及所述浓度重构图，确定所述空气污染物的浓度是否超标，若是，则获取监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息。

具体实施时，中央控制单元13根据不同空气污染物浓度的标准值及所述浓度重构图，判断所述空气污染物的浓度是否超标，当所述空气污染物的浓度不超标时，中央控制单元13控制移动单元16及进气单元15进入待机模式。如果监控区域内某一种获某几种空气污染物超标，则坐标获取模块131获取监控区域内浓度超标空气污染物的坐标，空气污染因子计算模块132根据浓度超标空气污染物的浓度测量值及其标准值，利用式(1)获取上述坐标处的空气污染因子a。

在确定不同坐标处的空气污染因子后，找出监控区域内空气污染因子的最大值，并获取该最大值处的地理位置信息，该地理位置信息即是监控区域内空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息。

步骤104、空气净化单元14根据上述地理位置信息进行定点空气净化。

具体实施时，中央控制单元13根据空气污染物浓度超标最严重区域的地理位置信息生成一驱动信号，移动单元16根据所述驱动信号移动至空气污染物浓度超标最严重区域，过滤片对经由所述进风口进入空气净化设备的空气进行除尘；空气净化单元14对经过除尘的空气进行净化。

在一实施例中，本发明提供的空气净化方法还包括根据监控区域内空气的湿度控制加湿除湿一体机18进行加湿或除湿。

本发明提供的空气净化方法没有对空气净化设备进行详细说明，具体描述及举例请参见空气净化设备，在此不再赘述。

本发明提供的空气净化方法可以根据监控区域内空气污染物浓度的检测及分析结果找出空气污染物浓度超标最严重的区域，并对该区域进行定点空气净化，并在空气质量达标时停止净化，更加节能环保。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。