一种检测口罩过滤效率的方法与系统与流程

本发明属于检测设备技术，具体是指检测口罩的对颗粒物过滤效率的机构和方法。

背景技术：

随着2013年我国大部分地区雾霾天气的爆发，pm2.5防护产品变得十分抢手，市场上随即出现大量标有“防雾霾口罩”、“抗pm2.5口罩”、“pm2.5防护口罩”等字样的产品，统称为“自吸过滤式防颗粒物呼吸器”。作为雾霾个体防护用品，由于使用方便、价格低廉等优点，其销售市场也呈现井喷态势，据统计，我国2013年自吸过滤式防颗粒物呼吸器的市场需求为25.3亿，2015年预计为39.2亿。但与之相对的，则是市场在售的自吸过滤式防颗粒物呼吸器质量参差不齐，民众对其防护能力认知偏少，产品依据标准多样，检测、判定依据不适宜等问题存在。2015年3月3日，上海质监局对上海市产销的有防护功能的口罩产品进行质量监测：69批次中，3m、汤默臣、绿盾、绿之源等56批次过滤效率实测值低于90％，最低的仅1.1％。所以，对市面上销售的自吸过滤式防颗粒物呼吸器的过滤效率进行检测极为重要。

过滤效率高低是判定自吸过滤式防颗粒物呼吸器质量好坏的关键参数之一，由于国外同类检测设备价格和维护成本过高，大多数防尘面罩生产企业无法承受，而国内生产测试设备价格偏高，性能不稳定，不能对自吸过滤式防颗粒物呼吸器产品防护性能提供确定的评价。因此，自吸过滤式防颗粒物呼吸器的过滤效率的检测设备成为困扰行业发展的难题。一方面，自吸过滤式防颗粒物呼吸器生产过程中，企业需要有过滤效率检测设备来保证其产品防护性能；另一方面，产品认证过程中，也要求企业配备过滤效率检测设备。此外，目前现有的过滤效率检测设备大多只能给出颗粒的过滤总体效率，不能分析出待测自吸过滤式防颗粒物呼吸器对不同粒径颗粒的过滤效率。

针对上述问题，本发明借助机器视觉和数字图像处理技术对自吸过滤式防颗粒物呼吸器过滤效率进行检测，具有检测精度高、价格低廉、稳定性高、操作简单等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是对自吸过滤式防颗粒物呼吸器过滤效率进行检测，给出待测自吸过滤式防颗粒物呼吸器的总体过滤效率以及对不同粒径颗粒的过滤效率，为厂家制造和质量认证提供测量依据。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种检测口罩过滤效率的方法与系统，其特征在于：所述调节机构包括检测介质制备机构，呼吸器放置机构，采样机构，图像采集 机构，图像分析机构；所述的检测介质制备机构具有制备携带微颗粒流动混合气的作用，并与所述的呼吸器放置机构相连；所述的呼吸器放置机构用于放置和加紧固定被测呼吸器，并与所述的采样机构相连；所述的采样机构具有采集检测介质中颗粒的作用，采样机构上连接所述的图像采集机构；所述的图像采集机构具有采集检测介质中微颗粒图像的最用，并将采集的数据传输到所述的图像分析机构中进行数字图像处理计算并求得过滤效率。

本发明中，所述的检测介质制备机构包括：压缩空气罐、气溶胶发生器、阀门a、阀门b；压缩空气罐盛放干净的空气用于清洁载玻片上的微颗粒，消除上次测量粘连颗粒的影响从而获得高精度的检测结果；气溶胶发生器在室内测量时采用，用于产生含颗粒物的混合气并与所述的压缩空气罐联合使用产生所需的检测介质；阀门a与阀门b分别负责所述的压缩空气罐和气溶胶发生器的开关。

本发明中，所述的呼吸器放置机构包括：呼吸器放置处盖子、呼吸器放置处以及仪器支架；呼吸器放置处盖子用于压紧呼吸器边缘防止空气漏入；呼吸器放置处用于放置待测呼吸器，其接口为圆柱形，将呼吸器罩在该圆柱形接口上；所述的仪器支架具有支撑固定各仪器的作用。

本发明中，所述的采样机构包括：气流弯管a、气流直管、采样导流板、流量计、尘埃粒子计数器、气流弯管b、轴流风机；所述的气流弯管a、气流直管以及气流弯管b为待测介质提供流动轨道，气流直管为空心长方体，气流弯管a和气流弯管b为截面为圆形的弯管；所述的采样导流板改变气流导向，便于待测介质中的微颗粒附着到载玻片上便于图像采集；所述的流量计用于测量计算检测介质的流量；所述的轴流风机用于抽气，为检测介质的流动提供动力，保证流动的正常进行。

本发明中，所述的图像采集机构包括：载玻片、同轴光源、工业镜头、工业相机；所述的载玻片厚度为0.13mm，用于吸附检测介质中的微颗粒；所述的同轴光源的颜色为白色，为图像采集提供照明；所述的工业相机为像素1400万的ccd黑白工业相机；所述的工业镜头像素为1400万的镜头，用于拍摄粘连在所述的载玻片上的颗粒。

本发明中，所述的图像分析机构包括：usb数据线、平板电脑、颗粒过滤效率检测软件；所述的usb数据线用于将图像采集机构生成的图像信息传输到所述的平板电脑中；所述的平板电脑为windows机构，安装了所述的颗粒过滤效率检测软件，用于计算过滤效率和输出计算结果；所述的颗粒过滤效率检测软件为利用visualbasic汇编软件编制的程序，包括图像载入、颗粒粒径计算与统计、过滤效率计算以及结果输出等主要功能。

本发明于现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

1、精度高：本发明采用机器视觉与数字图像处理技术，对为颗粒的图像进行数 字化处理，每个像素点代表0.7um(加装2倍放大镜头)，对于粒径为2.5um的颗粒来说可以用至少9个像素点来描述。

2、全面分析：本发明可以给出自吸过滤式防颗粒物呼吸器对不同粒径的颗粒的过滤效率，利于自吸过滤式防颗粒物呼吸器生产厂家研发创新出更有效的防雾霾口罩。

3、体积小：本发明的结构简单，组装灵活，占地面积小，操作轻便，便于携带。

4、价格低：本发明于国外的检测设备相比具有明显的价格优势，国外成熟一套检测造价至少13万元，而本发明中设备主要的成本为高品质的工业相机和工业镜头，成本预计为国外检测设备的一半。

附图说明

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的机构总体布置图；

图2为本发明的机构装置布置图；

其中：1、呼吸器放置处盖子，2、呼吸器放置处，3、气流弯管a，4、气流直管，5、采样导流板，6、流量计，7、尘埃粒子计数器，8、气流弯管b，9、轴流风机，10、同轴光源，11、工业镜头，12、工业相机，13、usb数据线，14、平板电脑，15、颗粒过滤效率检测软件，16、压缩空气罐，17、气溶胶发生器，18、阀门a，19、阀门b，20、载玻片，21、仪器支架。

图3为本发明中颗粒过滤效率检测软件计算流程图；

图4为本发明中所述的呼吸器放置机构与气流弯管a的结构图；

图5为本发明中所述的采样机构与图像采集机构结构图；

图6为本发明中所述的仪器支架结构图；

具体实施方式

如图1所示，本发明一种检测口罩过滤效率的方法与系统的总体布置图。本发明的大致工作原理为所述的检测介质制备机构制造出含微颗粒的检测介质，通过呼吸器放置机构中呼吸器的过滤作用，过滤掉一部分微颗粒，随后含微颗粒的检测介质通过采样机构作用将微颗粒富集到载玻片上，之后通过所述的图像采集机构的采集，将微颗粒图像传输到所述的图像分析机构中进行后期的图像处理和过滤效率计算。

如图2所示，本发明一种检测口罩过滤效率的方法与系统的装置布置图。所述的检测介质制备机构包括：压缩空气罐16、气溶胶发生器17、阀门a18、阀门b19；所述的呼吸器放置机构包括：呼吸器放置处盖子1、呼吸器放置处2以及仪器支架21；所述的采样机构包括： 气流弯管a3、气流直管4、采样导流板5、流量计6、尘埃粒子计数器7、气流弯管b8、轴流风机9；所述的图像采集机构包括：同轴光源10、工业镜头11、工业相机12、载玻片20；所述的图像分析机构包括：usb数据线13、平板电脑14、颗粒过滤效率检测软件15；

呼吸器放置机构和图像采集机构均固定在仪器支架21上，采样机构和检测介质制备机构放置于仪器支架21的内部，并由相应的支架固定，图像分析机构放置于仪器支架的外表面，平板电脑14的屏幕用于输出测试结果。

通过所述的轴流风机9进行抽气将检测介质抽入到所述的气流管道内，包含微颗粒的检测介质经过采样导流板5的抬升作用使得微颗粒粘连到所述的载玻片20上，通过所述的同轴光源10的照明和工业相机11的拍摄，将图像信息通过usb数据线13传输到所述的平板电脑14中利用颗粒过滤效率检测软件15进行后期的图像处理和过滤效率计算。

如图3所示，本发明中颗粒过滤效率检测软件计算流程图。所述的颗粒过滤效率检测软件的工作流程如下：首先载入黑白图像，计算图像的灰度值，然后根据灰度梯度的变化量进行二值化处理从而确定出微颗粒的边界，进而找到整个颗粒，此时图中只有黑白两种颜色。对于载玻片上的微颗粒可能会有粘连在一起的现象，利用分割程序进行分割。对分割后的图像进行颗粒编号和个数统计。计算面积a和周长l以及当量直径r。当量直径的计算公式为r＝4*a/l，其中a为颗粒的面积(颗粒所占据的像素点数)，l为颗粒的周长(颗粒最外层所占据的像素点数)。并根据比例进行换算，每个像素点代表实际的0.7um，换算出对应的实际周长、面积、当量直径。对颗粒粒径进行区间划分，统计不同粒径区间内的颗粒个数。在不同的区间分别进行计算过滤效率，过滤效率的计算公式为过滤效率＝(未放呼吸器颗粒个数-放置呼吸器测量颗粒个数)×100/未放呼吸器颗粒个数。最后输出总的过滤效率和不同粒径区间的过滤效率计算数值。

如图4所示，本发明中所述的呼吸器放置机构与气流弯管a的结构图。呼吸器放置处盖子由橡胶塞密封，橡胶塞上开有两个直径为10mm的接口，分别为压缩空气罐和气溶胶发生器的接口。图中白色剖面线为呼吸器，呼吸器放置在直径为160mm的空心圆柱上，并通过呼吸器放置处的盖子进行密封。

如图5所示，本发明中所述的采样机构与图像采集机构结构图。检测介质进入气流直管后受到采样导流板5的抬升作用，气流流向改变，更多的气流会冲击到载玻片20上，更多的微颗粒会吸附到载玻片20上。轴流风机9不断抽气为检测介质流动不断提供动力，使得检测介质流动通畅。

如图6所示，本发明中所述的仪器支架结构图。长*宽*高分别为500mm*300mm*300mm。整个检测设备占地面积小，操作灵活。

本发明一种检测口罩过滤效率的方法与系统的使用分为室内检测和室外检测两种。室外检测为将检测仪器至于雾霾天气的室外条件下，由室外的大气直接提供检测介质，室内检测为将检测仪器至于室内环境下进行检测。对于室内检测，该方法包括如下步骤：

(1)连接压缩空气罐接口和气溶胶发生器接口，打开所述的压缩空气罐16上的阀门18，让压缩洁净不含微颗粒的空气冲刷载玻片，确保载玻片的清洁，之后关闭所述的阀门18；

(2)同时打开所述的压缩空气罐16和气溶胶发生器17产生含微颗粒的待测介质，混合气经过呼吸器放置处2、气流管道a3以及气流直管4，检测介质通过所述的采样导流板5的抬升作用使得微颗粒粘连到所述的载玻片20上，通过所述的同轴光源10的照明和工业相机11的拍摄，将图像信息通过所述的usb数据线14传输到所述的平板电脑13中的颗粒过滤效率检测软件15进行后期的图像处理和过滤效率计算；

(3)打开所述的压缩空气罐2上的阀门17，让压缩洁净不含微颗粒的空气冲刷载玻片，确保载玻片的清洁，之后关闭所述的阀门17；

(4)将待测呼吸器放置于所述的呼吸器放置处2并利用呼吸器放置处盖子1压紧密封，连接压缩空气罐接口和气溶胶发生器接口，同时打开所述的压缩空气罐16和气溶胶发生器17产生含微颗粒的待测介质，混合气经过呼吸器放置处2、气流管道a3以及气流直管4，检测介质通过所述的采样导流板5的抬升作用使得微颗粒粘连到所述的载玻片20上，通过所述的同轴光源10的照明和工业相机11的拍摄，将图像信息通过所述的usb数据线14传输到所述的平板电脑13中的颗粒过滤效率检测软件15进行后期的图像处理和过滤效率计算；

对于室外检测，该方法包括如下步骤：

(1)连接压缩空气罐接口，密封气溶胶发生器接口，打开所述的压缩空气罐16上的阀门18，让压缩洁净不含微颗粒的空气冲刷载玻片，确保载玻片的清洁，之后关闭所述的阀门18；

(2)取下呼吸器放置处盖子2上的橡胶塞，打开轴流风机9，使得室外含微颗粒的混合气经过呼吸器放置处2、气流管道a3以及气流直管4，检测介质通过所述的采样导流板5的抬升作用使得微颗粒粘连到所述的载玻片20上，通过所述的同轴光源10的照明和工业相机11的拍摄，将图像信息通过所述的usb数据线14传输到所述的平板电脑13中的颗粒过滤效率检测软件15进行后期的图像处理和过滤效率计算；

(3)连接压缩空气罐接口，密封气溶胶发生器接口，打开所述的压缩空气罐16上的阀门18，让压缩洁净不含微颗粒的空气冲刷载玻片，确保载玻片的清洁，之后关闭所述的阀门18；

(4)将待测呼吸器放置于所述的呼吸器放置处2并压紧密封，取下呼吸器放置处盖子2 上的橡胶塞，打开轴流风机9，混合气经过呼吸器放置处2、气流管道a3以及气流直管4，检测介质通过所述的采样导流板5的抬升作用使得微颗粒粘连到所述的载玻片20上，通过所述的同轴光源10的照明和工业相机11的拍摄，将图像信息通过所述的usb数据线14传输到所述的平板电脑13中的颗粒过滤效率检测软件15进行后期的图像处理和过滤效率计算；

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。