單向傳感超聲波霧化消毒裝置

◆長沙市南雅中學 徐漢林 長沙市長郡湘府中學 張景景 長沙市明德中學 彭奕豪

本期點評專家

譚迪熬中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

為預(yù)防新冠病毒感染，我們進校時都要用消毒液洗手消毒，并測量體溫。由于進校時人數(shù)很多，消毒入校要花費許多時間，有些同學一不小心噴灑消毒液過多，還造成浪費。于是，我們想設(shè)計制作一種高效實用的消毒裝置。

一、資料調(diào)查

目前，市場常見的幾款智能消毒裝置采用左、右兩個紅外感應(yīng)頭識別人們的走動方向，左、右兩個感應(yīng)頭用外殼相互遮擋，安裝角度互相偏離。

由于紅外線在不同的安裝環(huán)境會出現(xiàn)反射、折射現(xiàn)象，再加上感應(yīng)頭的探測角度是一個廣角，在某些環(huán)境下會出現(xiàn)誤識別情況。由于兩個感應(yīng)頭感應(yīng)角度相互偏離大，裝置識別反應(yīng)速度慢。

市面上的智能消毒裝置的探測器采用熱紅外探測原理，抗干擾能力差，易受溫度、光線等環(huán)境變化影響，造成誤識別。

二、方案設(shè)計

針對人體消毒的原理與要求，我們設(shè)計了如下方案。

1.方案一

在容器內(nèi)安裝人體傳感器控制器、微型水泵、電氣盒、消毒箱等部件。利用人體傳感器控制微型水泵自動抽水送至噴頭，通過噴頭噴灑消毒液。該方案自動化程度高，但有時噴灑的消毒液過多，易造成浪費。

2.方案二

在方案一的基礎(chǔ)上我們進行了改進。利用溫度傳感器控制發(fā)熱管對容器中的消毒液進行加熱氣化，用貫流風扇吹氣增壓，使氣化后的消毒蒸汽從導管中吹出，由人體傳感器控制器控制噴霧消毒。該方案自動化程度高，能節(jié)約消毒液，但消毒液加熱時間長，消耗電能多，噴出的熱霧溫度較高，有灼傷皮膚的風險。

3.方案三

在方案二的基礎(chǔ)上將加熱霧化改為超聲波霧化，耗能少，霧化時間短。再用貫流風扇吹氣增壓，使氣化后的消毒蒸汽從導管中吹出，由人體傳感器控制器控制噴霧消毒。

4.方案四

我們在方案三的基礎(chǔ)上增加人手消毒室、一根消毒管。手可直接伸入消毒室消毒，必要時還可用消毒管對人體局部或全身消毒。

圖1 作品結(jié)構(gòu)圖

三、設(shè)計原理

1.采用超聲波霧化器將消毒液霧化成氣體

超聲波霧化器將液態(tài)分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生水霧，超聲波加濕器將水霧化為超微粒子，使其能擴散到容器區(qū)域。開啟貫流風扇增加容器內(nèi)的氣壓，將消毒霧吹出導管，不僅噴灑更均勻，還節(jié)約資源。

2.利用探測器進行控制

探測器能有效分辨干擾信號，防止誤報，并準確識別人們的走動方向，反向移動時設(shè)備不工作。人們進入消毒通道時，消毒裝置自動噴出消毒霧氣。

四、裝置測試

我們將制作好的四件作品均盛入消毒液，置于學校四個通道門口進行測試，將每人消毒洗手時間設(shè)定為2秒，一分鐘可完成120名師生的消毒工作，不到30分鐘，全校2965人全部洗手消毒通過，消毒液的使用量不到原來的三分之一。

本裝置運用單片機技術(shù)處理數(shù)據(jù)，將檢測結(jié)果智能化顯示，具有簡單快捷、使用方便的優(yōu)點。（指導老師：劉道豐）

專家點評

單向傳感超聲波霧化消毒裝置是一項關(guān)注社會熱點的改進型創(chuàng)新作品。作者在不同的學校，要共同完成這件作品，實屬不易。

從這項作品完成的過程我們可以感受到：

首先，作者能從市場上常用的幾款智能消毒裝置中發(fā)現(xiàn)問題，并積極將問題解決，創(chuàng)新意識強。

其次，他們選題后的資料分析、多個方案的迭代設(shè)計、科學原理與技術(shù)的巧妙使用等環(huán)節(jié)，充分了體現(xiàn)其具有勤于思考的好習慣。勤于思考是一個非常復(fù)雜的過程，思考的內(nèi)容在同一研究領(lǐng)域的各個階段各不相同，但都需要緊張地、連續(xù)地思考卻是共同的。富蘭克林有一句名言：“懶惰，像生銹一樣，比操勞更能消耗身體；常使用的鑰匙總是發(fā)亮的?！?/p>

其三，他們倆還具有互相信任、合作攻關(guān)的寶貴品質(zhì)。