一种即时消毒液制备系统及训练方法与流程

1.本发明涉及消毒液制备系统技术领域,更具体的说是涉及一种即时消毒液制备系统及训练方法。


背景技术：

2.目前，市场上主流消毒液如氧化类、醛类、酚类、盐类、表面活性剂类、醇类等在制备或使用过程中会带来安全问题(如氧化类消毒液或盐类消毒液在使用不恰当时都可能危及人的生命安全)和严重环境污染问题(如在制备过程中使用大量的化学制剂会造成环境污染，消毒液的排放也会带来环境污染)；主流消毒液的制备需要复杂的化学原料且制备过程复杂、工序众多、设备庞大，带来了不必要的资源浪费；只有足够实力的工厂才能制备消毒液，消毒液的生产往往不能满足市场需求，在突发公共安全事件(如重大疫情或自然灾害)发生时，亟需消毒的相关部门(如医院、车站、商城等)无法及时获得充足的消毒液供应，消毒液的生产时效性差。因此，急需一种原料易得、操作简单、生产快捷的即时消毒液制备系统。
3.研究表明，等离子体和水作用后会产生大量具有细胞毒性的活性氧自由基ros和活性氮自由基rns及次级产物，如：
·
oh、h2o2、no
3-、no
2-以及no
·
等，称之为等离子体活化水(plasma activated water，paw)。等离子体活化水同时会提供低ph环境，促进次级产物的形成且有利于活性氧自由基ros、活性氮自由基rns及次级产物破坏细胞膜的防御机制，从而导致生物膜的快速灭活。综上，等离子体活化水(plasma activated water，paw)是一种易存储、便携的酸性溶液，包含大量的活性氧自由基、活性氮自由基及次级产物，从而具有较好的杀菌作用。若能以水为原料，高效地生产等离子体活化水(plasma activated water，paw)作为消毒液，方可满足原料易得、生产快捷的市场需求。但等离子体活化水消毒能力的定量控制问题是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种集制备、监测和智能控制为一体，采用低温等离子体为激励源的即时消毒液制备系统及训练方法，该系统以水为原料、操作方便、设备简单、生产快捷。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种即时消毒液制备系统及训练方法，其特征在于，该系统包括：系统外部进液环路、系统消毒液制备环路、系统内部进液环路和系统消毒液存储环路组成；主要消毒液合成器、系统智能控制器、自适应驱动器、气体混合调节器、液体混合调节器、水路单向电磁阀a、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c、气路单向电磁阀d以及储液箱构成；
7.所述消毒合成器内侧底部安装低温等离子体射流器，内侧顶部安装有液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器和温度传感器；
8.所述系统智能控制器由电气控制器、液路/气路控制器以及稳定性控制器构成；所
述电气控制器，接收四个传感器得到的实时液位、氧化还原电位、ph以及温度数据，计算得到实时电气控制优化参数p1；所述液路/气路控制器，接收电气控制器得到的电气控制优化参数p1计算得到液路和气路控制优化参数p2；所述稳定性控制器，接收电气控制器与液路/气路控制器的结果，合并为特征向量v；
9.所述自适应驱动器由变频电压输出模块和低温等离子体状态监测模块组成，用于驱动和监测低温等离子体射流器的工作状态；
10.所述气体混合调节器根据系统智能控制指令调节原料气体和消毒液制备后的排出气体之间的进气比例、输出压力和气体流速；
11.所述液体混合调节器根据系统智能控制器指令调节两种原料的混合比例，用于提供制备消毒所需的混合液原料。
12.优选的，在上述一种即时消毒液制备系统及训练方法中，所述气体混合调节器的底部设有出气口q1和出气口q2；所述出气口q1与低温等离子体射流器连接，所述出气口q2与储液箱连接。
13.优选的，在上述一种即时消毒液制备系统及训练方法中，所述系统智能控制器的训练方法包括以下步骤：
14.1)将液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器和温度传感器的可能结果平均等分为5-2000个区间，在每个区间中选取典型值，通过试验得到5-2000组液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器和温度传感器、电气控制优化参数p1和液路/气路控制优化参数p2的配对训练数据；
15.2)基于步骤1)中的配对训练数据对模型系统智能控制器进行训练；
16.3)针对每一组配对训练数据，加入随机噪声，计算特征向量v的变异度，选出变异度最高的1-500组疑难数据；
17.4)将每组疑难数据的区间细分为5-2000个小区间，在每个小区间中选取典型值，通过试验得到5-2000组液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器和温度传感器、电气控制优化参数p1和液路和气路控制优化参数p2的配对训练数据；
18.5)重复步骤4)，2)和3)，直至变异度达到设定范围。
19.优选的，在上述一种即时消毒液制备系统及训练方法中，该系统各个组成部件之间的连接方式如下：消毒液合成器外侧底部固接的液体管道接头分别与水路单向电磁阀b的出口、水路单向电磁阀a的进口通过液体管道连接，水路单向电磁阀a的出口与储液箱的进液口通过液体管道连接，储液箱的出液口与液体混合调节器的内部进口连接，液体混合调节器的出口与水路单向电磁阀b的进口通过液体管连接，消毒液合成器、储液箱、液体混合调节器、水路单向电磁阀b、水路单向电磁阀a构成液体回路；消毒液合成器的外侧顶部固接的单向气管接头分别与气路单向电磁阀c的进口、储液箱底部固接的单向进气管接头通过气体管道连接，气体混合调节器的出气口q2与低温等离子体射流器的出气口q1通过气体管道连接，气体混合调节器的出气口q2与储液箱的顶部出气口q1连接，储液箱的顶部出气口q2与储液箱的进口通过气体管道连接，消毒液合成器、储液箱、气路单向电磁阀d、气路单向电磁阀c构成气体回路。
20.优选的，在上述一种即时消毒液制备系统及训练方法中，所述系统智能控制器的气液回路控制方式如下：
21.1)通过系统智能控制器控制打开水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀d和液体混合调节器的外部输入接口、气体混合调节器的出气口q2实现外部液体的输入；
22.2)通过系统智能控制器控制打开气体混合调节器的出气口q2、液体混合调节器的内部输入接口、水路单向电磁阀b和气路单向电磁阀c，利用气体压力实现内部液体的输入从而重复利用储液箱中失效的消毒液；
23.3)通过系统智能控制器控制打开气体混合调节器的出气口q2、自适应驱动器和气路单向电磁阀d使得低温等离子体射流器产生的低温等离子体射流充分与消毒液合成器、储液箱中的液体反应实现消毒液的制备；
24.4)通过系统智能控制器控制打开水路单向电磁阀a、气路单向电磁阀d、气体混合调节器的出气口q2，利用消毒液合成器与储液箱之间产生的压差将消毒液合成器中制备好的消毒液传输到储液箱中存储。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明即时消毒液制备系统以水为原料制备采用等离子体作为激励源的消毒液，杀菌消毒效果显著且生产与使用过程中无安全隐患与环境污染问题；本发明通过设置消毒液合成器,集制备与监测为一体，在高效合成消毒液的同时，实现对消毒液实时参数的获取，这些参数包括氧化还原电位、ph、温度、液位；设置智能控制器，运用人工智能的方法，基于四个传感器(氧化还原电位、ph、温度、液位)的实时反馈信息，实现对消毒液消毒能力的精确控制，自由基浓度根据需求分为4-8级，解决了等离子体活化水消毒能力定量控制难的业内难题；设置气液循环回路，通过利用工作气体的自身压力，在实现消毒液制备的同时，又实现了系统内部的液体循环，从而无需额外的增压设备，降低了设备的体积及成本；本发明原料简单易得、构造简洁巧妙，操作方便，作业效率高，适于家庭、医院、诊所、商场、农场等更重场合进行消毒、清洁与护理，且能够及时满足在突发公共安全事件中对消毒液的巨大需求。
附图说明
26.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1附图为本发明的结构示意图。
28.图2附图为本发明的外部进液环路结构示意图。
29.图3附图为本发明的消毒液制备环路结构示意图。
30.图4附图为本发明的内部进液环路结构示意图。
31.图5附图为本发明的消毒液存储环路结构示意图。
32.在图中：1为消毒液合成器；2为系统智能控制器；3为自适应驱动器；4为气体混合调节器；5为液体混合调节器；6为储液箱；7为水路单向电磁阀a；8为水路单向电磁阀b；9为气路单向电磁阀c；10为气路单向电磁阀d；11为低温等离子体射流器；12为液位传感器；13为氧化还原电位传感器；14为ph传感器；15为温度传感器；16为出气口q1；17为出气口q2；18为外部输入接口；19为内部输入接口。
具体实施方式
33.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。
34.请参阅附图1-5，为本发明公开的一种即时消毒液制备系统及训练方法，具体包括：
35.系统外部进液环路、系统消毒液制备环路、系统内部进液环路和系统消毒液存储环路组成；主要消毒液合成器、系统智能控制器、自适应驱动器、气体混合调节器、液体混合调节器、水路单向电磁阀a、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c、气路单向电磁阀d以及储液箱构成；
36.所述消毒合成器内侧的底部安装低温等离子体射流器，增加了低温等离子体射流器产生的大于1015/cm3超高密度电子和活性自由基与液体的活化时间和接触面积，内侧的顶部安装液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器、温度传感器，用于监测消毒液的制备量及消毒能力的强弱，外侧底部固接液体管道接头，用于液体的输入与排出，外侧顶部固接单向气管接头，防止反应气体回流。
37.所述自适应驱动器由变频电压输出模块和低温等离子状态监测模块组成，用于驱动和监测低温等离子体射流器的工作状态；
38.所述系统智能控制器与水路单向电磁阀a、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c、气路单向电磁阀d、气体混合调节器、液体混合调节器、自适应驱动器、消毒液合成器通过信号线连接，用于控制消毒液的合成、存储及输出；气体混合调节器负责调节输出气体的压力和流速，用于调节单位体积内粒子的浓度，从而改变低温等离子体射流器产生的电子密度以及自由基的浓度；液体混合调节器负责调节输出液体的流速；储液箱负责存储制备好的消毒液；
39.所述系统智能控制器负责将四个传感器得到的实时液位、氧化还原电位、ph、以及温度数据，经过电气控制器计算得到实时电气控制优化参数p1，并进一步由自适应驱动器根据p1控制激发低温等离子体射流器，同时经过液路和气路控制器计算得到实时液路和气路控制优化参数p2，进而由气体混合调节器、液体混合调节器、储液箱以及水路单向电磁阀a、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c、气路单向电磁阀d控制液体和气体的实时流量和配比；
40.所述低温等离子体射流器与自适应驱动器等电位接地，使得消毒液合成器中的液体中不存在离子电流，降低液体中的带电粒子的交换，提高系统消毒水的制备效率；
41.所述消毒液合成器外侧底部固接的液体管道接头分别与水路单向电磁阀b的出口、水路单向电磁阀a的进口通过液体管道连接，水路单向电磁阀a的出口与储液箱的进液口通过液体管道连接，储液箱的出液口与液体混合调节器的内部进口连接，液体混合调节器的出口与水路单向电磁阀b的进口通过液体管连接，消毒液合成器、储液箱、液体混合调节器、水路单向电磁阀b、水路单向电磁阀a构成液体回路，消毒液合成器的外侧顶部固接的单向气管接头分别与气路单向电磁阀c的进口、储液箱底部固接的单向进气管接头通过气体管道连接，气体混合调节器的出气口q2与低温等离子体射流器的出气口q1通过气体管道
连接，气体混合调节器的出气口q2与储液箱的顶部出气口q1连接，储液箱的顶部出气口q2与气路单向电磁阀d的进口通过气体管道连接，消毒液合成器、储液箱、气路单向电磁阀d、气路单向电磁阀c构成气体回路，系统智能控制器控制、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀d、液体混合调节器的外部输入接口、气体混合调节器的出气口q2同时打开实现系统外部液体的输入到消毒液合成器中用于消毒液的制备，系统智能控制器控制的出气口q2、液体混合调节器的内部输入接口、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c同时打开利用工作气体压力实现内部液体的输入到消毒液合成器中进一步制备，从而重复利用储液箱中失效的消毒液，系统智能控制器控制的出气口q2、自适应驱动器、气路单向电磁阀同时打开使得低温等离子体射流器产生的低温等离子体射流充分与消毒液合成器、储液箱中的液体反应实现消毒液的制备，系统智能控制器控制水路单向电磁阀a、气路单向电磁阀d、气体混合调节器的出气口q2同时打开利用消毒液合成器与储液箱之间产生的压差将消毒液合成器中制备好的消毒液传输到储液箱中存储，消毒液合成器、液体混合调节器、储液箱、水路单向电磁阀a、水路单向电磁阀b、气路单向电磁阀c、气路单向电磁阀d构成的气液回路在无需增压设备的条件下利用工作气体自身压力既完成了消毒液制备又实现了系统内部液体循环。
42.所述液体混合调节器根据系统智能控制器参数p2调节1-2种原料的混合比例，用于提供制备消毒所需的混合原料；一种原料为水，两种原料分别为过氧化氢和水；其中，过氧化氢的浓度为30-50％,水的电导率大于2mω.cm/25℃；进而，将低温等离子体射流器产生的大于10
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/cm3超高密度电子和活性自由基对液体混合调节器提供的液体进行自由基活化，制备得到n级自由基浓度的消毒液，其中,n＝4～8。4至8级消毒液中自由基浓度依次为：低浓度、中浓度、中高浓度、高浓度。
43.所属气体混合调节器用于根据系统智能控制器指令调节原料气体和消毒液制备后的排出气体之间的进气比例、输出压力(0-1mpa)和气体流速(0-2000l/min)；原料气体可以为空气、氮气、氧气、惰性气体中的一种或多种，使得工作气体得以循环利用，并达标排放。
44.所属系统智能控制器包括：
45.电气控制器，为一人工神经网络，接收四个传感器得到的实时液位、氧化还原电位、ph、以及温度数据，计算得到实时电气控制优化参数p1；
46.液路/气路控制器，为一人工神经网络，接收电气控制器得到的电气控制优化参数p1计算得到液路和气路控制优化参数p2；
47.稳定性评估器，接收电气控制器与液路/气路控制器的隐层结果，合并为特征向量v。
48.所述的系统智能控制器训练方法为包括以下步骤：
49.将四个传感器的可能结果平均等分为5-2000个区间，在每个区间中选取典型值，通过试验得到5-2000，四组传感器、电气控制优化参数p1和液路和气路控制优化参数p2的配对训练数据；
50.基于步骤1)中的配对训练数据对模型系统智能控制器进行训练；
51.针对每一组配对训练数据，加入随机噪声，计算特征向量v的变异度，选出变异度最高的1-500组疑难数据；
52.1)将每组疑难数据的区间细分为5-2000个小区间，在每个小区间中选取典型值，
通过试验得到5-2000，四组组传感器、电气控制优化参数p1和液路和气路控制优化参数p2的配对训练数据；
53.5)重复步骤4)，2)和3)，直至变异度达到设定范围。
54.为了进一步优化上述技术方案，所述消毒液合成器内侧底部安装有1-10个低温等离子体射流器，可根据实际等离子体活化水输出流量要求增减低温等离子体射流器的个数。
55.为了进一步优化上述技术方案，所述低温等离子体射流器合成富含ros、rns、rnos及大于1015/cm3超高密度电子的低温等离子体射流，低温等离子体射流的物理温度为30-80℃。
56.为了进一步优化上述技术方案，所述消毒水合成器与自适应等离子体射流器之间等电位连接，使得消毒水合成器制备的消毒水中不存在离子电流，降低带电粒子的消耗，提高消毒水的制备效率。
57.为了进一步优化上述技术方案，所述驱动器用于驱动和监测自适应等离子体射流器等离子体输出，变频输出电压范围为ac2000v-20000v，频率范围为20khz-300khz，根据自适应等离子体射流器工作状态和系统控制器指令调节输出电压和频率。
58.如图1所示的一种即时消毒液制备系统，消毒水合成器的反应容量为1l，内侧底部安装两个低温等离子体射流器，消毒水的制备速率为200ml/min，设置消毒水的制备等级为6。
59.系统智能控制器读取液位传感器、氧化还原电位传感器、ph传感器、温度传感器的数据，计算控制参数p1、p2，控制打开气体混合调节器的出气口q2和气路单向电磁阀d，关闭气路单向电磁阀c，设定工作气体输入为空气，初始压力为100kpa，气体流速为300l/h，同时打开自适应驱动器，低温等离子体射流器产生低温等离子体射流，并优化调整。
60.系统智能控制器打开水路单向电磁阀，设置液体混合调节器的外部输入接口给消毒液合成器输入水，初始电导率为3mω.cm/25℃，继而系统智能控制器读取液位传感器的数据，达到预设值时关闭水路单向电磁阀b，低温等离子体射流器产生低温等离子体射流从液体混合调节器底部喷出充分与水，反应制备杀菌等级为5的消毒液，当消毒液的等级达到预设值时，打开水路单向电磁阀a和气路单向电磁阀d，关闭水路单向电磁阀c，利用消毒液合成器的内外压差将制备好的消毒液存储到储液箱中存储，同时消毒液合成器中的排出气体经气体管道与储液箱种的液体发生二次反应，循环利用工作气体。
61.上述制备的消毒液，抑菌效果(如表一)所示，作用2min、5min、10min、20min，对金黄色葡萄球菌的平均抑菌率均>99％,对大肠杆菌平均抑菌率均>99％，对铜绿假单胞菌平均抑菌率均>99％。根据《消毒技术规范》(2002年版)中抑菌产品性能测试标准判定，结果表明；一种以空气和水为原料的消毒水制备系统制备的消毒水具有较强抑菌作用。
[0062][0063]
表一 消毒抑菌效果
[0064]
上述制备的消毒液，消毒效果(如表二)所示，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌平均杀灭对数值均>5.00，达到消毒合格。
[0065][0066]
表二 消毒液消毒效果
[0067]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0068]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。