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

譚迪熬中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發明協會中小學創造教育分會會長，科技創新教育特級教師，教育部國培計劃專家庫專家。

為預防新冠病毒感染，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，我們想設計制作一種高效實用的消毒裝置。

一、資料調查

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

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

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、光線等環境變化影響，造成誤識別。

二、方案設計

針對人體消毒的原理與要求，我們設計了如下方案。

1.方案一

在容器內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

在方案一的基礎上我們進行了改進。利用溫度傳感器控制發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 作品結構圖

三、設計原理

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分子結構打散而產生水霧，超聲波加濕器將水霧化為超微粒子，使其能擴散到容器區域。開啟貫流風扇增加容器內的氣壓，將消毒霧吹出導管，不僅噴灑更均勻，還節約資源。

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處理數據，將檢測結果智能化顯示，具有簡單快捷、使用方便的優點。（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注社會熱點的改進型創新作品。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現問題，并積極將問題解決，創新意識強。

其次，他們選題后的資料分析、多個方案的迭代設計、科學原理與技術的巧妙使用等環節，充分了體現其具有勤于思考的好習慣。勤于思考是一個非常復雜的過程，思考的內容在同一研究領域的各個階段各不相同，但都需要緊張地、連續地思考卻是共同的。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亮的。”

其三，他們倆還具有互相信任、合作攻關的寶貴品質。