本发明涉及病原体监测，尤其涉及一种空气病原体实时监测与消杀装置及方法。
背景技术：
1、在当前的环境监测与空气净化技术中，尤其是在空气病原体的监测与消杀领域，现有的技术手段存在诸多局限性，通常，现有的空气病原体监测方法大多依赖于对人体的生物样本进行分析，通过检测个体感染情况来推测环境中的病原体分布。然而，这种方法存在明显的滞后性，当检测出感染病例时，病原体可能已经在更大范围内传播，导致区域性或大范围的公共卫生风险。
2、现有的空气监测设备通常只具备简单的颗粒物检测功能，无法有效区分病原体与其他非病原性颗粒，设备在监测时，只能检测到空气中的总颗粒物浓度，而无法识别其中的病原体种类和浓度，这种技术缺陷导致现有设备在面对多种病原体时，无法提供针对性的检测与消杀手段。
3、在监测精度方面，现有技术主要依赖于单一的检测手段，如单次采样后的实验室分析，或者简单的光学、化学传感器，无法实现对空气中病原体的动态、连续监测，同时，在空气病原体浓度较低或环境复杂的情况下，现有设备的检测精度往往不够，容易出现漏报或误报现象，此外，现有技术难以实现对不同种类病原体的区分检测，在面对多种病原体同时存在的复杂环境下，现有技术无法有效应对，从而增加了空气传播疾病的风险。
4、综上所述，现有的空气病原体监测与消杀技术存在多方面的不足，包括监测方法的滞后性、设备的检测精度不足、难以实现多种病原体的区分检测、以及消杀手段的非针对性和动态调节能力缺失，在当前全球公共卫生挑战日益严峻的背景下，暴露出较大的风险和不足。因此，亟需一种空气病原体实时监测与消杀装置及方法，以解决现有技术中的问题。
技术实现思路
1、本发明的一个目的在于提出一种空气病原体实时监测与消杀装置及方法，本发明提高了病原体信号的捕捉能力，大幅减少了误报率和漏报率，实现了对空气中病原体的高效识别和检测。
2、根据本发明实施例的一种空气病原体实时监测与消杀装置，包括空气过滤底座(1)和可更换检测仓(2)，可更换检测仓(2)通过外侧的快速定位点与空气过滤底座(1)可拆卸安装，包括如下结构：
3、净化部外壳(11)，所述净化部外壳(11)内开设有上安装腔，净化部外壳(11)顶部设置有安装背板(12)，形成对上安装腔的保护，净化部外壳(11)侧面开设有过滤出风口(13)，用于排出上安装腔内的空气，过滤出风口(13)上设置有可更换的滤芯(18)；
4、检测仓外壳(23)，检测仓外壳(23)底部安装有用于显示空气病原体监测与消杀状态的状态显示盖(22)，检测仓外壳(23)内开设有下安装腔，检测仓外壳(23)侧面开设有过滤进风口(21)，用于将空气导入下下安装腔内；
5、电机(14)，设置在上安装腔上部，且电机(14)的转动轴端向下设置，所述电机(14)的转动轴端由上至下依次套设有第一涡扇(15)、轴承(16)和第二涡扇(26)；
6、第一涡扇(15)和第二涡扇(26)，所述第一涡扇(15)和第二涡扇(26)结构相同，且第一涡扇(15)和第二涡扇(26)分别设置在上安装腔和下安装腔内；
7、轴承(16)，所述轴承(16)外套设有供电电路板(17)，供电电路板(17)为各部件提供电力支持；
8、静电吸附电芯(27)，通过底部设置的固定卡槽(272)卡设在下安装腔底部，且静电吸附电芯(27)的风道(275)与过滤进风口(21)对应设置；
9、电路安装座(25)，设置在静电吸附电芯(27)上方，所述电路安装座(25)上设置有检测电路(24)，静电吸附电芯(27)吸附病原体颗粒，并通过检测电路(24)进行监测。
10、可选的，所述第一涡扇(15)包括涡扇本体(151)，所述涡扇本体(151)中心设置有套设在电机(14)的转动轴端的轴承端子(152)，所述涡扇本体(151)外等间距阵列设置有若干弧形叶片(153)，叶片(153)通过叶片抱箍固定。
11、可选的，所述静电吸附电芯(27)包括十字形芯座(271)，所述十字形芯座(271)侧端平行设置有若干硅钢片(274)，所述硅钢片(274)之间形成风道(275)，所述硅钢片(274)顶部安装有电极(273)。
12、一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，包括以下步骤：
13、s1、通过设置在可更换检测仓(2)内部的空气采集单元，利用第二涡扇(26)将待检测区域的空气引入可更换检测仓(2)内部形成空气循环；
14、s2、利用静电吸附电芯(27)及第二涡扇(26)设置，将空气中的气溶胶及悬浮颗粒进行震动分离，使空气中的病原体与其他非病原性颗粒实现初步分离；
15、s3、可更换检测仓(2)内还设置有温差培养单元，将震动分离后的空气通过设置在装置内部的温差培养单元，使病原体在特定温度条件下培养预定的时间，得到病原体信号；
16、s4、检测电路(24)内置有监测内参单元和监测内参单元，通过监测内参单元中的模糊逻辑对采集到的病原体信号进行预处理，利用模糊规则将不同浓度和类型的病原体信号转化为模糊集合，对病原体信号进行初步筛选和模糊决策；
17、s5、将模糊逻辑处理后的病原体信号输入至双层生成对抗网络的第一层生成网络生成假设病原体样本，第一层判别网络对生成的假设病原体样本进行判别，通过迭代训练优化对病原体信号的捕捉能力；
18、s6、将第一层生成对抗网络输出的信号输入至第二层生成对抗网络，生成病原体特征信号，第二判别网络对生成信号进行验证和优化；
19、s7、将经过双层生成对抗网络处理的病原体信号引入监测内参单元，通过内参药剂与病原体发生反应，生成可检测信号，并通过检测电路(24)对病原体进行捕捉和分析，实现对空气中病原体进行监测；
20、s8、在监测完成后，将流出可更换检测仓(2)的空气通过滤芯(18)进行空气过滤和消杀处理，去除空气中残留的有毒有害气体及其他病原体，并通过过滤出风口(13)排出空气过滤底座(1)；
21、s9、根据检测到的病原体信号，动态调整监测内参单元中内参药剂的反应参数，适应不同类型和浓度的病原体；
22、s10、根据所需监测的病原体种类，选择适配的监测内参药剂，并将其设置在监测内参单元中，对不同病原体的靶向监测与检测。
23、可选的，所述s2包括以下步骤：
24、s21、在空气循环形成后，第二涡扇(26)启动，涡扇本体(151)通过弧形叶片(153)产生涡流，将空气中的气溶胶及悬浮颗粒沿风道(275)方向进行集中引导；
25、s22、通过静电吸附电芯(27)产生的静电场，利用十字形芯座(271)上的硅钢片(274)对经过的气溶胶及悬浮颗粒进行吸附分离，静电场强度为e，e表示静电吸附电芯(27)产生的电场强度，电场强度依据所需分离的气溶胶及悬浮颗粒的带电特性进行动态调节；
26、s23、在气溶胶及悬浮颗粒通过静电吸附电芯(27)时，利用电极(273)之间的电压差v，使得不同电荷的颗粒按照颗粒电荷极性被吸附在硅钢片(274)表面，其中，v为电极两端的电压，电压值依据所需分离颗粒的电荷量设定；
27、s24、通过静电吸附电芯(27)的风道(275)，使被分离的气溶胶及悬浮颗粒沿不同方向分离，较大的病原性颗粒被吸附至硅钢片(274)，而非病原性颗粒则被导流至过滤出风口(13)进行后续处理；
28、s25、在静电吸附电芯(27)的吸附过程中，使第二涡扇(26)与静电吸附电芯(27)同步工作，维持连续的空气流动。
29、可选的，所述s3包括以下步骤：
30、s31、在病原体与非病原性颗粒初步分离后，将空气引导至可更换检测仓(2)内设置的温差培养单元，温差培养单元包括温度控制器和培养单元，温度控制器通过调节加热元件和制冷元件的功率，形成所需的温度梯度；
31、s32、空气中的病原体在温差培养单元内中停留预设时间，通过控制温度梯度使培养单元内的温度维持在病原体最适生长的温度范围内topt，topt表示温差培养单元中设定的最佳培养温度，依据不同病原体的生长特性动态调整；
32、s33、当病原体在预定时间内完成培养后，培养单元内的病原体被传感器检测并记录生成的病原体信号ssignal。
33、可选的，所述s4包括以下步骤：
34、s41、在病原体信号ssignal生成后，病原体信号被输入至检测电路(24)内置的监测内参单元，监测内参单元通过采集到的病原体信号ssignal进行初步预处理，得到初步预处理的病原体信号spre(t)；
35、s42、在预处理过程中，利用模糊逻辑控制器将病原体信号spre(t)依据浓度和类型转化为模糊集合fset，其中，模糊集合fset根据病原体信号的模糊隶属度函数μ(x)确定，μ(x)表示信号强度x在特定浓度和类型下的隶属度：
36、
37、其中，μ(x)为病原体信号x的隶属度函数，c为病原体信号强度的中心值，σ为隶属度函数的标准差，x为病原体信号的全集；
38、s43、对模糊集合fset内的病原体信号进行模糊规则推理，通过一组预设的模糊规则ri，将不同模糊集合的输入信号进行筛选和判断，形成模糊决策dfuzzy：
39、
40、其中，dfuzzy为模糊决策的结果，和分别为不同模糊规则中病原体信号的隶属度函数，x和y为不同输入信号的变量；
41、s44、根据模糊决策dfuzzy，初步筛选出符合检测标准的病原体信号，并将病原体信号传递至双层生成对抗网络单元：
42、
43、其中，sfiltered表示经过筛选后的病原体信号，γ为病原体信号的目标强度，δ为信号的宽度参数，dfuzzy为模糊决策结果，x和y为病原体信号的输入变量。
44、可选的，所述s5包括以下步骤：
45、s51、将模糊决策后的病原体信号sfiltered实时输入至双层生成对抗网络的第一层生成网络，通过第一层生成网络生成一个假设病原体样本g1(z)，其中，g1(z)为第一层生成网络在当前时间段内生成的病原体样本，z为动态噪声向量，第一层生成网络的目标是实时调整参数，使生成的假设病原体样本g1(z)接近真实病原体样本；
46、s52、实时将生成的假设病原体样本g1(z)输入至第一层判别网络，第一层判别网络通过计算假设病原体样本的置信度评估样本的真实性，第一层判别网络输出为d1(g1(z))，其中，d1(g1(z))表示第一层判别网络对假设病原体样本在当前条件下的置信度，置信度依据假设病原体样本与实时采集的真实信号之间的差异度函数计算；
47、s53、通过对第一层生成网络和第一层判别网络的在线迭代训练，动态优化生成网络的参数θg和第一层判别网络的参数θd，实现最小化生成假设病原体样本与实时采集的真实病原体样本信号之间的差异度函数
48、
49、其中，表示实时期望值，pdata(x)为实时采集的真实病原体信号的分布，pz(z)为第一层生成网络的输入噪声分布，θg和θd分别为第一层生成网络和第一层判别网络的实时参数集；
50、s54、通过多轮在线迭代，优化的第一层生成网络生成更为接近真实病原体信号的假设病原体样本第一层判别网络的置信度函数趋于真实病原体信号的实时置信度。
51、可选的，所述s6包括以下步骤：
52、s61、将第一层生成对抗网络输出的病原体假设信号实时输入至双层生成对抗网络的第二层生成网络，第二层生成网络对输入的病原体假设信号进行生成处理，生成病原体特征信号g2(z′)，其中，g2(z′)为第二层生成网络在当前时间段内生成的病原体特征信号，z'为第二层生成网络接收的修正噪声向量，第二层生成网络的目标是优化病原体特征信号g2(z′)的真实性和特异性；
53、s62、实时将生成的病原体特征信号g2(z′)输入至第二层判别网络，第二层判别网络通过计算病原体特征信号的置信度d2(g2(z′))验证信号，其中，d2(g2(z′))表示第二层判别网络对病原体特征信号在当前条件下的置信度，置信度依据病原体特征信号与期望的真实病原体信号之间的差异度函数计算；
54、s63、通过对第二层生成网络和第二层判别网络的在线迭代训练，优化第二层生成网络的参数θg2和第二层判别网络的参数θd2，使病原体特征信号与真实病原体信号之间的差异度函数最小化：
55、
56、其中，表示实时期望值，pdata(x)为期望的真实病原体信号分布，pz′(z′)为第二层生成网络的输入噪声分布，θg2和θd2分别为第二层生成网络和第二层判别网络的实时参数集；
57、s64、通过多轮在线迭代，最终生成的病原体特征信号更加接近真实病原体信号，在完成实时病原体信号捕捉的同时，将最终生成的病原体特征信号传输至消杀单元。
58、可选的，所述s7包括以下步骤：
59、s71、将最终生成的病原体特征信号实时引入监测内参单元，监测内参单元通过内参药剂与病原体特征信号发生特异性反应，生成可检测信号sdetect：
60、
61、其中，α、β、γ和λ为内参药剂的反应参数，α表示药剂的初始反应强度，β表示反应的衰减系数，γ为药剂的增强因子，λ表示信号随时间的衰减速率，t0为反应的初始时间点，τ为积分变量；
62、s72、在生成可检测信号sdetect后，信号被实时传递至检测电路(24)，检测电路对信号进行放大和滤波处理，经过处理后的信号记为samplified(t)：
63、
64、其中，η为放大器增益，σ为滤波增益因子，δ为滤波时间常数，κ为信号非线性修正系数，t1为信号处理的起始时间点；
65、s73、通过检测电路(24)中的分析模块对放大后的信号samplified(t)进行捕捉和分析，分析结果记为病原体检测值dpathogen(t)：
66、
67、其中，ω为信号调制频率，ζ·为非线性分析因子，ρ为信号调制幅度，t2为分析起始时间点；
68、s74、根据病原体检测值dpathogen(t)的实时变化，监测内参单元动态调整内参药剂的反应参数，包括药剂浓度、反应时间和温度，对不同类型和浓度病原体进行监测：
69、
70、其中，θup和θdown为检测值变化率的上下阈值。
71、本发明的有益效果是：
72、(1)本发明通过引入双层生成对抗网络和模糊逻辑控制技术，显著提升了空气病原体的实时监测与消杀能力，通过双层生成对抗网络结构，能够对采集到的病原体信号进行深度建模和特征提取，第一层生成对抗网络对初步病原体信号进行假设样本的生成与判别，通过多次迭代训练，不断优化生成网络和判别网络的参数，确保生成的病原体假设样本具有高度的真实性和可用性，第二层生成对抗网络进一步细化和优化病原体信号的特征，将优化后的病原体特征信号用于后续的精准监测和消杀处理，提高了病原体信号的捕捉能力，大幅减少了误报率和漏报率，实现了对空气中病原体的高效识别和检测。
73、(2)本发明通过模糊逻辑控制器对病原体信号进行预处理和筛选，使得不同浓度和类型的病原体信号能够在进入生成对抗网络之前得到优化处理，模糊逻辑控制器通过将病原体信号转化为模糊集合，并通过模糊规则推理形成初步的模糊决策，有效解决了传统方法在面对复杂环境时难以精确检测的问题。
74、(3)本发明将病原体特征信号与内参药剂的特异性反应相结合，通过内参药剂与病原体特征信号的动态反应，生成可检测信号，并通过检测电路对信号进行放大、滤波和分析处理，确保病原体信号的高灵敏度检测，实时监测的病原体特征，动态调整内参药剂的反应参数，实现对不同病原体的精准监测与消杀。
75、(4)本发明的空气病原体实时监测与消杀装置显著提升了空气病原体检测与消杀的效率和精准度，装置采用了可更换的检测仓结构，能够灵活适应不同环境下的空气质量监测需求，检测仓内的静电吸附电芯和涡扇系统结合使用，能够有效地捕捉并分离空气中的病原体颗粒。
1.一种空气病原体实时监测与消杀装置，包括空气过滤底座(1)和可更换检测仓(2)，可更换检测仓(2)通过外侧的快速定位点与空气过滤底座(1)可拆卸安装，其特征在于，包括如下结构：
2.根据权利要求1所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置，其特征在于，所述第一涡扇(15)包括涡扇本体(151)，所述涡扇本体(151)中心设置有套设在电机(14)的转动轴端的轴承端子(152)，所述涡扇本体(151)外等间距阵列设置有若干弧形叶片(153)，叶片(153)通过叶片抱箍固定。
3.根据权利要求1所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置，其特征在于，所述静电吸附电芯(27)包括十字形芯座(271)，所述十字形芯座(271)侧端平行设置有若干硅钢片(274)，所述硅钢片(274)之间形成风道(275)，所述硅钢片(274)顶部安装有电极(273)。
4.如权利要求1所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s2包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s3包括以下步骤：
7.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s4包括以下步骤：
8.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s5包括以下步骤：
9.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s6包括以下步骤：
10.根据权利要求4所述的一种空气病原体实时监测与消杀装置的监测与消杀方法，其特征在于，所述s7包括以下步骤：
