高度精確的呼吸測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于感測人員呼出呼氣中諸如乙醇的物質(zhì)的存在性/濃度的系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 呼吸酒精濃度（BrAC)與血液酒精濃度（BAC)相關，其近似關系為BrAC[mg/1]= 0.5XBAC[mg/g]。其它物質(zhì)具有不同的系數(shù)。
[0003] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的受監(jiān)管式呼吸測試由警察執(zhí)行，以阻止醉酒駕駛。出于相同的目 的，在車輛中使用酒精鎖的無監(jiān)管式測試也越來越多地得到使用。傳感器技術(shù)包括催化劑 半導體、燃料電池和紅外光譜法。在市場上可獲得的不同裝置之間有關精確度、特異性、環(huán) 境免疫性和響應時間的性能非常多變。用于呼吸測試的裝置包括傳感器元件，所述傳感器 元件在通過緊密配合的接口件獲取深呼吸之后提供表示BrAC的信號、并且清空氣路，出于 衛(wèi)生原因，接口件應當是分離的一次性用件。為了確保正確地測定，受測試的人員需要以幾 乎最大肺活量釋放用力的呼氣。尤其是對于肺活量有限的人員而言，這需要大量時間和氣 力。由于水冷凝，接口件的處理是耗時的并且呈現(xiàn)不期望的錯誤源。測定的精確性呈現(xiàn)越 來越大的挑戰(zhàn)，尤其是在測定與法定速度相關時。出于提供證據(jù)的目的，高度精確的呼吸分 析器是商業(yè)可獲得的，但是非常昂貴。對于能夠以低成本精確和可靠地進行呼吸測試并且 使受測試人員所需的氣力最小化的量產(chǎn)裝置而言具有強大的市場需求。
[0004] 呼吸分析的基本技術(shù)在20世紀的下半葉得以發(fā)展。最近，已經(jīng)注意到發(fā)展朝向針 對呼吸測試使用更少的突兀機構(gòu)。Olsson等人（W098/20346)公開了一種系統(tǒng)方案，在所 述系統(tǒng)方案中可以利用水蒸汽作為示蹤氣體而不使用接口件來執(zhí)行精確的測量。Lopez (US 5, 458, 853)公開了另一種方法，其使用超聲以校正裝置和用戶嘴之間的距離的相關性。 Hdk等人（GB 2431470)公開了一種系統(tǒng)方法，其使用二氧化碳（CO2)作為示蹤氣體，并且 與簡單算法組合以用于校正稀釋的呼吸樣本。Lambert等人（2006年4月3日至6日的SAE 世界代表大會）公開了另一種方法。車廂內(nèi)空氣被監(jiān)控，使用酒精吸收材料來累積樣本以 增強分辨能力。同樣，使用〇)2作為示蹤氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是增加呼吸測試系統(tǒng)的精確性。本發(fā)明基于一些關鍵元件，組合所 述關鍵元件將提供必需的特征。首先，具有一種傳感器單元，所述傳感器單元提供了對應于 流動通過預定入口區(qū)域的空氣的酒精濃度的信號，所述入口區(qū)域指的是允許空氣從入口區(qū) 域持續(xù)流動至傳感器單元的一個或多個開口。其次，包含有分析器以用于根據(jù)傳感器信號 測定所述人員的呼吸酒精濃度。第三元件是用于在與檢測呼吸樣本重合的時間點控制中斷 空氣流動、允許傳感器單元在完成測定后的短時間段之后得以凈化的機構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明 的系統(tǒng)的一個實施例中，在系統(tǒng)中還包括用于產(chǎn)生或協(xié)助空氣流動的機構(gòu)，例如風扇或泵。 在這個實施例中，通過在檢測呼吸之后主動關閉風扇來完成空氣流動中斷，并且在測定之 后進行自動凈化。在不具有風扇或泵的另一實施例中，借助于瓣閥來實現(xiàn)空氣流動中斷。當 然，這些實施例也可以組合使用。
[0006] 基本元件的組合功能對于獲得所需精確度而言是必須的，也是足夠的。本發(fā)明的 一個改進之處在于通過中斷空氣流動而將采樣空氣截留在傳感器單元內(nèi)。因而，將以比其 它情況更高的濃度來進行呼吸分析。這也將導致精確度提高。
[0007] 通過中斷空氣流動，能夠延長測量時間，并且進行信號平均。隨后，隨機誤差減小 一因子λ/(4?。?，其中T av是平均時間，T s是兩個信號樣本之間的時間。例如，當T s= 0. 2 秒而Tav= 2秒時，精確度將增大畫=3.16。
[0008] 對于與氣流相關的系統(tǒng)誤差而言，中斷空氣流動的優(yōu)點更為顯著，所述系統(tǒng)誤差 體現(xiàn)為錯誤讀數(shù)?？諝饬鲃拥挠绊懘嬖谧鳛橹苯佑绊?，以及經(jīng)由溫度梯度作為間接影響。這 些誤差將高度取決于所使用的實際構(gòu)件，并且在低濃度時尤為明顯。
[0009] 在測定呼吸酒精濃度或測量背景濃度期間，空氣流動的中斷應當僅僅是暫時的。 否則，無論系統(tǒng)何時運行，都應當維持通過測量單元的空氣流動，以允許持續(xù)地監(jiān)視環(huán)境氣 體濃度的變化。中斷還包括將空氣流動暫時減少至相當?shù)偷某潭?，而并非必需使空氣流?完全停止。
[0010] 本發(fā)明允許在至今尚難以執(zhí)行測試的各種環(huán)境下執(zhí)行呼吸測試。與利用當前可獲 得的產(chǎn)品相比，改進的精確性、可用性以及與車輛集成的可能性會是以更大比例地阻止醉 酒駕駛的重要步驟。這被認為是降低與酒精相關的交通事故的高死亡率所必需的。其它有 希望的應用領域是針對負有關鍵任務的員工的清醒控制、以及針對到達競技場的觀眾的清 醒控制。本發(fā)明還可以用于各種自測試情況，例如治療酗酒者。預期的是，不突兀地進行呼 吸測試的可行性對于急診醫(yī)學中的診斷目的而言變得重要。為此目的，除了乙醇之外，多種 揮發(fā)性物質(zhì)也是令人感興趣的。
[0011] 為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明在第一方面中提供了如權(quán)利要求1中所限定的用于對 人員進行呼吸測試的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：傳感器單元，所述傳感器單元被構(gòu)造以感測存在 于流動通過預定入口區(qū)域的空氣中的揮發(fā)性物質(zhì)的存在性/濃度，并且產(chǎn)生對應于所述揮 發(fā)性物質(zhì)的濃度的信號；分析器，所述分析器用于測定所述人員的呼吸中的所述揮發(fā)性物 質(zhì)的濃度，該測定是基于對應于揮發(fā)性物質(zhì)濃度的所述信號的；以及用于在與檢測呼吸重 合的時間點暫時中斷所述空氣流動的機構(gòu)。
[0012] 在第二方面中，本發(fā)明提供了一種如權(quán)利要求12中所限定的對人員執(zhí)行呼吸測 試的方法。所述方法包括如下步驟：提供一種測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括傳感器，所述傳 感器被構(gòu)造以感測存在于所述測試人員的流動通過預定入口區(qū)域（4)的呼吸的空氣中的 揮發(fā)性物質(zhì)的存在性/濃度，并且產(chǎn)生對應于所述揮發(fā)性物質(zhì)的濃度的信號；中斷通過所 述預定入口區(qū)域的空氣流動一有限時間段；并且在所述中斷期間檢測所述揮發(fā)性物質(zhì)的濃 度。
【附圖說明】
[0013] 現(xiàn)在將參考附圖在下文中描述本發(fā)明，其中：
[0014] 圖1示出了根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)的示意圖。
[0015] 圖2示出了系統(tǒng)功能的流程圖。
[0016] 圖3示出了利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)執(zhí)行的典型呼吸測試的時間順序。
【具體實施方式】
[0017] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1的一個實施例的示意圖（未按比例繪制）。
[0018] 所述系統(tǒng)包括傳感器單元5,所述傳感器單元包括：形成待分析呼吸氣體的通道 的隔室C、IR光源6(即IR發(fā)射器）、以及能夠檢測揮發(fā)性物質(zhì)（例如乙醇）的第一傳感器 8、能夠檢測例如CO 2的第二傳感器7、并且合適地包括由發(fā)動機驅(qū)動的風扇或泵9。
[0019] 該系統(tǒng)適當?shù)剡€包括存在性檢測器2以用于檢測測試人員處于系統(tǒng)附近，并且優(yōu) 選還包括視聽單元3,所述視聽單元具有顯示單元3b和揚聲器3a。
[0020] 該系統(tǒng)還包括分析器10、以及用于針對發(fā)動機雙向控制電流驅(qū)動脈沖的裝置14， 所述分析器優(yōu)選包括能夠執(zhí)行信號算法的通用數(shù)字微控制器，所述發(fā)動機驅(qū)動風扇或泵。
[0021] 測試人員13示出為位于傳感器單元5的入口區(qū)域4附近，所述傳感器單元配置有 傳感器元件8,所述傳感器元件產(chǎn)生對應于流動通過入口區(qū)域4的空氣的乙醇濃度的信號。 流動通過傳感器單元5的空氣流的產(chǎn)生機構(gòu)由風扇或泵9提供。入口區(qū)域4包括一個或多 個開口，通過被風扇9驅(qū)動空氣可以自由流入所述一個或多個開口。優(yōu)選地，在入口區(qū)域4 中包括例如由多孔材料制成的顆粒過濾器。這阻止顆粒和氣溶膠污染傳感器單元5,而同時 不以任何顯著程度妨礙空氣流動。該系統(tǒng)還具有出口區(qū)域12,空氣流從所述出口區(qū)域返回 至環(huán)境空氣中。在本發(fā)明的一個實施例中，出口區(qū)域包括在圖1中由兩個鉸接的薄壁所指 示的瓣閥，所述瓣閥僅允許空氣在一個方向上流動。為了維持打開，必須橫跨兩個薄壁維持 一水平壓力梯度（方向參考圖1)。如果這種水平壓力梯度太小、不存在或反向，則鉸接壁將 返回至出口區(qū)域12閉合的豎直位置。瓣閥的精確閉合點取決于各鉸鏈和各壁的性質(zhì)，并且 可以針對任何特定的需求進行調(diào)節(jié)。還存在瓣閥的可選方案，諸如電磁控制閥。
[0022] 當引導人員13從不超過50cm的距離處朝向入口區(qū)域4呼出空氣時，流動通過傳 感器