測量呼氣酒精濃度的方法及裝置製造方法
2023-04-23 19:56:21
測量呼氣酒精濃度的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種測量使用者呼氣酒精濃度的方法及裝置。呼氣樣本的氣流流過燃料電池傳感器，給出與呼氣樣本中酒精含量成比例的輸出信號。通過測量壓力，呼氣樣本的體積可以通過將該壓力隨呼氣樣本的呼氣時間進行積分被計算出來，而呼氣酒精濃度的計算則基於燃料電池的輸出信號。通過將測量到的瞬時壓力以及燃料電池輸出信號隨時間進行積分，呼氣樣本體積以及呼氣酒精濃度的值都持續被更新，積分過程中不考慮呼氣樣本體積的影響。當使用者停止吹氣時，則使用已存儲的校準體積執行體積補償以獲得經過補償後的燃料電池輸出信號。如此，本發明實現了一種精確測量受試者呼氣酒精濃度的改進的方法，能夠處理各種不同的呼氣體積，從而在相應的測量裝置中省去了採樣機構。
【專利說明】測量呼氣酒精濃度的方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量使用者呼氣酒精濃度的方法，如權利要求1的前序部分所定 義的。該方法包括接收使用者呼氣樣本的氣流，以及測量呼氣樣本氣流的壓力。同時，呼氣 樣本的氣流被引導進入燃料電池傳感器。該燃料電池傳感器的輸出信號被用來確定呼氣樣 本中存在的酒精的體積，從而確定呼氣酒精濃度。
[0002] 第二方面，本發明也涉及測量使用者呼氣酒精濃度的裝置，如權利要求10的前序 部分所定義的。該裝置包括用來接收使用者呼氣樣本的取樣部件、用來測量呼氣樣本氣流 的壓力的部件、燃料電池傳感器以及微控制器。該微控制器適用於計算呼氣樣本中存在的 酒精的體積，從而基於燃料電池傳感器的輸出信號，得到呼氣酒精濃度。第三方面，本發明 也涉及呼氣酒精聯鎖設備，其包括測量使用者呼氣酒精濃度的裝置。第四方面，本發明涉及 一種包括呼氣酒精聯鎖設備的車輛。
【背景技術】
[0003] 通常，有兩種技術方案用於測量呼氣酒精濃度，從而確定人的血液酒精濃度。在第 一種方法中，使用了紅外光譜法，使人的呼氣樣本受到紅外線輻射。該呼氣樣本中分子吸收 特定頻率的紅外線，該特定頻率稱為共振頻率，為分子的特性。例如，乙醇分子的紅外吸收 會產生一個特定的紅外光譜，用於確定呼氣樣本中存在的乙醇的量，從而測定呼氣酒精濃 度。儘管該方法可達到很高的測量精度，但是結合紅外光譜法的傳感器價格昂貴，因而限制 了其在大批生產的裝置中的應用。
[0004] 第二種常用的技術方案基於燃料電池傳感器，該燃料電池傳感器通過電化學反應 將以酒精（乙醇）形式存在的燃料轉化為電流。燃料電池傳感器的測量精度略低於紅外光 譜傳感器，但其價格便宜得多。然而，燃料電池傳感器需要呼氣樣本具有可檢測的確定體 積，以正確地測定呼氣酒精濃度。
[0005] 傳統的以燃料電池為基礎的分析系統通過機械採樣系統來運轉，該機械採樣系統 將預設的特定體積的呼氣氣流引入燃料電池以供分析。上述機械裝置可以包括電機、電磁 閥、活塞氣缸器件、與泵或波紋管系統相連接的隔板機構或按鈕。美國專利US 6, 167, 746 公開了一種裝置，包括電子控制閥以確保必需體積的呼氣氣流流過燃料電池。美國專利US 2005/0241871公開了一種節制聯鎖裝置，包括互相獨立運轉的壓力換能器和電磁閥，以將 可變化的呼氣氣流提供給燃料電池。微處理器指令電池閥在一段確定的時間內維持開放狀 態，以提供預設的呼氣樣本的體積，並且基於壓力讀數計算出一個算法校正因子，以提供經 過壓力補償後的酒精濃度結果。
[0006] 現有技術中描述的方法涉及到先進的控制電路以及複雜或龐大的機械構件，這些 都給系統帶來了額外的成本，並且限制了在不降低測量精度的情況下減小系統尺寸的可能 性。
[0007] 國際申請PCT/SE2010/051421歸屬於本申請的 申請人:所有，其公開了一種測量呼 氣酒精濃度的方法及裝置並克服了現有技術中存在的許多問題。然而，其裝置的吹嘴的設 計顯示其流量和最終讀數之間存在非線性關係。換句話說，不同的流量產生不同的呼氣酒 精濃度測量結果，即便其呼氣樣本具有相似或相同的酒精濃度。
[0008] 因此，需要一種改進的方法，能夠以高精度測量呼氣酒精濃度，並且允許以低成本 製造結構緊湊的測量裝置。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在於提供一種改進的方法，能夠以高精度測量呼氣酒精濃度，並允 許以低成本製造結構緊湊的測量裝置。
[0010] 根據本發明，提供了一種測定呼氣酒精濃度的方法。該方法包括以下特定的技術 手段，如獨立權利要求1的特徵部分所定義的。基於測量得到的壓力，通過將呼氣樣本的壓 力隨呼氣時間進行積分，計算呼氣樣本的體積。在呼氣樣本被呼出的整個過程中，通過將測 量得到的瞬時壓力以及燃料電池輸出信號隨時間進行積分，呼氣樣本體積以及呼氣樣本中 存在的酒精體積被持續更新。當使用者停止吹氣時，執行體積補償：使用已儲存的校準體積 對燃料電池輸出信號執行補償，以獲得經過體積補償後的燃料電池輸出信號。
[0011] 通過對燃料電池輸出信號進行體積補償，本發明的方法和裝置的測量精度得到了 保證，該測量精度不會受到呼氣樣本體積的影響。由於該方法不再需要提供一個預設的呼 氣樣本體積，在現有技術中使用的機械採樣系統就變得不再必要了，因而相應的測量裝置 可以做得更加緊湊，不含或者僅含較少的移動部件。從而裝置的尺寸和成本可以得到極大 的降低。
[0012] 在進一步的實施方式中，根據本發明的方法，包括基於呼氣樣本體積和所記錄的 呼氣時間計算呼氣樣本的流量，以及使用已儲存的對應於所計算得到的流量的流量調整因 子對經過體積補償後的燃料電池輸出信號執行補償，以獲得經過流量補償後的燃料電池輸 出信號。這樣允許對測量結果進行調整以便將影響燃料電池輸出信號的流量變化計算在 內，從而保持呼氣酒精濃度的精確測量。
[0013] 在優選的實施方式中，根據本發明的方法包括測量溫度並且使用已儲存的對應於 所測量得到的溫度的溫度調整因子對所述補償後燃料電池輸出信號執行補償。這樣允許對 測量結果進行調整以便將影響燃料電池輸出信號的溫度變化計算在內，從而保持呼氣酒精 濃度的精確測量。
[0014] 在一種優選的實施方式中，根據本發明的方法包括，若在預定的時間長度內沒有 進行過任何測量操作，則通過測量具有預定體積和濃度的樣本來執行校準，至少重複一次 校準步驟並且將所得到的燃料電池輸出信號的平均值存儲為校準體積。這樣允許對測量結 果進行調整以便顧及燃料電池的首次虛高讀數的誤導性，從而保持呼氣酒精濃度的精確測 量。
[0015] 在優選實施方式中，根據本發明的方法進一步包括基於呼氣酒精濃度來確定血液 酒精濃度並且顯示得到的血液酒精濃度。
[0016] 在優選的實施方式中，根據本發明的方法包括使用以下公式來執行補償：
【權利要求】
1. 一種測量使用者呼氣酒精濃度（BrAC)的方法，包括以下步驟： -接收使用者呼氣樣本的氣流； -測量所述呼氣樣本氣流的瞬時壓力； -記錄所述呼氣樣本的呼氣時間； -將所述呼氣樣本導入燃料電池傳感器（6);以及 -基於所述燃料電池傳感器（6)的輸出信號（FC；ut)計算呼氣酒精濃度（BrAC); -基於測量得到的壓力計算所述呼氣樣本的體積（Vb); 其特徵在於： -通過將測量得到的瞬時壓力以及所述燃料電池輸出信號（FCwt)隨時間進行積分，持 續更新所述呼氣樣本體積（Vb)以及所述呼氣酒精濃度（BrAC)，積分過程中不考慮所述呼氣 樣本體積（Vb)的影響；以及 當所述使用者停止吹氣後，在計算呼氣酒精濃度（BrAC)的最終值之前執行以下步驟： -使用已儲存的校準體積（VMl)對所述燃料電池輸出信號（FCwt)執行補償，以獲得經 過體積補償後的燃料電池輸出信號（FCV_P)。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟： -基於所述呼氣樣本體積（Vb)和所記錄的呼氣時間計算所述呼氣樣本的流量（Q);以 及 -使用已儲存的對應於所計算得到的流量（?的流量調整因子（Qf)，對所述經過體積 補償後的燃料電池輸出信號（FCVramp)執行補償，以獲得經過流量補償後的燃料電池輸出信 號（FCQc-)。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，進一步包括以下步驟： -測量溫度（T);以及 -使用已儲存的對應於所測量得到的溫度的溫度調整因子（Tf)對所述補償後的燃料電 池輸出信號執行補償。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，若在預定的時間長度內沒有進行過任何測 量操作，則還包括以下步驟： -通過測量具有預定體積和濃度的樣本執行校準； -至少重複一次所述校準步驟；以及 -將所得到的燃料電池輸出信號（FC；ut)的平均值存儲為校準體積（VMl)。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，進一步包括以下步驟 -基於所述呼氣酒精濃度（BrAC)來確定血液酒精濃度（BAC)。
6. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括以下步驟 -顯示所得到的血液酒精濃度（BAC)。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述體積補償使用以下公式來執 行：
8. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，進一步包括以下步驟 -若計算得到的呼氣酒精濃度（BrAC)超過預定閾值，則阻止車輛啟動。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述壓力採用基於壓力測試的壓力 傳感器（5)來測量，優選地，採用與壓力傳感器相結合的文丘裡流量計或孔板流量計來測 量。
10. -種用於測量呼氣酒精濃度（BrAC)的裝置，包括： -用於接收使用者呼氣樣本的部件（2); -用於測量所述呼氣樣本氣流瞬時壓力的部件（5); -用於記錄所述呼氣樣本呼氣時間的部件； -燃料電池傳感器（6);以及 -微控制器（7)，適用於： -基於所述燃料電池傳感器的輸出信號（FC；ut)計算呼氣酒精濃度（BrAC); -基於測量得到的壓力計算所述呼氣樣本的體積（Vb); 其特徵在於，所述微控制器（7)進一步適用於： -通過將測量得到的瞬時壓力以及所述燃料電池輸出信號（FCwt)隨時間進行積分，持 續更新所述呼氣樣本體積（Vb)以及所述呼氣酒精濃度（BrAC)，積分過程中不考慮所述呼氣 樣本體積（Vb)的影響；以及 -使用已儲存的校準體積（VMl)對所述燃料電池輸出信號（FCwt)執行補償，以獲得經 過體積補償後的燃料電池輸出信號（FCV_P)。
11. 根據權利要求10所述的裝置，其中，所述微控制器（7)進一步適用於： -基於所述呼氣樣本體積（Vb)和所記錄的呼氣時間計算所述呼氣樣本的流量（Q);以 及 -使用已儲存的對應於所計算得到的流量（?的流量調整因子（Qf)，對所述經過體積 補償後的燃料電池輸出信號（FCVramp)執行流量補償，以獲得經過流量補償後的燃料電池輸 出信號（fcq_p)。
12. 根據權利要求10或11所述的裝置，進一步包括用於測量溫度（T)的部件，其中，所 述微控制器（7)進一步適用於： -使用已儲存的對應於所測量得到的溫度（T)的溫度調整因子（Tf)對所述補償後的燃 料電池輸出信號執行補償。
13. 根據權利要求10-12中任一項所述的裝置，若在預定的時間長度內沒有進行過任 何測量操作，則通過測量具有預定體積和濃度的樣本至少兩次來執行校準，其中，所述微控 制器（7)進一步適用於： -將所得到的燃料電池輸出信號（FC；ut)的平均值存儲為校準體積（VMl)。
14. 根據權利要求10-13中任一項所述的裝置，其中，所述微控制器（7)進一步適用於： 基於所述呼氣酒精濃度（BrAC)來確定血液酒精濃度（BAC)。
15. 根據權利要求14所述的裝置，其中，所述裝置進一步包括用於顯示所得到的血液 酒精濃度（BAC)的顯示部件。
16. 根據權利要求10-15中任一項所述的裝置，其中，所述體積補償使用以下公式來執 行：
17. 根據權利要求10-16中任一項所述的裝置，其中，用於測量所述壓力的部件包括基 於壓力測試的壓力傳感器（5)，優選為與壓力傳感器相結合的文丘裡流量計或孔板流量計。
18. -種呼氣酒精聯鎖設備，包括如權利要求10-17中任一項所述的裝置。
19. 一種車輛，包括如權利要求18所述的呼氣酒精聯鎖設備。
【文檔編號】G01N33/497GK104487844SQ201380032765
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】奈傑爾·埃文斯, 利·沃林頓 申請人:艾可系統瑞典公司