測量呼氣酒精濃度的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)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于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(xù)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(zhí)行體積補償以獲得經(jīng)過補償后的燃料電池輸出信號。如此，本發(fā)明實現(xiàn)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采樣機構(gòu)。
【專利說明】測量呼氣酒精濃度的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量使用者呼氣酒精濃度的方法，如權(quán)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(fā)明也涉及測量使用者呼氣酒精濃度的裝置，如權(quán)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。該微控制器適用于計算呼氣樣本中存在的 酒精的體積，從而基于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(fā)明 也涉及呼氣酒精聯(lián)鎖設(shè)備，其包括測量使用者呼氣酒精濃度的裝置。第四方面，本發(fā)明涉及 一種包括呼氣酒精聯(lián)鎖設(shè)備的車輛。

【背景技術(shù)】
[0003] 通常，有兩種技術(shù)方案用于測量呼氣酒精濃度，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(chǎn)生一個特定的紅外光譜，用于確定呼氣樣本中存在的乙醇的量，從而測定呼氣酒精濃 度。盡管該方法可達到很高的測量精度，但是結(jié)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(chǎn)的裝置中的應用。
[0004] 第二種常用的技術(shù)方案基于燃料電池傳感器，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(zhuǎn)化為電流。燃料電池傳感器的測量精度略低于紅外光 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(tǒng)的以燃料電池為基礎(chǔ)的分析系統(tǒng)通過機械采樣系統(tǒng)來運轉(zhuǎn)，該機械采樣系統(tǒng) 將預設(shè)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(tǒng)相連接的隔板機構(gòu)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(jié)制聯(lián)鎖裝置，包括互相獨立運轉(zhuǎn)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(nèi)維持開放狀 態(tài)，以提供預設(shè)的呼氣樣本的體積，并且基于壓力讀數(shù)計算出一個算法校正因子，以提供經(jīng) 過壓力補償后的酒精濃度結(jié)果。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法涉及到先進的控制電路以及復雜或龐大的機械構(gòu)件，這些 都給系統(tǒng)帶來了額外的成本，并且限制了在不降低測量精度的情況下減小系統(tǒng)尺寸的可能 性。
[0007] 國際申請PCT/SE2010/051421歸屬于本申請的 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并克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的許多問題。然而，其裝置的吹嘴的設(shè) 計顯示其流量和最終讀數(shù)之間存在非線性關(guān)系。換句話說，不同的流量產(chǎn)生不同的呼氣酒 精濃度測量結(jié)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，并且允許以低成本 制造結(jié)構(gòu)緊湊的測量裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種改進的方法，能夠以高精度測量呼氣酒精濃度，并允 許以低成本制造結(jié)構(gòu)緊湊的測量裝置。
[0010] 根據(jù)本發(fā)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(shù) 手段，如獨立權(quán)利要求1的特征部分所定義的?；跍y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(xù)更新。當使用者停止吹氣時，執(zhí)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(zhí)行補償，以獲得經(jīng)過體積補償后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(fā)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。由于該方法不再需要提供一個預設(shè)的呼 氣樣本體積，在現(xiàn)有技術(shù)中使用的機械采樣系統(tǒng)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(jù)本發(fā)明的方法，包括基于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于所計算得到的流量的流量調(diào)整因 子對經(jīng)過體積補償后的燃料電池輸出信號執(zhí)行補償，以獲得經(jīng)過流量補償后的燃料電池輸 出信號。這樣允許對測量結(jié)果進行調(diào)整以便將影響燃料電池輸出信號的流量變化計算在 內(nèi)，從而保持呼氣酒精濃度的精確測量。
[0013] 在優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括測量溫度并且使用已儲存的對應于 所測量得到的溫度的溫度調(diào)整因子對所述補償后燃料電池輸出信號執(zhí)行補償。這樣允許對 測量結(jié)果進行調(diào)整以便將影響燃料電池輸出信號的溫度變化計算在內(nèi)，從而保持呼氣酒精 濃度的精確測量。
[0014] 在一種優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括，若在預定的時間長度內(nèi)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(zhí)行校準，至少重復一次 校準步驟并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(jié) 果進行調(diào)整以便顧及燃料電池的首次虛高讀數(shù)的誤導性，從而保持呼氣酒精濃度的精確測 量。
[0015] 在優(yōu)選實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法進一步包括基于呼氣酒精濃度來確定血液 酒精濃度并且顯示得到的血液酒精濃度。
[0016] 在優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括使用以下公式來執(zhí)行補償：

【權(quán)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 -基于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); -基于測量得到的壓力計算所述呼氣樣本的體積（Vb); 其特征在于： -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(xù)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后，在計算呼氣酒精濃度（BrAC)的最終值之前執(zhí)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(zhí)行補償，以獲得經(jīng) 過體積補償后的燃料電池輸出信號（FCV_P)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟： -基于所述呼氣樣本體積（Vb)和所記錄的呼氣時間計算所述呼氣樣本的流量（Q);以 及 -使用已儲存的對應于所計算得到的流量（?的流量調(diào)整因子（Qf)，對所述經(jīng)過體積 補償后的燃料電池輸出信號（FCVramp)執(zhí)行補償，以獲得經(jīng)過流量補償后的燃料電池輸出信 號（FCQc-)。
3. 根據(jù)權(quán)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 -使用已儲存的對應于所測量得到的溫度的溫度調(diào)整因子（Tf)對所述補償后的燃料電 池輸出信號執(zhí)行補償。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，若在預定的時間長度內(nèi)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(zhí)行校準； -至少重復一次所述校準步驟；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(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進一步包括以下步驟 -基于所述呼氣酒精濃度（BrAC)來確定血液酒精濃度（BAC)。
6. 根據(jù)權(quán)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(jù)上述權(quán)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(zhí) 行：
8. 根據(jù)上述權(quán)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(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述壓力采用基于壓力測試的壓力 傳感器（5)來測量，優(yōu)選地，采用與壓力傳感器相結(jié)合的文丘里流量計或孔板流量計來測 量。
10. -種用于測量呼氣酒精濃度（BrAC)的裝置，包括： -用于接收使用者呼氣樣本的部件（2); -用于測量所述呼氣樣本氣流瞬時壓力的部件（5); -用于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)，適用于： -基于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); -基于測量得到的壓力計算所述呼氣樣本的體積（Vb); 其特征在于，所述微控制器（7)進一步適用于： -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(xù)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(zhí)行補償，以獲得經(jīng) 過體積補償后的燃料電池輸出信號（FCV_P)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述微控制器（7)進一步適用于： -基于所述呼氣樣本體積（Vb)和所記錄的呼氣時間計算所述呼氣樣本的流量（Q);以 及 -使用已儲存的對應于所計算得到的流量（?的流量調(diào)整因子（Qf)，對所述經(jīng)過體積 補償后的燃料電池輸出信號（FCVramp)執(zhí)行流量補償，以獲得經(jīng)過流量補償后的燃料電池輸 出信號（fcq_p)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，進一步包括用于測量溫度（T)的部件，其中，所 述微控制器（7)進一步適用于： -使用已儲存的對應于所測量得到的溫度（T)的溫度調(diào)整因子（Tf)對所述補償后的燃 料電池輸出信號執(zhí)行補償。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項所述的裝置，若在預定的時間長度內(nèi)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(zhí)行校準，其中，所述微控 制器（7)進一步適用于： -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(jù)權(quán)利要求10-13中任一項所述的裝置，其中，所述微控制器（7)進一步適用于： 基于所述呼氣酒精濃度（BrAC)來確定血液酒精濃度（BAC)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述裝置進一步包括用于顯示所得到的血液 酒精濃度（BAC)的顯示部件。
16. 根據(jù)權(quán)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(zhí) 行：
17. 根據(jù)權(quán)利要求10-16中任一項所述的裝置，其中，用于測量所述壓力的部件包括基 于壓力測試的壓力傳感器（5)，優(yōu)選為與壓力傳感器相結(jié)合的文丘里流量計或孔板流量計。
18. -種呼氣酒精聯(lián)鎖設(shè)備，包括如權(quán)利要求10-17中任一項所述的裝置。
19. 一種車輛，包括如權(quán)利要求18所述的呼氣酒精聯(lián)鎖設(shè)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(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】奈杰爾·埃文斯, 利·沃林頓 申請人:艾可系統(tǒng)瑞典公司