專利名稱：乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種判斷待測人員是否飲酒超標的呼出氣體酒精含量探測器，特別是涉及一種鐵路乘務(wù)人員出乘飲酒檢測計算機控制的系統(tǒng)。
為了適應(yīng)鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，鐵路系統(tǒng)現(xiàn)在都圍繞“管理”這個主題深入地開展了許多工作。目前，機務(wù)系統(tǒng)在乘務(wù)管理中已經(jīng)部分實現(xiàn)了微機化管理，各機務(wù)段均架設(shè)了計算機局域網(wǎng)絡(luò)，這為其它管理工作的微機化也提供了條件。在乘務(wù)管理中，司乘人員出乘時的飲酒檢測管理長期以來一直是一個薄弱環(huán)節(jié)，而這往往也形成了漏洞，造成了鐵路行車重大事故，這在不少機務(wù)段都有記錄。在列車大提速的今天，司乘人員的飲酒出乘問題已經(jīng)成為危及鐵路行車安全的重大隱患。這個問題長期以來未能得到有效的解決，主要有幾個原因一是沒有方便實用且檢測效果理想的檢測儀器。二是檢測管理手段落后，手工管理使飲酒檢測成為擺設(shè)，得不到有效的實施。在機務(wù)段全面實施出勤微機打卡記錄、管理的情況下，機務(wù)段迫切需要一套能與出勤打卡管理系統(tǒng)配套的飲酒檢測微機管理系統(tǒng)。
以往飲酒檢測的方法是采用呼氣式酒精測試儀手工抽查、人工監(jiān)督。酒精測試儀使用負載電阻與傳感器串聯(lián)方式檢測，由于傳感器存在連續(xù)長時間使用零點漂移問題，在長年不間斷連續(xù)工作的條件下，零點漂移問題的影響日益突出，誤報現(xiàn)象頻繁發(fā)生。此外，酒精測試儀不能與計算機實時連接，不能實現(xiàn)計算機自動監(jiān)控。
本發(fā)明的目的是提供一種乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)，它能夠長年不間斷連續(xù)使用，解決長時間使用傳感器零點漂移問題，能與計算機實時連接，檢測過程計算機自動監(jiān)控，并且解決環(huán)境因素對檢測的干擾。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)，它包括檢測探頭，計算機接口，計算機，所述的檢測探頭由吹氣響應(yīng)、酒精信號檢測、信號處理和數(shù)據(jù)鎖存組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1)本系統(tǒng)能解決長時間使用傳感器零點漂移問題，使得該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠長年不間斷連續(xù)使用。
2)本系統(tǒng)能解決環(huán)境因素對檢測的干擾，使得該系統(tǒng)不需要苛刻的檢測環(huán)境，在不同溫度以及環(huán)境中存在煙霧等干擾氣體的情況下，本系統(tǒng)仍然能工作正常。
3)檢測探頭通過計算機接口卡由計算機直接供電，不需外界電源，使得探頭體積小，安裝使用非常方便。
4)本系統(tǒng)能檢測吹氣信號，避免待測人員不吹氣漏檢。其它，
測酒器需要人工監(jiān)督，有待測人員不吹氣漏檢情況。
5)本系統(tǒng)的硬件自檢故障診斷程序在檢測開始前會自動檢測硬件工作是否正常，在硬件發(fā)生故障時，能報告故障位置和類型。
6)本系統(tǒng)能與計算機實時連接，實現(xiàn)了檢測過程的計算機自動監(jiān)控。
7)管理軟件能對檢測結(jié)果進行分析，輸出規(guī)范的檢測報表。
8)控制軟件能與已有的各種出勤系統(tǒng)對接，直接對飲酒超標人員實施控制禁止出勤上崗。
下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。


圖1是硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是系統(tǒng)的檢測探頭部分放大結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是系統(tǒng)的計算機接口卡部分放大結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是系統(tǒng)的檢測流程圖。
圖5是檢測探頭的吹氣響應(yīng)部分電路原理圖。
圖6是檢測探頭的酒精信號檢測部分電路原理圖。
圖7是檢測探頭的信號處理部分電路原理圖。
圖8是檢測探頭的數(shù)據(jù)鎖存部分電路原理圖。
下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
本乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)分為檢測探頭、微機接口卡、管理控制軟件三部分。軟件由硬件自檢故障診斷程序、檢測管理程序和控制程序三部分組成。
檢測探頭采用雙傳感器由恒流源供電，一路用于酒精含量檢測，一路暴露于空氣之中，用于平衡零點漂移問題和消除環(huán)境因素的影響。當環(huán)境溫度發(fā)生變化或者存在干擾氣體時，兩路傳感器都將發(fā)生同樣的變化，通過信號的差分運算，可以將原來的單只傳感器受到的環(huán)境影響和零點漂移問題消除。
對酒精具有高選擇性、高靈敏度的酒精傳感器是檢測儀研制的關(guān)鍵，我們?yōu)榇藢Ρ仍囼灹硕嗉覀鞲衅鲝S商的傳感器，最后選擇了國內(nèi)某研究機構(gòu)最新研制的新型組合型半導(dǎo)體電阻式氣敏元件，這種傳感器結(jié)構(gòu)與目前常用的氣敏元件不同，常用的氣敏元件是以復(fù)合金屬氧化物為主體材料的N型或P型半導(dǎo)體氣敏元件，通常為SnO2類和ZnO類。當金屬氧化物接觸被測氣體時產(chǎn)生吸附效應(yīng)，從而改變半導(dǎo)體的電阻、電導(dǎo)率、功函數(shù)等；組合型氣敏元件是采用多種復(fù)合金屬氧化物制作成NP雙極性的傳感器，使得傳感器在乙醇氣體中正極性變化、干擾氣體中負極性變化。但是，這種傳感器在制作還需要加以改進，目前的成品率只有三分之一左右。主要原因是兩極的制作不易控制靈敏度高了、選擇性就差了，這時往往會對日常的香煙、大蒜等異味也敏感，而產(chǎn)生誤報現(xiàn)象；選擇性高了，靈敏度就低了，這時傳感器在酒精氣體中變化不明顯，甚至負極性變化組合型氣敏元件的性能參數(shù)工作電壓V0(V)-5~24；
加熱電壓VH(V)-4.5~5.5；加熱功率PH(mW)≤750；響應(yīng)時間t1(S)≤10；恢復(fù)時間t2(S)≤60；靈敏度β(100ppm乙醇氣體)≥3；選擇性α(乙醇，汽油同為100ppm)＜0；起始電壓Vout(V)≥0.1該項目的一個關(guān)鍵問題是傳感器的標定問題，這里采用的是靜態(tài)容積法配制混合氣體的方法配制乙醇氣體來模仿含有酒精成分的呼出氣體。此方法是利用乙醇的揮發(fā)性，在已知容積的密閉容器內(nèi)注入已知量的純乙醇液體，當注入的乙醇液體揮發(fā)后，所得分壓小于該溫度下的乙醇飽和蒸汽壓時，均勻后即可獲得預(yù)期濃度的乙醇氣。其準確度取決于乙醇的純度、質(zhì)量、配氣容器的容積誤差、周圍溫度波動等。實驗證明，在溫度15~25℃、相對濕度不大于80％條件下，有濕度引入的附加誤差可以忽略不計，經(jīng)首次配氣驅(qū)除后，重新配氣可將配氣瓶吸附引入的誤差減小到忽略不計。
標定的乙醇氣體濃度采用體積濃度法表示，單位為ppm，即百萬分數(shù)。例如，乙醇氣體濃度100ppm時，則表示按體積計所配制氣體中乙醇含量為百萬分之一百。
另外，在模數(shù)轉(zhuǎn)換后增加了數(shù)據(jù)鎖存單元，通過計算機接口卡與計算機實時連接，控制軟件根據(jù)檢測結(jié)果控制已有的出勤系統(tǒng)實現(xiàn)控制。
在圖1中，系統(tǒng)的工作原理是檢測探頭1通過電纜與計算機接口卡2連接，計算機接口卡2插在計算機3的擴展槽中，計算機3與打印機4相連。檢測探頭1對待測人員的吹氣指示信號和酒精含量信號進行處理并聲光顯示檢測結(jié)果，計算機3通過計算機接口卡2獲得檢測探頭1的檢測結(jié)果，打印機4輸出檢測結(jié)果。
在圖2中，檢測探頭1完成待測人員的吹氣指示信號和酒精含量信號的檢測。吹氣指示信號檢測的工作原理是吹氣傳感器5獲得待測人員的吹氣指示信號，觸發(fā)風(fēng)扇啟動延時單元6啟動風(fēng)扇抽取采樣氣體，吹氣指示單元7聲光顯示提示吹氣。酒精含量信號檢測的工作原理是恒流源A17產(chǎn)生恒定電流流過暴露于空氣中的酒精傳感器A16，酒精傳感器A16輸出空氣中的響應(yīng)信號；恒流源B14產(chǎn)生恒定電流流過暴露于測試氣體中的酒精傳感器B15，酒精傳感器B15輸出測試氣體中的響應(yīng)信號；運算放大器13對上述兩路信號進行差分運算輸出排除干擾后的酒精含量信號，此信號一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，在顯示器8上顯示并鎖存在數(shù)據(jù)鎖存單元9中，另一路在比較器11中與基準源12產(chǎn)生的預(yù)設(shè)報警閾值進行比較，報警指示單元10聲光顯示報警。
在圖3中，接口卡的工作原理是檢測探頭1輸出的模擬信號經(jīng)多路選擇單元20選擇后輸出至采樣保持器19，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換單元25啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器21將采樣保持器19的采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號輸出至數(shù)據(jù)驅(qū)動單元23；檢測探頭1中數(shù)據(jù)鎖存單元9鎖存的數(shù)字信號經(jīng)光電隔離單元27光電隔離后，鎖存到接口卡的數(shù)據(jù)鎖存單元24中，再輸出至數(shù)據(jù)驅(qū)動單元23；計算機3通過數(shù)據(jù)驅(qū)動單元23獲得檢測探頭1的檢測結(jié)果。電源變換器26從計算機3的擴展槽中獲得電源，變換成檢測探頭1所需的電源給檢測探頭1供電。
在圖5、圖6、圖7、圖8中U1～4為CD4042；U5～8為CD4175；U9，U13為LM336；U10為CD4511；U11，U17為酒精傳感器MICS-3110；U12，U16為LM234；U14為NE555；U18為LM317T；U19為7135；U20為MC1413；U21為MC1403；U22為LM7905CT；U23為4位數(shù)碼管；U25為LM324；U26為CD4049；U27為LM339；檢測探頭由吹氣響應(yīng)、酒精信號檢測、信號處理和數(shù)據(jù)鎖存四部分組成。
吹氣響應(yīng)部分包括吹氣傳感器電路L1，R28，R11；風(fēng)扇啟動延時電路U14，P5，E8，C6，R12，N1，CZ1；吹氣指示電路R21，R22，L2，N2，R24，N3，B2。吹氣傳感器獲得的吹氣信號觸發(fā)延時電路啟動風(fēng)扇抽取采樣氣體。
酒精信號檢測部分包括恒流源17包括U16，R29，P6；暴露于空氣中的酒精傳感器電路U17，R31，R10，R9，R8，R7，U25B；恒流源14包括U12，R20，P3；暴露于測試氣中的酒精傳感器電路U11，R19，R6，R5，R4，R3，U25C；信號調(diào)理基準源電路U9，R18，E7，C5，P2，P9；信號調(diào)理電路R13，R14，R15，R16，R17，R44，U25A，P1。測試氣體中的酒精信號和空氣中的平衡信號經(jīng)運算放大器分別調(diào)理后，再經(jīng)運算放大器差分運算調(diào)理后輸出驅(qū)除干擾后的酒精含量檢測信號。
信號處理部分包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U19，C7，C8，C9，C12，R32，R33，R34；模數(shù)轉(zhuǎn)換基準源電路U21，P8，U22，E5，C11；模數(shù)轉(zhuǎn)換時鐘電路U26B～C，R42，R43，C13；顯示電路U10，U20，U23，U26A；比較器基準源電路U13，R26，E9，C10，P4比較電路U27A，R45；聲光報警電路N4，R25，R27，L3，N5，R23，B1。前述酒精信號檢測部分輸出的酒精含量檢測信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后在4位數(shù)碼管上數(shù)字顯示酒精含量，并通過比較器與預(yù)設(shè)報警閾值比較，報警電路指示檢測結(jié)果。
數(shù)據(jù)鎖存部分包括數(shù)據(jù)鎖存器U1～4；數(shù)據(jù)緩沖器U5～8。前述信號處理部分中模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果在各自輸出周期內(nèi)分別鎖存到數(shù)據(jù)鎖存器中，在模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后由數(shù)據(jù)緩沖器輸出至計算機接口卡。
權(quán)利要求
1.乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)，其特征是它包括檢測探頭(1)，計算機接口(2)，計算機(3)，所述的檢測探頭(1)由吹氣響應(yīng)、酒精信號檢測、信號處理和數(shù)據(jù)鎖存組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)，其特征是所述的吹氣響應(yīng)部分包括吹氣傳感器電路(L1，R28，R11)，風(fēng)扇啟動延時電路(14，P5，E8，C6，R12，N1，CZ1)，吹氣指示電路(R21，R22，L2，N2，R24，N3，B2)；所述的酒精信號檢測部分包括恒流源17(U16，R29，P6)，暴露于空氣中的酒精傳感器電路(U17，R31，R10，R9，R8，R7，U25B)，恒流源14(12，R20，P3)，暴露于測試氣中的酒精傳感器電路(U11，R19，R6，R5，R4，R3 U25C)，信號調(diào)理基準源電路(U9，R18，E7，C5，P2，P9)，信號調(diào)理電路(13，R14，R15，R16，R17，R44，U25A， P1)；所述的信號處理部分包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(U19，C7，C8，C9，C12，R32，R33，R34)，模數(shù)轉(zhuǎn)換基準源電路(U21，P8，U22，E5，C11)，模數(shù)轉(zhuǎn)換時鐘電路(U26B～C，R42，R43，C13)，顯示電路(U10，U20，U23，U26A)，比較器基準源電路(U13，R26，E9，C10，P4)，比較電路(U27A，R45)，聲光報警電路(N4，R25，R27，L3，N5， R23，B1)；所述的數(shù)據(jù)鎖存部分包括數(shù)據(jù)鎖存器(U1～4)；數(shù)據(jù)緩沖器(U5～8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng)，其特征是所述的U1～4為CD4042；U5～8為CD4175；U9，U13為LM336；U10為CD4511；U11，U17為酒精傳感器MICS-3110；U12，U16為LM234；U14為NE555；U18為LM317T；U19為7135；U20為MC1413；U21為MC1403；U22為LM7905CT；U23為4位數(shù)碼管；U25為LM324；U26為CD4049U27為LM339。
全文摘要
乘務(wù)員飲酒檢測控制系統(tǒng),其特征是:它包括檢測探頭,計算機接口,計算機,所述的檢測探頭由吹氣響應(yīng)、酒精信號檢測、信號處理和數(shù)據(jù)鎖存組成。本發(fā)明能夠長年不間斷連續(xù)使用,解決長時間使用傳感器零點漂移問題,能與計算機實時連接,檢測過程計算機自動監(jiān)控,并且解決環(huán)境因素對檢測的干擾。
文檔編號G01N33/98GK1343884SQ0112017
公開日2002年4月10日 申請日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者王祥, 周永海, 陳世勇 申請人:哈爾濱鐵路局齊齊哈爾科學(xué)技術(shù)研究所