呼吸測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于無監(jiān)管地感測(cè)人員的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(guān)，其近似關(guān)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(cè)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(cè)試也越來越多地得到使用。傳感器技術(shù)包括催化劑 半導(dǎo)體、燃料電池和紅外光譜法。在市場(chǎng)上可獲得的不同裝置之間有關(guān)精確度、特異性、環(huán) 境免疫性和響應(yīng)時(shí)間的性能非常多變。用于呼吸測(cè)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(hào)、并且清空氣路，出于 衛(wèi)生原因，接口件必須是分離的一次性用件。為了確保正確地測(cè)定，測(cè)試人員需要以幾乎最 大肺活量釋放用力的呼氣。尤其是對(duì)于肺活量有限的人員而言，這需要大量氣力。由于水 冷凝，接口件的處理是昂貴的、耗時(shí)的并且呈現(xiàn)不期望的錯(cuò)誤源。
[0004] 呼吸分析的基本技術(shù)在20世紀(jì)的下半葉得以發(fā)展。最近，已經(jīng)注意到發(fā)展朝向針 對(duì)呼吸測(cè)試使用更少的突兀器件。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(cè)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(guān)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(jiǎn)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(huì)）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(qiáng)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)明的特定目的是將受測(cè)人員所需的氣力減至最小，而不折損可靠性。其它目 的是減少呼吸測(cè)試所需的總時(shí)間，并且即使對(duì)于無經(jīng)驗(yàn)的人員而言，該系統(tǒng)也是自我指導(dǎo) 的。
[0006] 本發(fā)明是基于一些關(guān)鍵元件的，這些關(guān)鍵元件的組合將提供必需的特征。首先，提 供了一種傳感器單元，所述傳感器單元提供了對(duì)應(yīng)于流動(dòng)通過預(yù)定入口區(qū)域的空氣中的即 時(shí)酒精濃度的信號(hào)。預(yù)定入口區(qū)域是一個(gè)或多個(gè)開口，所述一個(gè)或多個(gè)開口允許空氣從入 口區(qū)域持續(xù)地流向傳感器。其次，提供了一種設(shè)備，所述設(shè)備響應(yīng)于在傳感器入口區(qū)域附近 位置處的人員存在性，并且也包括用于要求和引導(dǎo)人員即時(shí)注意的單元，并且還包括提供 指令以引導(dǎo)呼出空氣流向入口區(qū)域的單元。該受引導(dǎo)的呼吸是人員的有意行為。再次，包 括分析器，所述分析器基于傳感器信號(hào)而測(cè)定所述人員的呼吸酒精濃度。
[0007] 對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的用戶的呼吸測(cè)試而言，基本元件的組合功能是必須的并且足夠在 2-3秒內(nèi)完全私密地、毫不費(fèi)力地進(jìn)行測(cè)試，而同時(shí)無需接口件，并且也不干擾正常行為，諸 如正在進(jìn)行的對(duì)話。由自動(dòng)通信的指令來引導(dǎo)無經(jīng)驗(yàn)的用戶成功完成測(cè)試。
[0008] 本發(fā)明允許在至今尚難以執(zhí)行測(cè)試的各種環(huán)境下執(zhí)行呼吸測(cè)試。與利用當(dāng)前可獲 得的產(chǎn)品相比，改進(jìn)的用戶友好性、以及與車輛集成的可能性會(huì)是以更大比例地阻止醉酒 駕駛的重要步驟。這被認(rèn)為是降低與酒精相關(guān)的交通事故的高死亡率所必需的。其它有希 望的應(yīng)用領(lǐng)域是針對(duì)負(fù)有關(guān)鍵任務(wù)的員工的清醒控制、以及針對(duì)到達(dá)競(jìng)技場(chǎng)的觀眾的清醒 控制。本發(fā)明還可以用于各種自測(cè)試情況，例如治療酗酒者。預(yù)期的是，不突兀地進(jìn)行呼吸 測(cè)試的可行性對(duì)于急診醫(yī)學(xué)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。
[0009] 由于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，發(fā)明人已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種新型系統(tǒng)。
[0010] 因此，權(quán)利要求1限定了一種呼吸測(cè)試系統(tǒng)，所述呼吸測(cè)試系統(tǒng)包括：傳感器單元 (5)，所述傳感器單元被構(gòu)造以測(cè)試在流動(dòng)通過預(yù)定的入口區(qū)域（4)的空氣中存在的揮發(fā) 性物質(zhì)的存在性或濃度，并且產(chǎn)生對(duì)于于所述揮發(fā)性物質(zhì)的濃度的信號(hào)；設(shè)備（2、3)，所述 設(shè)備被構(gòu)造以檢測(cè)在所述入口區(qū)域附近位置處人員的存在性，并且具有用于記錄所述存在 性的記錄器件，所述設(shè)備還被構(gòu)造以通過遞送輸出而響應(yīng)于所述存在性，所述設(shè)備包括基 于對(duì)所述人員的存在性的所述記錄而要求所述人員即時(shí)注意的單元、以及被構(gòu)造以向所述 人員提供指令來引導(dǎo)呼出空氣流向所述入口區(qū)域（4)的單元；分析器（10)，所述分析器用 于測(cè)定所述人員的呼吸物質(zhì)濃度，所述測(cè)定是基于對(duì)應(yīng)于物質(zhì)濃度的所述信號(hào)的。
[0011] 本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其并不突兀，即其不過度地干擾使用所述系統(tǒng)的人員。
【附圖說明】
[0012] 現(xiàn)在將參考附圖在下文中描述本發(fā)明，其中：
[0013] 圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖。
[0014] 圖2示出了系統(tǒng)功能的流程圖。
[0015] 圖3a示出了針對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的人員采用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所執(zhí)行的典型呼吸測(cè)試的 時(shí)間順序，以及
[0016] 圖3b示出了針對(duì)無經(jīng)驗(yàn)的人員采用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所執(zhí)行的典型呼吸測(cè)試的 時(shí)間順序。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明包括物理屬性和功能特征二者，在隨附權(quán)利要求和詳細(xì)說明中物理屬性和 功能特征二者均變得顯而易見。
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1的一個(gè)實(shí)施例的示意圖（未按比例繪制）?？梢詫⑾?統(tǒng)1構(gòu)建成處于獨(dú)立的物理外殼中，或者構(gòu)建成作為屬具的部分，例如處于車廂內(nèi)。測(cè)試人 員12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(duì)應(yīng)于流動(dòng)通過入口區(qū)域4的空氣中的乙醇濃度的信號(hào)。由風(fēng)扇或泵9 提供用于將空氣主動(dòng)地運(yùn)送通過傳感器單元5的器件，所述器件優(yōu)選地包括用于控制體積 流量的器件。入口區(qū)域4包括一個(gè)或多個(gè)開口，空氣可以自由地流入或者由風(fēng)扇9驅(qū)動(dòng)而 流入所述一個(gè)或多個(gè)開口中。優(yōu)選地，在入口區(qū)域4中包含有例如由多孔材料制成的顆粒 過濾器。這阻止了顆粒和氣溶膠污染傳感器單元5,而同時(shí)不以任何顯著程度妨礙空氣流 動(dòng)。當(dāng)引導(dǎo)人員12從不超過50cm的距離處朝向入口區(qū)域4呼出空氣時(shí)，流動(dòng)通過傳感器 單元5的空氣將包括環(huán)境空氣和人員12的呼出空氣的混合物。
[0019] 如【背景技術(shù)】中已經(jīng)說明的，本系統(tǒng)的中心特征是在短時(shí)間內(nèi)獲得人員12的配合。 構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)此的設(shè)備包括視聽單元3、以及用于記錄在入口區(qū)域4附近的位置處人員12的 存在性的記錄器件2。記錄器件2的實(shí)施高度取決于實(shí)際應(yīng)用，并且可以包括指示門開/關(guān) 的微型開關(guān)、擴(kuò)音器、照相機(jī)、使用超聲或紅外輻射的非接觸式檢測(cè)器、響應(yīng)于人員重量的 力傳感器。本系統(tǒng)可以包括通過聲音控制、圖像分析、條形碼讀取或生物統(tǒng)計(jì)分析而識(shí)別人 員的識(shí)別器件。視聽單元3優(yōu)選包括揚(yáng)聲器3a和顯示器3b。揚(yáng)聲器3a可以產(chǎn)生人工語音 或或象征性聲跡，顯示器3b可以傳達(dá)文本、圖像、圖標(biāo)或其它符號(hào)。
[0020] 視聽單元3優(yōu)選位于入口區(qū)域4的緊鄰附近，以便將人員12的注意引導(dǎo)至所述入 口區(qū)域。在存在記錄時(shí)或稍后的時(shí)刻，所述視聽單元能夠要求人員12立即注意。在人員12 可能需要指令的情況下，所述視聽單元也能夠傳輸指令，甚至傳輸詳細(xì)的指令。
[0021] 在人員12有經(jīng)驗(yàn)但是分心或者不專心的情況下，視聽單元3緊鄰入口區(qū)域4的位 置尤為重要。當(dāng)受到來自視聽單元3的信號(hào)提醒時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的人員12將以最小延時(shí)反應(yīng)， 并且朝向入口區(qū)域4遞送受引導(dǎo)的呼吸。替代性的方案將增加人員12的精神負(fù)擔(dān)。
[0022] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的研宄，已知的是根據(jù)分心的程度、精神負(fù)擔(dān)和選擇選項(xiàng)，人員的 反應(yīng)時(shí)間可以從0.2秒變化至數(shù)秒。因而，為了節(jié)省時(shí)間，本發(fā)明的使有經(jīng)驗(yàn)人員12的注 意引起和引導(dǎo)至傳感器入口區(qū)域的能力高度重要。
[0023] 作為環(huán)境空氣和呼出氣體混合的結(jié)果，傳感器元件8產(chǎn)生的信號(hào)將減弱一對(duì)應(yīng)于 呼出氣體的稀釋度的因子。因此，除了傳感器元件8之外，還包括另一傳感器元件7以用于 測(cè)量示蹤氣體（例如，二氧化碳（CO 2)或水蒸氣）的濃度。由于在呼氣離開氣路時(shí)示蹤氣體 的濃度大致恒定，因此能夠獲得進(jìn)入傳感器單元5的空氣的合理近似稀釋度。除了 0)2和 H2O之外，示蹤信號(hào)的另一可選方案是溫度。呼出空氣在離開口腔或鼻子時(shí)溫度幾乎等于體 溫，但是在混合之后將冷卻而更接近環(huán)境溫度。
[0024] 傳感器元件7和傳感器元件8構(gòu)成了用于進(jìn)行紅外（IR)透射測(cè)定法的測(cè)量單元 的接收器端。從紅外發(fā)射器6 (優(yōu)選黑體輻射元件）出發(fā)，寬帶紅外輻射波束正照亮單元， 并且最終在多次反射之后將到達(dá)傳感器元件7和傳感器元件8。優(yōu)選地，發(fā)射器6調(diào)制在處 于常規(guī)信號(hào)的頻率帶以上的一頻率，例如5Hz。傳感器元件7和傳感器元件8中的每個(gè)均包 括紅外輻射的熱電堆檢測(cè)器，其中帶通干擾濾波器調(diào)頻至待檢測(cè)物質(zhì)的吸收峰。傳感器元 件8包括濾波器，所述濾波器的通帶對(duì)于乙醇而言處于9. 1…9. 9 μπι的間隔內(nèi)，而在0)2作 為示蹤氣體的情況下，傳感器元件7的濾波器的通帶處于4. 2…4. 3 μπι的間隔內(nèi)。作為替 代性示蹤氣體的水蒸氣在2. 5…2. 8 ym的波長(zhǎng)間隔和5. 7…6. 9 ym的波長(zhǎng)間隔內(nèi)具有強(qiáng)吸 收性。其它氣體和濾波器特征的組合也是可行的。丙酮、乙醛、甲醇、一氧化碳、甲烷、乙烷、 丙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、異戊二烯、氨、硫化氫、甲硫醇、乙酸乙酯、二甲醚、二乙醚、苯、 甲苯、甲基乙基酮和甲基異丁基酮是從診斷角度或毒理學(xué)角度來看可能讓人感興趣的揮發(fā) 性物質(zhì)的實(shí)例。
[0025] 從IR發(fā)射器6至檢測(cè)器7和8的光路可以取決于實(shí)際物質(zhì)的濃度范圍和吸收系 數(shù)。在呼出空氣中，〇) 2具有強(qiáng)吸收性和高濃度，這需要10-25_的短光路。對(duì)于處于法定 濃度限度以下的酒精檢測(cè)而言，可能需要大于0. 5m的光路長(zhǎng)度。通過多次反射來折疊光 路，傳感器單元5的長(zhǎng)度/寬度/高度仍然可保持小于70/30/15_。
[0026] 傳感器單元5幾乎瞬時(shí)地、即在幾分之一秒內(nèi)響應(yīng)入口區(qū)域4處發(fā)生的濃度變 化。這部分地是由于入口區(qū)域4和傳感器單元5之間的通常為10-20_的小距離、通常為 20-60ml的小內(nèi)容積、以及由風(fēng)扇9產(chǎn)生的通常為100-200ml/秒的空氣體積流量、以及由風(fēng) 扇9產(chǎn)生的空氣流動(dòng)速度。這還由于紅外發(fā)射器的相對(duì)快速的調(diào)制頻率。從傳感器元件7 和傳感器元件8提取的信號(hào)信息表示為調(diào)制頻率的幅度。
[0027] 將來自傳感器元件7和傳感器元件8的信號(hào)發(fā)送至分析器10,所述分析器優(yōu)選包 括通用數(shù)字微控制器，所述通用數(shù)字微控制器能夠執(zhí)行信號(hào)算法并且