CN101221190A

CN101221190A - 用于呼气分析的自排空、空气稳定、照明式收集系统

Info

Publication number: CN101221190A
Application number: CNA2007100012687A
Authority: CN
Inventors: 基思·诺撒克; 大卫·肖
Original assignee: KHN Solutions LLC
Current assignee: KHN Solutions LLC
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-16

Abstract

本发明公开一种呼气分析系统，其包括双入口、照明式呼气收集管，该管使得可在稳定呼出的呼气的压力和/或紊流的同时排出环境空气。在所述收集管的任一端处的圆环形照明装置充当用于正确使用和报告检测结果的视觉提示。所述收集管可沿着手持件的宽度或长度放置，而不增加该手持件的尺寸或体积。收集管的形状要素利用特征适于将呼气酒精测量或其他呼气测量性能添加到诸如蜂窝式便携无线电话、PDA、iPod、MP3播放器、GPS单元、打火机以及警棍等手持产品。

Description

用于呼气分析的自排空、空气稳定、照明式收集系统

技术领域

本发明总体上涉及呼气酒精测量设备以及其它呼气测量设备并公开了利用便携式手持设备的形状要素进行呼气收集和测量的新方法和新仪器，并且，在一种具体实施方式中提供一种包括便携式双入口、自排空、空气稳定、照明式呼气收集管的呼气分析系统。

背景技术

呼气收集和呼气分析例如在对抗酒后驾驶和喝醉的人的其它不适当行为的斗争中是极为重要的工具。能够以有效的方式测量呼气在减少酒精的过度使用方面是极为重要的。为了最为有效，呼气酒精测量设备必须是便携的、易于获得的、准确的、卫生的并且在使用和存储中不显眼。

最通用的呼气酒精测量设备分为两类：第一类是“开流式”，其中呼气被吹到呼气检测单元而不接触嘴唇或嘴；第二类是“闭流式”，其中使用者的嘴或嘴唇与连接至呼气检测单元的管或吹口接触。

一方面，开流式设备的优点在于随后的使用者不用面对清洁或更换吹口的窘境。但是，通常的开流式设备将传感器定位在保护架之后，使传感器暴露于环境空气中，进而使传感器承受变化量的扰动呼气。不幸的是，这些通常的开流式设备在传感器进行呼气酒精分析之前不能稳定呼气气流。在传感器暴露于变化的呼气量的情况下，不可能将传感器精密校准，这导致不准确的测量。

另一方面，闭流式设备通常使用管或长的吹口来稳定和/或监控呼气流，且具有例如一次性吹口或覆盖于吹口上的一次性保护盖来提供设备的卫生性。可从Lifeloc Technologies，Inc购得的闭流式设备具有可拆卸的管并由专业执法者使用用于初步筛分。因为闭流式设备能够在传感器检测之前稳定和监控呼气，因此，闭流式设备通常比开流式单元具有更高的准确性。不幸的是，由于闭流式设备需要经常清洁或更换部件，因此实用性小。

现有技术中已知的其他呼气收集设备仅仅具有一个呼气收集孔，进而不能为排出环境空气和/或保持旧的呼气提供有效装置。本发明与相关技术不同在于，其公开的各种实施方式包括独特的自排空呼气收集管，其用于在嘴唇或嘴不接触该管的情况下呼气到呼气收集管中。各种实施方式还包括双入口收集管，以使使用者可方便地将呼气吹入该收集管的任一端中。由于在使用者吹入管的任一端时环境空气和/或旧的空气被推出，所公开的收集管的双入口特征使该单元利于自排空。

所公开的呼气分析系统可用于开流式方式中，但是，由于在到达内部传感器之前流过呼气收集管而使呼气得以稳定，其测量结果仍然是非常准确的。

，所公开的呼气分析系统可利用大多数手持设备中已有的形状要素沿着手持设备的长度或宽度安装。例如，所公开的呼气分析方法和仪器可结合在专用手持酒精检测设备中或结合到诸如便携电话(例如，蜂窝式便携无线电话)、音乐播放器(例如，

)、个人数字助理(PDA)、全球定位系统(GPS)单元，车钥匙保持器、警棍、手电筒等其他便携物等的数种手持设备。所公开的呼气收集管可沿着诸如电话单元等的手持设备的长度和宽度放置，以不突兀地添加排出特征和呼气稳定特征来适应对更准确的呼气检测的需要。

公开的Brooke的美国专利申请20050053523号展示了一种组合酒精检测器/蜂窝式便携无线电话的单元，但其没有提供对到达所述单元的传感器的呼出的呼气流进行稳定或监控的装置。Brooke的申请也没有启示从单元的呼气检测部分排出环境空气和就的呼气的方法。

Brooke的申请仅仅展示了一种位于架子之后的酒精传感器。由于Brooke传感器暴露于变化的呼气压力和环境空气以及/或在先使用者的旧呼气中，这样的设计导致不准确的检测。

Murnick的专利5,361,772讨论了将环境空气从呼气收集设备除去的好处，并公开了一种单口且单用途的呼气收集管。Murnick呼气收集管具有两个开口端，其中当使用者呼气到管的一个指定端时将环境空气从管的相对端推出，从而排出环境空气。不幸的是，Murnick收集管仅仅捕获呼出的呼气流，需要使用单独的检测设备来分析使用者的呼气。因为需要单独的收集管来捕获和存储每个呼气采样，Murnick收集管仅仅密封呼气采样，而不适于在此领域应用。

Wolf的专利4,744,953公开了一种便携式呼气酒精检测器，其吹口充当口哨来监控呼气流。Wolf的口哨使得使用者可通过聆听口哨的声音来调节呼气输入。Wolf的口哨为闭流式设备，且要求使用者将其嘴唇放置在管状吹口上，从而不利于设备的卫生性。由Wolf口哨产生的声音不能周到(discreet)使用，不能在嘈杂环境中使用或由有听力障碍者使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于呼气酒精和其他呼气成分检测的方法和仪器，其具有高准确性、无需嘴唇或嘴接触、是周到的且可以结合到小型专用手持单元或手持产品中，例如结合到蜂窝式便携无线电话、

PDA、GPS单元、警棍、指挥棍等所有手持设备。本发明提出了一种可重复使用的手持设备，其通过公开一种新方法和一种新仪器来排出环境空气和旧的呼气并稳定呼出的呼气而解决了相关技术中的数个问题。所公开的呼气收集管可沿着诸如蜂窝式便携无线电话等手持设备的长度或宽度放置，以不突兀地添加更准确的呼气检测所需要的排出特征和呼气稳定特征。

在一种实施方式中，双入口、自排空、空气稳定、照明式呼气收集方法和仪器提供准确的酒精检测而无需嘴唇或嘴接触。相关技术要求使用吹口来形成稳定的空气流。这样的吹口需要在每次使用之后进行清洁或更换，且不益于在诸如经常发生酒精消耗的团体等社会背景中的人群间使用。因为在使用者仅直接吹气在传感器上或设置于架子之后的传感器上的情况下传感器接收变化量的呼气，因此。不需要嘴唇或嘴接触的相关技术无法提供准确的结果。

在一种实施方式中，双入口呼气收集管从手持件的一端横跨到另一端而结合。利用手持件本身的尺度，所公开的双入口收集管可在不加大手持件的体积或尺寸的情况下使用。

双入口呼气收集管两端开口，使得环境空气和旧的呼气可在使用中被排出，这确保了环境空气和在先使用者的呼气从收集管排出。收集管对呼出的呼气进行稳定并向内部传感器提供一致的呼气压力和呼气量，使得对呼气采样的检测更准确和精确。内部传感器可用于检测呼气酒精水平、难闻的气味或呼气中的其他物质。

呼气收集管的双入口特征在现有技术中是未知的且便于由多个使用者进行酒精检测。所述呼气分析系统在没有清洁或吹口更换所需的延迟的情况下从一个使用者传递到另一个使用者。后续的使用者可呼气到与前一使用者所用收集管端相对的收集管端中，或者，如果需要，可呼气到与前一使用者相同的收集管端。由于所述呼气分析系统不需在通常的一个传一个的交换之后被旋转，所以可向收集管的任一端呼气的能力使得其可由多个使用者快速使用。

在一种实施方式中，提供传递呼气分析系统的新方法。可在无需旋转的情况下将该呼气分析系统传递到下一使用者。从而，向下一使用者呈现未由前一使用者吹过的收集管端。该传递呼气收集系统的新方法使得可在一群人中进行更快速的呼气检测。

在一种实施方式中，结合了照明源。在收集管的任一端使用照明装置，这使得使用者能够以视觉监控进入呼气分析系统的呼气的气流和流量。该照明装置可充当即时视觉辅助措施，以使得使用者可调节其呼气来符合由使用者所选择或由制造商所设定的性能标准。希望增加呼气检测的准确性的用户可优选调节呼气分析系统来要求更大量的呼气。本领域普通技术人员将认识到，越大的呼气量将产生越大的肺泡气量，例如这可导致更准确的酒精中毒测量。

所公开的呼气分析系统将一个或多个传感器定位在呼气收集管的中部内，或定位在连接至收集管的传感器空气通道中。传感器放置在内部解决了相关技术中由于传感器放置在架子之后(如Brook申请中所公开的)所引起的问题。

所公开的呼气分析系统优选地结合了双入口呼气收集管和排出管，具有呼气成分的即时现场测量这一增加的优点，这对于Murnick收集管是不可能的功能。与Murnick收集管不同的是，所公开的呼气分析系统使用收集管来排出空气，稳定呼气采样以及获得准确且快速的呼气成分分析。所公开的呼气分析系统可从使用者传递到使用者且无需嘴唇或嘴接触。与Murnick收集管不同的是，所公开的呼气分析系统提供呼气的即时分析，而无需单独的仪器来清空收集管。与Murnick收集管不同的是，所述管可以在任一端处被吹入呼气。

通过使使用者能够以周到的方式监控呼气流而无需嘴唇或嘴接触，所公开的呼气分析系统克服了Wolf口哨的不足。所公开的呼气分析系统的使用者可观察位于呼气收集管任一端的周围处的光线。所述光线告知使用者呼气压力和/或呼气量是否适当并且可报告检测结果。照明特征还为使用者提供了视觉目标。与Wolf口哨不同，所公开的系统可无需清洁而使用以及在黑暗中、在嘈杂和安静背景中使用。

根据下面的描述以及所公开的附图，本领域普通技术人员将明确本发明的其他目的。

附图说明

图1是示出根据本发明一种实施方式的双入口、自排空、空气稳定式呼气收集管以及所附装的通向传感器的空气通道的前视横截面视图。

图2是示出位于图1所示呼气收集管的外周处的照明环的侧视图。

图3是包含呼气收集管的手持单元以及位于所述单元的面上的启动按钮和平面视觉显示器。

图4是示出在端部处具有较大内直径且在中部区域具有较小内直径的弓形收集管。

具体实施方式

参照本发明的多个图示实施方式之一的附图，图1示出包括呼气收集管2的双入口、自排空、空气稳定呼气分析系统1。收集管2的总长度大约5cm。收集管2的两端6均适用于呼气入口。因此，使用者可如图1所示从一距离处在其嘴唇或嘴不与收集管接触的情况下吹入任一端6，并且周围空气和/或旧的呼气将通过相对端排出。

图1示出连接至包括传感器空气通道5的传感器设备4的呼气收集管2。在传感器空气通道5中定位传感器3，以分析呼气的成分。例如，传感器3可以是可从FIS Inc.获得的型号为SB-EN2的用于酒精检测的气体传感器。其为二氧化锡半导体气体传感器。可选地，传感器3可附加地或可替选地是可从FIS Inc.获得的型号为SB-AQ4的用以检测烟的传感器，或是诸如可从FIS Inc.获得的型号为SB-EN3的用于检测与难闻的气味有关的气体的传感器。FIS Inc.的全部产品的清单可从http://www.fisinc.co.jp/04_prod.htm看到。

优选地，如图1所示，区域15可以是直径为约1.5mm的空气通道。传感设备4的传感器空气通道5的其余部分直径可以为约5mm。传感器空气通道5的缩窄区域15可称作连接至收集管2的“小孔”空气通道。

通过经收集管2行进，在到达所附连的传感装置4之前稳定了呼出的呼气。传感器空气通道5的区域15的横截面小于传感器空气通道5的其余部分。所连接的传感器空气通道5在呼出的呼气与内传感器3接触之前进一步稳定了呼出的呼气。

根据图1所示的本发明实施方式的各种想到的修改，可将各种传感器容纳在呼气收集管2和/或所附传感器空气通道5中。传感器3还可用多个传感器代替。

所附连的传感器空气通道5的内部还可包含用于测量和/或改变呼气压力和/或呼气温度的装置。

根据一种实施方式，可以在收集管2的端部的周围提供照明装置，如图2中标号7处所示。如图2所示，在收集管2的任一端处的照明装置7的区域可以是圆环形的，或者可以是绕收集管的周围形成的任意其他形状。照明装置7的环可以仅仅是塑料的半透明件，其具有安装在内部电路板上的实际LED灯泡以及管接于环的发光体。

优选地，在收集管2的任一端处的照明装置7的环可用于作为将呼出的空气引导到收集管的端部6中的对象。在检测之前，通常存在准备过程以在使用者向收集管2中吹气之前加热传感器并准备呼气分析系统。当系统准备就绪可以开始检测时，照明装置7的环可闪烁或开或闭以表示不同模式。使用者可仅仅按照照明装置7的视觉提示获知他们何时开始吹以及要吹多长时间。该视觉提示界面与来自扬声器的可听见蜂鸣/钟声以及图3所示的平板显示器相耦连，为使用者提供引导。根据各种想到的实施方式，照明装置7可以改变以指示正确的呼气压力、呼气量并报告检测结果。这样的信息还可通过位于手持件上的诸如平板显示器9的独立视觉显示器传送，该显示器例如为如图3所示的后光液晶显示面板。图3所示的视觉显示面板9可采用彩色的，以增加对检测结果的强调。例如，绿色可以用于表示呼气酒精处于安全水平，红色可以用于警告危险的中毒。

图4示出呼气收集管11的可选实施方式。收集管11的两个较大端部12的内直径可以大约为7mm。收集管11的中部区域的内直径可以大约为5mm。

图4所示的渐缩或弓形的呼气收集管11可以附连于包括传感器空气通道17的传感装置13。传感器空气通道17的连接至收集管11的区域16的横截面可以小于包含传感器14下部的横截面。

呼气收集管2或11可以为圆形或可以为其他形状的形式，诸如方形管。

根据本发明的各种实施方式的仪器和方法可以结合在诸如图3的标号8的专用手持设备中或结合到诸如警棍、交通棒、便携电话、

便携音乐播放器、便携录音电话机、计算机、计算器、车钥匙保持器、卡拉OK话筒以及所有其它具体物品的各种独立驱动的手持设备中。根据本发明的方法和仪器还可结合到任意手持消费设备中。

例如，本发明允许个人和一群人以快速、周到且有效的方式检测酒精消费水平，允许对目前或将来的行为做出及时地决定。

图2所示的照明区域7可用于调节使用者在呼出呼气过程中的适应性。在检测中，使用者可观察照明装置并由此调节呼气至最佳水平。与相关技术不同，根据本发明的各种实施方式的呼气分析系统使得使用者可在检测阶段中进行呼气调节并且不需要使用者由于不充分的呼气而放弃检测。因为照明装置优选地传达当前呼气压力数据，所以该呼气分析系统不需要使用者评估呼气输入的正确情况。由于在按动图3所示的启动按钮10与传感器3和13加热到最佳检测温度之间可存在时间延迟，所以图2所示的照明区域7可用于指示呼气分析系统的准备就绪情况。

本发明的各种实施方式使得呼气可以被吹进呼气收集管2或11的任一端中。由此，使用者能够“手动切断(hand off)”呼吸分析系统，而不用转动所述系统来寻找适当的输入孔。

由于呼气可被吹进收集管的任一端，所以呼气收集管2或11的双入口特征提供了独特的优点。收集管2或11的与使用者相对侧的端部使得环境空气和/或旧呼气可从收集管排出。

在检测的所有阶段中，收集管2或11的任一端处的照明装置7都可向使用者提供信息。照明装置的不同颜色和不同图案可用于指示准备就绪、当前呼气期间的剩余时间、在检测期间需使用者对呼气进行调节、呼气足量以及检测结果。这样的信息还可显示在呼气分析系统的外部上的其他视觉显示器中。根据想到的修改，这样的信息可以附加地或可替选地以听觉信息传达到使用者。

用于呼气酒精检测的呼气分析系统的优选操作顺序如下。

(1)使用者按压运行按钮10以打开系统。

(2)可听见的蜂鸣声以及照明装置7的环打开。

(3)系统进行准备过程大约10秒。在此时间中，加热传感器3或13。

(4)当系统准备好进行呼气采样时，照明装置7的环闪烁两次，可听见的蜂鸣声响起，且LCD屏幕9显示“吹”。

(5)使用者开始向呼气收集管2或11中吹气。

(6)在系统确定使用者已经吹入足够的肺部空气采样之后，照明装置7的环闪烁3次。且另一可听见的蜂鸣声响起，以指示使用者停止吹气。

(7)通过LCD屏幕9显示使用者的呼气酒精水平。

(8)使用者可通过按压运行按钮10关掉系统，或通过按压运行按钮10两次而开始另一检测。如果在初始检测后没有动作，系统在例如20秒后自动关闭。

(9)如果系统确定目前没有吹入足够的空气，照明装置7的环不闪烁，并且LCD屏幕9显示“错误”，使用者必须按压运行按钮10以关掉系统并再次重新进行检测。

可以想到，呼气分析系统可具有两单独的LED灯，包括在使用者未吹入足够的肺部空气采样情况下管状通过灯管的红灯和正确完成检测情况下的绿灯。所述灯也可在判定使用者的酒精水平为不安全水平——例如在0.08％之上时闪烁红光。

根据本发明的另一想到的实施方式，呼气分析系统也可包括用于测量和调节呼出气压和温度的装置，以进一步增加呼气测量的准确性和精确性。连接于计算机控制单元的传感器可以置于呼气收集管2或11中和/或附连的传感器空气通道4或13中，以测量空气压力、温度以及检测期间的总空气量。随后，计算机控制单元可操作阀或加热元件或其他装置以调节待通过一个或多个位于系统中的传感器检测的呼气。传感器3和13可测量酒精成分或其他物质。

虽然已经参照本发明的具体实施方式给出了前述描述，但是本领域普通技术人员可以理解，可在不背离本发明的原则和精神的情况下对这些实施方式做出变化。因此，本发明的范围仅仅参照所附权利要求确定。

Claims

1.一种呼气分析系统，包括：

呼气收集管，其具有：至少第一端，使用者在嘴唇或嘴不接触该第一端的情况下将呼气呼出到该第一端中；和第二端，空气从该第二端排出而自排空所述系统，所述呼气收集管用于稳定所呼出呼气的气流；以及

传感装置，包括：

传感器空气通道；和

至少一个传感器。

2.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管从所述第一端向位于所述第一和第二端之间的中间位置渐缩。

3.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管为双入口呼气收集管，其中，使用者在嘴唇或嘴不接触所述第一或第二端的情况下将呼气呼出到所述第一端或所述第二端中，且空气相应地从所述第二或第一端排出。

4.如权利要求3所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管从所述第一端和第二端向位于所述第一和第二端之间的中间位置渐缩。

5.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述传感装置定位在所述呼气收集管的大致中心处，且在该收集管的中心部分处通过一个或多个能够测量呼气成分的所述传感器测量呼气。

6.如权利要求5所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管的中心连接至所述传感器空气通道，所述传感器空气通道将呼气引向一个或多个能够测量呼气成分的所述传感器。

7.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述传感器空气通道包括形成与所述呼气收集管连接的小孔的第一区域以及具有相对较大横截面的连续的其余部分，其中呼气通过所述小孔，然后通过所述传感器空气通道的其余较大部分。

8.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，测量呼气的温度。

9.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，测量呼气的量。

10.如权利要求8所述的呼气分析系统，其中，在呼气达到所述传感器之前调节所述呼气的温度。

11.如权利要求9所述的呼气分析系统，其中，在呼气到达所述传感器之前调节所述呼气的量。

12.如权利要求1所述的呼气分析系统，还包括照明装置，其位于所述呼气收集管的第一端处，用于辅助使用者。

13.如权利要求12所述的呼气分析系统，其中，所述照明装置报告检测结果。

14.如权利要求3所述的呼气分析系统，还包括照明装置，其位于所述呼气收集管的第一端和第二端处，用于辅助使用者。

15.如权利要求14所述的呼气分析系统，其中，所述照明装置报告检测结果。

16.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管沿着手持设备的长度定位在内部。

17.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管沿着手持设备的宽度设置在内部。

18.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述呼气收集管设置在便携电话、GPS单元、便携音乐播放器或其他手持设备中。

19.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述传感器能够测量酒精中毒。

20.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述传感器能够测量呼气成分。

21.如权利要求1所述的呼气分析系统，其中，所述传感器能够测量令人不悦的呼气的一个或多个指标。

22.一种用于进行呼气分析的方法，其包括以下步骤：

提供具有至少第一端和第二端的呼气收集管；

用于测量呼出的呼气的特性的传感器；

在嘴唇或嘴不接触所述第一端的情况下将呼气呼出到所述呼气收集管的第一端中；

从所述呼气收集管的第二端排出空气而排出环境空气和旧的呼气中的至少一个；

在所述呼气收集管内稳定呼出的空气流；以及

将呼出的空气的至少一部分引导到所述传感器。

23.如权利要求22所述的呼气分析方法，其中，所述呼气收集管为双入口呼气收集管，其中，使用者在嘴唇或嘴不接触所述第一或第二端的情况下将呼气呼出到所述第一端或所述第二端中，且空气相应地从所述第二或第一端排出。

24.如权利要求22所述的呼气分析方法，其中，所述传感器位于所述呼气收集管的中部。

25.如权利要求22所述的呼气分析方法，进一步包括以下步骤：提供具有连接至所述呼气收集管的传感器空气通道并包括所述传感器的传感装置。

26.如权利要求25所述的呼气分析方法，其中，所述传感器空气通道在连接至所述呼气收集管的一端处较窄，朝向相对端较宽。

27.如权利要求22所述的呼气分析方法，进一步包括对所述呼气收集管的第一端进行照明的步骤。

28.如权利要求27所述的呼气分析方法，进一步包括调节照明以报告呼气输入的步骤。

29.如权利要求27所述的呼气分析方法，进一步包括调节照明以报告检测结果的步骤。

30.如权利要求28所述的呼气分析方法，其中，所述照明在检测期间报告呼气输入。

31.如权利要求22所述的呼气分析方法，进一步包括调节检测样本所需的呼气量。

32.如权利要求31所述的呼气分析方法，其中，调节到达所述传感器的呼气量。

33.如权利要求22所述的呼气分析方法，进一步包括测量呼出的呼气的温度的步骤。

34.如权利要求33所述的呼气分析方法，进一步包括调节呼出的呼气的温度的步骤。

35.操纵包含权利要求3所述的呼气分析系统的手持件的方法，其中，前一使用者将该手持件直接传递给下一使用者，维持所述手持件的方向使得将该前一使用者未呼入气的呼气收集管端呈现于下一使用者。