CN104827900A - 一种基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置，通过固定在箱体中的近红外检测探头，检测驾驶员手部透射光线，对透射光线进行特定波段内的光谱分析，得出驾驶员体内酒精透射率，将结果以数字信号形式发送至单片机，单片机根据接收信号，计算分析驾驶者酒精含量，并与自己阈值进行对比，控制锁头状态，从而控制汽车的启动。本发明设计科学合理，结构简单，克服了已有检测装置检测过程繁琐，时间较长，成本高等缺点。可用于汽车启动前驾驶员酒精检测装置中。

Description

一种基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置

技术领域

本发明属于现有酒精检测装置的改进，设计一种内置于换挡杆的人体酒精无损检测装置。

背景技术

饮酒驾车的危害触目惊心，已成为交通事故发生的主要原因，如何防范和监督酒后驾车，成为一个迫在眉睫的问题。

当前，交通部门采用三种方法来判定驾驶员是否存在饮酒驾车行为，这三种方法分别是：单腿直立试验、呼气酒精含量检验和血液酒精含量检验。单腿直立试验室依据驾驶员在试验种的身体表现来判断驾驶员是否属于酒后驾车，这种方法主观性较强，很难成为执法依据。呼气酒精含量测试仪测量的是被测者呼出气体中酒精的含量，当被测者深吸气后以中等力度呼气达3s以上时，测得驾驶员血液中的酒精含量最为准确，但在实际测量时，很难达到这一点。且这些仪器使用时必须由被测者用嘴含着吹管向测试仪吹气，为保证卫生每次使用后都应该更换吹管或对吹管进行消毒，但在实际使用时并未达到此要求。如果被测者拒绝配合，就无法使用呼气法进行酒精含量检测。血液酒精含量检测是现场采集驾驶员的血液，经实验室检验血样中酒精的含量来判断驾驶员是否属于酒后驾车或醉酒驾车，这种方法最为准确，但是从血样采集到送实验室检验并出具结果的整个过程较为繁琐，时间较长，成本高，对每一名疑似酒后驾车的驾驶员都做血液酒精含量检验是不现实的。

汽车内的辅助装置能在客观上阻止酒后驾驶行为的发生，将极大的降低酒后驾驶违法行为及交通事故的发生率。瑞典绅宝开发了带酒精测试器的引擎钥匙和瑞典沃尔沃开发了与汽车引擎启动相关的酒精测试器，此种装置要求驾驶者在发动汽车前进行吹气测试，由测试结果决定汽车可否发动，其缺陷在于：检测准确度低、可靠性差并且存在代检测的问题。如：驾驶者饮酒后让未饮酒者代替测试，汽车就能启动，然后由驾驶者驾驶；频繁的吹起测试将给未饮酒或不饮酒的驾驶者造成极大的麻烦。

发明内容

针对上述检测方法存在的检测成本高、准确度低、可靠性差和代为检测等问题，本人设计了一种基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置，它是一种非接触的测定驾驶员血液酒精含量的检测装置。

本次发明使用的原理是：利用近红外检测探头采集驾驶员手腕部皮肤的光谱，通过近红外光谱与人体酒精含量的关系来判断驾驶员是否饮酒。

近红外光对生物组织有较强的穿透性，其穿透度可达5mm，穿过皮肤表皮到真皮层(内有丰富血管，待检测酒精在该部位)。酒精中主要成分为乙醇和水。乙醇在近红外光谱区的吸收光谱大部分是含氧基团(如OH，CO，CH2和CH3)伸缩振动能级跃迁所引起的倍频和合频的吸收。基团的吸收频谱表征了其化学结构，且随浓度变化呈现规律性的变化。因此，根据这些基团的近红外吸收频谱出现的位置、吸收强度等信息特征，通过检测血液中酒精的吸收谱，确定乙醇的浓度是可行的。

酒精的主要成分是乙醇，并且乙醇的C-O基团在1200-1030cm-1处有吸收峰，因此可以通过测定C-O基团的吸收峰值确定其透过率，如图1所示。现有的研究已经可以通过测定乙醇的C-O基团对光谱的吸收度测定酒精的浓度，并对酒精浓度与吸收度建立了线性回归模型，如图2所示。其中吸光度与透射率两者存在对数关系。

A＝-logT         (1)

Y＝0.0198+0.4984X           (2)

其中A为吸光度，T为透射率，Y为酒精浓度，X为吸光度。因此只要利用近红外光谱测定出酒精C-O基团的透光度就可以通过计算测定出乙醇的浓度。

本次发明酒精检测装置，原理简单，安装方便，非接触无损伤检测，适用于各种预防酒后驾车装置中。

本发明的工作原理是在换挡杆上安装光谱酒精检测仪，在短时间内，采集驾驶员手部皮肤的光谱，通过光谱与人体酒精含量的关系来判断驾驶员是否饮酒。若饮酒，则警报系统提醒驾驶员已属酒后驾车，且此时换挡杆锁死，无法换档，阻止驾驶员继续驾驶车辆；若未饮酒，则换挡杆解锁，可以进行换挡驾驶操作。

近红外光谱的人体酒精无损检测装置主要包括：

(1)光谱酒精检测仪，包括酒精检测探头和光谱分析元件安放在换挡杆前面板左下角。

(2)电子锁装置，包括电机、齿条和锁扣盒。

(3)报警指示灯，由红色和绿色两个指示灯。

(4)单片机，用于酒精浓度的计算、分析和控制电机的转动。

本发明的突出特点：安装方便、检测精度高、检测时间短、非接触。

附图说明

图1是乙醇光谱图。

图2是酒精浓度测定图。

图3是上表面原件安装示意图。

图中的标记分别表示：1、指示灯 2、齿条 3、电机 4、单片机 5、光谱分析元件 6、换挡杆 7、锁扣盒 8、酒精检测探头。

图4是电子锁、检测探头、单片机与电源连接示意图

图中的标记分别表示：3、电子锁 4、单片机 5、检测探头 9、电源

酒精检测装置主要通过嵌套的方式安装在原有的换挡杆箱体内部上表面，各个部件通过螺钉固定在面板上，如图3所示，图3为内部上表面元件安装图。在原车的换挡杆的箱体右下方开一个圆形空，并将酒精检测探头8固定在这里，探头8后面连接着光谱分析原件5，检测探头8垂直向上以检测驾驶者的皮肤。光谱分析原件5将分析结果传给单片机4，单片机4通过对数运算和线性回归分析，计算出驾驶者体内的酒精含量，并将计算结果与单片机4的阈值进行对比，若酒精含量超过阈值，单片机4向电机3输出高电压，此时电机3正转带动齿条2向右运动，齿条2插入锁扣盒7内部此时指示灯1红灯亮，换挡杆锁死无法进行换挡操作；若驾驶者酒精含量未超过阈值，则单片机4向电机3输出低电压，电机3反转带动齿条2向左运动，齿条2离开锁扣盒7，此时指示灯1的绿灯亮，换挡杆解锁可以自由运动。

光谱分析元件5接收酒精探测仪8的光谱数据，并将分析结果发送至单片机4，单片机4对数据进行处理分析，并控制电机3的正反转及指示灯1的显示，电源使用车载电源，电源连接示意图如图4所示。

下面根据附图，发明人给出本次发明详解。

具体实施方式

本次发明的基于近红外光谱的酒精检测装置，其技术特点是采用了近红外光谱法，通过酒精检测仪接收人体吸收光线，酒精检测仪对特定波段的光谱值分析，测得人体酒精透射率，并通过计算测定酒精浓度，从而分析驾驶员是否为醉酒驾车。在驾驶员准备启动车辆，手放在换挡杆上时，近红外检测探头8开始接收手部光线，对驾驶者的酒精含量进行光谱信息采集。光谱分析元件5对采集的光谱信息进行分析，并通过单片机4进行数据分析。单片机4中已设定人体酒精含量阈值，对人体酒精含量进行判断。如果驾驶员酒精含量正常，则单片机4向电机3发送高电压，则控制电机3正转，带动齿条2运动，离开锁扣盒7，此时电子锁处于打开状态，指示灯1的绿灯亮，驾驶员可以正常启动驾驶。若驾驶员酒精含量超标，则单片机4向电机3发送低电压，电机3发转，带动齿条2反向运动，齿条2插入锁扣盒7，此时电子锁为锁定状态，指示灯1的红灯亮，换挡杆6被锁死，无法换档，阻止驾驶员继续驾驶车辆。

Claims (3)

1.一种基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置，其特征在于，包括：

酒精检测仪(5)接收人体的透射光线，对光线进行光谱分析，将分析结果转换为数字信号，传输至单片机(4)，单片机(4)根据接收信号，进行运算处理，并将计算结果与阈值进行对比，并控制电机(3)的正反运转，并由电机(3)带动齿条(2)往复运动，接近与远离锁扣盒(7)，实现换挡杆的锁闭与打开状态。

2.如权利要求1所述的近红外光谱无损人体酒精含量检测装置，其特征在于酒精检测器(3)集检测探头和光谱分析元件于一体。

3.如权利要求1基于近红外光谱的人体酒精无损检测装置，电机(3)的正反转由单片机(4)控制。单片机(4)、酒精检测装置(5)、电子锁(3)使用电源为车载电源。