CN111051882B - 用于探测气体混合物中的气态物质的方法、控制设备和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于探测气体混合物中的气态物质的方法，其中，检测代表气体混合物的第一化学和/或物理参数的第一测量参量(K1)，其中，检测至少一个第二测量参量(M)，该第二测量参量代表气体混合物的不同于第一参数的第二化学和/或物理参数，其中，如果第一测量参量(K1)的时间导数的量值超过第一预给定的阈值(SW1)并且第二测量参量(M)的时间导数的量值超过第二预给定的阈值(SW2)，则确定所述第一参数的起始时刻(tS)和与所述起始时刻(tS)相对应的起始测量参量(K起始)，其中，检测至少一个另外的第一测量参量(K2)，其中，如果所述至少一个另外的第一测量参量(K2)相应于所述起始测量参量(K起始)，则确定结束时刻(tE)，其中，如果所述结束时刻(tE)与所述起始时刻(tS)之间的差的量值大于预给定的最小时间段(t最小)，则产生输出信号(10)。
Description
技术领域
本发明从根据独立权利要求的类别的一种方法、一种控制设备和一种设备出发。
背景技术
呼吸气体分析设备可以通过化学或物理传感器来分析呼吸气体的组成以及尤其气味。在此，尤其关注呼吸气体中的酒精含量。
由US 2004/0081582 A1已知一种移动电话，该移动电话配备有呼吸气体传感器，以便向移动电话的使用者显示其呼吸质量。
US 2014/0357963 A1公开一种具有光学传感器的便携式电子设备，通过该传感器可以探测呼吸气体的酒精浓度。
由DE 10 2015 203 719 A1已知一种用于呼吸气体分析的设备，该设备具有传感器元件，该传感器元件用于探测呼吸气体冷凝物体积中的至少一种分析物。
发明内容
在这种背景下，在此提出的方案提供一种用于借助气体传感器来探测气体混合物中的气态物质(尤其乙醇)的方法、一种用于执行该方法的控制设备以及一种气体传感器。该气体传感器在此可以构造为移动的手持式设备，使用者可以借助该手持式设备来确定其呼吸中的酒精浓度或乙醇浓度。为此，气体传感器有利地可以具有开口，使用者可以吹到或呼到该开口中。
在该方法中，在此首先通过第一传感器元件检测至少一个第一测量参量，并且通过第二传感器元件检测至少一个第二测量参量。在此，第一测量参量代表气体混合物的第一化学和/或物理参数——尤其乙醇的浓度。在此，第一传感器元件可以实施为气体传感器——尤其电阻式、电容式、电位式和/或安培式的气体传感器。第二测量参量代表气体混合物的第二化学和/或物理参数——尤其温度、湿度或压力，所述第二化学和/或物理参数不同于第一化学和/或物理参数。在此，第二传感器元件可以构造为温度传感器、湿度传感器和/或压力传感器。替代地或附加地，第一传感器元件和/或第二传感器元件可以设置用于检测至少两个不同的测量参量，其中，这两个不同的测量参量分别代表气体混合物的两个不同的化学和/或物理参数。
为了确定测量的起始时刻，现在可以构造所检测的第一测量参量的时间导数，并且将该时间导数与第一预给定的阈值进行比较。通过构造所检测的第二测量参量的时间导数并将该时间导数与第二预给定的阈值进行比较，可以以有利的方式提高测量起始时刻的确定的准确度。这使测量在整体上更可靠地、更稳健地抵抗外部影响因素(例如气体混合物组成的变化)。
在确定和存储起始时刻的同时，存储在起始时刻所检测的第一测量参量。随后，优选连续地检测另外的第一测量参量。当所检测的另外的第一测量参量中的一个基本上相应于在起始时刻所存储的第一测量参量时，通过存储该另外的第一测量参量所对应的结束时刻来结束测量。
现在构造结束时刻与起始时刻之间的差，并将该差的量值与预给定的最小时间段进行比较。在此，该差相应于气体混合物的由第一测量参量代表的化学和/或物理参数的定量说明。如果该差相应于预给定的最小时间段或者如果该差超过预给定的最小时间段，则产生输出信号，该输出信号标志着：代表气体混合物的第一化学和/或物理参数的第一测量参量高于预定义的阈值。
可选地，如果现在还检测第三测量参量或者附加地还检测第四测量参量，其中，第三测量参量和第四测量参量分别代表气体混合物的另外的化学和/或物理参数——尤其温度、湿度或压力，其中，由第一测量参量、第二测量参量、第三测量参量和第四测量参量所代表的参数彼此不同，并且如果针对每个附加检测的测量参量构造时间导数，并将该时间导数与另一预给定的阈值进行比较，则还可以进一步提高测量起始时刻的确定的准确度。
可选地可以设置，当至少一个另外的第一测量参量与在起始时刻所检测的第一测量参量之间的量值的相对偏差小于预给定的阈值时——优选小于5％、特别优选小于1、尤其特别优选小于0.1％时，结束测量。
以上提及的优点也以相应的方式适用于用于执行该方法的控制设备以及气体传感器。
附图说明
其他的优点由实施例的以下描述或由从属权利要求得出。
图1示意性地示出控制设备的方框图。图2示出气体传感器的示意图。在图3中根据流程图对所述方法进行描述。图4示出如下测量参量的时间变化过程的图形表示：该测量参量代表气体混合物的温度、湿度和乙醇浓度。图5示出图3中所示的测量参量的时间导数的时间变化过程的图形表示。图6示出在使用者没有事先消费酒精情况下的呼吸气体中的乙醇浓度随时间的测量的图形表示。在图7中图形化地示出在使用者事先消费酒精情况下的呼吸气体中的乙醇浓度随时间的测量。
具体实施方式
如上所述，借助本发明描述一种方法、一种控制设备和一种设备，所述方法、控制设备和设备提高确定气体混合物中的至少一种气态物质(尤其乙醇)的测量的起始时刻的准确性，并且因此在整体上改善测量的准确性。
如在图1中示意性所示，为了执行所述方法而设置控制设备1。该控制设备1通过第一传感器元件4检测第一测量参量K，该第一测量参量代表呼吸气体的乙醇浓度，并且通过第二传感器元件5检测第二测量参量M，该第二测量参量代表呼吸气体的另一物理和/或化学参数(例如温度)。
可选地可以设置，控制设备1附加地通过第三传感器元件6检测第三测量参量N和/或通过第四传感器元件7检测第四测量参量O，该第三测量参量代表呼吸气体的另外的物理和/或化学参数(例如湿度)，该第四测量参量代表呼吸气体的另外的物理和/或化学参数(例如压力)。
可以根据需要而将测量参量K、M、N和O存储在设备1的存储单元3中。
第一传感器元件4在此可以实施为气体传感器——尤其电阻式、电容式、电位式和/或安培式的气体传感器。第二传感器元件5在此可以构型为温度传感器。第三传感器元件6在此可以实施为湿度传感器。第四传感器元件7在此可以构造为压力传感器。替代地或附加地，传感器元件4、5、6、7中的一个可以设置用于检测至少两个不同的测量参量，其中，这两个不同的测量参量分别代表气体混合物的两个不同的化学和/或物理参数。
如在图2中示意性所示，控制设备1、第一传感器元件4和第二传感器元件5在此可以构成气体传感器20。可选地可以设置，气体传感器附加地具有第三传感器元件6和/或第四传感器元件7。还可以设置，传感器元件4、5、6、7布置或集成在气体传感器上。
基于所检测的测量参量K和M以及可选地所检测的测量参量N和O，计算单元2在控制设备1中执行在下文中描述的方法100，并且计算单元根据所检测的测量参量K、M、N和O来产生输出信号10，该输出信号例如操控声学信号发生器8。可选地，可以产生另外的输出信号11，该另外的输出信号操控光学信号发生器9。声学信号发生器8在此可以实施为扬声器。光学信号发生器9可以构型为发光二极管和/或显示器。
根据图3的流程图以优选实施例描述方法100。首先，在第一检测步骤101中检测第一测量参量K，该第一测量参量代表呼吸气体中的乙醇浓度。
在检测步骤101之前、期间或之后进行第二检测步骤102，在该第二检测步骤中检测呼吸气体的温度作为第二测量参量M。可选地，可以在检测步骤101中附加地检测呼吸气体的湿度作为第三测量参量N和/或检测压力作为第四测量参量O。
现在，在随后的第一比较步骤103中将所检测的第一测量参量K的时间导数的量值与阈值SW1进行比较，并且将所检测的第二测量参量M的时间导数的量值与阈值SW2进行比较。
可选地，在比较步骤103中附加地将所检测的第三测量参量N的时间导数的量值与阈值SW3进行比较。可选地，在比较步骤103中附加地将所检测的第四测量参量O的时间导数的量值与阈值SW4进行比较。
如果第一测量参量K的时间导数的量值超过第一阈值SW1并且第二测量参量M的时间导数的量值超过第二阈值SW2，则在第一确定步骤104中确定起始时刻tS并且确定该起始时刻tS所对应的起始测量参量K起始。
可选地可以设置，仅附加地当第三测量参量N的时间导数的量值超过第三阈值SW3和/或第四测量参量O的时间导数的量值超过第四阈值SW4时才进行第一确定步骤104。
如果第一测量参量K的时间导数的量值未超过第一阈值SW1，或者如果第二测量参量M的时间导数的量值未超过第二阈值SW2，则再次进行第一检测步骤101。
可选地，可以当(替代地或附加地)第三测量参量N的时间导数的量值未超过第三阈值SW3或第四测量参量O的时间导数的量值未超过第四阈值SW4时进行第一检测步骤101。
在第一确定步骤104之后进行第三检测步骤105，在该第三检测步骤中检测至少一个另外的第一测量参量K2，其中，在第二比较步骤106中比较：该至少一个另外的第一测量参量K2是否基本上相应于该起始测量参量K起始。如果是这种情况，则在随后的第二确定步骤107中确定结束时刻tE。可选地，可以当至少一个另外的第一测量参量K2与起始测量参量K起始之间的量值的相对偏差小于第五预给定的阈值SW5(尤其小于5％)时确定结束时刻tE。在本发明的一种替代构型中可以设置，在起始时刻tS之后的预给定时间段之后确定结束时刻tE。如果第二比较步骤106中的比较的结果为否定，则再次进行第三检测步骤105。
在第二确定步骤107之后进行第三比较步骤108，在该第三比较步骤中比较：结束时刻tE与起始时刻tS之间的差的量值是否大于预给定的最小时间段t最小。替代地或附加地可以设置，在第三比较步骤108中比较：自起始时刻tS以来已经过去的时间段的量值是否大于预给定的最小时间间段t最小。此外，替代地或附加地可以设置，在第三比较步骤108中，在预给定的最小时间段t最小之后比较：该至少一个另外的第一测量参量K2是否小于起始测量参量K起始。如果不是这种情况，则结束测量并且可以可选地执行新的测量。然而，如果比较步骤108的结果为肯定，则在随后的信号产生步骤109中产生输出信号10，该输出信号例如可以由扬声器转换为信号音。可选地可以设置，产生另外的输出信号11，该另外的输出信号例如由LED转换为光学信号。该声学或光学信号向气体传感器20的使用者指示：呼吸气体混合物中(即使用者的呼吸中)的乙醇浓度超过之前规定的值。
图4示出不同测量参量的时间变化过程的图形表示。在此，上部示图代表测量参量M的时间变化过程t，该测量参量代表呼吸气体的温度。中间示图代表测量参量N的时间变化过程t，该测量参量代表呼吸气体的湿度。下部示图示出测量参量K的时间变化过程t，该测量参量代表呼吸气体的乙醇浓度。
在时刻t1，能够看出在测量参量M、N和K的时间变化过程中存在基本上同时的变化。这种变化归因于使用者呼到气体传感器中。现在，为了确定测量参量M、N和K的时间变化过程中的变化的准确的起始时刻t起始(即为了求取测量开始)，构造所检测的测量参量M，N和K的时间导数
和
在图5中图形化地示出所检测的测量参量M、N和K的时间导数
和
可以清楚地看出，对于所检测的测量参量M、N和K的所有三个时间导数
和
而言，在时间变化过程中的变化几乎同时发生。因此，通过考虑代表呼吸气体的另外的化学和/或物理参数的另外的测量参量，可以显著改善对测量的起始时刻t起始的确定。
在图6中示出测量参量K的测量的时间变化过程的另一图形表示，该测量参量代表在使用者没有事先消费酒精情况下的呼吸气体中的乙醇浓度。例如根据图5所描述的，通过构造测量参量K的时间导数
以及测量参量M(例如代表呼吸气体的温度)的至少一个另外的时间导数，可以准确地确定测量的起始时刻t起始。将在该起始时刻t起始所检测的测量参量K作为对应的起始测量参量K起始存储在存储单元3中。可以看出，测量参量M下降到最小值KE，然后再次上升。在此，最小值KE仅表示测量参量K在如下时刻的值：在该时刻，用户不再呼到气体传感器中，因此从该时刻起，对呼吸气体混合物中的乙醇浓度进行感测的传感器元件4还原(generieren)。当另外的第一测量参量K2基本上相应于起始测量参量K起始时，传感器元件4被完全还原。确定该另外的第一测量参量K2所对应的结束时刻tE并将其存储在存储单元3中。tE与t起始之间的时间差是使用者呼吸气体中的乙醇浓度的量度。
为了比较，在图7中以相同比例示出测量参量K的测量的时间变化过程的另一图形表示，该测量参量代表在使用者事先消费酒精情况下的呼吸气体中的乙醇浓度。在此，清楚地看出，tE与t起始之间的时间差大于图6中在使用者没有事先消费酒精情况下的测量中的时间差。根据确定的、预先存储在存储单元3中的预给定最小时间段t最小可以设置，气体传感器20向使用者输出信号10、11，以便令使用者注意到：他的呼吸中的乙醇浓度超过由最小时间段t最小代表的阈值。
Claims (18)
1.一种用于借助气体传感器来探测气体混合物中的气态物质的方法(100)，所述方法具有：
·第一检测步骤(101)，在所述第一检测步骤中，通过第一传感器元件(4)检测至少一个第一测量参量(K1)，所述第一测量参量代表所述气体混合物的第一化学和/或物理参数，
·第二检测步骤(102)，在所述第二检测步骤中，通过第二传感器元件(5)检测至少一个第二测量参量(M)，所述第二测量参量代表所述气体混合物的第二化学和/或物理参数，所述第二化学和/或物理参数不同于所述第一化学和/或物理参数，
·第一比较步骤(103)，在所述第一比较步骤中比较：所述第一测量参量(K1)的时间导数的量值是否超过第一预给定的阈值(SW1)，并且所述第二测量参量(M)的时间导数的量值是否超过第二预给定的阈值(SW2)，·第一确定步骤(104)，如果比较(103)的结果为肯定，则在所述第一确定步骤中确定所述第一化学和/或物理参数的起始时刻(tS)以及与所述起始时刻(tS)对应的起始测量参量(K起始)，
·第三检测步骤(105)，在所述第三检测步骤中，检测至少一个另外的第一测量参量(K2)，
·第二比较步骤(106)，在所述第二比较步骤中比较：所述至少一个另外的第一测量参量(K2)是否相应于所述起始测量参量(K起始)，
·第二确定步骤(107)，如果所述第二比较(106)的结果为肯定，则在所述第二确定步骤中确定结束时刻(tE)，
·第三比较步骤(108)，在所述第三比较步骤中比较：所述结束时刻(tE)与所述起始时刻(tS)之间的差的量值是否大于预给定的最小时间段(t最小)，
·信号产生步骤(109)，如果所述第三比较(108)的结果为肯定，则在所述信号产生步骤中产生输出信号(10)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，
·在所述第二检测步骤(102)中，附加地通过第三传感器元件(6)检测至少一个第三测量参量(N)，所述第三测量参量代表所述气体混合物的如下化学和/或物理参数：所述化学和/或物理参数不同于所述第一和第二化学和/或物理参数，
·在所述第一比较步骤(103)中附加地比较：所述第三测量参量(N)的时间导数的量值是否超过第三预给定的阈值(SW3)。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其特征在于，
·在所述第二检测步骤(102)中，附加地通过第四传感器元件(7)检测至少一个第四测量参量(O)，所述第四测量参量代表所述气体混合物的如下化学和/或物理参数：所述化学和/或物理参数不同于所述第一、第二和第三化学和/或物理参数，
·在所述第一比较步骤(103)中附加地比较：所述第四测量参量(O)的时间导数的量值是否超过第四预给定的阈值(SW4)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，
·如果所述至少一个另外的第一测量参量(K2)与所述起始测量参量(K起始)之间的量值的相对偏差小于第五预给定的阈值(SW5)，则所述第二比较步骤(106)的结果为肯定。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述气体混合物中的气态物质是乙醇。
6.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述气体混合物的第一化学和/或物理参数是乙醇的浓度。
7.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述气体混合物的第二化学和/或物理参数是温度、压力或湿度。
8.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，所述第五预给定的阈值(SW5)是5％。
9.一种控制设备(1)，所述控制设备用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法(100)，所述方法用于借助气体传感器来探测气体混合物中的气态物质，所述控制设备具有计算单元(2)和存储单元(3)，其中，所述计算单元(2)设置用于：
·在第一检测步骤(101)中通过第一传感器元件(4)检测至少一个第一测量参量(K1)，所述第一测量参量代表所述气体混合物的第一化学和/或物理参数，
·在第二检测步骤(102)中通过第二传感器元件(5)检测至少一个第二测量参量(M)，所述第二测量参量代表所述气体混合物的第二化学和/或物理参数，所述第二化学和/或物理参数不同于所述第一化学和/或物理参数，
·在第一比较步骤(103)中比较：所述第一测量参量(K1)的时间导数的量值是否超过第一预给定的阈值(SW1)，并且所述第二测量参量(M)的时间导数的量值是否超过第二预给定的阈值(SW2)，
·如果所述比较(103)的结果为肯定，则在第一确定步骤(104)中确定所述第一化学和/或物理参数的起始时刻(tS)以及与所述起始时刻(tS)对应的起始测量参量(K起始)，
·在第三检测步骤(105)中检测至少一个另外的第一测量参量(K2)，
·在第二比较步骤(106)中比较：所述至少一个另外的第一测量参量(K2)是否相应于所述起始测量参量(K起始)，
·如果所述第二比较(106)的结果为肯定，则在第二确定步骤(107)中确定结束时刻(tE)，
·在第三比较步骤(108)中比较：所述结束时刻(tE)与所述起始时刻(tS)之间的差的量值是否大于预给定的最小时间段(t最小)，
·如果所述第三比较(108)的结果为肯定，则在信号产生步骤(109)中产生输出信号(10)。
10.根据权利要求9所述的控制设备(1)，其特征在于，所述计算单元(2)设置用于：
·在所述第二检测步骤(102)中附加地通过第三传感器元件(6)检测至少一个第三测量参量(N)，所述第三测量参量代表所述气体混合物的如下化学和/或物理参数：所述化学和/或物理参数不同于所述第一和第二化学和/或物理参数，
·在所述第一比较步骤(103)中附加地比较：所述第三测量参量(N)的时间导数的量值是否超过第三预给定的阈值(SW3)。
11.根据权利要求10所述的控制设备(1)，其特征在于，所述计算单元(2)设置用于：
·在所述第二检测步骤(102)中，附加地通过第四传感器元件(7)检测至少一个第四测量参量(O)，所述第四测量参量代表所述气体混合物的如下化学和/或物理参数：所述化学和/或物理参数不同于所述第一、第二和第三化学和/或物理参数，
·在所述第一比较步骤(103)中附加地比较：所述第四测量参量(O)的时间导数的量值是否超过第四预给定的阈值(SW4)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的控制设备(1)，其特征在于，所述计算单元(2)设置用于：
·如果所述至少一个另外的第一测量参量(K2)与所述起始测量参量(K起始)之间的量值的相对偏差小于第五预给定的阈值(SW5)，则在所述第二比较步骤(106)中确定肯定的比较结果。
13.根据权利要求9所述的控制设备(1)，其特征在于，所述气体混合物中的气态物质是乙醇。
14.根据权利要求9所述的控制设备(1)，其特征在于，所述气体混合物的第一化学和/或物理参数是乙醇的浓度。
15.根据权利要求9所述的控制设备(1)，其特征在于，所述气体混合物的第二化学和/或物理参数是温度、压力或湿度。
16.根据权利要求12所述的控制设备(1)，其特征在于，所述第五预给定的阈值(SW5)是5％。
17.一种气体传感器，所述气体传感器具有根据权利要求9至16中任一项所述的控制设备(1)、第一传感器元件(4)和第二传感器元件(5)。
18.根据权利要求17所述的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器是呼吸气体传感器。
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