CN114222526A - 多波长呼吸分析系统及方法 - Google Patents
多波长呼吸分析系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114222526A CN114222526A CN202080057049.4A CN202080057049A CN114222526A CN 114222526 A CN114222526 A CN 114222526A CN 202080057049 A CN202080057049 A CN 202080057049A CN 114222526 A CN114222526 A CN 114222526A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wavelength
- preselected
- absorption
- transition
- infrared detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 title description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 151
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 141
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 96
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 26
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 12
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 claims description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 2
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 98
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 4
- 241000894007 species Species 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 206010006326 Breath odour Diseases 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 231100000567 intoxicating Toxicity 0.000 description 1
- 230000002673 intoxicating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
- G01N33/4972—Determining alcohol content
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/082—Evaluation by breath analysis, e.g. determination of the chemical composition of exhaled breath
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
- G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/031—Multipass arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/74—Optical detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/86—Signal analysis
- G01N30/8603—Signal analysis with integration or differentiation
- G01N30/8617—Filtering, e.g. Fourier filtering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/86—Signal analysis
- G01N30/8624—Detection of slopes or peaks; baseline correction
- G01N30/8631—Peaks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J2003/1226—Interference filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
- G01N2021/3166—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using separate detectors and filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
- G01N2030/025—Gas chromatography
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种呼吸分析设备和方法。具体而言，本发明涉及一种在3.3‑3.6μm波长范围内操作并被布置成提供在所述波长范围内的至少两个不同波段中的吸收信息的呼吸分析设备。将来自所述波段的所述吸收信息与预选物质的列表数据进行比较，以识别未识别物质。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸分析系统和方法。具体而言，本发明涉及呼吸分析系统和方法，其被布置成提供至少两个不同波段中的吸收信息并使用来自波段的信息从预选物质组中识别出未识别的物质。
背景技术
呼吸分析设备正变得越来越普遍，至少在车辆中作为用于检测和防止在致醉物质影响下驾驶的措施。呼吸分析设备可以是独立的单元，甚至是手持式的单元，其给出驾驶员呼吸中一种或多种物质的含量的测量值。可替代地，呼吸分析设备可以是系统的一部分，其中还包括用于识别驾驶员和/或固定车辆的设备。这种呼吸分析设备通常永久地安装在车辆中并且可以是例如仪表板的组成部分。呼吸分析设备也可以是用于控制进入工作区、车队仓库等的固定系统。
提供具有适当灵敏度、可靠的并提供合理快速分析的呼吸分析器绝非无足轻重。如果呼吸分析设备应该能够检测多种物质并且不受水分、CO2含量等变量的干扰，则这尤其正确。满足这些要求的呼吸分析设备在例如以引用的方式并入本文的US7919754和US9746454中进行了描述。
基于非色散红外(NDIR)传感器的呼吸酒精分析器通常在9.4μm-9.6μm波长范围内操作，如上述专利中的示例。在这个波长范围内，乙醇在具有对其他物质较小的交叉灵敏度的情况下具有较强的吸收段。然而，存在这样的挑战：信号分辨率、红外源的可用性和具有足够性能的检测器以及与所需的长光路相关的臃肿设计。
在3.3μm-3.6μm范围内的操作提供了多个优点，但由于可能由于内生源或外生源而出现在呼吸中的对许多物质的较高的交叉灵敏度而受到阻碍。在3.3μm-3.6μm范围内操作的目前最先进的呼吸酒精分析器通常配备有带有多个光学滤波器的斩波轮来执行分析。US4，268，751公开了具有带有多个光学滤波器的斩波轮的呼吸酒精分析器，并且具有通过3.39μm和3.48μm的两个窄带滤波器来区分乙醇和丙酮的能力。并入了多个移动部件的斩波轮设计不适用于实验室环境之外。附加地，需要多个窄带滤波器来辨别乙醇和丙酮以外更多的物质。这将使检测器更加复杂、昂贵并且不适合车载或手持装置。
发明内容
本发明的目的是提供呼吸分析系统和操作方法，其克服了在9.4μm-9.6μm波长范围内操作的缺点并且适用于现场使用。
这是通过根据权利要求1所限定的呼吸分析方法和根据权利要求20所限定的呼吸分析设备来实现的。
根据本发明的在未识别物质的预选波长范围内操作的用于非色散呼吸分析的呼吸分析设备，所述呼吸分析设备包括：
-包括非色散红外元件的测量单元，所述测量单元包括：
-被配置成传输红外光束的源以及在所述波长范围内的红外辐射的至少第一检测器(6)和第二检测器，
-至少两个凹面镜，其被布置成控制来自所述源的红外光束多次穿过所述单元，从而将光路延伸超过所述元件的物理尺寸，
-具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器，其与布置在光路中的第一红外检测器相结合并且被配置成通过所述滤波器将预选波长范围内的第一波段传输到所述第一红外检测器，同时将所述预选波长范围内的第二波段反射以传递到第二红外检测器上，由此所述第一红外检测器被配置成产生与所述第一波段相关联的第一吸收信号，并且所述第二红外检测器被配置成产生与所述第二波段相关联的第二吸收信号，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选跃迁波长λ1分开，所述预选跃迁波长在3.3μm和3.6μm之间并且优选地在3.4μm和3.5μm之间的波长范围内。
根据本发明的一方面，所述呼吸分析设备还包括被布置成至少接收所述第一吸收信号和所述第二吸收信号的控制单元，所述控制单元被配置成确定代表至少在所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收之间的比较的吸收比较值以及代表至少组合的所述第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值，并将所述吸收比较值和所述总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，并将所述未识别物质识别为代表在所述预选物质组中的、所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的物质。
根据本发明的一方面，所述呼吸分析设备还包括辅助传感器单元，所述辅助传感器单元被配置成通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收。所述控制单元通常还被配置成使用示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
根据本发明的一种在预选波长范围内使用非色散光谱对测量单元中的人的呼吸样本进行呼吸分析期间从预选物质组中识别未识别物质的方法包括以下步骤：
-至少记录来自第一红外检测器的第一信号和来自第二红外检测器的第二信号，其中所述第一信号代表在所述预选波长范围内的第一波段中的吸收并且所述第二信号代表在所述预选波长范围内的第二波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选的跃迁波长λt分开；
-确定代表至少所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收的比较的吸收比较值；以及
-确定代表至少组合的所述第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值；
-将所述吸收比较值和所述总吸收值与所述预选物质组的布置有相应值的列表数据进行比较，以及
-将所述未识别物质识别为代表在所述预选物质组中的、所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的所述物质。
根据本发明的一方面，所述测量单元的所述预选跃迁波长λt由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器是高通滤波器，并且将高于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器并将低于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。可替代地，所述第一干涉滤波器是低通滤波器，其将低于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器，并将高于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。
根据本发明的一方面，所述非色散光谱为红外非色散光谱，并且所述预选波长范围为3.3μm至3.6μm。
根据本发明的一方面，所述方法还包括通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收的步骤。可以使用示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
根据本发明的一方面，如果所述已识别物质不是乙醇，则发出错误指示。
根据本发明的一方面，已经预定义所述预选物质组的子集，并且仅当已识别物质是所述子集中的所述物质中的一者时，才执行确定所述已识别物质的呼吸浓度值的进一步步骤，其中利用所述示踪气体浓度值。所述预定义子集通常包括有法规限定了在呼吸或血液中的最大允许浓度的物质。
根据本发明的一方面，所述吸收比较值是所述第一波段中的吸收与所述第二波段中的吸收之间的比率。
根据本发明的一方面，所述总吸收是用所述示踪气体浓度值归一化的所述第一波段和所述第二波段中的吸收的总和。
根据本发明的一方面，已将所述预选物质组的所述列表数据排列成具有坐标的张量元素，所述坐标代表相应物质的吸收比较值和总吸收值，并且所述比较和确定的步骤包括将所述未识别物质的所述吸收比较值和所述总吸收值布置成对应的多维张量中的坐标，并且量化从所述未识别物质的坐标到所述预选物质组中的至少一部分物质的距离并将最接近的物质选择为已识别的物质。距离可以通过计算多维张量的幅度和方向来量化。
根据本发明的一方面，如果未识别物质和已识别物质之间的幅度和方向的偏差大于预定值，则发出不能执行未识别物质的识别的通知。
根据本发明的一方面，预选的跃迁波长λt在3.3μm和3.6μm之间，并且优选地在3.4μm和3.5μm之间。
根据本发明的一方面，所述第一波段和所述第二波段部分重叠。
根据本发明的一方面，已经预先选择了特定的目标物质，并且通过该选择识别多种潜在的干扰物质，并且已经执行了干扰滤波器的选择以及滤波器和检测器的数量的选择以优化所述目标物质与所述已识别的潜在干扰物质的分离。特定的目标物质通常是乙醇，并且所述已识别的潜在干扰物质包括以下物质中的至少一种：甲醇、丙酮、异丙醇和正丙醇。
根据本发明的方法的一方面，所述记录步骤包括记录来自设置有具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器的第一红外检测器的第一信号、来自设置有具有第二表征跃迁波长的第二干涉滤波器的第二红外检测器的第二信号、以及来自第三红外检测器的第三信号，其中所述第一信号代表第一波段中的吸收，所述第二信号代表第二波段中的吸收，并且所述第三信号代表在所述预选波长范围内的第三波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选第一跃迁波长λ1分开，所述预选第一跃迁波长对应于与所述第一干涉滤波器相关联的第一跃迁波长，并且所述第二波段和所述第三波段至少大部分被预选第二跃迁波长λ2分开，所述预选第二跃迁波长对应于与所述第二干涉滤波器相关联的第二跃迁波长；并且
在确定所述吸收比较值和所述总吸收值的步骤中，利用所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段的吸收值。
根据本发明的一方面，所述呼吸分析设备还包括：
-与所述第二红外检测器结合的、具有表征跃迁波长的第二干涉滤波器；以及
-第三红外检测器，并且所述控制单元被配置成：
-记录来自第一红外检测器的第一信号、来自第二红外检测器的第二信号、以及来自第三红外检测器的第三信号，其中所述第一信号代表第一波段中的吸收，所述第二信号代表第二波段中的吸收，并且所述第三信号代表在所述预选波长范围内的第三波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选第一跃迁波长λ1分开，并且其中所述第二波段和所述第三波段至少大部分被预选第二跃迁波长λ1分开，所述预选第二跃迁波长由所述第二干涉滤波器的表征跃迁波长给出；并且
-确定代表所述第一波段中的吸收、所述第二波段中的吸收和所述第三波段中的吸收之间的比较的所述吸收比较值，并且所述总吸收值代表组合的所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段中的总吸收。
由于本发明，可以提供在3.3μm-3.6μm范围内操作的呼吸分析设备。因此，用于非分散呼吸分析的呼吸分析设备可以由于更短的光路而以紧凑的形式制造。还可以使用比在较高波长范围内成本更低的部件，诸如辐射源和检测器。
本发明提供的一个优点是以有效方式并且使用与现有技术相比相对简单并且因此鲁棒且成本较低的设备而从预选物质组中识别物质。
另一个优点是可以通过仅使用一个干涉滤波器将3.3μm-3.6μm波长范围以精确且可再现的方式分离成第一波段和第二波段。
另一个优点是根据本发明可以通过将3.3μm-3.6μm波长范围划分为仅第一波段和第二波段来识别和辨别乙醇(酒精)和许多已知的“干扰物质”并将吸收值进行比较。
在下文中，关于本发明的非限制性实施例，参考附图，仅通过示例的方式，将更详细地描述本发明。
附图说明
图1是根据本发明的呼吸分析设备的示意图；
图2是示出乙醇在3.3-3.6μm波长范围内的吸收的曲线图；
图3a是示出截止波长为3.5μm的一个干涉滤波器的干涉滤波器特性的曲线图，图3b是示出截止波长分别为3.5μm、3.4μm的两个干涉滤波器的干涉滤波器特性的曲线图，并且图3c、图3b是示出带通波长分别围绕3.35μm、3.45μm和3.55μm为中心的两个干涉滤波器的带通干涉滤波器特性的曲线图；
图4是示出基于表1的数据的选定物质的吸收特性的映射的图表；
图5a至图5e是示出呼吸相关信号的时序模式的示意图；并且
图6是根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”等术语仅参考附图中所示的本发明的实施例的几何形状和/或在头盔的正常操作期间使用并不旨在以任何方式限制本发明。
根据本发明的呼吸分析设备100在图1中示意性地描绘，并且包括非色散红外(NDIR)测量单元1。测量单元1被配置为在预选波长范围内操作，预选波长范围通常控制大部分其他设计参数，诸如光源、检测器、滤波器、光路等。旨在用于乙醇的检测的根据本发明的测量单元1针对3.3μm至3.6μm的波长范围进行优化。图2示出乙醇在3.3μm-3.6μm波长范围内的吸收光谱。双峰指示CH键受到分子的两个碳原子中的一个中存在OH基团的影响。在其他物质的光谱中，可以找到与分子结构相关的光谱的其他特性。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，呼吸分析设备还包括例如外壳、吹嘴、空气管道、动力单元以及通常一个或多个风扇和可操纵的通风口。用于不同目的的呼吸分析设备的基本设计(例如固定式、手持式和车载式)在本领域中从例如US7919754和US9746454已知，并且因此在此不再描述或详述。
呼吸分析设备100设置有用于接收来自人的呼吸样本的入口部分100a和用于将呼吸样本从测量单元1中排出的出口部分100b。呼吸样本在测量单元1的入口和出口部分1a、1b处正在通过如垂直箭头所指示的测量单元1。由虚线所指示的一束红外辐射从光源5开始在横向方向上通过测量单元，并被凹面镜2、3、4多次I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII反射，所述凹面镜优选地根据J.U.White，J.Opt.Soc.Amer.32(1942)，285-288公开的原理(所谓的怀特池配置)设计和布置。
光源5是IR源，其是在预选波长范围内操作的黑体发射器或发光二极管，LED。合适的LED由具有用作有源层和对发射辐射透明的层的各种组成的III-V化合物的多种异质结构制成。两个黑体发射器，诸如专用灯泡和LED，都满足在根据本发明的系统中充当合适的发射器的必要要求。
测量单元1至少设置有第一红外检测器6，所述第一红外检测器6设置有第一干涉滤波器7以精确控制红外辐射的透射和反射。红外辐射的透射部分被第一红外检测器接收，并且反射部分将在凹面镜2、3、4的多次反射之后被第二红外检测器8接收。红外检测器/干涉滤波器通常设置在凹面镜2、3、4中的一个上或附近。第二红外检测器8可以设置有第二干涉滤波器9，并且可以在测量单元1中设置另外的红外检测器。干涉滤波器7、9通常包括具有多层薄膜结构的透明基板，其中各层具有互换的高和低折射率。这种多层结构的作用是控制滤波器的透射和反射特性。通过选择多层结构的材料和厚度可以选择跃迁波长λt。典型地，适用于测量单元1中的干涉滤波器是高通或低通滤波器，其特征在于跃迁波长λ，在所述跃迁波长λ之上，滤波器正透射(反射)辐射，并且在所述跃迁波长λ之下，滤波器正反射(透射)辐射。跃迁波长也可以称为截止波长。可替代地，干涉滤波器是带通滤波器，其在光谱的限定部分中透射波长并在该限定部分之外反射波长。合适的滤波器是市售的。第一波段和第二波段的主要部分应该不重叠，尽管较小的重叠部分是可接受的。下面将进一步讨论第一波段和第二波段的选择。
根据本发明的一个实施例，第一波段和第二波段是完全分开的。这可以通过将带通干涉滤波器用于它们的透射部分相距足够远的第一干涉滤波器和第二干涉滤波器来实现。
根据本发明的一个实施例，第一波段和第二波段最多重叠20％，并且优选最多重叠10％。
根据本发明的一个实施例，第一干涉滤波器7是具有特征跃迁波长λ1的高通或低通滤波器，并且第二红外检测器8不与任何干涉滤波器组合。测量单元1将有助于仅使用第一干涉滤波器7在第一波段和第二波段中进行检测。测量单元1的特征在于预选的跃迁波长λt将第一波段和第二波段分开。在该配置中，预选的跃迁波长λt仅由第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出。
根据某些方面，仅使用一个干涉滤波器实现将预选波长范围分离成两个波段可能是有利的，因为它是简单且稳健的设计，并且可以预期不同测量单元1之间的高再现性。这是特别重要的，因为本发明的方法在进行的分析中利用与列表值的比较来识别未识别的物质。这种比较对元件预选跃迁波长λt的变化很敏感，并且因此简单但稳定的配置是有利的。
根据本发明的一个实施例，测量单元1设置有具有第一跃迁波长λ1的第一干涉滤波器7、设置有具有第二跃迁波长λ2的第二干涉滤波器9的第二红外检测器8和第三红外检测器8(未示出)。与上面已经描述的类似，在该实施例中，测量单元1将具有限定预选波长范围3.3到3.6μm内的三个区域的第一波段、第二波段和第三波段。测量单元1的特征在于分离第一波段和第二波段的第一预选跃迁波长λt1和分离第二波段和第三波段的第二预选跃迁波长λt2。测量单元的第一预选跃迁波长λt1由第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，并且第二预选跃迁波长λt2由第二干涉滤波器的跃迁波长λ2给出。
覆盖3.3μm-3.6μm波段的检测器是市售的。此类检测器通常是光子器件，例如光电二极管，其与例如也对由于对流或传导引起的热效应敏感的热电堆相比，具有关于对红外辐射的响应性的选择性特性。
测量单元1的典型尺寸范围在14x16x6mm和90x50x30mm之间，其中取决于实际应用，光路为300mm-1000mm。
测量单元1可以包括具有传感器12和控制元件13的辅助传感器单元11，其目的是识别人的呼吸并控制通过测量单元的气流。这些元件可以优选地包括用于检测和量化例如二氧化碳或水蒸气的示踪气体的装置，所述示踪气体固有地包含在人的呼吸中。
进出测量单元1的信号由控制单元10控制，所述控制单元10能够进行实时信号处理并执行预加载和/或下载的指令。控制单元10还可以设置有通信装置或连接到用于与例如车辆通信单元、远程服务器等通信的通信装置。通信可以是无线的或有线的。
如背景技术部分所讨论，使用3.3μm-3.6μm范围的挑战是可能存在于人的呼吸样本中或采集样本的环境中的物质之间的吸收信号的重叠。如果利用所谓的被动呼吸分析，即在没有人向吹嘴吹气的情况下进行呼吸分析，则后者尤其成问题。普遍认为，需要进行如图2所示例的详细的光谱分析测量，以辨别例如乙醇和丙酮或甲醇。这需要昂贵且复杂的设备。发明人已经意识到，仔细选择3.3μm-3.6μm范围内的有限数量的波段足以识别和辨别大量物质，所述物质要么是已知的挥发性物质、目标物质，要么是干扰目标物质的测量所众所周知的物质。
图3a示出与仅使用一个干涉滤波器(在这种情况下是具有3.5μm的跃迁波长λ1的高通干涉滤波器)的实施例相关联的两个光谱32和33。重叠部分取决于在跃迁波长处跃迁的尖锐程度。
图3b示出与第二干涉滤波器和另外的红外检测器(无滤波器)的实施例相关联的三个光谱31′、32′和33′，第二干涉滤波器具有3.4μm的跃迁波长。
如前所讨论，也可以使用带通干涉滤波器，并且图3c示出其中每三个传感器设置有带通干涉滤波器的实施例：第一干涉滤波器7被配置为具有曲线33”所示的特征透射率，即中心波长为3.55μm且宽度为0.10μm。干涉滤波器9被配置为具有曲线32”所示的特征透射率，即中心波长为3.45μm且宽度为0.10μm。第三9被配置为具有曲线31”所示的特征透射率，即中心波长为3.35μm且宽度为0.10μm。
参考图3b和3c的两个实施例给出在3.4μm和3.5μm处的两个跃迁波长，将波长范围3.3-3.6分成三个波段。
在表1中，来自30种物质(代表预选物质组)的光谱数据与滤波器光谱31′/31″、32′/32"和33′/33″相结合来模拟来自各种波段的吸收信号，均归一化为乙醇(EtOH)。已选择所述物质来代表由于内源性和外源性原因而可能存在于人的呼吸中的气体。光谱数据从美国太平洋西北国家实验室获得。
表1的六列代表物质名称(左列)、三个波段的归一化吸收(第2-4列)、波段3.4μm-3.5μm和3.5μm-3.6μm的组合归一化吸收(第5列)，以及波段的吸收之间的比率(第6列)。
图4是以表1中第5列的数据为x轴并且以第6列为y轴的图表。在这个二维图中，每种物质都由它们的坐标表示。坐标与物质中的任一个唯一相关，尽管物质中的一些聚集在某些区域中。可以为每个坐标分配张量，并且张量的幅度和方向是列出的物质中的每一个的独特属性并且可用于识别未识别的物质。为了识别某种未识别的物质，例如乙醇，它在图中最近的邻元素是异丙醇和甲醇。尽管它们各自张量的幅度差别不大，但可以通过二维图中的不同方向来区分它们。相反，正丙醇和戊烷的张量具有与乙醇的张量几乎相同的方向，但它们的幅度差异很大。
利用一个干涉滤波器的结合图1和图3a至图3b描述的实施例提供可直接与图4的曲线图比较的吸收信号。根据来自包含一种或多种未识别物质的呼吸样本的吸收信号，其坐标可以计算并与从表1的第5和6列获得的库比较。因此，可以通过测量未识别样本的坐标与库中物质中的任一个的坐标之间的距离，通过其坐标来识别物质。零距离意味着明确的识别。有限的距离可能意味着样本中存在多于一种的物质，或者存在剩余的测量误差。通过采集更多样本，可以减少错误。
利用三个波段的结合图3c的实施例是扩展，通过所述扩展，第三维被添加到图4的图表。该实施方式有助于避免图4的图表中所示的坐标聚类的趋势，并提高物质识别的可靠性。
这些实施例正在说明使用多维属性表示为具有实施方式的实际维度的等级的张量的基本原理，第一实施例和第二实施例分别具有等级二和三。
图5a至图5e示出了来自从辅助传感器单元11(见图1)和从测量单元1获得的两个连续呼吸样本的信号的典型时序模式。二氧化碳CO2(a)、水蒸气H2O(b)、气流(c)以及低于(d)且高于3.5μm(e)的NDIR波段几乎同时出现。通过记录这些信号，可以确定它们来源于人的呼吸。呼吸之间的信号基线提供了有关关键物质中的任一个的最终背景浓度的重要信息。
从预选物质组中识别未识别物质的方法在图6的流程图中所示。所述方法在具有预选波长范围的根据本发明的测量单元中的人的呼吸样本的呼吸分析期间执行，并且所述方法包括以下步骤：
61：至少记录来自设置有第一干涉滤波器的第一红外检测器的第一信号和来自第二红外检测器的第二信号，其中第一信号代表在预选波长范围内的第一波段中的吸收A1并且第二信号代表在预选波长范围内的第二波段中的吸收A2，其中第一波段和第二波段至少大部分被分开，并且预选的跃迁波长λt将第一波段和第二波段分开；
62：确定代表至少第一波段中的吸收A1和第二波段中的吸收A2的比较的吸收比较值；
63：确定代表至少组合的第一波段和第二波段中的总吸收的总吸收值；
64：将吸收比较值和总吸收值与预选物质组的布置有相应值的列表数据进行比较；
65：将未识别物质识别为代表吸收比较值和总吸收值方面最佳匹配的预选物质组中的物质。
根据一个实施例，第一红外检测器设置有第一干涉滤波器，并且预选跃迁波长λ1是第一干涉滤波器的跃迁波长，从而将高于/低于预选跃迁波长λ1的波长传输到第一红外检测器并且将低于/高于预选跃迁波长λ1的波长传递到至少第二红外检测器。高于/低于透射波长的波长是否被第一干涉滤波器7透射或反射取决于是利用高通配置还是低通配置。
根据一个实施例，如果已识别的物质不是预定的目标物质，例如乙醇，则所述方法包括发出错误信号或消息的附加步骤，步骤66。例如，如果第一次尝试使用被动检测，则这种错误消息可以包括指示使用者靠近检测器移动、使用吹嘴的指令。
通常，所述方法还包括通过对至少一种示踪气体(例如二氧化碳和/或水蒸气)的峰值检测来识别人的呼吸样本的接收的步骤，步骤60a和确定示踪气体浓度值的步骤，步骤60b。这优选地利用辅助传感器单元11来执行。人的呼吸样本的接收的识别被用作进一步步骤的触发，这在图5中所示例。在步骤67中，可以使用示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
根据一个实施例，吸收比较值是第一波段中的吸收与第二波段中的吸收之间的比率，例如比率：A1/A2。
根据一个实施例，总吸收是优选地用示踪气体浓度值归一化的第一波段和第二波段中的吸收的总和A1+A2。
根据一个实施例，来自预选物质组的子集已经被预定义。预定义子集可以是一组可检测物质，对其存在法律法规、工业标准规定的限值、雇主施加的限值或等效物。此类物质将被称为有法规限定了在呼吸或血液中的最大允许浓度的物质。所述方法的另一个步骤，步骤67，包括检查已识别的物质是否是预定义子集中的物质中的一个。仅当已识别的物质在子集中时，才可以执行其中利用示踪气体浓度值的确定已识别物质的呼吸浓度值的步骤。
根据一个实施例并参考参考表1和图4的讨论，已将预选物质组的列表数据排列成具有坐标的张量元素，其中坐标代表相应物质的吸收比较值和总吸收值。比较64和确定65的步骤包括将未识别物质的吸收比较值和总吸收值布置成对应的多维张量中的坐标，以及量化从未识别物质的坐标到预选物质组中的至少一部分物质的距离并将最接近的物质选择为已识别的物质。在计算上，这可以通过许多已知的例程来完成，例如变换张量的坐标以将未识别物质的坐标置于起点中并计算到其他物质的距离。距离可以通过计算多维张量的幅度和方向来量化。
根据一个实施例，如果未识别物质和已识别物质之间的幅度和方向的偏差大于预定值，则发出不能执行未识别物质的识别的通知。
根据一个实施例，预选的跃迁波长λt在3.3μm和3.6μm之间，并且优选地在3.4μm和3.5μm之间。
如参考表1和图4所讨论，干涉滤波器的特性的选择以及滤波器(检测器)的数量极大地影响物质的多维分离。根据一个实施例，识别特定的目标物质，例如乙醇，并且干涉滤波器的选择以及滤波器的数量以优化目标物质与已知“近邻”的分离来完成。根据一个实施例，特定目标是乙醇并且选择滤波器参数以给出3.5μm的第一预选跃迁波长λt1。可替代地，选择滤波器参数以给出3.5μm的第一预选跃迁波长λt和3.4μm的第二预选跃迁波长λt2。
根据本发明的呼吸分析设备100的控制单元10被配置为控制和/或执行根据本发明的方法。特别地，控制单元10被配置为接收在根据本发明的方法中讨论的信号(61)，并执行确定吸收比较值62、确定总吸收值63、将吸收比较值和总吸收值与列表数据比较64和识别65的步骤。控制单元10可以进一步被配置为识别人的呼吸样本60a的接收并确定示踪气体浓度值60b。
根据本发明的呼吸分析设备100的一个实施例，第一干涉滤波器7布置在光路中并且被配置为将在预选波长范围内的第一波段通过滤波器透射以传递到第一红外检测器6上，同时将在预选波长范围内的第二波段反射以传递到第二红外检测器8上，从而第一红外检测器被配置为产生对应于第一波段的第一吸收信号A1并且第二红外检测器被配置为产生对应于第二波段的第二吸收信号A2。控制单元10被布置成至少接收第一吸收信号和第二吸收信号并输出指示在呼吸样本内未识别物质的量化存在或不存在的结果。控制单元10被配置为确定代表至少在第一波段中的吸收和第二波段中的吸收之间的比较的吸收比较值以及代表至少组合的第一波段和第二波段中的总吸收的总吸收值，并将吸收比较值和总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，并将未识别物质识别为代表在吸收比较值和总吸收值方面最佳匹配的预选物质组中的物质。
上述实施例应理解为本发明的系统和方法的说明性示例。本领域技术人员应当理解，可以对实施例进行各种修改、组合和变化。特别地，在技术上可行的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案组合成其他配置。
表1使用分别由图3定义的中心波长为3.35、3.45和3.55μm的三个滤波器的所选物质相对于乙醇的吸收特性。计算中使用了来自美国太平洋西北国家实验室的吸收数据。实体A3.4-3.6/AEtOH是归一化为乙醇的相应吸收的在波长范围3.4-3.6μm内的总吸收。A＜3.5/A＞3.5是低于和高于3.5μm的波段中的吸收之间的比率。*二氧化碳和一氧化碳在这些波长范围内没有显示任何吸收，并且不包括在图4的图表中。
Claims (33)
1.一种在预选波长范围内使用非色散光谱对测量单元中人的呼吸样本进行呼吸分析期间从预选物质组中识别未识别物质的方法，所述方法包括以下步骤：
-(61)至少记录来自第一红外检测器的第一信号和来自第二红外检测器的第二信号，其中所述第一信号代表在所述预选波长范围内的第一波段中的吸收并且所述第二信号代表在所述预选波长范围内的第二波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选跃迁波长λt分开；
-(62)确定代表至少所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收的比较的吸收比较值；以及
-(63)确定代表至少组合的第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值；
-(64)将所述吸收比较值及所述总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，以及
-(65)将所述未识别物质识别为所述预选物质组中的、代表在所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一红外检测器设置有具有跃迁波长λ1的第一干涉滤波器，并且所述测量单元的所述预选跃迁波长λt由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器将高于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器并将低于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一红外检测器设置有具有跃迁波长λ1的第一干涉滤波器，并且所述测量单元的所述预选跃迁波长λt由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器将低于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器并将高于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非色散光谱为红外非色散光谱，并且所述预选波长范围为3.3μm至3.6μm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收的步骤(60)。
6.根据权利要求5所述的方法，其还包括确定已识别物质的呼吸浓度值的步骤(67)，其中利用了所述示踪气体浓度值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果已识别物质不是乙醇，则发出错误指示。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中已经预定义所述预选物质组的子集，并且仅当已识别物质是所述子集中的物质中的一者时，执行确定所述已识别物质的呼吸浓度值的进一步步骤，其中利用所述示踪气体浓度值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中预定义子集包括有法规限定了在呼吸或血液中的最大允许浓度的物质。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述吸收比较值是所述第一波段中的吸收与所述第二波段中的吸收之间的比率。
11.根据权利要求5所述的方法，其中所述总吸收是用所述示踪气体浓度值归一化的所述第一波段和所述第二波段中的吸收的总和。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中已经将所述预选物质组的所述列表数据排列成具有坐标的张量元素，所述坐标代表相应物质的吸收比较值和总吸收值，并且比较(64)和确定步骤(65)包括将所述未识别物质的所述吸收比较值和所述总吸收值布置成对应的多维张量中的坐标，并且量化从所述未识别物质的坐标到所述预选物质组中的至少一部分的物质的距离，并将最接近的物质选择为已识别的物质。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述距离通过计算所述多维张量的幅度和方向来量化。
14.根据权利要求13所述的方法，其中如果所述未识别物质和所述已识别物质之间的幅度和方向的偏差大于预定值，则发出不能执行所述未识别物质的识别的通知。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预选跃迁波长λt在3.3μm和3.6μm之间，并且优选地在3.4μm和3.5μm之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一波段和所述第二波段部分重叠。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述记录步骤包括记录来自设置有具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器的第一红外检测器的第一信号、来自设置有具有第二表征跃迁波长的第二干涉滤波器的第二红外检测器的第二信号、以及来自第三红外检测器的第三信号，其中所述第一信号代表第一波段中的吸收，所述第二信号代表第二波段中的吸收，并且所述第三信号代表在所述预选波长范围内的第三波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选第一跃迁波长λ1分开，所述预选第一跃迁波长对应于与所述第一干涉滤波器相关联的第一跃迁波长，并且所述第二波段和所述第三波段至少大部分被预选第二跃迁波长λ2分开，所述预选第二跃迁波长对应于与所述第二干涉滤波器相关联的第二跃迁波长；并且
在确定所述吸收比较值(62)和所述总吸收值(63)的步骤中，利用所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段的吸收值。
18.根据权利要求1所述的方法，其中已经预先选择了特定的目标物质，并且通过该选择识别多个潜在的干扰物质，并且已经执行了干扰滤波器的选择以及滤波器和检测器的数量的选择以优化所述目标物质与已识别的潜在干扰物质的分离。
19.根据权利要求18所述的方法，其中已经预先选择了特定的目标物质为乙醇，并且所述已识别的潜在干扰物质包括以下物质中的至少一种：甲醇、丙酮、异丙醇和正丙醇。
20.一种在未识别物质的预选波长范围内操作的用于非色散呼吸分析的呼吸分析设备(100)，所述呼吸分析设备包括：
-包括非色散红外元件的测量单元(1)，所述测量单元包括：
-被配置为传输红外光束的源(5)；
-在所述波长范围内的红外辐射的至少第一检测器(6)和第二检测器(8)，
-至少两个凹面镜(2、3、4)，其被布置成控制来自所述源的红外光束多次穿过所述单元，由此将光路延伸超过所述单元(1)的物理尺寸，
-具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器(7)，其与布置在所述测量单元(1)的所述光路中的第一红外检测器(6)相结合并且被配置为通过所述滤波器将所述预选波长范围内的第一波段传输到所述第一红外检测器(6)，同时反射所述预选波长范围内的第二波段以传递到第二红外检测器(8)上，由此所述第一红外检测器(6)被配置成产生与所述第一波段相关联的第一吸收信号，并且所述第二红外检测器(8)被配置成产生与所述第二波段相关联的第二吸收信号，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选跃迁波长λ1分开，所述预选跃迁波长在3.3μm和3.6μm之间的波长范围内，并且优选地在3.4μm和3.5μm之间的所述波长范围内，所述呼吸分析设备(100)的特征在于，
-被布置成至少接收所述第一吸收信号和所述第二吸收信号的控制单元(10)，所述控制单元被配置成确定代表至少在所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收之间的比较的吸收比较值以及代表至少组合的第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值，并将所述吸收比较值和所述总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，并将所述未识别物质识别为所述预选物质组中的、代表在所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的物质。
21.根据权利要求20所述的呼吸分析设备，其中所述预选跃迁波长λt是所述第一干涉滤波器(7)的所述表征跃迁波长λ1。
22.根据权利要求21所述的呼吸分析设备，其中所述第一干涉滤波器(7)是高通滤波器，所述高通滤波器将高于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器，并将低于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。
23.根据权利要求21所述的呼吸分析设备，其中所述第一干涉滤波器(7)是低通滤波器，所述低通滤波器将高于所述预选跃迁波长λt的波长传输到所述第一红外检测器，并将高于所述预选跃迁波长λt的波长传递到至少所述第二红外检测器。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的呼吸分析设备，其还包括辅助传感器单元(11)，所述辅助传感器单元被配置成通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收。
25.根据权利要求20所述的呼吸分析设备，其中所述控制单元(10)被配置成使用所述示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
26.根据权利要求20所述的呼吸分析设备，其中如果已识别物质不是乙醇，则所述控制单元(10)被配置为发出错误指示。
27.根据权利要求20所述的呼吸分析设备，其中所述控制单元(10)仅当所述已识别物质是所述预选物质组中的预定义子集中的物质中的一者时，才执行所述已识别物质的呼吸浓度值的确定。
28.根据权利要求27所述的呼吸分析设备，其中所述预定义子集包括有法规限定了在呼吸或血液中的最大允许浓度的物质。
29.根据权利要求20至27中任一项所述的呼吸分析设备，其中所述吸收比较值是所述第一波段中的吸收与所述第二波段中的吸收之间的比率。
30.根据权利要求25所述的呼吸分析设备，其中所述总吸收是用所述示踪气体浓度值归一化的所述第一波段和所述第二波段中的吸收的总和。
31.根据权利要求20至30中任一项所述的呼吸分析设备，其中所述第一波段和所述第二波段部分重叠。
32.根据权利要求20至29中任一项所述的呼吸分析设备，其还包括：
-与所述第二红外检测器(8)结合的、具有表征跃迁波长的第二干涉滤波器(9)；以及
-第三红外检测器；并且
其中所述控制单元被配置成：
-记录来自第一红外检测器的第一信号、来自第二红外检测器的第二信号、以及来自第三红外检测器的第三信号，其中所述第一信号代表第一波段中的吸收，所述第二信号代表第二波段中的吸收，并且所述第三信号代表在所述预选波长范围内的第三波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选第一跃迁波长λ1分开，并且其中所述第二波段和所述第三波段至少大部分被预选第二跃迁波长λ1分开，所述预选第二跃迁波长由所述第二干涉滤波器(9)的表征跃迁波长给出；并且
-确定代表所述第一波段中的吸收、所述第二波段中的吸收和所述第三波段中的吸收之间的比较的所述吸收比较值，并且所述总吸收值代表组合的所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段中的总吸收。
33.一种在未识别物质的预选波长范围内操作的用于非色散呼吸分析的呼吸分析设备(100)，所述呼吸分析设备包括：
-包括非色散红外元件的测量单元(1)，所述测量单元包括：
-被配置成传输红外光束的源(5)；
-在所述波长范围内的红外辐射的至少第一检测器(6)和第二检测器(8)；
-至少两个凹面镜(2、3、4)，其被布置成控制来自所述源的红外光束多次穿过所述单元，从而将光路延伸超过所述单元(1)的物理尺寸，
所述呼吸分析设备(100)的特征在于，
-具有第一跃迁波长λ1的第一干涉滤波器(7)，其与布置在所述测量单元(1)的所述光路中的第一红外检测器(6)相结合；
-第二红外检测器(8)，其设置有具有第二跃迁波长λ2的第二干涉滤波器(9)；并且
-第三红外检测器，其中所述测量单元1提供在3.3μm至3.6μm波长范围内的第一波段、第二波段和第三波段，其中所述第一波段和所述第二波段由第一预选跃迁波长λt1分开，并且所述第二波段和所述第三波段由第二预选跃迁波长λt2分开，其中所述第一预选跃迁波长λt1由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出并且所述第二预选跃迁波长λt2由所述第二干涉滤波器的跃迁波长λ2给出。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1950781A SE544050C2 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Multi wavelength breath analyzing system and method |
| SE1950781-3 | 2019-06-25 | ||
| PCT/SE2020/050657 WO2020263168A1 (en) | 2019-06-25 | 2020-06-24 | Multi wavelength breath analyzing system and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114222526A true CN114222526A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=71409472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080057049.4A Pending CN114222526A (zh) | 2019-06-25 | 2020-06-24 | 多波长呼吸分析系统及方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220244241A1 (zh) |
| EP (1) | EP3989812A1 (zh) |
| CN (1) | CN114222526A (zh) |
| SE (1) | SE544050C2 (zh) |
| WO (1) | WO2020263168A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA3115674C (en) * | 2018-10-12 | 2023-11-07 | David Henderson | Ndir sensor, sampling method and system for breath analysis |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040000643A1 (en) * | 2002-06-28 | 2004-01-01 | Kai Karlsson | Method and arrangement for determining the concentration of a gas component in a gas mixture |
| GB0620734D0 (en) * | 2006-10-18 | 2006-11-29 | Autoliv Dev | Improvements in or relating to detdction of substances in a subject |
| US20080061238A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-13 | Bertil Hok | Breath analyzer |
| CN102316801A (zh) * | 2009-02-10 | 2012-01-11 | 赫克仪器股份公司 | 呼吸分析 |
| CN103299189A (zh) * | 2010-11-09 | 2013-09-11 | 赫克仪器股份公司 | 多功能呼吸分析器 |
| US20150219620A1 (en) * | 2012-08-24 | 2015-08-06 | Hok Instrument Ab | Breath test system |
| CN107923842A (zh) * | 2015-06-05 | 2018-04-17 | 汽车交通安全联合公司 | 集成呼吸酒精传感器系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3792272A (en) * | 1973-01-12 | 1974-02-12 | Omicron Syst Corp | Breath test device for organic components, including alcohol |
| US4268751A (en) | 1979-04-02 | 1981-05-19 | Cmi Incorporated | Infrared breath analyzer |
| SE536782C2 (sv) * | 2012-08-24 | 2014-08-05 | Automotive Coalition For Traffic Safety Inc | System för utandningsprov med hög noggrannhet |
-
2019
- 2019-06-25 SE SE1950781A patent/SE544050C2/en unknown
-
2020
- 2020-06-24 CN CN202080057049.4A patent/CN114222526A/zh active Pending
- 2020-06-24 EP EP20735704.7A patent/EP3989812A1/en active Pending
- 2020-06-24 US US17/621,862 patent/US20220244241A1/en active Pending
- 2020-06-24 WO PCT/SE2020/050657 patent/WO2020263168A1/en unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040000643A1 (en) * | 2002-06-28 | 2004-01-01 | Kai Karlsson | Method and arrangement for determining the concentration of a gas component in a gas mixture |
| US20080061238A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-13 | Bertil Hok | Breath analyzer |
| GB0620734D0 (en) * | 2006-10-18 | 2006-11-29 | Autoliv Dev | Improvements in or relating to detdction of substances in a subject |
| CN102316801A (zh) * | 2009-02-10 | 2012-01-11 | 赫克仪器股份公司 | 呼吸分析 |
| CN103299189A (zh) * | 2010-11-09 | 2013-09-11 | 赫克仪器股份公司 | 多功能呼吸分析器 |
| US20150219620A1 (en) * | 2012-08-24 | 2015-08-06 | Hok Instrument Ab | Breath test system |
| CN107923842A (zh) * | 2015-06-05 | 2018-04-17 | 汽车交通安全联合公司 | 集成呼吸酒精传感器系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ALAN WAYNE JONES, AND LARS ANDERSSON: "Determination of ethanol in breath for legal purposes using a five-filter infrared analyzer: studies on response to volatile interfering substances", JOURNAL OF BREATH RESEARCH, vol. 2, no. 2, pages 1752 - 1755 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE1950781A1 (en) | 2020-12-26 |
| SE544050C2 (en) | 2021-11-23 |
| WO2020263168A1 (en) | 2020-12-30 |
| EP3989812A1 (en) | 2022-05-04 |
| US20220244241A1 (en) | 2022-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11835504B2 (en) | Multi-component gas and vapor monitoring sensor | |
| CN102954939B (zh) | 检测天然气中的水分的方法和系统 | |
| EP2169384B1 (en) | IR gas sensor with simplified beam splitter. | |
| US6455851B1 (en) | Spectroscopic remote sensing exhaust emission monitoring system | |
| CN102105779B (zh) | 激光光谱检测气体的方法和气体传感器 | |
| JP2879141B2 (ja) | 濃度測定装置およびその方法 | |
| US9395246B2 (en) | Gas analyser | |
| WO2015095315A1 (en) | Method and system for detecting moisture in a process gas involving cross interference | |
| KR20140037099A (ko) | 비감온성 레이저 기반의 이산화탄소 동위 원소비의 측정 | |
| CN114222526A (zh) | 多波长呼吸分析系统及方法 | |
| CN114235742B (zh) | 基于呼吸气体大类标志物复合光谱检测系统及方法 | |
| CN114270175B (zh) | 多通道气体传感器 | |
| CN111912804B (zh) | 一种高炉烟气中微量二氧化硫监测的紫外光谱检测方法及装置 | |
| Kim et al. | Method for Aerosol Particle and Gas Analyses based on Dual-channel Mid-infrared Sensor | |
| JP2018048825A (ja) | ラマン散乱光検出装置及びラマン散乱光検出方法 | |
| JPH0560687A (ja) | 赤外分析装置 | |
| CA3130795C (en) | Spectrometer system and method for testing of same | |
| KR102640751B1 (ko) | 다이크로익 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치 | |
| RU143639U1 (ru) | Устройство для дистанционного выявления паров и аэрозолей веществ в открытых и замкнутых газовых средах | |
| KR102608202B1 (ko) | 투과율 측정용 자외선-가시광선-적외선 분광 분석기 | |
| US20220074850A1 (en) | Gas detection system | |
| KR102421489B1 (ko) | 유해성분 측정 장치 및 이를 이용한 유해성분 분석 시스템 | |
| CN108387531B (zh) | 光谱检测装置及方法 | |
| KR20230077512A (ko) | 선형 가변 밴드패스 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치 | |
| KR20220126773A (ko) | 기체와 부유물질을 검출하는 광학 검출기 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |