DE2364110C3 - Gerät zur Bestimmung des Alkoholgehalts einer Atemprobe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung des Alkoholgehalts einer Atemprobe, mit einer der Atemluft auszusetzenden Fühleinrichtung, die ein dem Alkoholgehalt der Atemluft entsprechendes elektrisches Probensignal erzeugt, mit einer ersten Prüfschaltung, die feststellt, ob das Probensignal größer als ein einem vorgegebenen Alkoholgehalt zugeordnetes erstes Vergleichssignal ist und beim Überschreiten dieses Vergleichssignals ein erstes Aktivierungssignal erzeugt.

Ein solches Gerät ist aus der DT-OS 22 18 166 bekannt. Es besitzt eine Fühleinrichtung, welche einen mit katalytischem Material zur Alkoholverbrennung beschichteten Widerstand und einen nicht beschichteten Vergleichswiderstand aufweist. Beide sind in eine Brückenschaltung geschaltet und mit einem Komparator verbunden. Dieser stellt fest, ob das Ausgangssignal der Fühleinrichtung, d. h. die Verstimmung der Brücke, größer als ein vorgegebenes Vergleichssignal ist, das einem bestimmten Alkoholgehalt der Atemluft entspricht, ist dies der Fall so wird ein entsprechendes Aktivierungssignals erzeugt

Solche Geräte haben jedoch den Nachteil, daß sie betrogen werden können: Anstatt von Atemluft kann ihnen Atmosphärenluft zugeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ein Gerät zu schaffen, das den Unterschied zwischen Atemproben- und anderer Luft erkennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Täusthungsprüfschaltung vorgesehen ist. welche das Probensignal mit einem auf sie gegebenen zweiten Vergleichssignal vergleicht und ein zweites Aktivierungssignal erzeugt, wenn das Probensignal größer als ein einer alkoholfreier Atemprobe zugeordnetes zweites Vergieiehssignal ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung nutzt eine Eigenschaft gewisser katalytisch und/oder mit Halbleitern arbeitender Fühler aus: daß sie nämlich auf menschlichen Atem empfindlicher als auf di3 Umgebungsiufi reagieren, aber nicht so empfindlich wie auf alkoholhaltigen Atem. Dieses Phänomen wird für den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet, die an einem Detektor angeschlossen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn Werte im wesentlichen zwischen einem dem menschlichen Atem (größerer Wert als der von Luft) und dem einer vorgegebenen Alkoholkonzentration im Atem (z.B. 0,1% Blutalkoholkonzentration) liegenden Wert festgestellt werden.

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung eines Detektors in Abhängigkeit von der Zeit, einmal für Luft, dann für alkoholfreien Atem und schließlich für alkoholhaltigen Atem,

ng. ί uas oiucivaCimitbiiu ^iP₁Cr AusiunrLirigEicrm der Erfindung, und

F i g. 3 die genauere Schaltung des Ausführungsbeispiels in F i g. 2.

In Fig.l ist die von einem Detektor der oben genannten Art stammende Ausgangsspannung dargestellt und zwar einmal, wenn er der Luft (Kurve 10) ausgesetzt ist, und zum anderen, wenn ein alveolarer Atem von einer Person, die keinen Alkohol zu sich genommen hat, auf ihn einwirkt (Kurve 20). Der aus der Lunge stammende Atem einer Person mit 0,1% Blutalkoholkonzentration ist in Kurve 30 dargestellt. Es wurde herausgefunden, daß sich die Kurve 20 bei alkoholfreiem, menschlichem Atem ergibt, wenn gewisse Detektoren verwendet werden, wie z. B. bei mit Hilfe

einer katalytischer! Verbrennung arbeitenden Detektoren mit zwei kugelartigen Elementen, bei denen der Katalysator ein Edelmetall ist und das Kügelchen aus AI2O3 besteht, und bei n-Halbleiterdetektoren, die aus Zinn- oder Zinkoxid und Al₂O) bestehen. Diese Erscheinung wird noch nicht vollständig verstanden, doch glaubt man, daß sie von den chemischen Wirkungen des Wassers und des Kohlendioxids am Detektorelement abhängt.

Die Erfindung nutzt diese Erscheinung dazu aus, ein »Fenster« in dem Bereich zu schaffen, der sich praktisch (z. B. 75% des Wertes) vom Spitzenwert der Kurve 20 (d.h. der Spannung V₁, gestrichelte Lin^:~ 21) bis zum Spitzenwert der Kurve 30 (Spannung ^- gestrichelte Linie 31) erstreckt. Der Test ist dann bestanden, wenn der Peakwert des Signals in dem Fensterbereich liegt.

In Fig. 2 ist die erfindungsj=, .äße Schaltanordnung dargestellt. Für die Erzcvgunp eines Signals, dessen Größe einem Wert oberhalb der Umgebungsluft entspricht, der aber noch unterhalb dem Alkoholgrenzwert für die Riasprobe liegt, ist in der Schaltanordnung 100 ein Detektor 70 vorgesehen.

Dieses Signal wird an die positiven Eingänge zweier Vergleichsschaltungen 105 und 106 gelegt, wobei die negativen Eingänge mit den jeweiligen Bezugsspannungsquellen 107 und 108 für die Spannungen + V₁ und + Vb in Fig. 1 verbunden sind. Jeder Ausgang der Vergleichsschaltungen ist ma einem Eingang eines UND-Tors 110 verbunden, das drei Eingänge aufweist. Der dritte Eingang ist an einer das Testende anzeigenden Signalquelle 111 angeschlossen.

Nur wenn an allen drei Eingängen des Tors UQ ein Signal anliegt, kann somit ein Signal an seinem Ausgang herauskommen. Der Ausgang 110' ist «n eim? das Bestehen des Tests anzeigenden Einrichtung 115 ^ geführt.

Die Vergleichsschaltungen 105 und 106. die Be/ugs spannur jsquellen 107,108, die Signalquelle 111 und das Tor 110 verhindern, daß ein Signal »bestanden« bei einem Wert unterhalb Va und oberhalb Vg herauskommt. Das heißt also, daß ein Signal »bestanden« unterdrückt wird, wenn die Ausgangsspannung des Detektors während dzr Testzeit nicht innerhalb des Fensters der F i g. 1 liegt.

In Fig. 3 ist die Schaltanordnung 100 im einzelnen gezeigt. Die Kenndaten der Bauteile in diesem Äusführungsbeispiel sind hierbei in der Figur angegeben.

Die Schaltanordnung 100 der Fig. 3 weist für die Messung des Alkohols eine elektronische Einheit 214 auf. Als Detektor 70 kann z. B. ein Bacharach-800.080.2-Detektorelement oder ein General-Monitors-Minidetektor-Element verwendet werden. Die vom Detektor summende Spannung wird an den negativen Eingang 4 und an den positiven Eingang 5 (in herkömmlicher Bezeichnungsweise) eines Operationsverstärkers 220 gelegt. Der Operationsverstärker 220 dient als Pufterstufe für die Impedanzanpassung mit den Elementen der Vergleichsschaltungen 105 und 106. Der Ausgang 10 des Operationsverstärkers 220 ist mit seinem negativen Eingang verbunden, sowie über Leitungen 303 und Ϊ04 mit einem Widerstand 300 und einem Widerstand 301. Das andere Ende des Widerstandes 300 ist mit dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers 22i (der ein Teil der Vergleiches;, naltung 105 ist) und das andere f>s Ende des Widerstandes 301 mit dem positiven Eingang eines Operations\ ,stärkers 222 (Teil der Vergleichsschaltung 108) verbund n.

Eine Spannungsteilerschaltung dient als Bezugsspannungsquelle 107 und weist zwei Widerstände 307,308 in Serienschaltung auf, deren gemeinsame Verbindung über eine Leitung 310 am negativen Eingang eines Operationsverstärkers 221 angeschlossen ist. Die anderen Enden der Widerstände 308 und 307 sind mit einem Bezugspotential (z.B. Masse) und mil +8V verbunden, wobei die relativen Werte der Widerstände 307 und 308 so ausgewählt sind, daß eine Bezugsspannung V₁ auf der Leitung 310 erzeugt wird (in diesem Beispiel V₁ = 16/7 V). Eine gut regulierte Spannungsquelle von z. B. 8 V und ein zweites Paar von in Serie geschalteten Widerständen 311 und 312 bilden einen zweiten Spannungsteiler, der als Bezugsspannungsquelle 108 dient. Das eine Ende des Widerstandes 311 ist mit der Spannungsquelle (8 V) verbunden und das eine Ende des Widerstandes 312 ist mit Masse verbunden. Die gemeinsame Verbindung von 3it und 312 ist über eine Leitung 315 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 222 verbunden. Die Werte der Widerstände 31! und 312 sind für .ine Spannungs V_sauf der Leitung 315 entsprechend gewählt (in diesem Ausführungsbeispiel 40/7 V). Diese Spannungsteiler bestimmen daher den Fensterbereich, in den der Peakwert des Detektorsignals fallen muß. um eine Voraussetzung für das Signal »bestanden« zu erhalten

Weiterhin ist eine Rückstelleinrichtung 218 vorgesehen (die einen Teil der Finnen 214 bilden kann und wobei z. B. die Rückstellung durch die Lampe »fertig« der US-Patentanmeldung i ί ö9 21 erfolgen kann).

Der Ausgang des Operationsverstärker·) 221 ist mit dem Eingang eine«. Flip Flops 230 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 222 ist mit dem Eingang ein..-s Flip-Flops 240 verbunden. Die Flip-Flops 230 und 240 sind über Leitungen 305 and 306 mit dem Tor 250 verbunden.

Das Freigabi.'-Signal kann von einem (nicht gezeigten) Zeitgeber abgeleitet werden, der nach einer gewissen Zeit nach Probeentnahme ein +8V Signal abgibt. Der Ausgang des NAND-Tors 250 ist mit den Eingangen der N AN D-Tore 280/4 und 280ß verbunden, die ein Treiberurnkchrsiufe bilden. Die zwei NAND-T'in.· 280 bilden eine ausreichende Stromquelle für einen Transistor. Der Ausgang der Tore 280Λ und 280S ist mit der Basis des Transistors 6514 verbunden. Ein Widerstand J14 liegt /wischen der Basis des Transistors 6514 und Masse. Ebenso ist der Emit'er des Transistors mit Masse verbunden. Die Anzeigeeinrichtung 115 für »bestanden« wird in diesem I all von einer Lampe 330 gebildet, die .nit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Die /weite Zufuhrung der Lampe 'St z. B. mit +8 V verbunden.

Die Reihenschaltung des NAND-Tors 250 und des ΝΑΝβ-Τι.ιμ«.« 2SC h;!dc: du·, !«fische πνιΠ-Τογ 110, das d-inn und nur dann, wenn die drei Eingangssignale auf den Leitungen 305, 306 und von der SignalquelL Ul vorliegen, einen . usreichenden Strom für den Transistor 6514 und die Lampe 330 abgeben kann. Dies findet nur dann statt, wenn der .Signalwert vom Detektor 70/elektronische Einheit 214 im Fenster zwischen V,, und Voliegt.

Der durch den Detektor 70 bestimmte Schweilwert für den menschlichen Atem ist im Falle des Bacharach Detektors ii: erster L nie abhängig von der Feuchtigkeit und im Falle des Minidetektors abhängig von CO2.

Es wird darauf hingewiesen, daß außer dem Alkoholfühler auch andere Fühler verwendet werden können, um den unteren und den oberen Schwellwert

des Fensters festzulegen. Zum Beispiel könnte zur Bestimmung der Feuchtigkeit bzw. des Wasserdampfes in dem in das Testgerät eindringenden Gases ein zusätzlicher Fühler verwendet werden. Wenn der Atem bei seiner normalen Temperatur (etwa 37°C) mit Wasserdampf gesättigt ist, ergibt sich ein Partialdruck von etwa 47 mm Hg, während gespeicherter Atem gewöhnlich gekühlt ist und einen verminderten Wasserdampfgehait aufweist. Die Umgebungsluft wird gewöhnlich auch einen niedrigeren Wasserdampfgehait aufweisen. Daher könnte die untere Schwelle des Fensters dadurch geschaffen werden, daß ein Feuchtigkeitsminimum-Sig dl für ene Probe konstanter Temperatur(z. B. auf 50⁰Cerwärmt) vorgesehen wird.

Auch könnte ein derartiger Fcuchtigkeitsfühler für die Festlegung des oberen Schwellwertes des Fensters verwendet werden, indem der Fühler auf einen zu hohen

ίο Feuchtigkeitswcrt reagiert, um Fälschungen aufgrund dem Testgerät zugeführten Wassers zu vermeiden.

Weiterhin könnte die logische Schaltanordnung auch derart ausgelegt werden, daß zwei Fenster, nämlich ein Feuchtigkeitsfenslcr sowie c" Alkoholfenstcr benötigt werden. Jedoch wird die hierin beschriebene Ausführungsform vorgezogen, da sie den Alkoholdelcktor für zwei Funktionen verwendet, was in der Herstellung und im Gebrauch wirtschaftlicher ist.

Die erfindungsgemäße F.inrichtung verhindert al.so Fälschungen bei einem Blasprobentest und ist besonders für solche Testgeräte nützlich, die von einer völlig oder teilweise unbeaufsichtigten Testperson bedient werden müssen. Ein Beispiel dafür ist die Blockierung eines Kraftfahrzeuges, die erst aufgehoben wird, wenn der Fahrersich einem Blasprobcntest unterzogen hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

23 64 Patentansprüche:

1. Gerät zur Bestimmung des Alkoholgehalts einer Atemprobe, mit einer der Atemluft auszusetzenden Fühleinrichtung, die ein dem Alkoholgehalt der Atemluft entsprechendes elektrisches Probensignal erzeugt, mit einer ersten Prüfschaltung, die feststellt, ob das Probensignal größer als ein einem vorgegebenen Alkoholgehalt zugeordnetes erste Vergleichssignal ist und beim Überschreiten dieses Vergleichssignals ein erstes Aktivierungssignal erzeugt, gekennzeichnet durch eine Täuschungsprüfschaltung (108, 106), welche das Probensignal mi* einem auf sie gegebenen zweiten V^rgleichssignal vergleicht und ein zweites Aktivierungssignal erzeugt, wenn das Probensignal größer als ein einer alkoholfreien Atemprobe zugeordnetes zweites Vergleichssignal ist.

2. Gera, nach Anspruch 1, wobei der ersten Prüfschaltung eine Anzeigeeinr^htung zugeordnet ist, die durch sie betätigt wird, wenn das Probensignal kleiner als das erste Vergleichssignal ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung (105) und die Täuschungsprüfschaltung (106,108) über ein UND-Tor (110, 250) \e einzige Anzeigeeinrichtung

(115) gemeinsam aktivieren.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Täuschungsprüfschaltung (106, lOoy einen mit dem zweiten Vergleichssignal beaufschlagten Komparator (222) und ein Flip-Flop (240) aufweist, dessin Set/.ingang mit dem Ausgangssignal des Korr.parf ors (222) beaufschlagt wird und dessen »!«-Ausgang das Aktivierungssignal bereitstellt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung (105) ebenfalls einen Komparator (221) und ein Flip-Flop (230) aufweist, dessen Setzeingang mit dem Ausgangssignal des Komparators (222) beaufschlagt wird, wobei das Ausgangssignal der Prüfschaltung (105) jedoch am »0«-Ausgang des Flip-Flops abgenommen wird.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Eingang des UND-Tores (110, 250) mit dem Ausgang eines Taktgebers(lll) verbunden ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Schalter (218), über dei. der Rückstelieingang des/der Flip-Flops (230, 240; ein Rückstellsignal erhält.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen einzigen Fühler (70) aufweist und mit der Prufschaitung (iü5) und der Täuscnungsprüibcnaitung (106) zugleich verbunden ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung zwei getrennte Fühler aufweist, wobei der erste zur Alkoholbestimmung und der zweite zur Unterscheidung von Atemluft von normaler Luft dient, und daß der erste Fühler mit der Prüfschaltung und der zweite Fühler mit der Täuschungsprüfschaltung verbunden ist.