DE2908662C2 - Atemprüfgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Atemprüfgerät, entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Atemprüfgeräte mit einem elektronischen Detektor weisen bedeutende Vorteile gegenüber den früheren chemischen Detektoren auf. Die Vorteile umfassen einfache Bedienung, leichtes Gewicht sowie leichte Tragbarkeit und Lagerung. Solche Geräte werden bei Zwangsmaßnahmen als »Personenüberprüfgeräte« eingesetzt, um einen vorläufigen Hinweis auf den Alkoholgehalt im Blut zu erhalten.

Diese Geräte enthalten einen beheizbaren Halbleiter-Gassensor, der seinen elektrischen Widerstand bei ^ reduzierenden Gasen, z. B. Alkoholdampf, ändert, und damit ein Signal an die Verarbeitungselektronik abgibt, das eine Funktion der Alkoholkonzentration ist. Der Sensor wird dabei zunächst auf eine hohe Temperatur Γ, erhitzt. Dadurch steigt seine Leitfähigkeit zunächst "o an infolge Verbrennung von Alkoholresten und Ablagerungen auf der Oberfläche. Nach der restlosen Verbrennung sinkt die Leitfähigkeit wieder auf einen niedrigen Wert, und die Messung kann eingeleitet werden. Während der Messung wird die Temperatur des Halbleiters auf die niedrigere Temperatur Ti gesenkt, bei der besonders hohe Empfindlichkeit für Alkohol vorliegt. Eine dabei auftretende Erhöhung der Leitfähigkeit wird als Meßsignal an die Verarbeitungselektronik weitergegeben und zum Anzeigewert für die Alkoholkonzentration verarbeitet.

Ein Nachteil der mit einem Halbleiter-Gassensor arbeitenden Atemprüfgeräte besteht darin, daß das Informationssignal täuschen kann, wenn das Atemeingangssignal einen anomalen chemischen Stoff, wie Azeton oder Keton, enthält. Dieser Stoff kann im exhalierten Atem eines Diabetikers mit ausgeatmet werden oder bei einer Person, die sich einer Diätkur unterzieht, welche die Blutchemie radikal ändert oder auch bei einer Person, welche eine ungewöhnliche f>o Flüssigkeit, jedoch kein normales alkoholisches Getränk, zu sich genommen hat. Im allgemeinen wird eine solche anomale chemische Substanz vom Halbleiter-Gassensor verarbeitet und gibt ein Informationssignal ab, das nicht von einem Informationssignal unterschie- &5 den werden kann, das den Blutalkohol anzeigt (US-PS 38 77 291).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Atemprüfgerät mit einem Halbleiter-Gassensor zu schaffen, dessen Meßwert alkoholspezifisch ist, in dem verhindert wird, daß ein »Azetonfehlersignal« oder ein ähnliches Signal fälschlicherweise als Alkohol angezeigt wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs. Der Anomalie-Detektor nutzt die Eigenschaft des Azetons aus, das der Gassensor früher feststellt, als den Alkohol. Der durch den Vergleich des Spitzenwertes mit dem Augenblickswert des Azetons sich ergebende Differenzwert macht auf jeden Fall das Vorhandensein der Störkomponente in der zv Messung des Alkoholgehaltes genommenen Atemprobe deutlich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile kennzeichnen, zeigt in

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Atemprüfgerätes mit einem Halbleiter-Gassensor,

F i g. 2 einen Stromlaufplan, teilweise als Blockschaltbild dargestellt, der Einzelheiten der Schaltung eines erfindungsgemäßen Atemprüfgeräts zeigt,

Fig 3 ein Kurvenbild zur Erläuterung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Atemprüfgeräts.

F i g. 1 zeigt eine Anlage zur Aufnahme einer Atemprobe, die über eine Atemeingabeleitung an einen Halbleiter-Gassensor 12 gelangt, der ein Zwischensignal an eine Signalverarbeitungsschaltung 30 abgibt, die ihrerseits ein Informationssignal 90 erzeugt Dieses Informationssignal ist im allgemeinen ein Analogsignal, dessen Amplitude eine Funktion des Blutalkoholgehaltes der Person ist, von welcher die Atemprobe stammt, und kann somit auf den Prozentsatz des Alkohols bezogen werden, der zum Zeitpunkt der Probenentnahme im Blutstrom dieser Person vorhanden war. Das analoge Informationssignal 90 könnte direkt auf einer Ausgabeanzeige 50 angezeigt werden, wenn diese Anzeige ein herkömmliches Meßinstrument ist oder eine JA-NEIN-Anzeige, dessen »NEIN-Anzeige« oder Fehleranzeige dann angezeigt wird, wenn die Amplitude des Informationssignals 90 einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet. Bei der Anlage der F i g. 1 gelangt das Informationssignal an einen Analog-Digital-Umsetzer 40, der ein digital codiertes Signal auf eine Leitung 48 abgibt, welches dann an einer digitalen Ausgabeanzeige 50 anliegt.

F i g. 2 zeigt nur das Endglied der Signalverarbeitungsschaltung 30, einen Rechenverstärker. Er erhält die gleiche Bezifferung. Es ist aber der Rechenverstärker 30. Zur Durchführung der Erfindung braucht man lediglich zu verstehen, daß ein analoges Informationssignal 90 (F i g. 3) erzeugt wird, und daß ein Teil dieses Signals (in Abhängigkeit von der Einstellung eines Potentiometers 3t) in ein Digitalformat umgesetzt wird, um den auf der Ausgabeanzeige 50 abgebildeten Datengehalt zu regeln.

Erfindungsgemäß ist ein Anomalie-Detektor 70 für abweichendes Verhalten oder Anomalien vorgesehen, der im oberen Teil der F i g. 2 gezeigt ist. Dieser Detektor umfaßt einen Rechenverstärker 71 an seinem Eingang und einen zweiten Rechenverstärker 72, der als Vergleichsschaltung ausgelegt ist, um ein Ausgangsoder Löschsignal zu erzeugen, das über eine Diode 73 und eine Leitung 74 geschickt wird, um eine Löschung oder eine andere Änderung der Anzeige der Ausgabeanzeige 50 zu bewirken.

Das Informationssignal 90 der Signalverarbeitungs-

schaltung 30 gelangt über zwei Leitungen 75 und 76 zum Anomalie-Detektor 70. Das Signal auf der Leitung 75 gelangt über einen Reihenwiderstand 77 zur positiven Klemme des Rechenverstärkers 7t, wobei ein Widerstand 78 zwischen diese Eingangsklemme und Masse geschaltet ist Die Ausgangsseite des Reche iverstärkers 71 ist über eine weitere Diode 80 an einen gemeinsamen Knotenpunkt 81 angekoppelt, und ein Rückführungswiderstand 82 ist zwischen diesem gemeinsamen Knotenpunkt und dem negativen Eingang des Rechen-Verstärkers 71 geschaltet Eine Parallelschaltung von Kondensate- 83 und Widerstand 84 ist zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt 81 und Masse gelegt Der negative Eingang der Vergleichsschaltung 72 ist über einen Widerstand 85 an dem gemeinsamen Knotenpunkt 81 geführt, und ihr positiver Eingang ist über die Leitung 76 beaufschlagt, um stets den Augenblickswert 93 des analogen Informationssignals 90 zu empfangen, der von der Signalverarbeitungsschaltung 30 abgegeben wird. Der gemeinsame Knotenpunkt 81 ist auch über eine Diode 86 und einen Widerstand 87 an eine einseitig gerichtete Erregerspannung geführt, die durch ein Pluszeichen dargestellt ist. Dies kann beispielsweise eine Schaltung zur Versorgung der erforderlichen Betriebsspannung für den Anomalie-Detektor 70 sein, :s wenn die gesamte Atemprüfanlage eingeschaltet ist, gereinigt und stabilisiert worden ist und somit betriebsbereit ist. Diese Arbeitsweise, insbesondere der Betrieb und die Vorteile des Anomalie-Detektors 70 werden nachstehend näher erläutert.

Fig.3 zeigt das durch die Kurve 90 dargestellte Informationssignal 90. Zunächst erzeugt die Anlage eine erste Spitzenamplitude 91 des Informationssignals 90, wenn das Atemprüfgerät eingeschaltet und angewärmt wird, und dieser Spitzenwert fällt rasch auf einen niedrigen stabilen Pegel ab. Dies wird »Vorbereiten« oder »Anwärmen« des Gassensors genannt. Ist ein unerwünschter chemischer Stoff wie Azeton oder Keton im exhalierten Atem der Prüfperson anwesend, so steigt die Amplitude des Informationssignals 90 nach dem Beginn der Sarnmel- oder Probenentnahmeperiode rasch an und erreicht einen Spitzenwert 92, von wo aus sie rasch abfällt, bis sie am Ende der Sammel- oder Probenentnahmezeit einen Augenblickswert 93 erreicht hat. Selbst wenn im exhalierten Atem kein merklicher Blutalkoholgehalt anwesend ist, kann die Amplitude des Informationssignals 90 das Atemprüfgerät täuschen, um eine fehlerhafte Anzeige für den Alkoholgehalt abzugeben.

Eine typische Äthanolkurve (im folgenden manchmal einfach »Alkohol« genannt) ist die Kurve 100. Die Erfindung gründet darauf, daß bei dieser Art von Gassensor eine Azetonprobe das Vorzeichen ihrer Steilheit oder der ersten Ableitung davon früher zu Spitzen umbildet oder verändert als Ätharol. Diese Tatsache wird dahin ausgenützt, um zu verhindern, daß ein »Azetonfehlersignal« oder ein ähnliches Signal fälschlicherweise als Äthanol angezeigt wird. Die Taktsteuerung dieser Frequenzkurve schwankt bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit vom verwendeten Gassensor, der Größen der Düsen und Leitungen und der Einwirkzeit, doch glaubt man, daß ihre Auftrittsfolge stets nach dem Muster der Abbildung erfolgt.

Erfindungsgemäß wird das am Ausgang der Signal-Verarbeitungsschaltung 30 anliegende Informationssignal 90 über die Leitung 75 und den Widerstand 77 zum Dositiven Eingang des Rechenverstärkers 71 geleitet.

Dadurch ändert sich die Spannung am gemeinsamen Knotenpunkt 81 in positiver Richtung, so daß auch die Spannung am Kondensator 83 positiver wird. Steigt auch der Augenblickswert 93 auf der Leitung 76 in positiver Richtung an, so besteht eine nur geringe Nettodifferenz zwischen den Spannungen an den Eingangsanschlüssen der Vergleichsschaltung 72. Somit bleibt die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 72 niedrig. Der Gleichlauf des Informationssignals 90 und der durch die gestrichelte Linie 95 dargestellten Spannung am Kondensator 83 während der Anwärmzeit ist im linken Teil der F i g. 3 dargestellt. Nach dem Beginn der Probenentnahme- oder Sammelzeit besteht wieder Gleichlauf zwischen der gestrichelten Linie 95 der Kondensatorspannung und dem Informationssignal 90 während des positiven Anstiegs, jedoch nachdem das Informationssignal 90 seinen Spitzenwert 92 erreicht hat und abzufallen beginnt, bleibt die Kondensatorspannung hoch (Teil 96 der gestrichelten Linie 95). Dies wird dadurch erreicht, daß die /?C-Zeitkonstante von 83, 84 gegenüber der Zeitdauer für die Probenentnahme sehr lang ausgelegt wird. Semit bleibt die Spannung am negativen Eingang der Vergleichsschaltung 72 auf diesem höheren Pegel. Wenn der Augenblickswert 93 des Informationssignals 90 genügend abgefallen ist (Amplitudendifferenz 97), schaltet das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 72 um und wird hochpegelig, wodurch ein Löschsignal über die Leitung 74 an die Ausgabeanzeige 50 gelangt. Natürlich braucht das Signal auf der Leitung 74 kein Löschsignal zu sein. Wenn z. B. die Ausgabeanzeige 50 ein Meßgerät mit einer Winkelauslenkung einer Nadel wäre, die auf die Amplitude des Informationssignals 90 bezogen ist, könnte das Signal auf der Leitung 74 dazu benutzt werden, die Nadel in einer anderen Richtung ausschlagen zu lassen oder auf eine andere Stelle auf der Meßgeräteskala, wenn die Vergleichsschaltung 72 umschaltet

Man erkennt, daß die Erfindung die Fehlanzeige eines Atems mit hohem Alkoholgehalt einer zu prüfenden Person vermeidet, wenn der exhalierte Atem nur einen chemischen Stoff wie Azeton oder Keton enthält und keine bedeutende Menge an Alkohol. Die erfindungsgemäße Detektorschaltung ist einfach und billig zu bauen und kann leicht in vorhandene Anlagen eingebaut werden. Von großer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Atemprüfgeräte unter Verwendung des Anomalie-Detektors 70 es vermeidet, daß ein Unschuldiger mit einem erheblichen Blutalkohol erkannt wird, wenn der Chemismus seines Blutes lediglich ein gestörtes Gleichgewicht aufweist, um ein hochpegeliges Informationssignal 90 zu erzeugen.

Als Beispiel und ohne die Absicht, den Rahmen der Erfindung einzuschränken, sei hier ein spezieller Anomalie-Detektor 70 angegeben, welcher mit den folgenden Bauteilen und Werten gebaut wurde und mit einwandfreiem Ergebnis geprüft wurde:

Rechenverstärker 71,72	TLO82
Dioden 73,80,86	IN914
R 77, R 82, R 85	1 kOhm
R 78, R 87	100 kOhm
#84	10 Megohm
C83	10 Microfarad

In dem Patentanspruch bedeutet der Ausdruck »angeschlossen« eine Gleichspannungsverbindung zwischen zwei Bauteilen mit praktisch Null Gleichstrom-

widerstand zwischen diesen Bauteilen. Der Ausdruck »angekoppelt« zeigt an, daß es zwischen zwei Bauteilen eine Funktionsbeziehung gibt, wobei möglicherweise andere Bauteile zwischen die beiden als »angekoppelt« beschriebenen Bauteile geschaltet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Atemprüfgerät mit einem vor der Messung aufheizbaren und während der Messung abkühlbaren Halbleiter-Gassensor, der ein eine Funktion des zu prüfenden Gases darstellendes elektrisches Signal an eine Signalverarbeitungsschaltung mit einer angeschlossenen Ausgabeanzeige abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anomalie- Detektor (70) an die Signalverarbeitungsschaltung (30) angekoppelt ist, der eine Einrichtung zur Speicherung des Spitzenwertes (92) des Informationssignals (90) sowie eine Vergleichsschaltung (72) umfaßt, die den Spitzenwert (92) mit dem Augenblickswert (93) vergleicht und ein Signal entsprechend der Differenz, an die Ausgabeanzeige (50) abgibt, wodurch deren Arbeitsweise beeinflußt wird.