DE3119341A1

DE3119341A1 - Atemalkohol-messgeraet

Info

Publication number: DE3119341A1
Application number: DE19813119341
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Terveen
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1982-12-02
Also published as: FR2506022A1

Description

Sachs-Systemtechnik GmbH Reg.Nr. 11 957

Johann-Georg-Gademann-Str. 13 Fall 772

D-8720 Schweinfurt

Atemalkohol-Meßgerät

Die Erfindung betrifft ein Atemalkohol-Meßgerät, mit einer die Alkoholkonzentration in einem Beatmungskanal mittels eines Alkoholsensors messenden und ein der gemessenen Alkoholkonzentration entsprechendes Alkoholkonzentrationssignal in einer Anzeigeeinrichtung anzeigenden Meßschaltung und mit einer auf das Alkoholkonzentrationssignal ansprechenden Steuerschaltung, die ein die Gültigkeit der Messung repräsentierendes Signal erzeugt, wenn die Änderung des Alkoholkonzentrationssignals während einer vorgogebenen Zeitspanne kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Ein solches Meßgerät ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 53 628 bekannt. Es nutzt aus, daß das Alkoholkonzentrationssignal bei jedem Atemzug ein Sättigungsverhalten zeigt. Die Alkoholkonzentration des Atemzugs steigt mit dem Abatmen der Totraumluft des Rachenraums an und erreicht beim Abatmen der tiefen Lungenluft (Alveolarluft) einen konstanten Wert, welcher proportional zur Alkoholkonzentration des Bluts ist. Die Steuerschaltung des bekannten Meßgeräts erzeugt das die Gültigkeit der Messung repräsentierende Signal, wenn der Sättigungsbereich des Alkoholkonzentrationssignals erreicht ist, also Alveolarluft abgeatmet wird.

Alkoholsensoren geben vielfach nur dann ein hinreichend genau der Atemalkoholkonzentration proportionales Alkoholkonzentrationssignal ab, wenn die Messung an ruhender Luft oder aber an Atemluft mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit erfolgt. Für die Erzeugung des die Gültigkeit der Messung repräsentierenden Signals muß die Alkoholkonzentration während des Atemzugs kontinuierlich gemessen werden. Während des Atemzugs kann aber die Strömungsgeschwindigkeit starken Schwankungen unterworfen sein, was zu Fehlmessungen und zu einer ungenauen Ermittlung des Alveolarluftanteils führen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen konstruktiv einfachen Weg anzugeben, wie die Abhängigkeit des Alkoholsensors eines Atemalkohol-Meßgeräts von der Strömungsgeschwindigkeit des Atems kompensiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Alkoholkonzentrationssignal der Steuerschaltung und/oder der Anzeigeeinrichtung über eine Korrekturstufe zuführbar ist, deren Übertragungsfaktor mittels eines Strömungsmessers abhängig von der Atemluftgeschwindigkeit in dem Beatmungskanal steuerbar ist.

Die Korrekturstufe, bei der es sich bevorzugt um einen Verstärker mit steuerbarem Verstärkungsfaktor handelt, ändert die Größe des Alkoholkonzentrationssignals entsprechend der Strömungscharakteristik des Alkoholsensors. Üblicherweise nimmt die Amplitude des Alkoholkonzentrationssignals mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft zu, womit in einem solchen Fall der Strömungsmesser den Verstärkungsfaktor des Verstärkers verringern würde. Zweckmäßigerweise wird der Alkoholsensor in einem Bereich seiner Arbeitskennlinie betrieben, in dem das Alkoholkonzentrationssignal linear von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. In einem solchen Fall läßt sich mit einfachen Mitteln eine sehr genaue Kompensation erreichen. Bei dem Strömungsmesser handelt es sich

- 5 bevorzugt um einen Heißleiter.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß die Steuerschaltung auf ein von einem ersten Alkoholsensor kontinuierlich erzeugtes Alkoholkonzentrationssignal anspricht und die Anzeigeeinrichtung ein Alkoholkonzentrationssignal eines zweiten Alkoholsensors anzeigt und daß der zweite Alkoholsensor die Alkoholkonzentration einer Luftprobe mißt, die eine von der Steuerschaltung gesteuerte Probenentnahmeeinrichtung bei Erzeugung des die Gültigkeit der Messung repräsentierenden Signals aus dem Beatmungskanal entnimmt. In dieser Ausführungsform erfolgt die zur Anzeige zu bringende Messung an ruhender Atemluft der Luftprobe. Bei einer solchen Ausgestaltung erfolgt darüber hinaus die Alkoholkonzentrationsmessung stets an einem gleich großen Luftvolumen, was die Genauigkeit der Messung erhöht.

Zumindest der zweite Alkoholsensor ist bevorzugt als elektrochemische Zelle ausgebildet, welche eine mit Anschlußelektroden versehene, der alkoholhaltigen Luft aussetzbare Elektrolytstrecke umfaßt, deren elektrischer Widerstand sich abhängig von der in die Elektrolytstrecke eindiffundierten Alkoholmenge ändert. Vorzugsweise sind beide Alkoholsensoren als derartige elektrochemische Zellen ausgebildet. Derartige Alkoholsensoren liefern bei Messung der Alkoholkonzentration ruhender Luft sehr genaue Ergebnisse.

Sofern der Eingangswiderstand der an die Anschlußelektroden der elektrochemischen Zelle angeschlossenen Schaltung hochohmig ist, kann es zwischen den Elektroden zu Ladungsspeichereffekten kommen, die das Ausgangssignal des ersten Alkoholsensors bei der kontinuierlichen Messung der Alkoholkonzentration ansteigen lassen. Dies kann zu einem linearen Anstieg des Alkoholkonzentrationssignals anstelle des Sättigungsverhaltens beim Abatmen von Alveolarluft führen. Dem ersten Alkoholsensor ist deshalb bevorzugt eine Differenzierstufe nachgeschaltet, die den linearen Anstieg des Ausgangssignals

des Alkoholsensors beim Abatmen des Alveolarluftanteils in ein Signal konstanter Größe umformt, wie es dem Sättigungsverhalten des Alkoholkonzentrationssignals entspricht.

Zweckmäßigerweise enthält der Beatmungskanal stromabwärts eines Mundstücks eine Verzweigung, wobei die beiden Alkoholsensoren mit verschiedenen Kanalzweigen in Verbindung stehen. Auf diese Weise läßt sich die Luftströmung der beiden Alkoholsensoren individuell bemessen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals eines Alkoholsensors für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten der Atemluft bei ansonsten gleichen Bedingungen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Meßkopfs eines Atemalkohol-Meßgeräts und

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Atemalkohol-Meßgeräts.

Die Kurve a in Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals eines die Alkoholkonzentration eines Atemzugs messenden Alkoholsensors. Nach Beginn des Atemzugs steigt die Alkohol konzentration zunächst an und nähert sich dann einem Sättigungswert, bei dem sie sich nicht oder nur sehr wenig ändert. Die Größe des Ausgangssignals ist darüber hinaus abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft. Wie die Kurve b zeigt,nimmt die Größe des Ausgangssignals mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit zu. In Fig. 1 ist dies durch einen Pfeil V angedeutet, der in Richtung wachsender Geschwindigkeit zeigt. Die Kurve c zeigt den tatsächlichen Verlauf der Atemalkoholkonzentration beim Ausatmen, wobei sich Signalschwankungen aufgrund von Geschwindigkeitsschwankungen ergeben.

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Eine Reihe von Alkoholsensoren, insbesondere aber elektrochemische Zellen liefern nur dann exakte Ergebnisse, wenn die Messung der Alkoholkonzentration an stehender Atemluft oder aber an mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit strömender Atemluft erfolgt. Die Figuren 2 und 3 zeigen ein Atemalkohol-Meßgerät, welches im wesentlichen frei von strömungsgeschwindigkeitsbedingten Meßfehlern bei der Ermittlung des Alveolarluftanteils und des anzuzeigenden Alkoholkonzentrationswerts ist. Der in Fig. 2 dargestellte Meßkopf bildet einen Beatmungskanal, bei dem über ein vorzugsweise auswechselbares Mundstück 1 in eine T-förmige Verzweigung mit zwei Kanalzweigen 3 bzw. 5 abgeatmet wird. Ein geeignetes Mundstück ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 28 20 916 beschrieben. Das Mundstück 1 ist über unterschiedlich große öffnungen 7 bzw. 9 mit den Kanalzweigen 3 und 5 verbunden. Die öffnung 7 ist größer als die öffnung 9, so daß der Hauptanteil der Atemluft über den Kanalzweig 3 abströmt. Der Kanalzweig 3 steht mit der Lufteinlaßöffnung 11 eines Alkoholsensors 13 in Verbindung, an dessen Luftauslaßöffnung 15 eine Probenentnahmeeinrichtung 17 angeschlossen ist. Die Probenentnahmeeinrichtung saugt auf ein Steuersignal hin ein Luftvolumen vorgegebener Größe in einen Meßraum des Alkoholsensors 13. Die Probenentnahmeeinrichtung kann beispielsweise aus einem Kolben 19 in einem Zylinder oder aus einem Balg bestehen, der mittels eines Elektromagnets 21 betätigt wird. Mit dem Kanalzweig 5 ist ein weiterer Alkoholsensor 23 verbunden, durch den im Nebenschluß zum Kanalzweig 5 kontinuierlich Atemluft strömt.

Von der Atemalkoholkonzentration kann lediglich dann auf die Blutalkoholkonzentration geschlossen werden, wenn die Messung an Alveolarluft erfolgt. Eine Steuerschaltung 25 überwacht hierzu die zeitliche Änderung eines aus dem Ausgangssignal des Alkoholsensors 23 abgeleitetem, der Atemalkoholkonzentration proportionalen Alkoholkonzentrationssignals. Die Steuerschaltung 25 erzeugt bei Erreichen des Sättigungsbereichs

(Fig. 1) der Atemalkoholkonzentration ein den Alveolarluftanteil der Ausatemluft bezeichnendes Steuersignal. Dieses Steuersignal repräsentiert die Gültigkeit der Alkoholkonzentrationsmessung und löst die Probenentnahmeeinrichtung 17 des Alkoholsensors 13 aus. Der Alkoholsensor 13 wird hierdurch mit Alveolarluft beschickt. Das Meßergebnis wird in einer Anzeigeeinrichtung 27 zahlenmäßig, beispielsweise digital, angezeigt. Das die Gültigkeit der Messung repräsentierende Signal tastet die Anzeigeeinrichtung 27 zugleich hell, so daß lediglich der korrekte Maximalwert des Alkoholkonzentrationssignals des Alkoholsensors 13 zur Anzeige kommt.

Die Steuerschaltung 25 hat bevorzugt die in der deutschen Offenlegungsschrift 28 53 628 beschriebene Form. Bei dieser Steuerschaltung vergleicht ein komparator das Alkoholkonzentrationssignal mit einem Schwellwertsignal eines Schwellwertgebers und steuert den Schwellwertgeber so, daß dieser das Schwellwertsignal in vorgegebenen Schwellwertschritten erhöht, wenn das Alkoholkonzentrationssignal den Schwellwert überschreitet. Jeweils bei Erhöhung des Schwellwertsignals ist eine Zeitstufe auslösbar. Bei Ablauf des durch die Zeitstufe festgelegten Zeitintervalls wird ein Zähler fortgeschaltet, der nach" einer vorgegebenen Anzahl Zählschritte das die Gültigkeit der Alkoholmessung repräsentierende Steuersignal abgibt.

Zum Ausgleich strömungsgeschwindigkeitsbedingter Schwankungen des Ausgangssignals des Alkoholsensors 23 ist zwischen den Mkoholsensor 23 und den Alkoholkonzentrationssignaleingang der Steuerschaltung 25 ein Verstärker 29 mit steuerbarer Verstärkung geschaltet. Ein die Geschwindigkeit der Atemluftströmung in einem der Kanalzweige, hier dem Kanalzweig 3 des Meßkopfs erfassender Strömungsmesser 31 steuert die Verstärkung des Verstärkers 29 so, daß strömungsgeschwindigkeitsabhängige Änderungen des Alkoholkonzentrationssignals kompensiert werden. Der Alkoholsensor 23 wird hierbei in einem Bereich

seiner Arbeitskennlinie betrieben, in welchem sich sein Ausgangssignal linear mit der Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft ändert. Bei dem Meßfühler des Strömungsmessers 31 kann es sich um einen Heißleiter oder dergleichen handeln. Wie in Fig. 3 angedeutet ist, steuert der Strömungsmesser 31 zugleich die Steuerschaltung 25, indem er die in der Steuerschaltung benutzten Zähler und dergleichen rücksetzt und den Beginn des Ausatemvorgangs erfaßt.

Bei den Alkoholsensoren 13 und 23 handelt es sich bevorzugt um elektrochemische Alkoholmeßzellen, wie sie beispielsweise von der Firma Lion Laboratories, Cardiff, hergestellt werden. Alkoholmeßzellen der vorstehenden Art sind beispielsweise beschrieben in M.T. Marrum: Ein spezifisches Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Äthylalkohol in Dämpfen und Flüssigkeiten; GIT Fachzeitschrift f. Lab. 22. Jg. 8/78. Solche Meßzellen umfassen zwei nebeneinanderliegende Kammern, die über eine Elektrolytstrecke miteinander verbunden sind. Die Elektrolytstrecke umfaßt einen in einem porösen Trägermaterial eingebrachten Elektrolyt und je eine auf das Trägermaterial flächig aufgebrachte gasdurchlässige Elektrode in jeder der beiden Kammern. Eine der beiden Kammern ist mit Luft gefüllt und dient als Referenzkammer, während die andere Kammer mit einer Zuleitungsöffnung und einer Ableitungsöffnung für die Atemluft versehen ist. Der zwischen den beiden Elektroden entstehende Strom bzw. die in der Zelle aufgebaute Ladung ist ein Maß für die in der Meßkammer befindliche Alkoholmenge.

Sofern die Elektroden an eine Schaltung mit hohem Eingangswiderstand angeschlossen sind, kann es zu Ladungsspeichereffekten zwischen den Elektroden kommen, die bei der kontinuierlichen Messung des Alkoholsignals einen nicht vorhandenen Anstieg der Alkoholkonzentration vortäuschen. Der Anstieg ist konstant, wenn die Alkoholkonzentration zeitlich konstant bleibt, wie es bei der Messung an Alveolarluft der Fall ist. Um trotzdem mit einem solchen Alkoholsensor kontinuierlich die Alkoholkonzentration messen zu können, ist zwischen den

Alkoholsensor 23 und die Steuerschaltung 25 ein Differenzierglied 33 geschaltet. Das Differenzierglied 33 kompensiert den Ladungsspeichereffekt eines Alköholsensors der-vorstehend beschriebenen Art·.

In Fig. 3 ist die Anzeigeeinrichtung 27 unmittelbar an den Alkoholsensor 13 angeschlossen. Sofern in der Steuerschaltung 25 für die Ermittlung des die Gültigkeit repräsentierenden Steuersignals bereits Maximalwertspeicher oder Analog-Digital-Wandler und dergleichen benutzt werden, kann das Alkoholkonzentrationssignal des Alkoholsensors 13 auch über einen Umschalter .wechselweise anstelle des Alkoholkonzentrationssignals des Alkoholsensors 23 der Steuerschaltung 25 zugeführt werden. Der Umschalter kann mittels des die Gültigkeit der Messung repräsentierenden Signals umgeschaltet werden. Die Anzeigeeinrichtung wird hierbei an einer geeigneten Stelle der Steuerschaltung 25 angeschlossen.

Leerseite

Claims

Sachs-Systemtechnik GmbH Reg.Nr. 11 957

Johann-Georg-Gademann-Str. 13 Fall 772

D-8720 Schweinfurt

Atemalkohol-Meßgerät

Patentansprüche

Atemalkohol-Meßgerät, mit einer die Alkoholkonzentration in einem Beatmungskanal mittels eines Alkoholsensors messenden und ein der gemessenen Alkoholkonzentration entsprechendes Alkoholkonzentrationssignal in einer Anzeigeeinrichtung anzeigenden Meßschaltung und mit einer auf das Alkoholkonzentrationssignal ansprechenden Steuerschaltung, die ein die Gültigkeit der Messung repräsentierendes Signal erzeugt, wenn die Änderung des Alkoholkonzentrationssignals während einer vorgegebenen Zeitspanne kleiner als ein vorgegebener Wert ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Alkoholkonzentrationssignal der Steuerschaltung (25) und/oder der Anzeigeeinrichtung über eine Korrekturstufe (29) zuführbar ist, deren Übertragungsfaktor mittels eines Strömungsmessers (31) abhängig von der Atemluftgeschwindigkeit in dem Beatumungskanal (1, 3, 5) steuerbar ist.
2. Atemalkohol-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Korrekturstufe als Verstärker (29) mit steuerbarem Verstärkungsfaktor' ausgebildet ist.
3. Atomalkohol-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (25) auf ein von einem ersten Alkoholsensor (23) kontinuierlich erzeugtes Alkoholkonzentrationssignal anspricht und die Anzeigeeinrichtung (27) ein Alkoholkonzentrationssignal eines zweiten Alkoholsensors (13) anzeigt und daß der zweite Alkoholsensor (13) die Alkoholkonzentration einer Luftprobe mißt, die eine von der Steuerschaltung gesteuerte Probeentnahmeeinrichtung (17) bei Erzeugung des die Gültigkeit der Messung repräsentierenden Signals aus dem Beatmungskanal (1, 3, 5) entnimmt.
4. Atemalkohol-Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest der zweite Alkoholsensor (13) als elektrochemische Zelle ausgebildet ist, welche eine mit Anschlußelektroden versehene, der alkoholhaltigen Luft aussetzbare Elektrolytstrecke umfaßt, deren elektrischer Widerstand sich abhängig von der in die Elektrolytstrecke eindiffundierten Alkoholmenge ändert.
5. Atemalkohol-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch der erste Alkoholsensor (23) als elektrochemische Zelle ausgebildet ist.
6. Atemalkohol-Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beatmungskanal (1, 3, 5) stromabwärts eines Mundstücks (1) eine Verzweigung enthält und daß die beiden Alkoholsensoren (13, 23) mit verschiedenen Kanalzweigen (3, 5) in Verbindung stehen.
7. Atemalkohol-Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturstufe (29) zwischen den ersten Alkoholsensor (23) und die Steuerschaltung (25) geschaltet ist.