EP3615932A1 - Verfahren, steuergerät und vorrichtung zur detektion eines gasförmigen stoffes in einem gasgemisch - Google Patents

Verfahren, steuergerät und vorrichtung zur detektion eines gasförmigen stoffes in einem gasgemisch

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Publication number
EP3615932A1
EP3615932A1 EP18718822.2A EP18718822A EP3615932A1 EP 3615932 A1 EP3615932 A1 EP 3615932A1 EP 18718822 A EP18718822 A EP 18718822A EP 3615932 A1 EP3615932 A1 EP 3615932A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measured variable
chemical
time
comparison
gas mixture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18718822.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ye LU
Mary THOMAS
Rajeev H VENKATESH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3615932A1 publication Critical patent/EP3615932A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011—Sample conditioning
    • G01N33/0016—Sample conditioning by regulating a physical variable, e.g. pressure, temperature

Definitions

  • the invention relates to a method, a control device and a device according to the preamble of the independent claims.
  • Respiratory gas analyzers can analyze a composition and, in particular, a smell of a breathing gas via chemical or physical sensors. Among other things, an alcohol content in the respiratory gas is of interest.
  • a mobile phone which is equipped with a breathing gas sensor to indicate the quality of his breath to a user of the mobile phone.
  • US 2014/0357963 A1 discloses a portable electronic device with an optical sensor by which an alcohol concentration of a breathing gas can be detected.
  • the gas sensor can be designed as a mobile, hand-held device, with which a user a
  • Alcohol concentration or ethanol concentration of his breath can determine.
  • the gas sensor can advantageously have an opening into which the user can blow in or breathe.
  • At least one first measured variable is first detected by a first sensor element and at least one second measured variable by a second sensor element.
  • the first measured variable here represents a first chemical and / or physical parameter of the gas mixture, in particular a concentration of ethanol.
  • the first sensor element can in this case be used as a gas sensor, in particular as a resistive, capacitive,
  • the second measured variable represents a second chemical and / or physical parameter of the gas mixture, in particular a temperature, a humidity or a pressure, which is different from the first chemical and / or physical parameter.
  • the second sensor element may in this case be designed as a temperature sensor, as a moisture sensor and / or as a pressure sensor.
  • the first and / or the second sensor element is adapted to detect at least two different measured variables, wherein the two different measured variables each represent two different chemical and / or physical parameters of the gas mixture.
  • a time derivation of the detected first measured variables can now be formed and compared with a first predetermined threshold value.
  • a first measured variable acquired at the start time is stored.
  • further first measured variables are recorded, preferably continuously.
  • the measurement is ended when one of the further detected first measured quantities essentially corresponds to the first measured variable stored at the start time, by storing an end time corresponding to the further first measured variable.
  • Minimum period of time compared.
  • the difference corresponds to a quantitative indication of the chemical and / or physical parameter of the gas mixture represented by the first measured variable. If the difference between the predetermined minimum time span or the difference exceeds the predetermined minimum time span, an output signal is generated which signals that the first measured variable representing the first chemical and / or physical parameter of the gas mixture is above a predetermined threshold value.
  • a third measured variable or, in addition, a fourth measured variable is optionally detected, the third measured variable and the fourth measured variable each having a further chemical and / or physical parameter
  • the measurement is terminated when a relative deviation of the amount between the at least one further first Measured variable and the first measured variable detected at the start time smaller than a predetermined threshold, preferably less than 5%, especially
  • FIG. 1 shows schematically a block diagram of a control device.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a gas sensor. In the figure 3 the method is described by means of a flow chart. A graphic
  • FIG. 6 shows a graphical representation of a measurement of a
  • Alcohol consumption of the user shown graphically.
  • a control device 1 is provided, as shown schematically in FIG.
  • This control unit 1 detects a first measured variable K representing an ethanol concentration of a respiratory gas by means of a first sensor element 4 and a further physical and / or chemical parameter of the respiratory gas, for example one
  • control unit 1 additionally has a third measured variable N representing a further physical and / or chemical parameter of the respiratory gas, for example a moisture, by a third sensor element 6 and / or a further physical and / or chemical parameter of the respiratory gas, for example, a print,
  • the measured variables K, M, N and O can, if necessary, be combined in one
  • Memory unit 3 of the device 1 are stored.
  • the first sensor element 4 can be used here as a gas sensor, in particular as a resistive, capacitive, potentiometric and / or amperometric
  • the second sensor element 5 can be configured as a temperature sensor.
  • the third sensor element 6 can in this case be designed as a moisture sensor.
  • the fourth sensor element 7 may in this case be designed as a pressure sensor.
  • one of the sensor elements 4, 5, 6, 7 is set up to detect at least two different measured variables, the two different measured variables each representing two different chemical and / or physical parameters of the gas mixture.
  • Sensor element 5 can form a gas sensor 20, as shown schematically in FIG.
  • the gas sensor additionally has a third sensor element 6 and / or a fourth sensor element 7.
  • the sensor elements 4, 5, 6, 7 are arranged or integrated on the gas sensor.
  • a computing unit 2 carries out the method 100 described below in the control unit 1 and generates an output signal 10 which depends on the detected measured variables K, M, N and O.
  • an acoustic signal generator 8 controls.
  • a further output signal 11 can be generated, which is an optical
  • Signal generator 9 controls.
  • the acoustic signal generator 8 can be used as
  • the optical signal transmitter 9 can be designed as a light emitting diode and / or as a display.
  • a first detection step 101 the first measured variable K is detected, which is a
  • Detection step 102 in which a temperature of the breathing gas is detected as the second measured variable M.
  • a moisture of the respiratory gas can be detected as a third measured variable N and / or a pressure, as a fourth measured variable O.
  • an amount of the time derivative of the detected first measured variable K is compared with the threshold value SWi, and an amount of the time derivative of the detected second measured variable M is compared with the threshold value SW2.
  • the amount of the time derivative of the detected third measured variable N is additionally compared with the threshold value SW3.
  • the amount of the time derivative of the detected fourth measured variable O is additionally compared with the threshold value SW3.
  • Threshold SW 4 compared. If the amount of the time derivative of the first measured variable K is above the first threshold value SWi and if the magnitude of the time derivative of the second measured variable M is above the second threshold value SW2, then in a first setting step 104 a starting time ts and one to the
  • the first determining step 104 takes place only when, in addition, the amount of the time derivation of the third measured variable N to the third threshold value SW3 and / or the amount of the time derivation of the fourth measurement quantity O with the fourth threshold value SW 4 is located can be provided.
  • the first detection step 101 takes place again.

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Abstract

Verfahren (100) zur Detektion eines gasförmigen Stoffes, in einem Gasgemisch, wobei eine einen ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende erste Messgröße (K1) erfasst wird, wobei wenigstens eine einen von dem ersten Parameter verschiedenen zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende zweite Messgröße (M) erfasst wird, wobei ein Startzeitpunkt (tS) und eine zu dem Startzeitpunkt (tS) korrespondierende Startmessgröße (KStart) des ersten Parameters festgelegt wird, wenn ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der ersten Messgröße (K1) einen ersten vorgegebenen Schwellenwert (SW1) und ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der zweiten Messgröße (M) einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert (SW2) überschreitet, wobei wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) erfasst wird, wobei ein Endzeitpunkt (tE) festgelegt wird, wenn die wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) der Startmessgröße (KStart) entspricht, wobei ein Ausgabesignal (10) erzeugt wird, wenn der Betrag einer Differenz zwischen dem Endzeitpunkt (tE) und dem Startzeitpunkt (tS) größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne (tmin) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren, Steuergerät und Vorrichtung zur Detektion eines gasförmigen Stoffes in einem Gasgemisch
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, einem Steuergerät und einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Atemgasanalysegeräte können eine Zusammensetzung und insbesondere auch einen Geruch eines Atemgases über chemische oder physikalische Sensoren analysieren. Hierbei ist unter anderem auch ein Alkoholgehalt in dem Atemgas von Interesse.
Aus der US 2004/0081582 AI ist ein Mobiltelefon bekannt, welches mit einem Atemgassensor ausgestattet ist, um einem Nutzer des Mobiltelefons die Qualität seines Atems anzuzeigen.
Die US 2014/0357963 AI offenbart ein tragbares elektronisches Gerät mit einem optischen Sensor, durch welchen eine Alkoholkonzentration eines Atemgases detektiert werden kann.
Aus der DE 10 2015 203 719 AI ist eine Vorrichtung zur Atemgasanalyse, mit einem Sensorelement zum Detektieren zumindest eines Analyten in einem Atemgaskondensatvolumen bekannt.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zur Detektion eines gasförmigen Stoffes, insbesondere von Ethanol, in einem Gasgemisch mittels eines Gassensors, ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Gassensor vorgestellt. Der Gassensor kann hierbei als mobiles, handgehaltenes Gerät ausgebildet sein, mit welchem ein Nutzer eine
Alkoholkonzentration bzw. Ethanolkonzentration seines Atems bestimmen kann. Der Gassensor kann hierzu vorteilhafterweise eine Öffnung aufweisen, in die der Nutzer hineinpusten, bzw. hineinatmen kann.
Bei dem Verfahren werden hierbei zunächst wenigstens eine erste Messgröße durch ein erstes Sensorelement und wenigstens eine zweite Messgröße durch ein zweites Sensorelement erfasst. Die erste Messgröße repräsentiert hierbei einen ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Konzentration von Ethanol. Das erste Sensorelement kann hierbei als Gassensor, insbesondere als resistiver, kapazitiver,
potentiometrischer und/oder amperometrischer Gassensor, ausgeführt sein. Die zweite Messgröße repräsentiert einen von dem ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Temperatur, eine Feuchtigkeit oder einen Druck. Das zweite Sensorelement kann hierbei als Temperatursensor, als Feuchtigkeitssensor und/oder als Drucksensor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das erste und/oder das zweite Sensorelement dazu eingerichtet ist, wenigstens zwei unterschiedliche Messgrößen zu erfassen, wobei die zwei unterschiedlichen Messgrößen jeweils zwei unterschiedliche chemische und/oder physikalische Parameter des Gasgemischs repräsentieren.
Um einen Startzeitpunkt einer Messung zu bestimmen, kann nun eine zeitliche Ableitung der erfassten ersten Messgrößen gebildet werden und mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Indem eine zeitliche
Ableitung der erfassten zweiten Messgrößen gebildet wird und mit einem zweiten vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, kann eine Genauigkeit, mit welcher der Startzeitpunkt der Messung bestimmt wird, in vorteilhafter Weise erhöht werden. Dies macht die Messung insgesamt zuverlässiger und robuster gegenüber äußeren Einflussfaktoren, wie z.B. Änderungen in einer
Zusammensetzung des Gasgemischs.
Zeitgleich mit der Bestimmung und des Abspeicherns des Startzeitpunkts wird eine zu dem Startzeitpunkt erfasste erste Messgröße abgespeichert.
Nachfolgend werden, vorzugsweise kontinuierlich, weitere erste Messgrößen erfasst. Die Messung wird beendet, wenn eine der weiteren erfassten ersten Messgrößen der zu dem Startzeitpunkt abgespeicherten ersten Messgröße im Wesentlichen entspricht, indem ein zu der weiteren ersten Messgröße korrespondierender Endzeitpunkt abgespeichert wird.
Nun wird eine Differenz zwischen dem Endzeitpunkt und dem Startzeitpunkt gebildet und ein Betrag dieser Differenz mit einer vorgegebenen
Mindestzeitspanne verglichen. Die Differenz entspricht hierbei einer quantitativen Angabe des durch die erste Messgröße repräsentierten chemischen und/oder physikalischen Parameters des Gasgemischs. Entspricht die Differenz der vorgegebenen Mindestzeitspanne oder überschreitet die Differenz die vorgegebene Mindestzeitspanne, so wird ein Ausgabesignal erzeugt, das signalisiert, dass die erste Messgröße, die den ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentiert, über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Wird nun optional noch eine dritte Messgröße oder zusätzlich noch eine vierte Messgröße erfasst, wobei die dritte Messgröße und die vierte Messgröße jeweils einen weiteren chemischen und/oder physikalischen Parameter des
Gasgemischs, insbesondere eine Temperatur, eine Feuchtigkeit oder einen Druck, repräsentieren und wobei sich die durch die erste Messgröße, die zweite Messgröße, die dritte Messgröße und die vierte Messgröße repräsentierten Parameter unterscheiden, und wird für jede zusätzlich erfasste Messgröße eine zeitliche Ableitung gebildet und mit jeweils einem weiteren vorgegebenen Schwellenwert verglichen, so kann die Genauigkeit, mit welcher der
Startzeitpunkt der Messung bestimmt wird, noch weiter erhöht werden.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Messung dann beendet wird, wenn eine relative Abweichung des Betrags zwischen der wenigstens einen weiteren ersten Messgröße und der zu dem Startzeitpunkt erfassten ersten Messgröße kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, bevorzugt kleiner als 5 %, besonders
bevorzugt kleiner als 1% und ganz besonders bevorzugt kleiner als 0,1 %.
Die zuvor genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für das Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens sowie den Gassensor.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild eines Steuergeräts. In Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Gassensors gezeigt. In der Figur 3 wird anhand eines Flussdiagramms das Verfahren beschrieben. Eine graphische
Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von eine Temperatur, eine Feuchtigkeit und eine Ethanolkonzentration eines Gasgemischs repräsentierenden Messgrößen ist in Figur 4 gezeigt. In Figur 5 sind graphische Darstellungen eines zeitlichen
Verlaufs von zeitlichen Ableitungen der in Figur 3 dargestellten Messgrößen gezeigt. Figur 6 zeigt eine graphische Darstellung einer Messung einer
Ethanolkonzentration in einem Atemgas über der Zeit ohne vorherigen
Alkoholkonsum eines Nutzers. In Figur 7 ist eine Messung einer
Ethanolkonzentration in einem Atemgas über der Zeit mit vorherigem
Alkoholkonsum des Nutzers graphisch dargestellt.
Ausführungsbeispiel
Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird mit der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren, ein Steuergerät und eine Vorrichtung beschrieben, die eine
Genauigkeit bei einer Bestimmung eines Startzeitpunkts bei einer Messung
wenigstens eines gasförmigen Stoffes in einem Gasgemisch, insbesondere von Ethanol, erhöht und somit die Genauigkeit der Messung insgesamt verbessert. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Steuergerät 1 vorgesehen, wie es in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Dieses Steuergerät 1 erfasst eine eine Ethanolkonzentration eines Atemgases repräsentierende erste Messgröße K durch ein erstes Sensorelement 4 und eine einen weiteren physikalischen und/oder chemischen Parameter des Atemgases, beispielsweise eine
Temperatur, repräsentierende zweite Messgröße M durch ein zweites
Sensorelement 5.
Fakultativ kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 1 zusätzlich eine einen weiteren physikalischen und/oder chemischen Parameter des Atemgases, beispielsweise eine Feuchtigkeit, repräsentierende dritte Messgröße N durch ein drittes Sensorelement 6 und/oder eine einen weiteren physikalischen und/oder chemischen Parameter des Atemgases, beispielsweise einen Druck,
repräsentierende vierte Messgröße O durch ein viertes Sensorelement 7, erfasst.
Die erfassten Messgrößen K, M, N und O können bedarfsweise in einer
Speichereinheit 3 der Vorrichtung 1 abgespeichert werden.
Das erste Sensorelement 4 kann hierbei als Gassensor, insbesondere als resistiver, kapazitiver, potentiometrischer und/oder amperometrischer
Gassensor, ausgeführt sein. Das zweite Sensorelement 5 kann hierbei als Temperatursensor ausgestaltet sein. Das dritte Sensorelement 6 kann hierbei als Feuchtigkeitssensor ausgeführt sein. Das vierte Sensorelement 7 kann hierbei als Drucksensor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eines der Sensorelemente 4, 5, 6, 7 dazu eingerichtet ist, wenigstens zwei unterschiedliche Messgrößen zu erfassen, wobei die zwei unterschiedlichen Messgrößen jeweils zwei unterschiedliche chemische und/oder physikalische Parameter des Gasgemischs repräsentieren. Das Steuergerät 1 und das erste Sensorelement 4 sowie das zweite
Sensorelement 5 können hierbei, wie in Figur 2 schematisch dargestellt, einen Gassensor 20 bilden. Optional kann vorgesehen sein, dass der Gassensor zusätzlich ein drittes Sensorelement 6 und/oder ein viertes Sensorelement 7 aufweist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sensorelemente 4, 5, 6, 7 an dem Gassensor angeordnet oder integriert sind. Ausgehend von den erfassten Messgrößen K und M, sowie von den optional erfassten Messgrößen N und O führt eine Recheneinheit 2 in dem Steuergerät 1 das nachfolgend beschriebene Verfahren 100 durch und erzeugt in Abhängigkeit der erfassten Messgrößen K, M, N und O ein Ausgabesignal 10 welches beispielsweise einen akustischen Signalgeber 8 ansteuert. Optional kann ein weiteres Ausgabesignal 11 erzeugt werden, welches einen optischen
Signalgeber 9 ansteuert. Der akustische Signalgeber 8 kann hierbei als
Lautsprecher ausgeführt sein. Der optische Signalgeber 9 kann als Leuchtdiode und/oder als Display ausgestaltet sein.
Anhand des Flussdiagramms der Figur 3 wird das Verfahren 100 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Zunächst wird in einem ersten Erfassungsschritt 101 die erste Messgröße K erfasst, die eine
Ethanolkonzentration in einem Atemgas repräsentiert.
Vor, während oder nach dem Erfassungsschritt 101 erfolgt ein zweiter
Erfassungsschritt 102, bei dem eine Temperatur des Atemgases als die zweite Messgröße M erfasst wird. Optional kann in dem Erfassungsschritt 101 zusätzlich eine Feuchtigkeit des Atemgases als eine dritte Messgröße N und/oder ein Druck, als eine vierte Messgröße O erfasst werden.
Nun werden in einem nachfolgenden ersten Vergleichsschritt 103 ein Betrag der zeitlichen Ableitung der erfassten ersten Messgröße K mit dem Schwellenwert SWi verglichen und ein Betrag der zeitlichen Ableitung der erfassten zweiten Messgröße M mit dem Schwellenwert SW2 verglichen.
Optional werden in dem Vergleichsschritt 103 zusätzlich der Betrag der zeitlichen Ableitung der erfassten dritten Messgröße N mit dem Schwellenwert SW3 verglichen. Fakultativ werden in dem Vergleichsschritt 103 zusätzlich der Betrag der zeitlichen Ableitung der erfassten vierten Messgröße O mit dem
Schwellenwert SW4 verglichen. Liegt der Betrag der zeitlichen Ableitung der ersten Messgröße K über dem ersten Schwellenwert SWi und liegt der Betrag der zeitlichen Ableitung der zweiten Messgröße M über dem zweiten Schwellenwert SW2, so wird in einem ersten Festlegungsschritt 104 ein Startzeitpunkt ts und eine zu dem
Startzeitpunkt ts korrespondierende Startmessgröße Kstart festgelegt.
Optional kann vorgesehen sein, dass der erste Festlegungsschritt 104 erst erfolgt, wenn zusätzlich der Betrag der zeitlichen Ableitung der dritten Messgröße N über dem dritten Schwellenwert SW3 und/oder der Betrag der zeitlichen Ableitung der vierten Messgröße O über dem vierten Schwellenwert SW4 liegt.
Liegt der Betrag der zeitlichen Ableitung der ersten Messgröße K nicht über dem ersten Schwellenwert SWi oder liegt der Betrag der zeitlichen Ableitung der zweiten Messgröße M nicht über dem zweiten Schwellenwert SW2, so erfolgt wieder der erste Erfassungsschritt 101.
Optional kann der erste Erfassungsschritt 101 erfolgen, wenn alternativ oder zusätzlich der Betrag der zeitlichen Ableitung der dritten Messgröße N nicht über dem dritten Schwellenwert SW3 oder der Betrag der zeitlichen Ableitung der vierten Messgröße O nicht über dem vierten Schwellenwert SW4 liegt.
Nach dem ersten Festlegungsschritt 104 erfolgt ein dritter Erfassungsschritt 105, bei welchem wenigstens eine weitere erste Messgröße K2 erfasst wird, wobei in einem zweiten Vergleichsschritt 106 verglichen wird, ob die wenigstens eine weitere erste Messgröße K2 im Wesentlichen der Startmessgröße Kstart entspricht. Ist dies der Fall, so wird in einem danach folgenden zweiten
Festlegungsschritt 107 ein Endzeitpunkt tE festgelegt. Optional kann der
Endzeitpunkt tE dann festgelegt werden, wenn eine relative Abweichung des Betrags zwischen der wenigstens einen weiteren ersten Messgröße K2 und der Startmessgröße Kstart kleiner als ein fünfter vorgegebener Schwellenwert SW5, insbesondere kleiner als 5 %, ist. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Endzeitpunkt tE nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Startzeitpunkt ts festgelegt wird. Fällt der Vergleich in dem zweiten Vergleichsschritt 106 negativ aus, so erfolgt wieder der dritte Erfassungsschritt 105. Nach dem zweiten Festlegungsschritt 107 erfolgt ein dritter Vergleichsschritt 108, bei dem verglichen wird, ob der Betrag einer Differenz zwischen dem
Endzeitpunkt tE und dem Startzeitpunkt ts größer als eine vorgegebene
Mindestzeitspanne tmin ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei dem dritten Vergleichsschritt 108 verglichen wird, ob der Betrag einer bereits verstrichenen Zeitdauer seit dem Startzeitpunkt ts größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne tmin ist. Ferner kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass bei dem dritten Vergleichsschritt 108 nach einer vorgegebenen Mindestzeitspanne tmin verglichen wird, ob die wenigstens eine weitere erste Messgröße K2 kleiner als die Startmessgröße Kstart ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Messung beendet und es kann optional eine neue Messung durchgeführt werden. Fällt der Vergleichsschritt 108 jedoch positiv aus, so wird in einem nachfolgenden Signalerzeugungsschritt 109 ein Ausgabesignal 10 erzeugt, welches beispielsweise von einem Lautsprecher in einen Signalton umgesetzt werden kann. Fakultativ kann vorgesehen sein, dass ein weiteres Ausgabesignal 11 erzeugt wird, welches z.B. von einer LED in ein optisches Signal umgesetzt wird. Dieses akustische oder optische Signal gibt einem Nutzer des Gassensors 20 einen Hinweis, dass die Ethanolkonzentration in dem
Atemgasgemisch, d.h. in seinem Atem, über einem zuvor festgelegten Wert liegt.
Figur 4 zeigt graphische Darstellungen eines zeitlichen Verlaufs von
verschiedenen Messgrößen. Hierbei repräsentiert die obere Darstellung den zeitlichen Verlauf t der eine Temperatur des Atemgases repräsentierenden Messgröße M. Die mittlere Darstellung repräsentiert den zeitlichen Verlauf t der eine Feuchtigkeit des Atemgases repräsentierenden Messgröße N. Die untere Darstellung zeigt den zeitlichen Verlauf t der eine Ethanolkonzentration des Atemgases repräsentierenden Messgröße K.
Zu einem Zeitpunkt ti ist eine im Wesentlichen zeitgleiche Veränderung in dem zeitlichen Verlauf der Messgrößen M, N und K erkennbar. Diese Veränderung ist darauf zurückzuführen, dass ein Nutzer in den Gassensor hineinatmet. Um nun den genauen Startzeitpunkt tstart der Veränderung in den zeitlichen Verläufen der Messgrößen M, N und K zu bestimmen, d. h. um einen Messbeginn zu ermitteln, werden zeitlichen Ableitungen M, N und K der erfassten Messgrößen M, N und K gebildet.
Diese zeitlichen Ableitungen M, N und K der erfassten Messgrößen M, N und K sind graphisch in der Figur 5 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei allen drei zeitlichen Ableitungen M, N und K der erfassten Messgrößen M, N und K die Veränderung in den zeitlichen Verläufen nahezu simultan erfolgt. Somit kann die Bestimmung des Startzeitpunkts tstart der Messung durch die
Einbeziehung von weiteren Messgrößen, die weitere chemische und/oder physikalische Parameter des Atemgases repräsentieren, signifikant verbessert werden.
In Figur 6 ist eine weitere graphische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Messung der eine Ethanolkonzentration in einem Atemgas repräsentierenden Messgröße K ohne vorherigen Alkoholkonsum eines Nutzers gezeigt. Durch Bilden der zeitlichen Ableitung K der Messgröße K und wenigstens einer weiteren zeitlichen Ableitung beispielsweise der die Temperatur des Atemgases repräsentierenden Messgröße M kann, wie anhand der Figur 5 beschrieben, der Startzeitpunkt tstart der Messung genau bestimmt werden. Eine zu diesem
Startzeitpunkt tstart erfasste Messgröße K wird als korrespondierende
Startmessgröße Kstart in der Speichereinheit 3 abgespeichert. Es ist zu erkennen, dass die Messgröße M auf ein Minimum KE absinkt und danach wieder ansteigt. Das Minimum KE repräsentiert hierbei lediglich einen Wert der Messgröße K zu einem Zeitpunkt, an dem der Nutzer nicht mehr in den Gassensor hineinatmet und ab welchem sich somit das die Ethanolkonzentration in dem
Atemgasgemisch sensierende Sensorelement 4 regeneriert. Das Sensorelement 4 ist vollständig generiert, wenn eine weitere erste Messgröße K2 im
Wesentlichen der Startmessgröße Kstart entspricht. Ein zu der weiteren ersten Messgröße K2 korrespondierender Endzeitpunkt†E wird festgelegt und in der Speichereinheit 3 abgespeichert. Die zeitliche Differenz zwischen†E und tstart ist ein Maß für die Ethanolkonzentration in dem Atemgas des Nutzers.
Zum Vergleich ist in Figur 7 eine weitere graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Messung der eine Ethanolkonzentration in einem Atemgas repräsentierenden Messgröße K mit vorherigem Alkoholkonsum eines Nutzers mit gleichem Maßstab gezeigt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass die zeitliche Differenz zwischen tE und tstart größer ist als in der Messung ohne vorherigen Alkoholkonsum durch den Nutzer aus Figur 6. In Abhängigkeit einer bestimmten, zuvor in der Speichereinheit 3 abgespeicherten vorgegebenen
Mindestzeitspanne tmin kann vorgesehen sein, dass der Gassensor 20 dem
Nutzer ein Signal 10, 11 ausgibt, um ihn darauf aufmerksam zu machen, dass die Ethanolkonzentration in seinem Atem einen durch die Mindestzeitspanne tmin repräsentierten Schwellenwert überschreitet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zur Detektion eines gasförmigen Stoffes, insbesondere von Ethanol, in einem Gasgemisch mittels eines Gassensors, mit · einem ersten Erfassungsschritt (101),
bei dem wenigstens eine einen ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Konzentration von Ethanol, repräsentierende erste Messgröße (Ki) durch ein erstes Sensorelement (4) erfasst wird,
· einem zweiten Erfassungsschritt (102),
bei dem wenigstens eine einen von dem ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Temperatur, ein Druck oder eine Feuchtigkeit, repräsentierende zweite Messgröße (M) durch ein zweites
Sensorelement (5) erfasst wird,
• einem ersten Vergleichsschritt (103),
bei dem verglichen wird, ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der ersten Messgröße (Ki) einen ersten vorgegebenen Schwellenwert (SWi) überschreitet und ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der zweiten Messgröße (M) einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert (SW2) überschreitet,
• einem ersten Festlegungsschritt (104),
bei dem ein Startzeitpunkt (ts) und eine zu dem Startzeitpunkt (ts) korrespondierende Startmessgröße (Kstart) des ersten chemischen und/oder physikalischen Parameters festgelegt wird, wenn ein Vergleich (103) positiv ausfällt,
• einem dritten Erfassungsschritt (105),
bei dem wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) erfasst wird, · einem zweiten Vergleichsschritt (106), bei dem verglichen wird, ob die wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) der Startmessgröße (Kstart) entspricht,
• einem zweiten Festlegungsschritt (107),
bei dem ein Endzeitpunkt (ΪΕ) festgelegt wird, wenn der zweite Vergleich (106) positiv ausfällt,
• einem dritten Vergleichsschritt (108),
bei dem verglichen wird, ob der Betrag einer Differenz zwischen dem Endzeitpunkt (ΪΕ) und dem Startzeitpunkt (ts) größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne (tmin) ist, und
• einem Signalerzeugungsschritt (109),
bei dem ein Ausgabesignal (10) erzeugt wird, wenn der dritte Vergleich (108) positiv ausfällt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
• bei dem zweiten Erfassungsschritt (102)
zusätzlich wenigstens eine einen von dem ersten und zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende dritte Messgröße (N) durch ein drittes
Sensorelement (6) erfasst wird und
• bei dem ersten Vergleichsschritt (103)
zusätzlich verglichen wird, ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der dritten Messgröße (N) einen dritten vorgegebenen
Schwellenwert (SW3) überschreitet.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
• bei dem zweiten Erfassungsschritt (102)
zusätzlich wenigstens eine einen von dem ersten, zweiten und dritten chemischen und/oder physikalischen Parameter
verschiedenen chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende vierte Messgröße (O) durch ein viertes Sensorelement (7) erfasst wird und
• bei dem ersten Vergleichsschritt (103) zusätzlich verglichen wird, ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der vierten Messgröße (O) einen vierten vorgegebenen
Schwellenwert (SW4) überschreitet.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• der zweite Vergleichsschritt (106)
positiv ausfällt, wenn eine relative Abweichung des Betrags zwischen der wenigstens einen weiteren ersten Messgröße (K2) und der Startmessgröße (Kstart) kleiner als ein fünfter vorgegebener Schwellenwert (SW5), insbesondere kleiner als 5 %, ist.
Steuergerät (1) zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Detektion eines gasförmigen Stoffes, insbesondere von Ethanol, in einem Gasgemisch mittels eines Gassensors, mit einer Recheneinheit
(2) und einer Speichereinheit
(3), wobei die Recheneinheit (2) eingerichtet ist,
• in einem ersten Erfassungsschritt (101) wenigstens eine einen ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Konzentration von Ethanol, repräsentierende erste Messgröße (Ki) durch ein erstes
Sensorelement
(4) zu erfassen,
• in einem zweiten Erfassungsschritt (102) wenigstens eine einen von dem ersten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs, insbesondere eine Temperatur, ein Druck oder eine Feuchtigkeit, repräsentierende zweite Messgröße (M) durch ein zweites Sensorelement
(5) zu erfassen,
• in einem ersten Vergleichsschritt (103) zu vergleichen, ob ein
Betrag einer zeitlichen Ableitung der ersten Messgröße (Ki) einen ersten vorgegebenen Schwellenwert (SWi) überschreitet und ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der zweiten Messgröße (M) einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert (SW2) überschreitet,
• in einem ersten Festlegungsschritt (104) einen Startzeitpunkt (ts) und eine zu dem Startzeitpunkt (ts) korrespondierende
Startmessgröße (Kstart) des ersten chemischen und/oder physikalischen Parameters festzulegen, wenn der Vergleich (103) positiv ausfällt,
• in einem dritten Erfassungsschritt (105) wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) zu erfassen,
• in einem zweiten Vergleichsschritt (106) zu vergleichen, ob die wenigstens eine weitere erste Messgröße (K2) der Startmessgröße (Kstart) entspricht,
• in einem zweiten Festlegungsschritt (107) einen Endzeitpunkt (ΪΕ) festzulegen, wenn der zweite Vergleich (106) positiv ausfällt,
• in einem dritten Vergleichsschritt (108) zu vergleichen, ob der
Betrag einer Differenz zwischen dem Endzeitpunkt (ΪΕ) und dem Startzeitpunkt (ts) größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne (tmin) ist, und
• in einem Signalerzeugungsschritt (109) ein Ausgabesignal (10) zu erzeugen, wenn der dritte Vergleich (108) positiv ausfällt.
Steuergerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (2) eingerichtet ist,
• in dem zweiten Erfassungsschritt (102) zusätzlich wenigstens eine einen von dem ersten und zweiten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende dritte Messgröße (N) durch ein drittes Sensorelement
(6) zu erfassen, und
• in dem ersten Vergleichsschritt (103) zusätzlich zu vergleichen, ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der dritten Messgröße (N) einen dritten vorgegebenen Schwellenwert (SW3) überschreitet.
Steuergerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (2) eingerichtet ist,
• in dem zweiten Erfassungsschritt (102) zusätzlich wenigstens eine einen von dem ersten, zweiten und dritten chemischen und/oder physikalischen Parameter verschiedenen chemischen und/oder physikalischen Parameter des Gasgemischs repräsentierende vierte Messgröße (O) durch ein viertes Sensorelement
(7) zu erfassen, und • in dem ersten Vergleichsschritt (103) zusätzlich zu vergleichen, ob ein Betrag einer zeitlichen Ableitung der vierten Messgröße (O) einen vierten vorgegebenen Schwellenwert (SW4) überschreitet.
8. Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (2) eingerichtet ist,
• in dem zweiten Vergleichsschritt (106) einen positiven Vergleich festzustellen, wenn eine relative Abweichung des Betrags zwischen der wenigstens einen weiteren ersten Messgröße (K2) und der Startmessgröße (Kstart) kleiner als ein fünfter vorgegebener Schwellenwert (SW5), insbesondere kleiner als 5 %, ist.
9. Gassensor, insbesondere Atemgassensor, mit einem Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem ersten Sensorelement (4) und einem zweiten Sensorelement (5).
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