ES2925854T3 - Alcohometría interactiva - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método y aparato para la determinación de la concentración de alcohol en el aire espirado. Al visualizar el valor de medición actual o acumulado y el error en tiempo real durante la medición en curso, se habilita el control interactivo de la determinación del alcohol con respecto a la precisión y el lapso de tiempo. Preferiblemente, la medición se realiza sin contacto con compensación por la dilución de la muestra de aliento, que se realiza mediante la medición simultánea de temperatura, concentración de vapor de agua o dióxido de carbono. El método se divide en un procedimiento por etapas basado en la dependencia del error de medición de la dilución del aire espirado y el tiempo acumulado, siendo ambos posibles de influir por la persona de prueba o el operador. Se obtienen ventajas especiales en las mediciones relativas a un límite de concentración. La determinación del alcohol se realiza preferiblemente mediante espectroscopia de absorción dentro del rango de longitud de onda infrarroja. El aparato según la invención incluye sensores para las entidades antes mencionadas, una unidad electrónica para procesamiento de señales y datos, una unidad de presentación, y está integrado en una carcasa compacta para uso o integración portátil. El tiempo de respuesta de los sensores no debe exceder los 0,5 segundos para cumplir con el requisito de operación en tiempo real. La carcasa se puede abrir de forma controlada durante la medición e incluye una celda de medición iluminada con radiación infrarroja colimada y medios para el flujo de aire activo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Alcohometría interactiva
La presente invención se refiere a la determinación de la concentración de alcohol en el aire espirado y aborda aspectos centrales relacionados con la precisión de la medición, el tiempo de respuesta y la interacción entre el objeto u operador de medición, por un lado y el aparato de medición, por el otro.
En la literatura se describen un número de métodos y dispositivos para la alcohometría, es decir, la determinación de la concentración de alcohol en el aire espirado, véanse ejemplos en los documentos de patente: US 2007/016092 A1, US 5531225 A , US 5376555 A, US 5376555 A, US 2004/141171 A1, US 2006/153740 A1, WO 2007/046745 A1, US 2008/061238 A1.
Varios de estos han tenido un uso generalizado, tanto como instrumentos de medición como dispositivos de control. El alcohol interlock es un ejemplo de esto último, evitando que los conductores de vehículos arranquen el vehículo sin una muestra de aliento aprobada, es decir, con una concentración de alcohol que no exceda el límite de concentración prevaleciente.
Dentro de la alcohometría, dominan dos principios de medición, haciendo uso de las propiedades físicas y químicas del alcohol. Esta última categoría se basa esencialmente en la combustión mediada por un catalizador. La concentración de alcohol puede determinarse al medir la energía de combustión desarrollada, por ejemplo, en una celda de combustible o un sensor semiconductor. Este tipo de sensor es ventajoso en términos de simplicidad en el diseño y periféricos, tales como los circuitos electrónicos. Además, los sensores semiconductores tienen pequeñas dimensiones físicas y pueden producirse a bajo costo.
Las características del catalizador y la temperatura de combustión real determinan la selectividad de los sensores catalíticos. Dado que otras sustancias orgánicas también se queman de manera similar, es difícil obtener una especificidad absoluta. Otro problema difícil se relaciona con las propiedades a largo plazo del catalizador. La influencia de ciertas sustancias hace necesarias calibraciones repetidas y constituye un riesgo de manipulación. Tales sustancias, por ejemplo, los gases que contienen azufre prevalecen tanto en el aire espirado como en los contaminantes del aire. Desafortunadamente, los sensores catalíticos se afectan por problemas de confiabilidad que no se han resuelto de manera satisfactoria. Estas propiedades se usan por la policía con propósitos probatorios contra la conducción en estado de ebriedad. Sin embargo, la medición de concentraciones bajas es exigente en términos de precisión y los instrumentos probatorios basados en IR que hay en el mercado son caros.
La espectroscopía infrarroja (IR) representa un método físico de medición que no se afecta por los problemas mencionados anteriormente. Este método hace uso de la "huella digital" específica que produce el alcohol en fase gaseosa cuando se ilumina con luz infrarroja. El espectro de absorción se debe a vibraciones moleculares resonantes, que son específicas de los enlaces atómicos dentro de la molécula. De esto pueden deducirse las propiedades específicas del espectro de absorción y su alta selectividad asociada frente a otras sustancias y la seguridad frente a la manipulación. Además, el uso de instrumentos basados en IR requiere un conocimiento experto.
El rendimiento de los alcoholímetros a menudo se observa con respecto a la precisión en un cierto intervalo de medición. Para los instrumentos probatorios, con frecuencia se requiere una precisión de ±5 %, mientras que ±20 % se considera adecuado para la detección y propósitos similares. Los alcoholímetros para el mercado de consumo tienen menor precisión. Entre estos y los instrumentos de detección, domina el error sistemático provocado por la condición mal controlada del catalizador. Para los instrumentos basados en IR, los errores sistemáticos pueden minimizarse mediante un procedimiento de calibración. El error restante tiene el carácter de ruido estocástico procedente de la señal o señales del sensor portador de información. El error y el nivel de ruido pueden expresar como una entidad estadística, por ejemplo, el cuadrado medio de las variaciones aleatorias en un ancho de banda especificado.
Un aspecto importante de la alcohometría se refiere a la determinación del alcohol en relación con los límites de concentración recomendados o legislados, por ejemplo, para la conducción de vehículos. En Suecia, el 0,02 % de concentración de alcohol en sangre prevalece como límite superior para los conductores de vehículos, lo que corresponde a aproximadamente 0,1 mg/L en una muestra de aire espirado. En la mayor parte de la Unión Europea, el límite correspondiente es 0,05 % y 0,25 mg/L, respectivamente.
En las mediciones que se refieren a un cierto límite de concentración, la proporción de salidas falsas positivas y negativas es un valor relevante de rendimiento. Una alta precisión, es decir, un pequeño error, conduce a una pequeña probabilidad de salidas falsas y viceversa. Por otro lado, para este propósito, la precisión solamente es interesante en un intervalo cercano a la concentración y poco interesante fuera de este intervalo.
En los controles policiales y bloqueos de carreteras, se realizan cada vez más pruebas de sobriedad. Las fuerzas policiales suecas realizan anualmente cerca de dos millones de pruebas de sobriedad a los conductores de vehículos y aproximadamente 15000 conductores ebrios son atrapados de esta manera. Por tanto, se encuentran salidas negativas en más del 99 % de las ocasiones de prueba. Parece haber una relación entre el número de pruebas realizadas por unidad de tiempo y el porcentaje de conductores intoxicados, así como también el número de accidentes relacionados con el alcohol por unidad de tiempo. En ciertos países, el porcentaje de conductores ebrios puede ser más alto que en Suecia, pero en muchos países existe un apoyo creciente a la conducción sobria de vehículos. El uso de alcohol interlocks también ha tenido éxito, no solamente para la retirada condicional de la licencia de conducir tras una condena por conducir en estado de ebriedad, sino también para garantizar la calidad de los servicios de transporte.
Existen muchas situaciones y condiciones fuera del área de la seguridad vial, en las que podría motivarse la prueba de la sobriedad de una persona. El ejercicio de profesiones que requieran precisión, buen juicio, dependencia de ciertos individuos podría ser una buena razón para la prueba de sobriedad. Además, en eventos de diferentes tipos, puede haber razones para la prueba de sobriedad, por ejemplo, en las estaciones de control de paso.
Desafortunadamente, muchas áreas de aplicación de la determinación de alcohol se han visto obstaculizadas por las limitaciones prácticas y económicas de la tecnología actual y las soluciones de ingeniería. Además de los ya mencionados, existen problemas prácticos relacionados con la propia técnica de muestreo. Las soluciones de vanguardia requieren boquillas intercambiables y desechables por razones higiénicas. Cambiar las boquillas en cada medición lleva mucho tiempo y añade costes. El lapso de tiempo total para una prueba podría ser de varios minutos en climas fríos, lo cual es inaceptable, por ejemplo, en el control de paso o en un alcohol interlock integrado en el vehículo.
Resumiendo, puede concluirse que la alcohometría de vanguardia se ve afectada por una pluralidad de problemas, que tocan temas centrales relacionados con la precisión, el lapso de tiempo, la accesibilidad, la confiabilidad y el costo.
El objeto de la presente invención es resolver los problemas mencionados anteriormente y otros relacionados. La invención, un método y aparato novedoso para la determinación de la concentración de alcohol en el aire espirado, presenta ventajas significativas en comparación con el estado actual de la técnica. En primer lugar, la precisión y el lapso de tiempo pueden adaptarse a los requisitos específicos de cada ocasión de medición. En segundo lugar, se logra un ahorro de costes considerables, dado que tanto el coste del material como el lapso de tiempo para cada medición pueden reducirse considerablemente. En tercer lugar, se logra una fiabilidad muy alta al evitar los fenómenos de envejecimiento de, por ejemplo, los sensores catalíticos. En cuarto lugar, se reduce la necesidad de mantenimiento del aparato, dado que no requiere calibración repetida. Esto también reduce el costo de mantenimiento. En quinto lugar, se mejora la accesibilidad de la técnica para grandes grupos de usuarios. En sexto lugar, la implementación del aparato a bajo costo de producción hace que su precio sea accesible para grupos más grandes de usuarios.
Las características del método y del aparato de acuerdo con la invención se describen en las reivindicaciones adjuntas. Más abajo sigue una descripción exhaustiva de los elementos básicos del método y del aparato.
La determinación de la concentración de alcohol de las muestras de aliento se realiza preferentemente, de acuerdo con la invención, principalmente por razones higiénicas, al tomar muestras sin contacto físico entre el aparato y los órganos respiratorios del objeto de prueba. El objeto o persona de prueba es frecuentemente un individuo consciente, cuya eventual intoxicación es objeto de investigación. Sin embargo, la invención no se limita ni con respecto a los objetos de prueba ni a la sustancia detectada. Son aplicables también a especies animales superiores y personas inconscientes y también a otras sustancias volátiles además del alcohol.
La muestra de aliento se administra por la persona de prueba al soplar hacia una disposición de sensor posicionada a una distancia de 10 a 30 cm de la boca y la nariz. En consecuencia, la muestra de aliento se diluye con aire ambiental, lo que requiere compensar esta dilución con el fin de hacer posible la determinación de la concentración de alcohol del aire espirado. La relación entre la concentración de alcohol medida externamente Cext y la alveolar Calv puede expresarse simplemente mediante la ecuación (1):
c „ , = o - c „ , „ ( 1 )
La variable D expresa el grado de dilución. Para aire espirado sin diluir, D=1 y con un grado de dilución muy alto, D^0.
La ecuación (2) se refiere a una relación que hace posible determinar el grado de dilución D en tiempo real, simultáneamente se realiza con la medición correspondiente de la concentración de alcohol, esencialmente en el mismo punto. Se supone que hay una entidad de medición X que se expone al mismo proceso de dilución que Cext, Calv. La expresión para D es:
X - x k
D~ ** a m b
(2 )
Con Xamb se ( x alv ^ a m b tras que Xaiv es el valor de medición correspondiente. Ejemplos de entidades que pueden considerarse que cumplen los criterios de la suposición son la temperatura y las concentraciones de vapor de agua y dióxido de carbono, respectivamente.
En la tabla más abajo se dan valores típicos de los valores de medición de estas entidades en ambiente interior:
Figure imgf000004_0002
Mediante la medición de Xext y Xamb y la inserción de Xalv cuyo valor podría considerarse constante, puede determinarse D. La tabla indica que la concentración de CO2 tiene dos ventajas significativas en comparación con las otras. Una es que la concentración ambiental es muy pequeña en comparación con la alveolar. Por lo tanto, la influencia del ambiente es mínima. Otra ventaja es que lo más probable es que una diferencia detectada en la concentración de CO2 tenga un origen alveolar. Por otro lado, la concentración de CO2 alveolar exhibe una variabilidad algo mayor que la temperatura y la concentración de vapor de agua. Las mediciones de temperatura y humedad tienen ventajas con respecto a la simplicidad, la velocidad y el costo. Para lograr la máxima seguridad, por supuesto, es posible usar una combinación de más de una entidad de medición.
Cabe señalar que el espacio muerto anatómico y fisiológico también puede provocar la dilución del aire espirado. El espacio muerto anatómico incluye las vías respiratorias superiores y es de aproximadamente 150 ml para una persona adulta normal. El aire espirado del espacio muerto anatómico se mezcla poco con el aire alveolar. El espacio muerto fisiológico depende de la sustancia a la que se refiera y se influencia, por ejemplo, por la solubilidad de la sustancia dentro de la mucosa. Teniendo en cuenta estas diferencias, el razonamiento anterior también puede aplicarse al muestreo con una boquilla.
La medición de temperatura, concentración de vapor de agua y dióxido de carbono se realiza preferentemente mediante sensores específicos para cada entidad. La temperatura puede medirse con sensores resistivos o elementos térmicos, ambos proporcionan una precisión adecuada. Con el fin de obtener la velocidad de respuesta necesaria, 0,5 segundos o menos, se requieren pequeñas dimensiones físicas y, por lo tanto, una pequeña masa térmica. Los sensores de temperatura miniaturizados con un tiempo de respuesta adecuado están disponibles comercialmente. Lo mismo se aplica a la medición de la concentración de vapor de agua y dióxido de carbono. El primer caso trata de un principio de medida capacitivo, haciendo uso de la alta permitividad dieléctrica del agua. Para la determinación de CO2 puede usarse la absorción IR y, por lo tanto, integrarse con la determinación de alcohol como se describe anteriormente. El CO2 exhibe una absorción específica en una estrecha banda de longitud de onda alrededor de 4,26 pm, mientras que el alcohol tiene picos de absorción a 3,4 y 9,5 pm. El vapor de agua exhibe una banda de absorción relativamente amplia de 2,6 a 2,8 pm.
Con el fin de cumplir con los criterios de la ecuación (1) y (2) se requiere que los sensores para alcohol y entidades X sean medidos en el mismo punto, estableciendo exigencias en el tamaño y posicionamiento de los sensores. Alternativamente, la parte de muestreo de aire del aparato se suministra con una línea de tubería y un dispositivo de bombeo para el transporte de la muestra de aliento desde el punto de muestreo real hasta la posición física de los sensores.
Mediante la inserción de los valores actuales de D y Camb es fácil determinar Calv a partir de la ecuación (1). Los experimentos han demostrado que es posible determinar la concentración de alcohol sin contacto físico a una distancia de hasta 30 cm entre la boca/nariz de una persona de prueba y el punto de muestreo. Esto supone, sin embargo, la participación activa de la persona de prueba para soplar el aire espirado hacia el sensor. La medición pasiva sin la cooperación de la persona de prueba requiere una distancia de medición más corta, hasta 10 cm, dado que solamente puede asumirse la respiración en reposo.
La imprecisión IA del método se determina por el error de medición Cerror en relación con el valor medido actual Calv y puede describirse adecuadamente por la relación entre estos. El Cerror puede, a su vez, particionarse en factores relativamente constantes y de manera que pueden influenciarse de una ocasión a otra, e incluso durante la medición en curso. El resultado de tal partición se muestra en la ecuación (3):
Figure imgf000004_0001
La Cresoiución se refiere a la resolución restante del instrumento que es difícil de controlar y limitada por fuentes de ruido de origen fundamental u otros factores aleatorios. Se supone que las fuentes de error sistemático se eliminan mediante un procedimiento de calibración suficientemente preciso. La Cresolución se connota en la dimensión del mensurando, en este caso la concentración de alcohol, dividida por la raíz cuadrada del ancho de banda actual, Af, V(Hz) -1.
Se supone que las entidades Calv y D de la ecuación (3) son valores medidos acumulados durante un cierto tiempo de medición At. Por lo tanto, la prolongación de este tiempo puede considerarse idéntica a una reducción del ancho de banda.
La ecuación (3) ilustra la posibilidad de influir en la imprecisión ya sea por el grado de dilución D o por el tiempo de medición At. Con el fin de aumentar la precisión de un cierto factor desde un punto de inicio dado, se requiere, ya sea, aumentar D por el factor correspondiente o aumentar el tiempo de medición al cuadrado de este factor o una combinación de estas medidas.
En el método de acuerdo con la invención, la relación de la ecuación (3) se usa en cada determinación única de la concentración de alcohol para adaptar el tiempo de medición y la precisión al objeto o requisito de esa ocasión. La adaptación se realiza de forma interactiva entre el aparato de medición y el usuario/persona u operador de prueba. Más específicamente, el aparato deja en tiempo real, es decir, sin un retardo de tiempo límite, la indicación del valor de medición actual o acumulativo y el error o entidad relacionada con el mismo. El factor D puede ser tal entidad. El usuario, persona u operador de prueba puede elegir en cualquier momento si terminar la determinación o continuar con el fin de aumentar la precisión. Tal aumento es posible de acuerdo con la ecuación (3) ya sea al prolongar el tiempo de medición o al cambiar la expiración de la persona de prueba en relación con el aparato, lo que provoca un aumento del factor de dilución D y un aumento correspondiente de precisión. D también se influencia por la posición de los sensores con respecto a la persona de prueba. Un operador puede, guiado por la precisión indicada, mover el punto de muestreo con respecto a los órganos respiratorios de la persona de prueba hasta que se obtenga un nivel aceptable. La medición en tiempo real significa que el procedimiento es posible con la actividad respiratoria normal de la persona de prueba, sin la cooperación activa de su parte. Por lo tanto, es posible realizar mediciones incluso en personas inconscientes y en animales.
El método de acuerdo con la invención hace posible, por tanto, el control interactivo de la precisión y el lapso de tiempo de la determinación del alcohol. Las relaciones (1), (2) y (3) se emplean para el cálculo de los valores instantáneos de Calv y D en tiempo real durante la medición en curso, tan pronto como se produzca una diferencia significativa Xext - Xam b, además de variaciones aleatorias que se producen normalmente. Un criterio de inicio para el cálculo de Calv y Cerror es que D esté por encima de cierto valor mínimo, Dmín. La precisión de la primera determinación después de alcanzar el umbral Dmín es por definición baja, pero puede mejorarse rápidamente a medida que se obtienen valores más altos de D.
Si el tema actual se limita a determinar si la concentración de alcohol excede o no un cierto límite de concentración Clímite, el método de acuerdo con la invención ofrece ventajas particulares. Si el valor de medición actual Calv con la adición del error Cerrar es inferior que Clímite, es decir, si
Calv ^ ^lím ite — ^ e rro r (4)
La determinación puede terminarse directamente sin tratar de mejorar la precisión al prolongar el tiempo de medición o el ajuste de las posiciones de los sensores, etc. En consecuencia, puede adoptarse el mismo procedimiento cuando el valor medido instantáneo de la concentración de alcohol excede el valor límite añadido al error:
Figure imgf000005_0001
Sin embargo, si
f '-'límite _f '-'error < — r ’-'aíi’ — ^ l í m i t e + C0 (6)
entonces debe continuar la acumulación de valores instantáneos con el fin de reducir el error, con el objetivo de saber con certeza si se excede o no el límite de concentración.
El caso (4) es válido para más del 99 % de los conductores de vehículos suecos seleccionados aleatoriamente, de acuerdo con la descripción anterior. El método de acuerdo con la invención debería significar, para este grupo, un tiempo de medición significativamente reducido y, por lo tanto, un coste por muestra más bajo.
La invención se describe con más detalle en relación con las figuras adjuntas 1 a 4. La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del método de acuerdo con la invención. La Figura 2 muestra esquemáticamente el momento de los eventos durante una determinación de alcohol de acuerdo con la invención. La Figura 3 muestra ejemplos de precisión para diferentes aplicaciones. La Figura 4 muestra esquemáticamente una realización del aparato de acuerdo con la invención.
El diagrama de flujo de la Figura 1 comprende un número de etapas correspondientes a las condiciones del aparato. Para iniciar, en la activación del aparato se produce una posición de inicio 1 y se transfiere directamente a un modo de espera 2. La activación puede realizarse manualmente mediante un botón de encendido/apagado o automáticamente desde algún otro equipo conectado al aparato. Durante el modo de espera 2, se realiza una prueba de estabilidad de las señales del sensor correspondientes a la concentración de alcohol y el grado de dilución, respectivamente. Si las señales del sensor se interfieren de alguna manera, el proceso de espera continúa hasta que se alcanza la estabilidad.
Cuando se cumple el criterio de que la variación en el tiempo de las señales antes mencionadas no exceda un cierto umbral S, el aparato se transfiere al modo de medición 3. En este modo, puede indicarse a la persona de prueba que exhale hacia los sensores del aparato, alternativamente, estos se posicionan sin la cooperación activa de la persona de prueba en la proximidad de sus órganos respiratorios. El análisis de las señales del sensor correspondientes a la dilución se realiza de forma continua y cuando se alcanza el criterio para el factor de dilución D>Dmín, el aparato se transfiere a un modo computacional 4. En este modo, la medida y el cálculo de las entidades D, Calv e IA se realizan simultáneamente en tiempo real y los valores actuales de la al menos esta última se comunica, igualmente en tiempo real, al operador, al usuario o a la persona de prueba
Durante la condición de medición y cálculo 4, el operador, usuario o persona de prueba puede elegir terminar la medición si ya se ha obtenido suficiente precisión. La terminación es hecha por la persona de prueba terminando de soplar el aire espirado hacia los sensores del aparato o al retirarlos de la proximidad de los órganos respiratorios. El operador, el usuario o la persona de prueba también puede elegir continuar soplando el aire espirado hacia los sensores con el fin de acumular más puntos de medición o, eventualmente, aumentar el factor de dilución D con el fin de aumentar la precisión.
La tarea de llevar a cabo las mediciones y los cálculos simultáneamente en tiempo real establece exigencias especiales al aparato de acuerdo con la invención. Por un lado, las señales de los sensores deben ser muestreadas y puestas en una memoria intermedia y desde allí ser transferidas a una unidad de cálculo aritmético-lógico en la que se ejecutan las ecuaciones (1), (2) y (3) o las correspondientes. El resultado de los cálculos, así como también los eventuales resultados intermedios, también deben almacenarse en una memoria intermedia y desde allí visualizarse con el fin de ser percibidas por la persona o el operador de prueba.
El intervalo de tiempo entre cada indicación no debe exceder los 0,5 segundos con el fin de que la persona u operador de prueba perciba la información indicada como instantánea. Con los microprocesadores disponibles comercialmente, que incluyen tanto la memoria intermedia como la unidad aritmético-lógica, es posible cumplir con este requisito. Preferentemente, el microprocesador también incluye una memoria permanente para almacenar el programa que controla los cálculos y la comunicación de datos.
El cambio en el tiempo del error de medición se calcula e indica en tiempo real, claramente visible para la persona o el operador de prueba durante la fase 5 subsecuente. Cuando la imprecisión acumulada IA alcanza un valor mínimo, puede tener lugar la transferencia automática a una condición final 6, por lo que los valores acumulados de Calv y Cerror, respectivamente, pueden ser válidos como finales para la determinación actual. Sin embargo, la instrucción del operador, usuario o persona de prueba relativa a la eventual continuación de la medición o su finalización anula esta automatización y puede ser controlada por un conmutador de posición 7 controlado por esta persona. Es posible, por ejemplo, continuar la medición durante una o varias expiraciones subsecuentes.
Las diversas condiciones 1 a 6 son indicadas por el aparato de acuerdo con la invención mediante disposiciones audiovisuales o hápticas. Por ejemplo, el valor medido y la imprecisión pueden indicarse como posición y ancho en una escala de medición 8a, 8b, en la que 8a indica un error de medición relativamente grande, mientras que 8b indica esencialmente el mismo valor de medición, pero un error más pequeño.
Una realización alternativa de indicación de condiciones se muestra en la secuencia 9a a 9e, mediante el uso de símbolos de semáforos. Las condiciones de inicio y espera 1 y 2 se indican en 9a mediante la iluminación de lámparas rojas, amarillas y verdes. La condición de medición 3 se indica mediante la iluminación de la lámpara amarilla 9b, que eventualmente parpadea con el fin de llamar la atención. La condición para la medición y el cálculo 4 se indica mediante la iluminación tanto de la lámpara roja como de la verde, 9c. La lámpara verde y roja emite intensidades diferentes en función de la magnitud actual del valor de medición en comparación con un límite de concentración, mediante el uso de las relaciones (4), (5) y (6). En la condición final (6) la imprecisión es en la mayoría de los casos tan pequeña que puede proporcionarse una respuesta definitiva sobre si se excede o no el límite de concentración. En tal caso, da lugar a una señal de parada roja 9d si se excede y una luz verde 9e en caso contrario.
La Figura 2 muestra esquemáticamente secuencias de tiempo típicas de la señal del sensor X y el grado de dilución D deducido de la ecuación (2) y la concentración de alcohol alveolar calculada, que se calcula a partir de las ecuaciones (1) y (3), con error de medición acumulado insertado en la figura como límite inferior y superior para el valor de medición. La variación como una función de tiempo se muestra para las variables X (gráfico superior), D (gráfico medio) y Calv, Cerror (gráfico inferior) en parte para una persona de prueba sobria (escala de tiempo de 0 a 3 seg) y en parte para una persona con una concentración de alcohol ligeramente más abajo del límite de concentración Cumite (escala de tiempo de 100 a 105 seg).
A partir de un valor inicial estable Xamb correspondiente al válido para el ambiente, X aumentará continuamente hasta un valor más alto mientras la persona de prueba sople hacia la disposición del sensor. Cuando el aire espirado por la persona de prueba ha golpeado la disposición del sensor, se alcanza una meseta de señal y se mantiene mientras se mantenga la corriente de aire, es decir, mientras dure la espiración. Después de eso, el nivel es decreciente y retiene el valor inicial Xamb.
La variable D varía en el tiempo de forma idéntica a la variable X, lo cual es obvio a partir de la ecuación (2). Esto se ilustra en la curva media de la Figura 2. Los experimentos han demostrado que D=0,3 - 0,5 podría ser un nivel realista, obtenible mediante espiración forzada hacia una disposición de sensor a una distancia de 10 a 30 cm. Sin embargo, este nivel se obtiene después de uno o algunos segundos de soplado. En un momento anterior, se alcanza el nivel Dmín antes mencionado, en el que el aparato conmuta a la condición de medición y cálculo. Un valor adecuado podría ser Dmín =0,1...0,2. En primer momento, cuando se excede Dmín, aparecen los valores medidos de concentración de alcohol que, junto con el error de medición, se ilustran en la curva inferior. En la serie de curvas de la izquierda, con una persona de prueba sobria, se proporciona una respuesta inmediata de que el nivel está más abajo del límite de concentración y, por lo tanto, la persona de prueba puede elegir terminar la determinación.
En la serie de curvas de la derecha, desde el principio no está claro si se excederá o no el límite de concentración, dado que este límite cae dentro de la tolerancia del valor de medición. Por lo tanto, la persona de prueba elige continuar con la determinación, por lo que el error de medición disminuye. El error de medición acumulado se aproxima a un mínimo al final de la respiración.
Como se ilustra en la Figura 2, el método de acuerdo con la invención permite reducir significativamente el tiempo de medición y cálculo cuando una persona sobria se somete a una prueba de sobriedad con respecto a un límite de concentración dado.
La Figura 3 muestra dos diagramas de los cuales el superior se refiere a un instrumento de medición de acuerdo con el estado actual de la técnica, mientras que el inferior proporciona un ejemplo de la presente invención. En ambos diagramas, la señal de salida (líneas continuas) y el error de medición (líneas discontinuas) se muestran en función de la concentración de alcohol. Además, se indica un límite de concentración L en el eje de la concentración de alcohol y un nivel de activación T en el eje de la señal de salida. De este modo se marcan cuatro cuadrantes 11, 12, 13, 14 dentro del diagrama. Los cuadrantes 12 y 14 representan salidas verdaderamente negativas y positivas del aparato, mientras que los cuadrantes 11 y 13 representan salidas falsas positivas y negativas, respectivamente. En un aparato convencional, el usuario no puede influir en el error de medición, lo que implica un riesgo de salidas falsas de acuerdo con el diagrama superior. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, es posible adaptar el error de medición para minimizarlo aproximadamente en el límite de concentración L y el nivel de activación T. Como ya se ha descrito, esta adaptación se realiza entre el usuario, el operador o la persona de prueba, por un lado y el aparato por el otro.
La Figura 4 muestra esquemáticamente el diseño del aparato de acuerdo con la invención de acuerdo con una realización preferida. El aparato se integra preferentemente en una caja o carcasa 31 del aparato, cuyo tamaño se adapta para el uso manual o la integración dentro de la instrumentación del vehículo, por ejemplo, el volante del vehículo. Las dimensiones físicas de la carcasa 31 no deben exceder los 120 x 120 x 30 mm. La carcasa 31 se suministra con aberturas 32, 33 para el flujo de entrada y salida de la muestra de aliento. Por lo tanto, se define una celda de medición 41 y se transilumina mediante luz infrarroja colimada desde una fuente 34. El haz IR 38 se refleja varias veces contra las superficies reflectantes 39, 40 dentro de la celda de medición 41, antes de que golpee los detectores 35, 36 que se adaptan para detectar selectivamente la radiación dentro de las bandas de longitud de onda dentro de las cuales el alcohol, por un lado y el vapor de agua, el dióxido de carbono, por otro lado, exhiben una absorción específica de la sustancia.
Un sensor de temperatura o flujo 37 con un tiempo de respuesta de 0,5 segundos o menos, se ubica cerca de la entrada 32 de la celda de medición 41. El sensor 37 también puede combinarse con un dispositivo de calentamiento eléctrico con el fin de calentar la muestra de aliento entrante. El propósito puede ser en parte medir la velocidad del flujo de acuerdo con el principio de la anemometría de hilo caliente y en parte evitar la condensación debida a la humedad del aire espirado. Además, hay un dispositivo 42 para el flujo de aire activo a través de la celda de medición 41. Este dispositivo puede ser, por ejemplo, un ventilador o una bomba en miniatura.
Las aberturas 32 y 33 a la celda de medición 41 se dibujan esquemáticamente en la Figura 4 como rejillas dobles por dos razones. En parte, las propias rejillas protegen contra la suciedad de los elementos ópticos sensibles dentro de la celda de medición 41 y pueden suministrarse con diferentes tipos de filtro para su uso en entornos particularmente duros. Las rejillas parcialmente dobles y deflectables que solamente se abren un momento durante la medición proporcionan una protección efectiva entre las ocasiones de medición.
Las señales eléctricas generadas por los sensores 35, 36, 37 están sujetas a amplificación, filtrado y otro procesamiento de señales dentro de la unidad electrónica 43, que también ejecuta el control y la activación de la fuente IR 34, el dispositivo de calentamiento dentro del sensor 37 y el dispositivo de flujo 42. La unidad electrónica 43 incluye preferentemente un microprocesador o correspondiente, para la ejecución de un programa almacenado en una memoria, incluyendo los cálculos e indicaciones de condición descritos anteriormente.
La fuente de IR 34 se modula preferentemente a una frecuencia de 2 Hz o superior. Por lo tanto, se eliminan los problemas con la derivación de compensación del detector de IR y el amplificador de entrada, mientras que se obtiene un tiempo de respuesta adecuado. Las exigencias de tiempo de respuesta se definen principalmente por la visualización en tiempo real de los valores de medición, que se perciben como instantáneos por el operador o la persona de prueba. En la práctica esto corresponde a un tiempo de respuesta de 0,5 segundos o menos.
La unidad electrónica 43 incluye preferentemente circuitos para la comunicación de señales digitales a una unidad de presentación integrada 44 para la indicación de valores de medición y a otras unidades. La unidad de presentación 44 es en el caso más simple un pequeño número de lámparas o diodos emisores de luz como se describe en conjunto con la Figura 1, pero también podría ser una pantalla gráfica y/o alfanumérica como se ilustra en la Figura 4, para una indicación más detallada de la variación en el tiempo de las señales del sensor. El control del usuario u operador sobre la unidad electrónica 43 se ejerce mediante dispositivos de control manual 45. La tensión de suministro puede, ya sea, tomarse de una batería integrada o de una fuente de tensión externa.
El aparato de acuerdo con la invención se diseña con respecto a la elección de materiales y componentes, para una operación libre de mantenimiento durante al menos 15 años o 30000 ocasiones de medición.
El aparato de acuerdo con la invención se diseña de modo que una persona con talento normal pueda usarlo sin problemas. La interacción descrita, incluida la elección del punto de terminación de la determinación, tiene un carácter intuitivo y, por tanto, exige un mínimo de instrucción previa.
Cabe señalar además que el aparato ilustrado esquemáticamente de la Figura 4 se construye con materiales y componentes que pueden fabricarse en serie a bajo coste. Además, el diseño del aparato se adapta al ensamble automático, lo que significa que el número de procedimientos de fabricación manual es mínimo. También la calibración, la prueba y la garantía de la calidad pueden realizarse de manera efectiva con medios automáticos. En conclusión, esto implica que el aparato de acuerdo con la invención puede tener un precio atractivo y, por lo tanto, llegar a grandes grupos de usuarios. La eliminación de la calibración periódica durante la vida útil del producto también contribuye a proporcionar el método y el aparato de acuerdo con la invención de bajo costo de derivación y alta accesibilidad.
Las realizaciones de las Figuras 1 a 4, como ya se ha señalado, no limitan la aplicabilidad de la presente invención. Sus características se definen por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Método para la determinación de la concentración de alcohol en el aire espirado a partir de una muestra de aliento suministrada por una persona de prueba que sopla hacia una disposición de sensores en un aparato para la determinación de la concentración de alcohol, mediante muestreo sin contacto de dicho aire espirado en el que la muestra de aliento se diluye con aire ambiental, que comprende interacción entre el aparato por un lado y la persona de prueba o un operador por el otro, en el que
dicha interacción comprende una unidad de presentación dentro del aparato que presenta un valor de medición y un error de medición de dicha determinación a dicha persona u operador de prueba en tiempo real durante la medición en curso;
dicho error de medición depende de la dilución de dicho aire espirado, el tiempo acumulado de dicha determinación y el ruido, interferencia u otras variaciones aleatorias de dicho valor de medición, siendo determinada dicha dilución por medición de temperatura, concentración de vapor de agua o dióxido de carbono o una combinación de estas entidades, en el que
una adaptación de la precisión y el lapso de tiempo de dicha determinación al objetivo o requisito actual se realiza de forma interactiva entre el aparato y la persona u operador de prueba en el que la persona u operador de prueba elige terminar la determinación o continuar con la determinación, en el que el lapso de tiempo se refiere al tiempo requerido para realizar la determinación y en el que el tiempo prolongado de medición y compensación por posible dilución de dicho aire espirado, es con el propósito de aumentar dicha precisión y en el que
la unidad de presentación proporciona una indicación del valor de medición y el error de medición por medio de una indicación audiovisual o háptica desde una unidad de presentación dentro de dicho aparato,
comprendiendo el método un procedimiento por etapas, que incluye una etapa de inicio, en el que se activa dicho aparato, seguido de una etapa de espera en el que las señales del sensor correspondientes a dicho valor de medición se controlan con respecto a la estabilidad, seguido subsecuentemente de una etapa de medición y cálculo en el que se llevan a cabo y visualizan la concentración de alcohol alveolar en tiempo real y el error de medición, en el que la concentración de alcohol alveolar en tiempo real y el error de medición son valores medidos acumulados durante un cierto tiempo de medición y una etapa final que sigue a una imprecisión acumulada que ha alcanzado un mínimo, siendo la imprecisión acumulada una relación entre el error de medición acumulado y la concentración de alcohol alveolar en tiempo real acumulada del alcohol.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha visualización tiene carácter simbólico o numérico y se dirige hacia dicha persona u operador de prueba.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha determinación de alcohol se basa en una propiedad física, en particular la absorción infrarroja y en el que dicho error de medición después de minimizarlo tiene esencialmente un carácter estocástico.
4. Aparato para la determinación de la concentración de alcohol de acuerdo con el método de la reivindicación 1, que comprende al menos
un primer sensor, cuya señal de salida es una función monótona de dicha concentración de alcohol, un segundo sensor, cuya señal de salida es una función monótona de la dilución de dicho aire espirado, por lo que el tiempo de respuesta de dicho primer y segundo sensor no exceden los 0,5 segundos,
una unidad electrónica que incluye un microprocesador, para la ejecución de un programa almacenado en una memoria para procesar dichas señales generadas por dichos sensores, incluido el cálculo del valor de medición, el error de medición y dicha determinación de la concentración de alcohol,
una unidad de presentación para la visualización audiovisual o háptica de dicha determinación, valor de medición en tiempo real durante la medición en curso, en la que el aparato se dispone para realizar un procedimiento por etapas, que incluye una condición de inicio, en la que se activa dicho aparato, seguida de una condición de espera en cuyas señales de sensor correspondientes a dicho valor de medición se controla con respecto a la estabilidad, seguidas subsecuentemente de una condición de medición y cálculo en la que se lleva a cabo y visualiza la concentración de alcohol alveolar en tiempo real y el error de medición, en el que la concentración de alcohol alveolar en tiempo real y el error de medición son valores medidos acumulados durante un cierto tiempo de medición y una condición final que sigue a una imprecisión acumulada que ha alcanzado un mínimo, siendo la imprecisión acumulada una relación entre el error de medición acumulado y la concentración de alcohol alveolar en tiempo real acumulada.
5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho aparato se integra en una carcasa de dimensiones exteriores que no exceden los 120 x 120 x 30 mm, que incluye un dispositivo de apertura controlada de dicha carcasa para recibir dicho aire espirado.
6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende al menos un sensor para la medición de dicha temperatura o velocidad de flujo de dicho aire espirado, por lo que el tiempo de respuesta de dicho sensor no excede los 0,5 segundos.
7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende una celda de medición con una abertura para la recepción de dicho aire espirado, siendo transiluminada dicha celda de medición por radiación infrarroja colimada y medios para el flujo activo.
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