JP2007121048A - 呼気中アルコール測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３０分間に１００人以上の飲酒確認をするバス、タクシーの事業所で、ガス選択性（アルコール以外のガスで誤反応しない）の高い燃料電池型アルコールセンサーを用いる場合、応答時間、センサー寿命、等があって実用化の障害になっていた。
【解決手段】本発明は、燃料電池型アルコールセンサーと半導体アルコールセンサーの２種類のセンサーを用い、通常は半導体センサーで測定し、ある濃度値を超えたところで呼気吸引ポンプを動作させ燃料電池型センサーで測定する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、燃料電池型アルコールセンサを用い呼気中アルコール濃度測定を正確、且つ、短時間に測定する方法である。

現在、バス、タクシー等の出発前の点呼として、半導体アルコールセンサを用いた呼気アルコール測定器を用い、飲酒の有無を確認している。そうした事業所が増える中で、誤判定の少ない燃料電池型アルコールセンサーを希望するようになってきた。

３０分間に１００人以上の飲酒確認をするバス、タクシーの事業所で、ガス選択性（アルコール以外のガスで誤反応しない）の高い燃料電池型アルコールセンサーを用いる場合、下記の問題点があった。

１、ガス応答速度が２０秒以上かかる。・・・半導体センサーの２〜４倍時間がかかる。


２、センサー寿命が極端に短い・・・約１年で交換（半導体センサーの１／５以下）


３、燃料電池型センサーの価格が高い・・・半導体センサーの２０倍以上


４、測定精度を高めるために、呼気ガスをポンプで燃料電池に内部に吸引するのであるが、ここれらのポンプは誤動作（停止）しやすい。その為、測定値”０．０００ｍｇ／Ｌ”と表示してしまうこともあった。



５、他人数測定のとき、前の被験者の高濃度アルコールが検知されたあと、しばらく残気解消時間（次の被験者に影響しない）が必要であった。


これらの問題点を解決しない限り、上記、バス、タクシー事業者には利用してもらえなかった。

この発明の手段は以下の通りである。
請求項１記載の発明は、燃料電池型センサーの弱点である、寿命、応答性の悪さを、半導体センサーでカバーする。つまり、飲酒レベルの低い低濃度の時は燃料電池を使用しないで半導体センサーのみで測定する。大半が飲酒反応を示さない、バス、タクシー事業者の運転手であれば今まで通りのスピード処理で点呼確認が出来る。
仮に、飲酒の違反者レベルの反応が半導体センサーで得られた場合は、高精度で、ガス誤動作（アルコール以外で反応）の少ない高価な燃料電池型センサーで測定する。
これにより、誤動作防止、他人数測定が可能になる。

請求項２記載の発明は、センサー故障があった場合に、サービスコール（機器調査）を発生するしくみで、２個の異なるセンサーでアルコール反応が発生した場合、その測定値が大幅に異なっている場合に表示する。
繰り返し、サービスコールが発生する場合は、何れかのアルコールセンサーに異常があると判定できる。

請求項３の発明は、ガス吸引ポンプが正常に働く時、非常に大きな音を発する。
この音は、吸引開始後、ある一定時間に発生する。この現象を利用して、ポンプの音の大きさとタイミングを拾い、ポンピングが正常か否か判定することが出来た。
当然音が小さいときは、正常でないと判定できる為、マイク音によるセンシングは確実である。

請求項４の発明は、呼気部フィルターに蓄積された高濃度のアルコールガスが、次の飲酒反応のない被験者に影響しない対策である。
結露された水分にアルコールガスが吸収されることから、フィルター自体を４０℃以上に暖めることにより、呼気による結露防止が出来るようにした。
この効果は現実的に電力を消費するが、残気解消時間として数分間待つ事無く測定できるようになった。

本発明により、燃料電池型センサーを使用しながら、３０分間で約１００名以上の運転手の飲酒確認が出来るようになった。
特に、今まで特異体質とされていた方や、内蔵疾患治療薬服用によるアルコール反応（誤反応）等が、皆無になり、さらに、燃料電池型センサーの寿命を約２倍以上のばした。
多くの運転手を抱える事業所でも、１台の検知器で十分点呼が出来きるし、維持管理費も大幅に削減できるようになった。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態の構成図である。呼気中アルコール測定用に内部５、の半導体センサーと１０、の燃料電池型アルコールセンサーの２種類を設けている。
燃料電池型センサーには、呼気を取り込む専用の１、の吸引ポンプが取り付けれレている。
ここでは、大量の呼気が注入されることを前提に、６、の呼気フィルターが装着され、毛ゴミ、ツバ、唾液とうを取り除く。
このフィルターに１８、のヒータが取り付けられ測定後のアルコールガスの残気が、結露した水分に吸収されないように実装した。
フィルターを通過した呼気は、呼気部排出口より排出されると同時に５、の半導体センサーでアルコールガス濃度を測定する。
もし、低濃度のアルコール濃度で許容される場合は、５、の半導体センサーの濃度表示を正として表示される。
逆に、高濃度のアルコール濃度と判定された場合は、１、の吸引ポンプを引いて、１０、の燃料電池型センサー内部に呼気を取り込み正確な測定をする。
ここでえられた発生電圧（発電電圧）をより正確に３、の制御部で演算してアルコール濃度を求め表示する。
通常、バス、タクシーの運転手の飲酒チェックでは、殆どが、アルコール反応が無い為、燃料電池型センサーを消耗することなく、半導体センサーだけで測定が完了する。

以下、さらに具体的な説明をする。

図２は、呼気が注入されてから吸引ポンプが働き、燃料電池型センサーが動作するまでの本発明の説明をする。
図の縦軸は、各呼気センサー半導体センサー、燃料電池型センサーの反応時の電圧を示し、横軸は時間を示す。
まず、呼気が注入されると、１３、の呼気センサー電圧が上昇する。ここで、制御部が上昇検知してからｎ秒経過時の１４、及び１５、の半導体センサーの電圧を検出する。ここで、アルコール濃度の基準値である１６、のポンプ動作判定濃度電圧との比較を行う。
もし、１５、の半導体センサー電圧２レベルであるとすると、ｎ秒経過時電圧は、１２、の測定電圧２であり、１６、の判定電圧よりも低いので、ポンプも引かずに、測定電圧２より求められる濃度表示をする。
逆に、１４、の半導体センサー電圧１の様に、基準値１６、のレベルを超えた１１、の測定電圧１を得た場合は、直ちに１７、のポンプを動作させる。
すると、燃料電池型センサーに吸引された呼気サンプルが、電池内部で反応して８、の燃料電池センサー電圧を発生する。
この波形から、下記、演算でより正確な濃度を測定して表示する。

図３は、実際の本発明の判定部のフローチャートである。
一般的に、呼気中濃度で０．０５０ｍｇ／Ｌ以下ではあるが、ジュース、お菓子等の中にノイズと呼ばれる微量なアルコールが含まれています。
そこで、０．０５０ｍｇ／Ｌ以下を足切値として、表示を０．０００ｍｇ／Ｌに強制”０”表示にします。
判定基準として、０．０３０ｍｇ／Ｌとした場合、大半はフローチャートの様に吸引ポンプを引く事無くひょうじ”０．０００ｍｇ／Ｌ”で測定は終了します。
０．０３０ｍｇ／Ｌを超えた場合は、吸引ポンプが引かれ、燃料電池の電圧測定に進みます。
そこで、０．０５０ｍｇ／Ｌ未満であれば、表示を”０．０５０ｍｇ／Ｌ”にし、それを超過した場合は、測定値通りの表示をします。
また、２種類の異なるセンサーを持っていることから、お互い相互の濃度計算で、±２０％の誤差であれば２種類のセンサーは正常に動作していると判断できる。
もし仮に、±２０以上の誤差を生じていた場合は、何らかのセンサー感度の劣化等が考えれ、”メンテナンスコール”等の表示等も点灯できる。

図４は、ポンプエラーの検出方法を示す。
燃料電池型センサーを駆動するときは必ず、吸引ポンプが引かれる。
万が一、何らかの原因で吸引ポンプが引かれなかった場合、本来”０．３００ｍｇ／Ｌ”の飲酒と判断すべきところが、”０．０００ｍｇ／Ｌ”になってしまう。
つまり、ポンプが吸引されなければ、サンプルの呼気がセンサーに注入されない為に起こる現象で、決して有ってはならないことである。
その対策として、ポンプが引かれたときの音を、マイクで拾う。
その引かれた時の音は、吸引駆動信号より決まった時間の範囲で発生する。
その発生音は金属同士がぶつかる音で、周辺のノイズと区別がきく。
ある規定以上の音量で、図に示すｔ１〜ｔ２の範囲でマイク音があった場合は、ポンプが正常に動作したことを示す。
もし、ｔ１〜ｔ２の間でマイク音が無かった場合は、ポンプエラーと判定し、燃料電池電圧が正常に得られなかったことを示す。

図５は、上記ポンプが正常動作したか否かの判定のフローチャートである。

本実施形態の構成図である。 本実施形態の各センサー応答波形である。 本実施形態の動作概略フローチャートである。 本実施形態のポンプ動作確認波形である。 本実施形態のポンプ異常動作検出フローチャートである。

符号の説明

１ 吸引ポンプ
２ 呼気部排出部
３ 制御回路
４ ヒータケーブル
５ 半導体センサー
６ 呼気フィルタ
７ 呼気部入口
８ 呼気部フィルター用ヒータ
９ ジョイント部
１０ 燃料電池型センサー
１１ 半導体センサーによる測定点電圧１
１２ 半導体センサーによる測定点電圧２
１３ 呼気センサー電圧
１４ 半導体測定電圧１
１５ 半導体測定電圧２
１６ ポンプ動作判定濃度電圧（半導体センサー電圧）
１７ ポンプ動作波形
１８ 燃料電池型センサー電圧
１９ ポンプ動作検知用マイク
２０ ポンプ動作検出用マイク信号

Claims (4)

1. 燃料電池型アルコールセンサーと半導体アルコールセンサーの２種類のセンサーを用い、短時間でより多くの運転手の飲酒の判断をより正確に測定する。
   具体的には、呼気センサーが反応してからある一定時間後の半導体センサーの反応電圧を測定する。その時、仮に、０．０５０ｍｇ／Ｌ以上と測定された時、その時点で、燃料電池型アルコールセンサー用の吸引ポンプを駆動させる。吸引後は、燃料電池の発電電圧を正規の濃度電圧として利用する。
   これにより、約１００人くらいの運転手の飲酒確認の場合、燃料電池が働く回数は数回程度以下に抑えられ、高価で寿命の短い燃料電池の劣化に役立つ。
   また、１人あたりのガス測定測定時間は、殆ど半導体センサーによる測定の為、数人／分の処理も維持される。
   また、今まで、特異体質や、内蔵疾患用の薬服用による誤動作（アルコール以外の反応）もなくなった。
   
   
2. 燃料電池型センサーと半導体ガスセンサーの両方が反応した時、相互のガス濃度が例えば±２０％を超える場合は、サービスコールとして表示する。
   これにより、片方のセンサーが劣化したことも判明する。ただし、どちらのセンサーが劣化しているかは特定出来ない。
   
   
3. 燃料電池に吸引するポンプが動作しなかったときに、ポンプエラーとなるポンプセンサーを設けた。
   具体的には、吸引時に発生するポンプ音をマイクで拾う。
   駆動時間からある一定の時間内にポンプ音が検出されれば正常動作であり、その時間内にポンプ音が無い、あるいはポンプ音が小さいときは、ポンプエラーとする。
   ポンプエラー時は、たとえ燃料電池でアルコール発電があったとしても、測定値は無効としてサービスコール表示をする。
   
   
4. 多数の呼気測定をする為に、取り外し可能な呼気フィルターを設け、フィルター自体を４０℃以上に暖めるヒータを設けた。
   フィルター自体は、毛ゴミ、ツバ、唾液がセンサーに入り込まない対策であるが、ヒータをもうけることにより直前の被験者の高濃度のアルコール検出があった場合でも、その残気の影響なく次の被験者が測定可能になった。
   アルコールの残気は、フィルター内部の結露等の液体に直ちに吸収され、いつまでもアルコールガスを発生する。
   ４０℃以上にフィルターが暖められると、約３０℃、９５％湿度の呼気が入り込んでも結露せず、乾いた呼気ガスとして測定器の外部に排出される。
   その為、ある程度のアルコールガスがフィルター内部に入った時でも、次の被験者（アルコール含まない呼気）の呼気で、約２秒後には全て排出される。
   もし、半導体センサーが反応したとしても、２秒後以降のポンプ駆動であれば、測定数値として現れない。
   
   
   

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