JP2013246007A - Exhalation sensor and alcohol concentration measuring device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吹き込まれた被検ガスが人間の呼気であるか否かを判別するための流量・温湿度センサ、及びそれを用いて飲酒運転防止を図ることができるアルコール濃度測定装置に関する。 The present invention relates to a flow rate / temperature / humidity sensor for discriminating whether or not a test gas blown is human breath, and an alcohol concentration measuring apparatus capable of preventing drunk driving using the sensor.
自動車の運転については、法規制の強化にもかかわらず、飲酒運転に起因する事故が後を絶たない。このため、運転者の状態をテストし、運転に不適当な状態と判断された場合は自動車の運行を禁止する飲酒運転防止装置が望まれている。既に、一部の国や地域では、違反者を対象に飲酒運転防止装置を設置することが義務付けられている。
飲酒運転防止装置として、直接吹き込まれた運転者の呼気を採取し、呼気に含まれるアルコール濃度を測定するもの(例えば、特許文献1を参照。)や、運転者の呼気を使用しないで、人体の皮膚から発せられる汗中のアルコール濃度を検出するもの(例えば、特許文献2を参照。)等、種々の形態の飲酒運転防止装置が知られており、既に実用に供されているものもある。
これら各種の飲酒運転防止装置のうち、最も代表的な形態は、運転者により直接吹き込まれた呼気中に含まれるアルコール濃度を測定するものである。このような呼気中のアルコール濃度を測定する飲酒運転防止装置においては、呼気中のアルコール濃度の測定精度のみならず、その測定が適正に行われているか否かを検知することが重要である。呼気中のアルコール濃度の正確な測定を阻害する不正手段として、測定に当たって飲酒運転防止装置に人間の呼気を直接吹き込むのではなく、飲酒前に風船等に保存しておいた呼気を導入したり、ポンプによって外気を吹き込んだり、吸着フィルタを介して呼気を吹き込んだりすること等が行われるからである。
このため、飲酒運転防止装置に導入された被検ガスが直接吹き込まれた人間の呼気であるか否かを判別し、然る後にその被検ガス中のアルコール濃度を測定する方法も採用されている。多くの場合、不正手段により飲酒運転防止装置中に導入された被検ガスの温度や湿度が、通常の人間の呼気とは異なる。そこで、飲酒運転防止装置に吹込まれた被検ガスの温度や湿度等を測定することによって、不正な試験であることを検知することも可能になっている(例えば、特許文献3を参照。)。
また、直接吹込み式の飲酒運転防止装置については、欧州規格EN50436−01(非特許文献1を参照。)が定められており、その規格中では、吹込まれた被検ガスの量を検知すること、及び飲酒運転防止装置側で検知すべき不正手段が規定されている。それらの検知機能は、流量センサ又は圧力センサと、湿度センサを備えることによって実現することができる。
なお、熱伝導水素センサにおいて気体中の水蒸気濃度すなわち湿度を求める技術が知られている(非特許文献2を参照。)
As for driving cars, despite the stricter regulations, accidents caused by drunk driving are unending. For this reason, a drunk driving prevention device that tests the driver's condition and prohibits the operation of the automobile when it is determined to be inappropriate for driving is desired. Already, in some countries and regions, drunk driving prevention devices are required for violators.
As a drunk driving prevention device, it is possible to collect a breath of a driver that is directly blown and measure an alcohol concentration contained in the breath (for example, refer to Patent Document 1) or a human body without using a driver's breath. Various forms of drunk driving prevention devices are known, such as those that detect the alcohol concentration in sweat emanating from the skin (see, for example, Patent Document 2), and some are already in practical use. .
Among these various drunk driving prevention devices, the most representative form is to measure the concentration of alcohol contained in exhaled breath directly blown by the driver. In such a drunk driving prevention device that measures the alcohol concentration in exhaled breath, it is important to detect not only the measurement accuracy of the alcohol concentration in the exhaled breath but also whether or not the measurement is properly performed. As a fraudulent measure that hinders accurate measurement of alcohol concentration in exhaled breath, instead of blowing human breath directly into the drunk driving prevention device during measurement, introducing exhaled breath stored in balloons etc. before drinking, This is because the outside air is blown by the pump or the breath is blown through the adsorption filter.
For this reason, a method of determining whether or not the test gas introduced into the drunk driving prevention device is a breath of human being blown directly and then measuring the alcohol concentration in the test gas is also adopted. Yes. In many cases, the temperature and humidity of the test gas introduced into the drunk driving prevention apparatus by unauthorized means are different from those of normal human breath. Therefore, it is possible to detect an unauthorized test by measuring the temperature, humidity, and the like of the test gas blown into the drunk driving prevention device (see, for example, Patent Document 3). .
In addition, the European standard EN50436-01 (see Non-Patent Document 1) is defined for the direct blow-type drunk driving prevention device, and the amount of the gas to be blown in is detected in the standard. And illegal means to be detected on the drunk driving prevention device side are defined. These detection functions can be realized by providing a flow sensor or a pressure sensor and a humidity sensor.
In addition, the technique which calculates | requires the water vapor | steam density | concentration, ie, humidity, in gas in a heat conduction hydrogen sensor is known (refer nonpatent literature 2).
前記のとおり、直接吹き込まれた呼気に含まれるアルコール(エタノール)濃度を測定するアルコール濃度測定装置においては、呼気中のアルコール濃度を正確に測定するだけではなく、導入された被検ガスが直接吹き込まれた人間の呼気であるか否かを判別し、不正手段を防止することが必要である。アルコール検知の偽装を防止するために、例えば特許文献3に開示されているアルコール検知器においては、呼気及び吸気の通路中に備えた温度センサ、湿度センサにより温度・湿度を計測すると共に、風力センサにより検出される空気の流れが人間のパターンと判断された場合には、アルコールセンサによる検知結果を有効化するようにしている。
しかし、前記アルコール検知器等の従来技術においては、人間の呼気であるかを判別するために温度センサ・湿度センサ、風力センサ等、被検ガスの流路中に複数のセンサを配設しなければならなかった。このため、必要なセンサを構成するための部品数が多くなり、センサを配設するための構造も複雑になるという問題があった。また、不正手段を検知するために、例えば呼気と吸気とを求めたりするのは被検者にとって煩雑であり、人間の呼気であるか否かの判定方法も複雑であった。
飲酒運転防止等のために使用される直接吹込み式のアルコール濃度測定装置では、前記のとおり、吹込まれた被検ガスの流量及び湿度が重要な指標となる。このため、少ない部品数で構成することができ、小型化・高信頼化を図ることができる流量・温湿度センサが求められている。そして、そのような流量・温湿度センサを用いることにより、被検者(運転者)に煩雑な動作を要求することなく流量及び温湿度を測定し、人間の呼気であるか否かを簡単に判別することができるアルコール濃度測定装置が求められている。
As described above, in the alcohol concentration measuring apparatus for measuring the alcohol (ethanol) concentration contained in the exhaled breath directly, not only the alcohol concentration in the exhalation is accurately measured, but also the introduced test gas is directly injected. It is necessary to discriminate whether or not it is a human exhaled breath and to prevent unauthorized means. In order to prevent impersonation of alcohol detection, for example, in an alcohol detector disclosed in Patent Document 3, temperature and humidity are measured by a temperature sensor and a humidity sensor provided in a passage for exhalation and inspiration, and a wind sensor When it is determined that the air flow detected by the above is a human pattern, the detection result by the alcohol sensor is validated.
However, in the prior art such as the alcohol detector, a plurality of sensors such as a temperature sensor / humidity sensor, wind sensor, etc. must be provided in the flow path of the test gas in order to determine whether the breath is human. I had to. For this reason, there are problems that the number of parts for configuring the necessary sensor is increased and the structure for arranging the sensor is complicated. In addition, in order to detect fraudulent means, for example, obtaining exhalation and inhalation is complicated for the subject, and the method for determining whether or not it is human exhalation is also complicated.
In the direct-injection type alcohol concentration measurement device used for preventing drunk driving and the like, as described above, the flow rate and humidity of the injected test gas are important indicators. Therefore, there is a need for a flow rate / temperature / humidity sensor that can be configured with a small number of parts and can be downsized and highly reliable. By using such a flow rate / temperature / humidity sensor, the flow rate and temperature / humidity can be measured without requiring complicated operation of the subject (driver), and whether or not it is human breath can be easily determined. There is a need for an alcohol concentration measuring device that can be discriminated.
本発明は、前記現状に鑑みてなされたもので、単一素子で構成可能なセンサにより被検ガスの流量及び湿度を測定し、その測定値から呼気中のアルコール検査が適正に行われているか否かを判断することができる呼気センサ、及びそれを用いて飲酒運転防止を図ることができるアルコール濃度測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and the flow rate and humidity of the test gas are measured by a sensor that can be configured by a single element, and whether the alcohol test in the breath is properly performed from the measured values. It is an object of the present invention to provide an expiration sensor capable of determining whether or not, and an alcohol concentration measurement apparatus capable of preventing drunk driving using the sensor.
本発明は以下のとおりである。
1.直接吹き込まれる呼気に含まれたアルコール濃度を測定するアルコール濃度測定装置に用いる呼気センサであって、1つの半導体基板に設けられ、被検ガスの流路中に設置される第1感温抵抗体及び第2感温抵抗体と、前記第1感温抵抗体を所定の第1温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第1温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第1回路と、前記第1感温抵抗体を前記第1温度とは異なる所定の第2温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第2温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第2回路と、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度の前記第2感温抵抗体の抵抗値に対応する電気量を出力する第3回路と、前記第1感温抵抗体の温度を、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度の前記第2感温抵抗体に対して所定温度だけ高い第4温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第4温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第4回路と、を備え、前記第1回路、前記第2回路及び前記第4回路は、1つのブリッジ回路の構成をスイッチ手段により切替えることによって構成されることを特徴とする呼気センサ。
2.前記第1回路、前記第2回路及び前記第4回路のうちの少なくとも1つの出力により前記流路を流れる前記被検ガスの流量を測定する流量測定手段と、前記被検ガスの流れが停止された後に、前記第1回路と前記第2回路とを切替えてその各出力により前記流路中に残留する前記被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、を備える前記1.記載の呼気センサ。
3.前記第1感温抵抗体及び前記第2感温抵抗体は、それぞれ前記半導体基板の一部が除去された基板除去部を覆い且つ自立する絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成されている前記1.又は2.に記載の呼気センサ。
4.前記第1感温抵抗体は、前記第2感温抵抗体に対して前記流路中の下流側に配設される前記1.乃至3.のうちのいずれかに記載の呼気センサ。
5.前記2.乃至4.のうちのいずれかに記載の呼気センサを備えるアルコール濃度測定装置であって、前記流量測定手段は、更に、所定範囲の流量の前記被検ガスが所定時間連続して流れたことを検知したときは適正流量と判定し、前記湿度測定手段は、更に、前記湿度対応値が所定範囲である場合には適正湿度と判定し、呼気の吹込みを促した後に、前記流量測定手段により前記被検ガスの流量を測定して前記適正流量と判定された場合には前記吹込みの停止を促し、前記吹込みが停止された後に、前記湿度測定手段により前記被検ガスの湿度対応値を算出して前記適正湿度と判定された場合には、前記流路から導入された前記被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするセンサ制御手段を備えることを特徴とするアルコール濃度測定装置。
6.直接吹き込まれる呼気に含まれたアルコール濃度を測定するアルコール濃度測定装置に用いる呼気センサであって、1つの半導体基板に設けられ、被検ガスの流路中に設置された、1又は2以上の第1感温抵抗体、及び1又は2以上の第2感温抵抗体と、いずれかの前記第1感温抵抗体を所定の第1温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第1温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第1回路と、いずれかの前記第1感温抵抗体を前記第1温度とは異なる所定の第2温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第2温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第2回路と、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度とされたいずれかの前記第2感温抵抗体の抵抗値に対応する電気量を出力する第3回路と、いずれかの前記第1感温抵抗体の温度を、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度とされたいずれかの前記第2感温抵抗体に対して所定温度だけ高い第4温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第4温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第4回路と、を備えることを特徴とする呼気センサ。
7.前記第1回路、前記第2回路及び前記第4回路のうちの少なくとも1つの出力により前記流路を流れる前記被検ガスの流量を測定する流量測定手段と、前記被検ガスの流れが停止された後に、前記第1回路及び前記第2回路の各出力により前記流路中に残留する前記被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、を備える前記6.記載の呼気センサ。
8.前記第1感温抵抗体及び前記第2感温抵抗体は、前記半導体基板の一部が除去された基板除去部を覆い且つ自立する絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成されている前記6.又は7.に記載の呼気センサ。
9.2以上の前記第1感温抵抗体は、1群の抵抗体として前記流路中の前記被検ガスの流れに対して垂直方向に且つ相互に離隔して配設され、前記第2感温抵抗体は、前記1群の抵抗体に対して前記流路中の流れの上流側に配設される前記6.乃至8.のうちのいずれかに記載の呼気センサ。
10.前記7.乃至9.のうちのいずれかに記載の呼気センサを備えるアルコール濃度測定装置であって、前記流量測定手段は、更に、所定範囲の流量の前記被検ガスが所定時間連続して流れたことを検知したときは適正流量と判定し、前記湿度測定手段は、更に、前記湿度対応値が所定範囲である場合には適正湿度と判定し、呼気の吹込みを促した後に、前記流量測定手段により前記被検ガスの流量を測定して前記適正流量と判定された場合には前記吹込みの停止を促し、前記吹込みが停止された後に、前記湿度測定手段により前記被検ガスの湿度対応値を算出して前記適正湿度と判定された場合には、前記流路から導入された前記被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするセンサ制御手段を備えることを特徴とするアルコール濃度測定装置。
The present invention is as follows.
1. An exhalation sensor used in an alcohol concentration measuring apparatus for measuring an alcohol concentration contained in exhaled breath that is directly blown, provided on one semiconductor substrate and installed in a flow path of a test gas And the second temperature sensitive resistor and the amount of electricity corresponding to the power consumption for controlling the first temperature sensitive resistor to a predetermined first temperature and maintaining the first temperature sensitive resistor at the first temperature. A first circuit for outputting the first temperature sensing element, and a consumption for controlling the first temperature sensing resistor to a predetermined second temperature different from the first temperature and maintaining the first temperature sensing resistor at the second temperature. A second circuit for outputting an amount of electricity corresponding to electric power; and a third circuit for outputting an amount of electricity corresponding to a resistance value of the second temperature sensing resistor having substantially the same temperature as the temperature of the test gas in the flow path. The temperature of the circuit and the first temperature sensing resistor is substantially the same as the temperature of the test gas in the flow path. The fourth temperature is controlled to a fourth temperature which is higher than the second temperature sensitive resistor by a predetermined temperature, and outputs an amount of electricity corresponding to the power consumption for maintaining the first temperature sensitive resistor at the fourth temperature. A breath sensor, wherein the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit are configured by switching a configuration of one bridge circuit by a switch unit.
2. Flow rate measuring means for measuring the flow rate of the test gas flowing through the flow path by the output of at least one of the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit, and the flow of the test gas are stopped. And a humidity measuring means for switching the first circuit and the second circuit and calculating a humidity corresponding value corresponding to the humidity of the gas to be detected remaining in the flow path by respective outputs thereof. 1. The breath sensor described.
3. The first temperature-sensitive resistor and the second temperature-sensitive resistor are each formed on the surface or inside of an insulating thin film member that covers a substrate removal portion from which a part of the semiconductor substrate has been removed and is self-supporting. . Or 2. An exhalation sensor as described in 1.
4). The first temperature sensitive resistor is disposed on the downstream side in the flow path with respect to the second temperature sensitive resistor. To 3. The breath sensor according to any one of the above.
5. 2. To 4. An alcohol concentration measurement apparatus comprising the breath sensor according to any one of the above, wherein the flow rate measuring unit further detects that the gas to be detected having a flow rate in a predetermined range continuously flows for a predetermined time Is determined to be an appropriate flow rate, and the humidity measuring means further determines that the humidity is appropriate when the humidity-corresponding value is within a predetermined range. When the flow rate of the gas is measured and determined to be the appropriate flow rate, the stop of the blowing is urged, and after the blowing is stopped, the humidity measuring value of the test gas is calculated by the humidity measuring means. And an alcohol concentration measuring device comprising sensor control means for enabling measurement of the alcohol concentration of the test gas introduced from the flow path when it is determined that the humidity is appropriate.
6). An exhalation sensor used in an alcohol concentration measurement device that measures an alcohol concentration contained in exhaled breath directly, and is provided on one semiconductor substrate and installed in a flow path of a test gas. A first temperature sensing resistor, one or more second temperature sensing resistors, and any one of the first temperature sensing resistors is controlled to a predetermined first temperature, and the first temperature sensing resistor is A first circuit that outputs an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature, and controlling any one of the first temperature sensitive resistors to a predetermined second temperature different from the first temperature; And a second circuit that outputs an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature sensing resistor at the second temperature, and a temperature substantially equal to the temperature of the test gas in the flow path. A third circuit for outputting an amount of electricity corresponding to a resistance value of any one of the second temperature sensitive resistors; The temperature of the first temperature sensitive resistor is higher by a predetermined temperature than any one of the second temperature sensitive resistors set to be substantially the same as the temperature of the test gas in the flow path. And a fourth circuit that outputs a quantity of electricity corresponding to power consumption for controlling the temperature and maintaining the first temperature sensitive resistor at the fourth temperature.
7). Flow rate measuring means for measuring the flow rate of the test gas flowing through the flow path by the output of at least one of the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit, and the flow of the test gas are stopped. And a humidity measuring means for calculating a humidity-corresponding value corresponding to the humidity of the test gas remaining in the flow path based on the outputs of the first circuit and the second circuit. The breath sensor described.
8). 5. The first temperature sensitive resistor and the second temperature sensitive resistor are formed on the surface or inside of an insulating thin film member that covers and removes the substrate removal portion from which the semiconductor substrate is partially removed. Or 7. An exhalation sensor as described in 1.
9.2 or more of the first temperature sensitive resistors are disposed as a group of resistors in a direction perpendicular to the flow of the test gas in the flow path and spaced apart from each other, The temperature sensitive resistor is disposed on the upstream side of the flow in the flow path with respect to the group of resistors. To 8. The breath sensor according to any one of the above.
10. Said 7. Thru 9. An alcohol concentration measurement apparatus comprising the breath sensor according to any one of the above, wherein the flow rate measuring unit further detects that the gas to be detected having a flow rate in a predetermined range continuously flows for a predetermined time Is determined to be an appropriate flow rate, and the humidity measuring means further determines that the humidity is appropriate when the humidity-corresponding value is within a predetermined range. When the flow rate of the gas is measured and determined to be the appropriate flow rate, the stop of the blowing is urged, and after the blowing is stopped, the humidity measuring value of the test gas is calculated by the humidity measuring means. And an alcohol concentration measuring device comprising sensor control means for enabling measurement of the alcohol concentration of the test gas introduced from the flow path when it is determined that the humidity is appropriate.
本発明の呼気センサによれば、第1感温抵抗体及び第2感温抵抗体を1つの半導体基板に設けて被検ガスの流路中に設置すればよいため、単一の素子により検出部を構成することができ、従来に比べてセンサの部品点数を減らし、小型化、高信頼化が可能になる。そして、第1回路、第2回路、第3回路及び第4回路を備え、そのうち第1回路、第2回路及び第4回路は、1つのブリッジ回路の構成をスイッチ手段により切替えることによって構成されるため、極めて簡単で少ない部品数の計測回路により、被検ガスの流量及び温湿度の測定を行うことが可能になる。
本呼気センサを自動車の飲酒運転防止装置に適用すれば、運転開始に際して、アルコール検査に対する不正手段を検知し、適正な検査により測定したアルコール濃度が規定値以下の場合はエンジンの始動を許可し、不正手段を用いた場合や規定値を超える場合にはエンジンの始動を禁止するように制御することが可能になる。
According to the breath sensor of the present invention, the first temperature sensing resistor and the second temperature sensing resistor may be provided on one semiconductor substrate and installed in the flow path of the test gas. The number of parts of the sensor can be reduced compared to the conventional case, and the size and the reliability can be improved. The first circuit, the second circuit, the third circuit, and the fourth circuit are provided, and the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit are configured by switching the configuration of one bridge circuit by the switch unit. Therefore, it is possible to measure the flow rate and temperature / humidity of the test gas with a very simple measurement circuit with a small number of parts.
If this breath sensor is applied to a drunk driving prevention device for automobiles, it will detect fraudulent means for alcohol testing at the start of driving, and if the alcohol concentration measured by proper testing is below a specified value, it will allow the engine to start, When unauthorized means are used or when a specified value is exceeded, it is possible to perform control so as to prohibit engine start.
前記第1回路、前記第2回路及び前記第4回路のうちの少なくとも1つの出力により被検ガスの流量を測定する流量測定手段と、被検ガスの流れが停止された後に、第1回路と第2回路とを切替えて、その各出力により流路中に残留する被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、を備える場合には、1回の呼気の吹込みに対する一連の制御及び測定によって、その呼気の流量と湿度とを算出することができる。 A flow rate measuring means for measuring a flow rate of the test gas by an output of at least one of the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit, and the first circuit after the flow of the test gas is stopped, In the case of comprising a humidity measuring means for switching to the second circuit and calculating a humidity corresponding value corresponding to the humidity of the test gas remaining in the flow path by each output thereof, one breath is blown The exhalation flow rate and humidity can be calculated by a series of controls and measurements on.
前記第1感温抵抗体及び前記第2感温抵抗体が、それぞれ前記半導体基板の一部が除去された基板除去部を覆い且つ自立する絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成されている場合には、検出部(感温抵抗体部)の熱容量を低減させ、感温抵抗体を発熱させるための消費電力を低減すると共に、速やかに感温抵抗体の温度を変化させることができる。
また、前記第1感温抵抗体は、前記第2感温抵抗体に対して前記流路中の下流側に配設される場合には、第2感温抵抗体の温度が第1感温抵抗体の発熱の影響を受けないようにし、流量及び湿度の測定を正確にすることができる。
When the first temperature sensitive resistor and the second temperature sensitive resistor are respectively formed on the surface or inside of an insulating thin film member that covers and removes the substrate removal portion from which the semiconductor substrate is partially removed. Can reduce the heat capacity of the detection part (temperature-sensitive resistor part), reduce the power consumption for heating the temperature-sensitive resistor, and can change the temperature of the temperature-sensitive resistor quickly.
Further, when the first temperature sensing resistor is disposed downstream of the second temperature sensing resistor in the flow path, the temperature of the second temperature sensing resistor is the first temperature sensing. The flow rate and humidity can be accurately measured without being affected by the heat generated by the resistor.
いずれかの前記呼気センサを備えるアルコール濃度測定装置であって、呼気の吹込みを促した後に、流量測定手段により被検ガスの流量を測定して適正流量と判定された場合には吹込みの停止を促し、吹込みが停止された後に、湿度測定手段により被検ガスの湿度対応値を算出して適正湿度と判定された場合には、前記流路から導入された被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするセンサ制御手段を備えるアルコール濃度測定装置によれば、単一素子として形成された感温抵抗体を用いるだけで、しかも呼気が1回吹込まれるだけで、その流量及び湿度により人間の呼気であるかどうかを判定することができる。これにより、不正手段を検知して、人間の呼気に対する正確なアルコール濃度の測定が可能になる。 An alcohol concentration measurement device comprising any one of the above breath sensors, wherein after the breath is urged to be blown, the flow rate of the test gas is measured by the flow rate measuring means and the flow rate is determined to be appropriate. After the stop is urged and the blowing is stopped, the humidity measurement value is calculated by the humidity measuring means, and if the humidity is determined to be appropriate, the alcohol concentration of the test gas introduced from the flow path is determined. According to the alcohol concentration measuring apparatus provided with the sensor control means that enables the measurement of the flow rate, the humidity and flow rate and humidity can be obtained only by using a temperature-sensitive resistor formed as a single element, and only by breathing in once. Thus, it is possible to determine whether or not the breath is human. This makes it possible to detect fraudulent means and accurately measure alcohol concentration relative to human breath.
1つの半導体基板に設けられ、被検ガスの流路中に設置された、1又は2以上の第1感温抵抗体及び1又は2以上の第2感温抵抗体と、第1乃至第4回路と、を備える呼気センサによれば、複数の感温抵抗体を1つの半導体基板に設けて被検ガスの流路中に設置すればよいため、単一の素子により検出部を構成することができ、従来に比べてセンサの部品点数を減らし、小型化、高信頼化が可能になる。そして、第1乃至第4回路のそれぞれに接続される感温抵抗体を別個に備えれば、第1乃至第4回路を切り替えることなく、極めて簡単な構成及び制御により、被検ガスの測定を行うことができる。 One or two or more first temperature sensitive resistors and one or two or more second temperature sensitive resistors provided in one semiconductor substrate and installed in a flow path of a test gas, and first to fourth According to the breath sensor comprising a circuit, a plurality of temperature sensitive resistors may be provided on a single semiconductor substrate and installed in the flow path of the test gas, so that the detection unit is configured by a single element. Therefore, the number of parts of the sensor can be reduced compared to the conventional one, and the size and the reliability can be improved. If a temperature sensitive resistor connected to each of the first to fourth circuits is provided separately, the measurement of the test gas can be performed with a very simple configuration and control without switching the first to fourth circuits. It can be carried out.
流量測定手段及び湿度測定手段を備える場合には、1回の呼気の吹込みに対する一連の制御及び測定によって、その呼気の流量と湿度とを算出することができる。 In the case where the flow rate measuring means and the humidity measuring means are provided, the flow rate and humidity of the exhaled breath can be calculated by a series of control and measurement for one breath.
前記第1感温抵抗体及び前記第2感温抵抗体は、前記半導体基板の一部が除去された基板除去部を覆い且つ自立する絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成されている場合には、検出部(感温抵抗体部)の熱容量を低減させ、感温抵抗体を発熱させるための消費電力を低減すると共に、速やかに感温抵抗体の温度を変化させることができる。
また、2以上の前記第1感温抵抗体は、1群の抵抗体として前記流路中の被検ガスの流れに対して垂直方向に且つ相互に離隔して配設され、前記第2感温抵抗体は、前記1群の抵抗体に対して流路中の流れの上流側に配設される場合には、第1感温抵抗体が相互に及ぼす発熱の影響を抑制すると共に、第2感温抵抗体の温度が前記1群の抵抗体の発熱の影響を受けないようにし、流量及び湿度の測定を正確にすることができる。
When the first temperature-sensitive resistor and the second temperature-sensitive resistor are formed on the surface or inside of an insulating thin film member that covers and removes the substrate removal portion from which a part of the semiconductor substrate has been removed. It is possible to reduce the heat capacity of the detection part (temperature-sensitive resistor part), reduce the power consumption for heating the temperature-sensitive resistor, and change the temperature of the temperature-sensitive resistor quickly.
The two or more first temperature sensitive resistors are arranged as a group of resistors in a direction perpendicular to the flow of the test gas in the flow path and spaced apart from each other. When the temperature resistor is disposed on the upstream side of the flow in the flow path with respect to the group of resistors, the temperature resistor suppresses the influence of heat generated by the first temperature resistor and 2. The temperature of the temperature sensitive resistor can be prevented from being affected by the heat generated by the first group of resistors, and the flow rate and humidity can be accurately measured.
いずれかの前記呼気センサを備えるアルコール濃度測定装置によれば、単一素子として形成された感温抵抗体を用いるだけで、しかも呼気が1回吹込まれるだけで、その流量及び湿度により人間の呼気であるかどうかを判定することができる。これにより、不正手段を検知して、人間の呼気に対する正確なアルコール濃度の測定が可能になる。 According to the alcohol concentration measuring apparatus including any one of the above breath sensors, a temperature sensing resistor formed as a single element is used, and only one breath is blown, and the flow rate and humidity of the human make a human breath. Whether or not exhalation can be determined. This makes it possible to detect fraudulent means and accurately measure alcohol concentration relative to human breath.
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述によって更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
以下、図1〜20を参照しながら本発明の呼気センサ及びアルコール濃度測定装置を詳しく説明する。
本発明の呼気センサは、人に直接呼気を吹き込ませ、その呼気に含まれたアルコール濃度を測定するアルコール濃度測定装置に用いられる。このアルコール濃度測定装置は、例えば、自動車に設置される飲酒運転防止装置として使用することができる。
図1は、本呼気センサを備えるアルコール濃度測定装置の概略構成を模式的に表わしている。アルコール濃度測定装置100は、図において左側から吹き込まれた呼気112の流路111を形成する主流管110、及びアルコール濃度測定部120を備える。本例では、アルコール濃度測定部120の入口側は導入管121を介して主流管110と接続されており、出口側は排気管122を介してポンプ123と接続されている。このポンプ123により、流路111を流れる呼気(「被検ガス」という。)の一部がアルコール濃度測定部120に導入される。
Hereinafter, the breath sensor and the alcohol concentration measurement device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The breath sensor of the present invention is used in an alcohol concentration measuring apparatus that directly breathes into a person and measures the concentration of alcohol contained in the breath. This alcohol concentration measuring device can be used as, for example, a drunk driving prevention device installed in an automobile.
FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of an alcohol concentration measuring apparatus including the breath sensor. The alcohol
主流管110の管壁の内側には、被検ガスの流量及び温湿度を測定するための呼気センサの検出部114(2)が露出するように設置される。通常、人の呼気の吹き込み方には違いがあるため、吹き込み方によって検査部114を用いた被検ガスの測定が影響を受ける。この影響を軽減するため、本例では主流管110の内壁に狭窄部116を設けているが、これに限らず、金網や樹脂製のフィルタ等を設けることによって被検ガスの流れを是正するようにしてもよい。また、本例では、主流管110の管壁にヒータ115を設けることによって、呼気センサの使用前の結露や凍結を除去し、また呼気による結露を防止すると共に、被検ガスの温度を一定に保つようにしている。
Inside the pipe wall of the
(呼気センサ及びアルコール濃度測定装置の構成)
本呼気センサは、少なくとも、1又は2以上の感温抵抗体を設けた検出部を、被検ガスの流路111中に設置して構成される。図2に、2つの感温抵抗体を用いた呼気センサ1を中心とした、アルコール濃度測定装置の構成を表わす。呼気センサ1は、1つの半導体基板に第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32を設けた検出部2と、各感温抵抗体と接続されて少なくとも被検ガスの流量及び湿度を計測するための計測回路4と、を備える。計測回路4は、制御部5に接続することができる。
(Configuration of breath sensor and alcohol concentration measuring device)
This breath sensor is configured by installing at least a detection unit provided with one or two or more temperature sensitive resistors in a
第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、自身の温度変化に伴って抵抗値が変化する感温抵抗体である。第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、それぞれ1つ又は2以上とすることができ、計測回路の構成に応じて適宜の数を備えるようにすればよい。
各感温抵抗体の材料は特に制限されないが、抵抗の温度係数(TCR)が一定で、且つ抵抗値が扱い易い値である白金(Pt)が好適である。各感温抵抗体は、1つの半導体基板に薄膜抵抗として形成することができる。また、各感温抵抗体は、半導体基板に形成された欠損部を覆う自立する絶縁薄膜部材の表面、又は絶縁薄膜部材に埋設されて設けられることが好ましい。
発熱させて使用する第1感温抵抗体31は比較的低抵抗(例えば、100Ω〜200Ω程度)、発熱させないように使用する第2感温抵抗体32は比較的高抵抗(例えば、3kΩ〜10kΩ程度)とすることができる。
The first temperature-
The material of each temperature-sensitive resistor is not particularly limited, but platinum (Pt) having a constant resistance temperature coefficient (TCR) and a resistance value that is easy to handle is preferable. Each temperature sensitive resistor can be formed as a thin film resistor on one semiconductor substrate. Moreover, it is preferable that each temperature sensitive resistor is provided by being embedded in the surface of a self-supporting insulating thin film member that covers the defect formed in the semiconductor substrate, or in the insulating thin film member.
The first temperature
また、流路111中の通常(順方向)の被検ガスの流れ112において、第1感温抵抗体31は第2感温抵抗体32の下流側に配設される。第1感温抵抗体として2以上の感温抵抗体を備える場合には、それぞれの感温抵抗体の上空を通過した雰囲気は、他のいずれの感温抵抗体の上空も通過しないように設置される。すなわち、この場合、2以上の第1感温抵抗体は、1群の抵抗体として流路中の被検ガスの流れ112に対して垂直方向に且つ相互に離隔して配設され、第2感温抵抗体は、前記1群の抵抗体に対して流路中の流れ112の上流側に配設される。
Further, in the normal (forward direction) flow 112 of the test gas in the
計測回路4には、第1回路41、第2回路42、第3回路43及び第4回路44の4つの電子回路を備える。
第1回路41は、第1感温抵抗体31を所定の第1温度(T1)に制御し、且つ該第1感温抵抗体31を該第1温度T1に保つための消費電力(P1)に対応する電気量E1を出力するブリッジ回路として構成される。第1温度T1はブリッジ回路の設計により定めることができる(例えば、200℃)。
第2回路42は、第1感温抵抗体31を前記第1温度T1とは異なる所定の第2温度(T2)に制御し、且つ該第1感温抵抗体31を該第2温度T2に保つための消費電力(P2)に対応する電気量E2を出力するブリッジ回路として構成される。第2温度T2はブリッジ回路の設計により定めることができる(例えば、300℃)。
第3回路43は、流路111中の被検ガスの温度(T3)と略同一温度の第2感温抵抗体32の抵抗値に対応する電気量E3を出力するように構成される。すなわち、第3回路43は被検ガスの温度計測のための回路であり、公知の回路を利用することができる。
第4回路44は、第1感温抵抗体31の温度を、流路111中の被検ガスの温度T3と略同一温度の第2感温抵抗体32に対して所定温度(ΔT4)だけ高い第4温度(T4)に制御し、且つ該第1感温抵抗体31を該第4温度T4に保つための消費電力(P4)に対応する電気量E4を出力するブリッジ回路として構成される。所定温度ΔT4はブリッジ回路の設計により定めることができる(例えば、200〜300℃)。
The
The
The
The
The
各回路の前記出力E1〜E4は、制御部5と接続されている。出力E1〜E4は、それぞれの前記消費電力又は前記抵抗値に対応する電気量であればよく、電圧、電流、電力のいずれの出力形式であってもよい。以下の説明及び回路図においては、出力E1〜E4として電圧の値を用いるものとする。
The outputs E1 to E4 of each circuit are connected to the
前記第1回路41、第2回路42及び第4回路44は、1つのブリッジ回路の構成をスイッチ回路45により切り替えることによって構成されるようにすることができる。このため、計測回路4に任意のスイッチ素子を用いたスイッチ回路45を備え、例えば、そのスイッチ回路45と制御部5に備えられるプログラムとによって、スイッチ手段を構成することができる。スイッチ素子の数やスイッチ回路45の構成は、第1乃至第4回路の構成に応じて適宜とすることができる。
The
各前記回路の出力E1〜E4は、制御部5によって読み取るように構成することができる。制御部5は、好適には、マイクロプロセッサ及び周辺回路、メモリ(ROM、RAM)、入出力インターフェース回路等を備えて構成することができる。
呼気センサ1には、流量測定手段51及び湿度測定手段52を備えることができる。この流量測定手段51及び湿度測定手段52は、主として制御部5に格納されたプログラムによって構成することができる。
流量測定手段51は、流路111に被検ガスの流れがある状態、即ち呼気が吹込まれている状態において、前記出力E1、E2及びE4のうちの少なくとも1つにより、流路111を流れる被検ガスの流量を測定するように構成される。流量測定手段51は、更に、所定範囲の流量の被検ガスが所定時間連続して流れたことを検知したときは、適正流量と判定するように構成することができる。
湿度測定手段52は、流路111の被検ガスの流れが停止された後に、前記第1回路41と前記第2回路42とをスイッチ手段によって切替え、その各出力E1及びE2により、流路111中に残留する被検ガスの湿度に対応する値(湿度対応値)を算出するように構成される。湿度測定手段52は、更に、前記湿度対応値が所定範囲である場合には適正湿度と判定するように構成することができる。
The outputs E1 to E4 of the respective circuits can be configured to be read by the
The
The flow rate measuring means 51 is configured to flow through the
The humidity measuring means 52 switches the
以上のように構成された呼気センサ1と、アルコール濃度測定部120と、センサ制御手段53とを備えて、アルコール濃度測定装置100を構成することができる。
アルコール濃度測定装置100には、必要に応じて、図1に示したヒータ115、ポンプ123、被検ガスの流れを制御するための弁等、周辺部品とのインターフェース回路やそれらの制御手段を設けることができる。また、被検者に対して呼気の吹込みの開始や終了を促すための報知手段を備えることができる。報知手段の構成は問わず、発光器や表示器による表示、音声、音響等、任意の手段を備えることができる。
アルコール濃度測定装置100を、自動車に設置される飲酒運転防止装置とする場合には、更に、エンジンキーによって起動され、エンジンの始動を許可するためのインターフェース等を備えればよい。
The alcohol
The alcohol
When the alcohol
アルコール濃度測定装置100に備えられるセンサ制御手段53は、制御部5のハードウェアと、制御部5に格納されたプログラムによって構成することができる。
センサ制御手段53は、被検者に対して呼気の吹込みを促した後に、前記流量測定手段51により被検ガスの流量を測定し、適正流量と判定された場合には、吹込みの停止を促すように構成することができる。そして、適正流量と判定され、且つ吹込みが停止された後に、前記湿度測定手段52により測定を行って前記湿度対応値を算出し、適正湿度と判定された場合には、流路111からアルコール濃度測定部120に導入された被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするように構成することができる。ここで、「アルコール濃度の測定を可とする」とは、その後にアルコール濃度が測定されるようにアルコール濃度測定装置100が構成されてもよいし、その流量及び湿度を測定した呼気について既に測定されたアルコール濃度測定値を有効とするように構成されてもよい。
The sensor control means 53 provided in the alcohol
The sensor control means 53 urges the subject to blow in exhaled air, measures the flow rate of the test gas by the flow rate measuring means 51, and stops the blowing if it is determined to be an appropriate flow rate. Can be configured to prompt. Then, after it is determined that the flow rate is appropriate and the blowing is stopped, measurement is performed by the humidity measuring means 52 to calculate the humidity-corresponding value. It is possible to configure the measurement gas introduced into the
アルコール濃度測定部120の方式や構成は、被検ガスに含まれたアルコールを検知できる限り、特に問わない。よく知られている電気化学式、赤外線吸収方式、半導体方式等のアルコール検知器を用いることができる。
その一例として、図20は、非分散赤外吸収(NDIR)方式のアルコール検知器を模式的に表わした図である。被検ガスは、前記導入管121から鏡筒201に導入(121a)され、前記排気管122に排出(121b)される。被検ガスの流路となる鏡筒201内の一端側には発光器211が備えられ、発光器211の背面側には反射面202が形成されている。鏡筒201内の他端側に赤外線検知素子223及び224を備え、各赤外線検知素子はそれぞれ波長選択フィルタ221及び222を介して発光器211の発する光を受光する。発光器211からは広い波長域(例えば、可視〜遠赤外)の光が出力されており、波長選択フィルタは一定の波長域の赤外光のみを通過させる。ここで、波長選択フィルタ221は、エタノールの吸収波長(例えば、3.4μm)を中心とする第1波長域の赤外光のみを通過させ、波長選択フィルタ222は、エタノール及び共存するガスの種類では吸収されない波長(例えば、3.9μm)を中心とする第2波長域の赤外光のみを通過させるように設計することができる。
The method and configuration of the alcohol
As an example, FIG. 20 is a diagram schematically showing a non-dispersive infrared absorption (NDIR) type alcohol detector. The test gas is introduced from the
そうすると、被検ガス中のアルコール濃度が増すにつれて、エタノールによる第1波長域の赤外光の吸収が増すため、波長選択フィルタ221を通過して赤外線検知素子223により受光される光量は減少する。一方、第2波長域の赤外光はエタノール濃度によって吸収量が変化することはないため、波長選択フィルタ222を通過して赤外線検知素子224により受光される光量はエタノール濃度には依存しない。したがって、赤外線検知素子224の受光量によって発光器211の発光強度の変化等外乱の影響を補償し、赤外線検知素子223の受光量によってエタノール濃度を正確に測定することができる。
Then, as the alcohol concentration in the test gas increases, the absorption of infrared light in the first wavelength range by ethanol increases, so the amount of light received by the
図3は、半導体基板に設けられた前記検出部2の構成を説明するための模式的な上面図、及びそのAA’断面図である。本例では、第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32がそれぞれ1つの感温抵抗体により構成されているが、その一方又は双方が2以上の感温抵抗体によって構成されてもよい(図13参照)。
断面図に示されるように、第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、検出部2のベースとなる1つの半導体基板21上において、それぞれ区画された領域に、薄膜状に設けることができる。第1感温抵抗体31は、第2感温抵抗体32に対して、前記流路111中で被検ガス112の通常の流れの下流側に配設される。なお、図中の31a、31bは、第1感温抵抗体31の電気的な接続端子を示す(他の感温抵抗体とその図面についても、同様に表記する。)。
FIG. 3 is a schematic top view for explaining the configuration of the
As shown in the cross-sectional view, the first
第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、半導体基板21上に絶縁材料を用いて形成した絶縁薄膜部材22の表面に形成することができる。また、絶縁薄膜22上に感温抵抗体31及び32を形成し、更に絶縁材料を用いて薄膜23を形成することにより、絶縁薄膜部材全体(22及び23)の中に感温抵抗体を埋設することができる。
また、第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、それぞれ半導体基板21の一部が除去された基板除去部(211、212)の上に設けることが好ましい。例えば、半導体基板としてシリコン基板を用いる場合、基板除去部211等は、シリコンの異方性エッチング等により形成することができる。そして、絶縁薄膜部材(22、若しくは22及び23)は、その基板除去部211等を覆い且つ自立するように形成することができる。すなわち、第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、その絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成されることとなる。
The first temperature
The first temperature
図4は、検出部2の変形例を説明するための上面図及びそのBB’断面図である。本例においては、主流管110内に隔壁117を設け、感温抵抗体(31、32)が設けられた部分のみが被検ガス中に露出されるように、被検ガスの流路111内と流路外118とが隔壁117によって仕切られる構造としている。各感温抵抗体の接続端子31a等は流路外118に置くことができる。その他の構造は、図3に示した例と同様とすることができる。
FIG. 4 is a top view and a BB ′ sectional view for explaining a modification of the
(呼気センサ及びアルコール濃度測定装置の動作)
(1)流量の測定
呼気センサ1の検出部2の少なくとも第1感温抵抗体31及び第2感温抵抗体32は、被検ガスの流路111中に設置される。そして、前記流量測定手段51により、被検ガスの流量を測定することができる。
流量測定手段51は、第1感温抵抗体31を、被検ガスの温度T3に対して所定温度ΔT4だけ高い温度T4に制御するか、若しくは所定温度T1又はT2に制御することによって、被検ガスの流量を測定する。そして、一定時間内の流量が規定範囲内である場合には、適正な量の被検ガスが導入された(適正流量)と判断することができる。その規定範囲は、例えば、人の呼気の吹込み動作についての統計的なデータに基づいて予め規定値を定め、制御部5内のメモリに格納しておくことができる。
(Operation of breath sensor and alcohol concentration measuring device)
(1) Measurement of flow rate At least the first
The flow rate measuring means 51 controls the first
流量測定手段51は、第1感温抵抗体31をその抵抗値を一定に保つブリッジ回路(前記第1、第2又は第4回路)に接続する。これによって、第1感温抵抗体31は、一定の温度(T1、T2、又は被検ガスの温度T3より一定の温度ΔT4だけ高い温度T4)を保つように駆動される。
その状態では、被検ガスの流量が大きいほど、感温抵抗体を一定の抵抗値に保つために多くの電力(電圧又は電流)が必要となる。また、被検ガスの熱伝導率が高いほど、感温抵抗体の熱は被検ガスに奪われ易い。したがって、この状態で、感温抵抗体を駆動する電力には、温度や湿度によって変化する被検ガスの流量及び熱伝導率に関する情報が含まれている。
The flow rate measuring means 51 connects the first temperature
In this state, the larger the flow rate of the test gas, the more electric power (voltage or current) is required to keep the temperature sensitive resistor at a constant resistance value. Further, the higher the thermal conductivity of the test gas, the more easily the heat of the temperature sensitive resistor is taken away by the test gas. Therefore, in this state, the electric power for driving the temperature sensitive resistor includes information on the flow rate and the thermal conductivity of the test gas that varies depending on the temperature and humidity.
第1感温抵抗体31を駆動する電力は、第1感温抵抗体31が接続されたブリッジ回路の平衡電圧や平衡電流を計測することによって知ることができる。前記第1回路41の出力E1、第2回路42の出力E2、及び第4回路44の出力E4は、各ブリッジ回路の平衡電圧等とすることができる。そうすると、出力E1及びE2の値により、第1感温抵抗体31を温度T1及びT2に維持するための電力P1及びP2を算出することができる。また、出力E4の値により、第1感温抵抗体31を温度T4に維持するための電力P4を算出することができる。
The electric power for driving the first temperature
第2感温抵抗体32は、前記第3又は第4回路に接続され、自己が事実上発熱しない程度の微少な電力により駆動される。これにより、第2感温抵抗体32の抵抗値は、周囲の被検ガスの温度T3に対応した値となる。すなわち、第2感温抵抗体32の温度は被検ガスの温度T3と略同一に保たれるので、その抵抗値を計測することによって、被検ガスの温度T3を知ることができる。第3回路43からは、第2感温抵抗体32の抵抗値に対応した出力E3が得られ、それにより被検ガスの温度T3を算出することができる。
また、第2感温抵抗体32を第4回路44に接続したときには、被検ガスの温度T3と略同一である第2感温抵抗体32の温度を基準として、それよりも一定温度ΔT4だけ高い温度T4(T4=T3+ΔT4)になるように第1感温抵抗体31が駆動される。
The second temperature
When the second
以上のとおり、被検ガスの温度T3、第1感温抵抗体31を温度T1に保つための電力P1、第1感温抵抗体31を温度T2に保つための電力P2、及び第1感温抵抗体31を被検ガスの温度T3よりΔT4だけ高い温度T4に保つための電力P4を算出することができる。また、温度T1、T2及びΔT4は、ブリッジ回路の設計によって定まる一定値とすることができる。
As described above, the temperature T3 of the test gas, the power P1 for keeping the first
ここで、流路111内の被検ガスの質量流量をFmとすると、一般的な理論より次の式(式1)が成り立つ。
P1=(A11+A12・Fm1/2)・(T1−T3)
P2=(A21+A22・Fm1/2)・(T2−T3)
P4=(A41+A42・Fm1/2)・ΔT4
上式において、A11、A12、A21、A22、A41及びA42は、温度T1、T2、T3、ΔT4、及び流路111を流れる被検ガスの成分によって定まる定数である。
多くの場合は、次式(式2)が成り立つと見做すことができる。
A11=A21=A41、A12=A22=A42
また、流路111を流れる被検ガスの成分が変化する場合であっても、多くの場合、A11/A21、A12/A22、A11/A41、A12/A42の値は、ほぼ一定とすることができる。
Here, when the mass flow rate of the test gas in the
P1 = (A11 + A12 · Fm 1/2 ) · (T1-T3)
P2 = (A21 + A22 · Fm 1/2 ) · (T2-T3)
P4 = (A41 + A42 · Fm 1/2 ) · ΔT4
In the above equation, A11, A12, A21, A22, A41, and A42 are constants determined by the temperatures T1, T2, T3, ΔT4, and the component of the test gas flowing through the
In many cases, it can be assumed that the following equation (Equation 2) holds.
A11 = A21 = A41, A12 = A22 = A42
In many cases, the values of A11 / A21, A12 / A22, A11 / A41, and A12 / A42 may be substantially constant even when the component of the test gas flowing through the
したがって、第1感温抵抗体31を所定温度(T1、T2又はT4)に保つために必要な電力(P1、P2又はP4)から、流路111を流れる被検ガスの質量流量Fmを算出することができる。
なお、湿度によるA11、A12、A21、A22、A41及びA42の変化はそれほど大きいものではないので、被検ガスの流れがある状況下では、事実上それらの変化を無視して流量を測定できる。
Therefore, the mass flow rate Fm of the test gas flowing through the
Since changes in A11, A12, A21, A22, A41, and A42 due to humidity are not so large, the flow rate can be measured while ignoring those changes in a situation where there is a flow of the test gas.
(2)湿度の測定
次に、呼気の吹込みが停止された後、被検ガスが流路111内に滞留している状態で、前記湿度測定手段52により、被検ガスの測定を行って湿度対応値を算出する。そして、湿度測定手段52は、算出した湿度対応値が規定範囲内である場合には、被検ガスが適正な湿度(適正湿度)であると判断することができる。その規定範囲は、例えば、人の呼気についての統計的なデータに基づいて規定値を予め定め、制御部5内のメモリに格納しておくことができる。
湿度測定手段52は、第1感温抵抗体31を異なる温度T1及びT2にそれぞれ維持するのに必要な電力P1及びP2を求め、被検ガスの湿度に対応する湿度対応値(例えば、P1とP2の比率)を算出する。電力P1及びP2は、第1回路41及び第2回路42の出力E1及びE2により、前記同様に求めることができる。
(2) Measurement of humidity Next, after the blowing of exhalation is stopped, the test gas is measured by the humidity measuring means 52 in a state where the test gas stays in the
The humidity measuring means 52 obtains electric power P1 and P2 required to maintain the first temperature
前記式1において、被検ガスに水蒸気が含まれる場合には、水分子の極性が大きいため、水蒸気濃度すなわち湿度が高いほど、前記式2が成り立たなくなる。すなわち、
A11=A21、A12=A22
からのズレが大きくなる。そのズレは、水蒸気濃度すなわち湿度に依存する(非特許文献2を参照)。したがって、A11、A21等を求めることによって、被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出し、その湿度を判断することができる。
In
A11 = A21, A12 = A22
The deviation from is increased. The deviation depends on the water vapor concentration, that is, the humidity (see Non-Patent Document 2). Therefore, by obtaining A11, A21, etc., a humidity corresponding value corresponding to the humidity of the test gas can be calculated, and the humidity can be determined.
被検ガスの流れがない状態では、第1回路及び第2回路のそれぞれに接続されたときの第1感温抵抗体の消費電力をP1s及びP2sとすると、次式(式3)のように表わすことができる。
P1s=A11・(T1−T3)
P2s=A21・(T2−T3)
このため、P1s、P2sを測定することによって、A11、A21の値の変化を比較的検知し易くなる。A11及びA21の値を個々に求めて比較してもよいが、多くの場合は、P1sとP2sの比(P1s/P2s)からA11とA21の比(A11/A21)を算出し、その値を用いて被検ガスの湿度を求めることができる。
本呼気センサにおいては、被検ガスとして人間の呼気を想定しているため、人間の呼気程度の湿度のガスにおけるP1s/P2sの値を調べて制御部5内のメモリに格納しておけば、実際の被検ガスの測定値からP1s/P2sの値を計算することにより、その被検ガスが人間の呼気と同等の湿度であるか否かを判別することができる。
When there is no flow of the test gas, assuming that the power consumption of the first temperature sensing resistor when connected to the first circuit and the second circuit is P1s and P2s, respectively, Can be represented.
P1s = A11 · (T1-T3)
P2s = A21 ・ (T2-T3)
For this reason, by measuring P1s and P2s, it becomes relatively easy to detect changes in the values of A11 and A21. The values of A11 and A21 may be obtained and compared individually, but in many cases, the ratio of A11 and A21 (A11 / A21) is calculated from the ratio of P1s and P2s (P1s / P2s) and the value is calculated. It can be used to determine the humidity of the test gas.
In this exhalation sensor, since the exhalation of human being is assumed as the test gas, if the value of P1s / P2s in the gas with the humidity of the exhalation of human is examined and stored in the memory in the
(実施形態1)
図5〜9は、呼気センサ1の具体例(実施形態1)を示している。呼気センサ1は、図5に例示する計測回路4によって構成することができる。計測回路4は、2つの回路4a及び4bからなり、それらの回路構成を切り替えるためのスイッチ回路(スイッチS1、S2、S3)を含んでいる。スイッチS1及びS2は、第2感温抵抗体32を回路4aに接続するか回路4bに接続するかを切り替え、スイッチS3は、回路4a内の抵抗値を変化させるためにオン(接続)、オフ(切断)を切り替えるようにされている。
(Embodiment 1)
5 to 9 show a specific example (Embodiment 1) of the
前記回路4aは、差動増幅器A1の出力によって制御されるトランジスタQ1を介して接続される一定の直流電源(+V)と、基準電位GNDとの間に、2つの直列回路が並列に接続されている。その一方の直列回路は、直流電源側から順に、抵抗素子R1と第1感温抵抗体31が直列に接続されている。他方の直列回路は、直流電源側から順に、スイッチS3がオフ且つスイッチS1がb側であるときは、抵抗素子R2、R3及びR5が直列に接続され、スイッチS3がオフ且つスイッチS1がa側であるときは、抵抗素子R2、R3、第2感温抵抗体32が直列に接続される。また、スイッチS3がオンのときは、抵抗素子R3にR4が並列に接続される。そして、前記一方の直列回路の抵抗素子R1と第1感温抵抗体31との間、及び前記他方の直列回路の抵抗素子R2とR3との間、がそれぞれ差動増幅器A1の入力に接続され、ブリッジ回路を構成している。差動増幅器A1の出力Ea(以下、「平衡出力」ともいう。)は、制御部5に読み込み可能とされている。
In the
前記回路4bは、差動増幅器A2の出力と基準電位GNDとの間に抵抗素子R8及びR9が直列に接続され、抵抗素子R8とR9の間が差動増幅器A2の一方の入力に接続されている。また、差動増幅器A2の他方の入力は、抵抗素子R6を介して直流電源(+V)に接続されている。また、差動増幅器A2の前記他方の入力は、スイッチS2がa側であるときは第2感温抵抗体32を介して基準電位GNDに接続され、スイッチS2がb側であるときは抵抗素子R7を介して基準電位GNDに接続される。差動増幅器A2の出力Ebは、制御部5に読み込み可能とされている。
In the
図6は、図5に示した回路により流量測定及び湿度測定を行う際のスイッチ回路S1〜S3の接続状態を示している。まず、被検ガスの流量測定を行う流量測定工程においては、スイッチS1をa側、S2をb側に接続する。スイッチS3は、抵抗素子R3及びR4の設計値により、オン又はオフとすることができる。この状態で、図7に示すように、計測回路4は第4回路44として構成されることとなる。
この第4回路44を用いれば、被検ガスの温度T3と略同一温度の第2感温抵抗体32の抵抗値により、平衡出力E4として、温度T3よりΔT4高い温度に第1感温抵抗体31を保つために必要な電力に対応する電圧値を得ることができる。
FIG. 6 shows a connection state of the switch circuits S1 to S3 when the flow rate measurement and the humidity measurement are performed by the circuit shown in FIG. First, in the flow rate measurement step of measuring the flow rate of the test gas, the switch S1 is connected to the a side and the S2 is connected to the b side. The switch S3 can be turned on or off depending on the design values of the resistance elements R3 and R4. In this state, the
By using the
次に、被検ガスの湿度測定を行う湿度測定工程においては、スイッチS1をb側、S2をa側に接続する。そして、スイッチS3をオンとしたときは、図8に示すように、計測回路4は第1回路41及び第3回路43として構成されることとなる。また、スイッチS3をオフとしたときは、図9に示すように、計測回路4は第2回路42及び第3回路43として構成されることとなる。
図8に示す第1回路41により、第1感温抵抗体31は設計により定められる第1温度T1で発熱するように駆動され、且つその第1温度T1に保つための電力P1が供給される。第1回路の出力E1は、この平衡状態の電力P1sに対応する電圧値となる。
また、図9に示す第2回路42により、第1感温抵抗体31は設計により定められる第2温度T2で発熱するように駆動され、且つその第2温度T2に保つための電力P2が供給される。第2回路の出力E2は、この平衡状態の電力P2sに対応する電圧値となる。
また、図8及び図9に示す第3回路43に接続された第2感温抵抗体32の温度は、被検ガスの温度T3と等しい。そうすると、第3回路43の出力E3は、第2感温抵抗体32の抵抗値に対応する電圧値となるため、出力E3の値により被検ガスの温度T3を測定することができる。
Next, in the humidity measurement process for measuring the humidity of the test gas, the switch S1 is connected to the b side and the S2 is connected to the a side. When the switch S3 is turned on, the
By the
Also, the
Further, the temperature of the second temperature
以上のように、流路111に被検ガスが滞留している状態で、既知の温度T1及びT2、測定された温度T3の条件の下で、前記P1s及びP2sを得ることができるので、その比(P1s/P2s)を湿度対応値として算出し、被検ガスの湿度を判断することができる。
As described above, the P1s and P2s can be obtained under the conditions of the known temperatures T1 and T2 and the measured temperature T3 in the state where the test gas stays in the
(呼気センサ及びアルコール濃度測定装置の制御方法)
図10は、呼気センサ1を備えたアルコール濃度測定装置100を自動車の飲酒運転防止装置として用いる場合を例として、その制御方法を表わしている。この制御は、制御部5のハードウェアを用いて、主として制御部5に格納されたプログラム(センサ制御手段53)により実行するようにすることができる。
最初に、エンジンキーがオンにされる等の起動動作によって、アルコール濃度測定装置100の電源が投入される(S101)。この初期状態では、エンジンは始動しないようにロックされている。
次に、制御部5内部を初期化すると共に内部タイマーをスタートさせ、計時を開始する(S102)。そして、必要な場合には、装置内部のヒータに通電して所定の温度に到達する等、自己の測定準備が完了するのを待つ(S103)。
(Control method of breath sensor and alcohol concentration measuring device)
FIG. 10 shows a control method for an example in which the alcohol
First, the alcohol
Next, the inside of the
測定準備が完了すると、運転者(被検者)に対して、表示、発光、音響、音声など任意の報知手段により、呼気の吹込みを促す(S104)。
そして、流量測定手段51により、吹き込まれる呼気の流量を測定し、呼気が適正流量であるか否かを判断する(S105)。
吹き込まれた呼気が適正流量であると判定されなかった場合には(S106の「No」)、再度呼気の流量測定を行うようにすることができる。このときは、任意の報知手段により、被検者に対して呼気吹き込み動作をやり直すように促すことができる。
一方、吹き込まれた呼気が適正流量であると判定された場合には(S106の「Yes」)、任意の報知手段により、呼気の吹込み停止を促す(S107)。吹込み停止を促しても被検者が吹き込みを停止するとは限らないので、主流管110の入口側にバルブを備え、それを閉じることによって強制的に被検ガスの流れを停止させるようにしてもよい。
また、図示していないが、呼気の吹込み停止を促す直前から、次の湿度測定において適正湿度と判定された直後までの適宜のタイミングで、主流管110内の被検ガスの一部をアルコール濃度測定部120に導入する。
When the measurement preparation is completed, the driver (subject) is prompted to breathe in by any notification means such as display, light emission, sound, and voice (S104).
Then, the flow rate measuring means 51 measures the flow rate of the exhaled breath to determine whether or not the exhaled breath is an appropriate flow rate (S105).
If it is not determined that the exhaled breath is an appropriate flow rate (“No” in S106), the flow rate of the exhalation can be measured again. At this time, it is possible to urge the subject to perform the exhalation operation again by any notifying means.
On the other hand, when it is determined that the exhaled breath is at an appropriate flow rate (“Yes” in S106), the inhalation of the exhalation is urged by an arbitrary notification means (S107). Even if urged to stop blowing, the subject does not always stop blowing, so a valve is provided on the inlet side of the
In addition, although not shown, a part of the test gas in the
呼気が適正流量であると判定され、且つ呼気の吹込みが停止された後、湿度測定手段52により、主流管110内に滞留する被検ガスの湿度を測定し、湿度が適正湿度であるか否かを判断する(S108)。
被検ガスが適正湿度であると判定されなかった場合には(S109の「No」)、再度呼気の流量測定から行うようにすることができる。このとき、任意の報知手段により、被検者に対して呼気吹き込み動作をやり直すように促すことができる。
一方、被検ガスが適正湿度であると判定された場合には(S109の「Yes」)、次のアルコール濃度測定に移る。
After it is determined that the exhalation is at an appropriate flow rate and the exhalation is stopped, the humidity of the test gas staying in the
When it is not determined that the test gas has an appropriate humidity (“No” in S109), the measurement can be performed again from the flow rate measurement of the expiration. At this time, it is possible to urge the subject to perform the exhalation operation again by any notifying means.
On the other hand, when it is determined that the test gas has an appropriate humidity (“Yes” in S109), the process proceeds to the next alcohol concentration measurement.
アルコール濃度測定部120に導入された被検ガスについて、アルコール濃度を測定する(S110)。
そして、測定されたアルコール濃度が所定値を超えていた場合には(S111の「No」)、再度呼気の流量測定から行うようにすることができる。このとき、任意の報知手段により、被検者に対して呼気吹き込み動作をやり直すように促すことができる。
一方、測定されたアルコール濃度が所定値以下であった場合には(S111の「Yes」)、エンジンの始動を許可するようにすることができる(S112)。更に、エンジンの始動を監視して(S113)、所定時間内にエンジンが始動された場合には飲酒運転防止装置の処理を終了する。一方、所定時間内にエンジンが始動されなかった場合には、エンジンの始動を禁止して、再び呼気の吹込みからアルコール濃度測定までを行うようにすることができる。
For the test gas introduced into the alcohol
When the measured alcohol concentration exceeds the predetermined value (“No” in S111), the measurement can be performed again from the measurement of the exhalation flow rate. At this time, it is possible to urge the subject to perform the exhalation operation again by any notifying means.
On the other hand, if the measured alcohol concentration is equal to or lower than the predetermined value (“Yes” in S111), the engine can be started (S112). Furthermore, the start of the engine is monitored (S113), and when the engine is started within a predetermined time, the process of the drunk driving prevention device is ended. On the other hand, when the engine is not started within a predetermined time, the engine start can be prohibited, and the process from the breath injection to the alcohol concentration measurement can be performed again.
図11は、前記流量測定ステップ(S105)の制御例を示している。この制御は、流量測定手段51により、前記流量測定工程(図6参照)に示したようにスイッチ回路を制御して行うことができる。
先ず、スイッチ回路45により第4回路44を選択し(S21)、第1感温抵抗体31が所定温度T4(=T3+ΔT4)に上昇するに必要な時間待機する(S22)。その後、第4回路の出力E4の値を読み込む(S23)。そして、出力E4の値を基に、前記式1の関係を利用して被検ガスの流量Fm(又は流速)を算出する(S24)。
次に、求められた流量Fmが、規定範囲であるか否かを判断する(S25)。規定範囲は、その流速で呼気が吹き込まれていれば人間の呼気と判定し得る範囲であり、制御部5内のメモリに格納されている既定値と比較して判断することができる。
FIG. 11 shows a control example of the flow rate measuring step (S105). This control can be performed by controlling the switch circuit by the flow rate measuring means 51 as shown in the flow rate measuring step (see FIG. 6).
First, the
Next, it is determined whether or not the obtained flow rate Fm is within a specified range (S25). The specified range is a range that can be determined as human exhalation if exhalation is blown at the flow rate, and can be determined by comparison with a predetermined value stored in a memory in the
流量Fmが規定範囲であった場合には、所定時間(例えば、3秒間)継続して流量Fmが規定範囲であったかどうかを判断する(S26)。所定時間に満たない場合には、所定間隔(例えば、0.1秒)毎に、流量の測定及び規定範囲であるかの判断(S23〜S25)を繰り返し行い、その結果を記録する。そして、流量Fmが所定時間継続して規定範囲であった場合には、呼気は適正流量であると判定して(S27)、測定を終了する。
一方、前記ステップS25において、流量Fmが適正範囲ではないと判断された場合には、呼気は適正流量ではないと判定して、測定を終了する。
If the flow rate Fm is within the specified range, it is determined whether the flow rate Fm is within the specified range for a predetermined time (for example, 3 seconds) (S26). If it is less than the predetermined time, the flow rate measurement and determination of whether it is within the specified range (S23 to S25) are repeated at predetermined intervals (for example, 0.1 seconds), and the result is recorded. If the flow rate Fm is within the specified range for a predetermined time, it is determined that the exhalation is an appropriate flow rate (S27), and the measurement ends.
On the other hand, if it is determined in step S25 that the flow rate Fm is not in the proper range, it is determined that the exhalation is not in the proper flow rate, and the measurement is terminated.
なお、本例では第4回路44を使用しているが、前記のとおり、流量の測定は第1回路41又は第2回路42を使用しても行うことができる。その場合にも、本例と同様の制御方法によって流量Fmを算出し、適正範囲であるかの判断をすることができる。
また、測定した流量から人間の呼気と判定するための手法は、本例に示した手法に限られず、種々変形したり別の手法を適用することが可能である。
Although the
Further, the method for determining human exhalation from the measured flow rate is not limited to the method shown in this example, and various modifications and other methods can be applied.
図12は、前記湿度測定ステップ(S108)の制御例を示している。この制御は、湿度測定手段52により、前記湿度測定工程(図6参照)に示したようにスイッチ回路を制御して行うことができる。湿度測定は、感温抵抗体の周囲の被検ガスの流れがなくなってから行う。
スイッチ回路45により第3回路43を選択し(S31)、その出力E3の値を読み込んで記憶する(S32)。第3回路43に組み込まれた第2感温抵抗体32は、自己が事実上発熱することなく被検ガス中に置かれているため、出力E3の値は第2感温抵抗体32の抵抗値に対応しており、よって被検ガスの温度T3に対応する。なお、この被検ガスの温度T3の測定は、適宜のタイミングで行うようにすることができる。
FIG. 12 shows a control example of the humidity measuring step (S108). This control can be performed by controlling the switch circuit by the humidity measuring means 52 as shown in the humidity measuring step (see FIG. 6). Humidity measurement is performed after the flow of the test gas around the temperature-sensitive resistor ceases.
The
また、スイッチ回路45により第1回路41を選択し(S33)、第1感温抵抗体31が設計により定められた第1温度T1になるに必要な時間待機する(S34)。これによって、第1感温抵抗体31は第1温度T1に制御される。その後、第1回路の出力E1の値を読み込んで記憶する(S35)。出力E1の値は、第1感温抵抗体31を第1温度T1に保つための消費電力P1sに対応する。
また、第2回路42を選択し(S36)、第1感温抵抗体31が設計により定められた第2温度T2になるに必要な時間待機する(S37)。これによって、第1感温抵抗体31は第2温度T2に制御される。その後、第2回路の出力E2の値を読み込んで記憶する(S38)。出力E2の値は、第1感温抵抗体31を第2温度T2に保つための消費電力P2sに対応する。
第1温度T1における出力E1の測定と、第2温度T2における出力E2の測定は、先後を問わない。また、第1回路41と第2回路42とを交互に切り替えることによって、一定の間隔(例えば、0.1秒)毎に、出力E1とE2を測定することができる。
Further, the
Further, the
The measurement of the output E1 at the first temperature T1 and the measurement of the output E2 at the second temperature T2 are not limited. Further, by alternately switching the
前記各ステップで記憶されている出力E3、E1及びE2の各値を基に、被検ガスの湿度対応値を算出する(S39)。例えば、一定の時間内で測定した出力E1、E2及びE3の値に基づいて湿度対応値h(例えば、E1/E2、P1s/P2s、又はそれらから求められる湿度)を算出する。
そして、算出した湿度対応値hと、予め制御部5内のメモリに格納してある規定値(h1、h2)とを比較し、規定値の範囲内すなわち人間の呼気に相当する値であるか否かを判断する(S40)。湿度対応値hが規定範囲であった場合には適正湿度と判定して(S41)、湿度測定を終了する。一方、算出された湿度が規定範囲内ではないと判断された場合には、呼気は適正湿度ではないと判定して、測定を終了する。
Based on the values of the outputs E3, E1, and E2 stored in the respective steps, the humidity corresponding value of the test gas is calculated (S39). For example, the humidity corresponding value h (for example, E1 / E2, P1s / P2s, or humidity obtained from them) is calculated based on the values of the outputs E1, E2, and E3 measured within a certain time.
Then, the calculated humidity corresponding value h is compared with the prescribed values (h1, h2) stored in the memory in the
(実施形態1の変形例)
以上に説明した呼気センサ1は、種々変形して構成することが可能である。例えば、図13は、前記第1感温抵抗体31として2つの感温抵抗体311及び312を備え、前記第2感温抵抗体32として2つの感温抵抗体321及び322を備える呼気センサ11の検出部を表わしている。感温抵抗体311と312とは流路中の被検ガスの流れ112に対して垂直方向に且つ相互に離隔して配設されている。また、感温抵抗体321及び322は、感温抵抗体311及び312に対して流路中の流れ112の上流側に配設される。
2つの第1感温抵抗体及び2つの第2感温抵抗体は、前記呼気センサ1と同様に、半導体基板の一部が除去された基板除去部を覆い且つ自立する絶縁薄膜部材の表面又は内部に形成することができる。
(Modification of Embodiment 1)
The
Similar to the
呼気センサ11は、図14に示す計測回路401を備えて構成することができる。計測回路401は、回路4a1及び4b1と、回路4a2及び4b2とからなっており、各回路構成を切り替えるためのスイッチ回路(スイッチS11、S21、S12、S22)を含んでいる。このスイッチ回路は、図15に示すように制御される。
これによって、流量測定工程においては、回路4a1又は4a2により、前記第4回路44に相当するブリッジ回路が構成され、その平衡出力として出力Ea1又はEa2が得られる。
また、湿度測定工程においては、回路4a1及び4a2により、前記第1回路41及び第2回路42に相当するブリッジ回路が構成され、その平衡出力として出力Ea1及びEa2が得られる。また、回路4b1又は4b2により、前記第3回路43に相当する回路が構成され、その出力として出力Eb1又はEb2が得られる。
このように構成された呼気センサ11は、前記呼気センサ1と同様の作用を備えているため、呼気センサ1と同様に被検ガスの流量及び温湿度を測定することができる。
The
Thus, in the flow rate measurement step, the circuit 4a1 or 4a2 constitutes a bridge circuit corresponding to the
In the humidity measurement process, the circuits 4a1 and 4a2 constitute a bridge circuit corresponding to the
The
(実施形態2)
本呼気センサは、感温抵抗体及び測定回路を共通に用いることなく構成されてもよい。 図16は、被検ガスの流路111中に設置された、1つの半導体基板2上に5つの感温抵抗体71〜75を備える実施形態を示している。本実施形態2においては、検出部に、第1感温抵抗体として71、72及び73の3つの感温抵抗体と、第2感温抵抗体として74及び75の2つの感温抵抗体とを備える。このうち、第1感温抵抗体(71、72、73)は、発熱させるため比較的低抵抗(例えば、100Ω〜200Ω程度)、第2感温抵抗体(74、75)は発熱しないよう使用するため比較的高抵抗(例えば、3kΩ〜10kΩ程度)とすることができる。すなわち、実施形態2における感温抵抗体71〜73は前記実施形態における第1感温抵抗体31に相当し、感温抵抗体74及び75は前記実施形態における第2感温抵抗体32に相当する。
(Embodiment 2)
The breath sensor may be configured without using the temperature sensitive resistor and the measurement circuit in common. FIG. 16 shows an embodiment in which five temperature
各感温抵抗体71〜73、74及び75は、図3に示した構造と同様に、半導体基板に設けられた欠損部を覆う自立する絶縁薄膜部材の表面か、あるいは該絶縁薄膜部材に埋設された、薄膜抵抗であることが好ましい。
また、通常想定される流路111中の被検ガスの流れ方向112においては、第1感温抵抗体(71、72、73)のそれぞれの上空を通過した雰囲気は、他のいずれの感温抵抗体の上空も通過しないように設置される。すなわち、感温抵抗体71と72と73は、1群の抵抗体として流路中の被検ガスの流れ112に対して垂直方向に且つ相互に離隔して配設され、感温抵抗体74及び75は、前記1群の抵抗体に対して流路中の流れ112の上流側に配設される。
Similar to the structure shown in FIG. 3, each of the temperature
Further, in the normally assumed
図17は、第1回路412、第2回路422、第3回路432及び第4回路442からなる計測回路402に、前記感温抵抗体71〜75を組み込んで構成される呼気センサ12を表わしている。
第1回路412は、感温抵抗体71を所定の第1温度T1に制御し、且つ該感温抵抗体を該第1温度に保つための消費電力P1に対応する電気量E1を出力する。
第2回路422は、感温抵抗体72を前記第1温度とは異なる所定の第2温度T2に制御し、且つ該感温抵抗体を該第2温度に保つための消費電力P2に対応する電気量E2を出力する。
第3回路432は、前記流路中の被検ガスの温度T3と略同一温度の感温抵抗体74の抵抗値に対応する電気量E3を出力する。
第4回路442は、感温抵抗体73の温度を、前記流路中の被検ガスの温度T3と略同一温度の感温抵抗体75に対して所定温度ΔT4だけ高い第4温度T4に制御し、且つ該感温抵抗体73を該第4温度に保つための消費電力P4に対応する電気量E4を出力する。
第1回路412、第2回路422、第3回路432及び第4回路442は、先の実施形態における第1回路41、第2回路42、第3回路43及び第4回路44に、それぞれ相当する構成である。各回路を別個に備えるため、各回路の構成に切り替えるためのスイッチ回路(スイッチ手段)は不要となる。
FIG. 17 shows the
The
The
The
The
The
上記の相違に関係する点を除き、実施形態2に係る呼気センサ12の構成、作用及び制御方法は、前記呼気センサ1と同様である。すなわち、呼気センサ12は、第1回路412、第2回路422及び第4回路442のうちの少なくとも1つの出力により流路111を流れる被検ガスの流量を測定する流量測定手段と、被検ガスの流れが停止された後に、第1回路412及び第2回路422の各出力により流路中に残留する被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、を備えることができる。
また、呼気センサ12を用いるアルコール濃度測定装置の構成、作用及び制御方法も、前記アルコール濃度測定装置100の場合と同様である。
Except for the points related to the above differences, the configuration, operation, and control method of the
The configuration, operation, and control method of the alcohol concentration measuring device using the
(実施形態3)
その他、例えば、ヒータ等を用いて流路111に流れる被検ガスの温度T3が略一定にされている場合には、図18に示すような1つの感温抵抗体76と、図19に示すような1つのブリッジ回路403とを用いるだけで、呼気センサ13を構成することができる。本例においては、呼気の流れがある状態で、スイッチS31をオン又はオフとすることによって、前記第1回路41又は前記第2回路42を用いた場合と同様に、その出力Ecによって被検ガスの流量を測定することができる。また、呼気の流れが停止された後、スイッチS31をオン状態とオフ状態とに切り替えて、その各状態における出力Ecを測定することによって、前記第1回路41と前記第2回路42とを切り替えて測定した場合と同様に、被検ガスの湿度対応値(湿度)を算出することができる。
(Embodiment 3)
In addition, for example, when the temperature T3 of the test gas flowing through the
尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application.
1、11、12、13;呼気センサ、2;検出部、21;半導体基板、211、212;基板除去部、22、23;絶縁薄膜部材、31;第1感温抵抗体、32;第2感温抵抗体、4、401、402、403;計測回路、41、412;第1回路、42、422;第2回路、43、432;第3回路、44、442;第4回路、45;スイッチ回路、5;制御部、51;流量測定手段、52;湿度測定手段、53;センサ制御手段、71〜75、76;感温抵抗体、100;アルコール濃度測定装置(飲酒運転防止装置)、110;主流管、111;流路、112;呼気の流れ、114;呼気センサの検出部、115;ヒータ、116;狭窄部、120;アルコール濃度測定部、121;導入管、122;排気管、123;ポンプ、A1、A2;差動増幅器、Q1;トランジスタ、R1〜R9;抵抗素子、S1、S2、S3;スイッチ。 1, 11, 12, 13; breath sensor, 2; detection unit, 21; semiconductor substrate, 211, 212; substrate removal unit, 22, 23; insulating thin film member, 31; first temperature-sensitive resistor, 32; Temperature sensitive resistor, 4, 401, 402, 403; measurement circuit, 41, 412; first circuit, 42, 422; second circuit, 43, 432; third circuit, 44, 442; fourth circuit, 45; Switch circuit, 5; control unit, 51; flow rate measuring means, 52; humidity measuring means, 53; sensor control means, 71 to 75, 76; temperature sensitive resistor, 100; alcohol concentration measuring device (drinking driving prevention device), 110; main flow pipe, 111; flow path, 112; flow of exhalation, 114; detection part of exhalation sensor, 115; heater, 116; constriction part, 120; alcohol concentration measurement part, 121; introduction pipe, 122; 123; pump, A1, 2; differential amplifier, Q1; transistors, R1 to R9; resistive element, S1, S2, S3; switch.
Claims (10)
1つの半導体基板に設けられ、被検ガスの流路中に設置される第1感温抵抗体及び第2感温抵抗体と、
前記第1感温抵抗体を所定の第1温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第1温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第1回路と、
前記第1感温抵抗体を前記第1温度とは異なる所定の第2温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第2温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第2回路と、
前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度の前記第2感温抵抗体の抵抗値に対応する電気量を出力する第3回路と、
前記第1感温抵抗体の温度を、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度の前記第2感温抵抗体に対して所定温度だけ高い第4温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第4温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第4回路と、
を備え、
前記第1回路、前記第2回路及び前記第4回路は、1つのブリッジ回路の構成をスイッチ手段により切替えることによって構成されることを特徴とする呼気センサ。 An exhalation sensor for use in an alcohol concentration measuring device for measuring the alcohol concentration contained in exhaled breath directly injected,
A first temperature sensing resistor and a second temperature sensing resistor provided in one semiconductor substrate and installed in the flow path of the test gas;
A first circuit for controlling the first temperature sensitive resistor to a predetermined first temperature and outputting an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature sensitive resistor at the first temperature;
The first temperature sensitive resistor is controlled to a predetermined second temperature different from the first temperature, and an electric quantity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature sensitive resistor at the second temperature is output. A second circuit that,
A third circuit for outputting an electric quantity corresponding to a resistance value of the second temperature sensing resistor having substantially the same temperature as the temperature of the test gas in the flow path;
Controlling the temperature of the first temperature sensitive resistor to a fourth temperature that is higher by a predetermined temperature than the second temperature sensitive resistor having substantially the same temperature as the temperature of the test gas in the flow path; and A fourth circuit that outputs an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature sensitive resistor at the fourth temperature;
With
The breath sensor according to claim 1, wherein the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit are configured by switching a configuration of one bridge circuit by a switch unit.
前記被検ガスの流れが停止された後に、前記第1回路と前記第2回路とを切替えてその各出力により前記流路中に残留する前記被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、
を備える請求項1記載の呼気センサ。 A flow rate measuring means for measuring a flow rate of the test gas flowing through the flow path by an output of at least one of the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit;
After the flow of the test gas is stopped, the first circuit and the second circuit are switched, and a humidity-corresponding value corresponding to the humidity of the test gas remaining in the flow path is calculated by each output thereof. A humidity measuring means,
An exhalation sensor according to claim 1.
前記流量測定手段は、更に、所定範囲の流量の前記被検ガスが所定時間連続して流れたことを検知したときは適正流量と判定し、
前記湿度測定手段は、更に、前記湿度対応値が所定範囲である場合には適正湿度と判定し、
呼気の吹込みを促した後に、前記流量測定手段により前記被検ガスの流量を測定して前記適正流量と判定された場合には前記吹込みの停止を促し、前記吹込みが停止された後に、前記湿度測定手段により前記被検ガスの湿度対応値を算出して前記適正湿度と判定された場合には、前記流路から導入された前記被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするセンサ制御手段を備えることを特徴とするアルコール濃度測定装置。 An alcohol concentration measuring device comprising the breath sensor according to any one of claims 2 to 4,
The flow rate measuring means further determines an appropriate flow rate when detecting that the gas to be detected having a flow rate in a predetermined range continuously flows for a predetermined time,
The humidity measuring means further determines the appropriate humidity when the humidity corresponding value is within a predetermined range,
After prompting the exhalation, if the flow rate of the test gas is measured by the flow rate measuring means and determined to be the proper flow rate, the stop of the insufflation is urged, and the insufflation is stopped When the humidity measurement value is calculated by the humidity measuring means and determined as the appropriate humidity, a sensor that enables measurement of the alcohol concentration of the test gas introduced from the flow path An alcohol concentration measuring apparatus comprising a control means.
1つの半導体基板に設けられ、被検ガスの流路中に設置された、1又は2以上の第1感温抵抗体、及び1又は2以上の第2感温抵抗体と、
いずれかの前記第1感温抵抗体を所定の第1温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第1温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第1回路と、
いずれかの前記第1感温抵抗体を前記第1温度とは異なる所定の第2温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第2温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第2回路と、
前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度とされたいずれかの前記第2感温抵抗体の抵抗値に対応する電気量を出力する第3回路と、
いずれかの前記第1感温抵抗体の温度を、前記流路中の前記被検ガスの温度と略同一温度とされたいずれかの前記第2感温抵抗体に対して所定温度だけ高い第4温度に制御し、且つ該第1感温抵抗体を該第4温度に保つための消費電力に対応する電気量を出力する第4回路と、
を備えることを特徴とする呼気センサ。 An exhalation sensor for use in an alcohol concentration measuring device for measuring the alcohol concentration contained in exhaled breath directly injected,
One or two or more first temperature sensing resistors and one or two or more second temperature sensing resistors provided on one semiconductor substrate and installed in the flow path of the test gas;
A first circuit that controls any one of the first temperature sensitive resistors to a predetermined first temperature and outputs an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature sensitive resistor at the first temperature. When,
Electricity corresponding to power consumption for controlling any of the first temperature sensitive resistors to a predetermined second temperature different from the first temperature and maintaining the first temperature sensitive resistors at the second temperature. A second circuit for outputting a quantity;
A third circuit for outputting an electric quantity corresponding to a resistance value of any one of the second temperature sensitive resistors set to be substantially the same as the temperature of the test gas in the flow path;
The temperature of any one of the first temperature sensing resistors is higher by a predetermined temperature than any one of the second temperature sensing resistors that is substantially the same as the temperature of the test gas in the flow path. A fourth circuit for controlling the temperature to 4 and outputting an amount of electricity corresponding to power consumption for maintaining the first temperature-sensitive resistor at the fourth temperature;
A breath sensor characterized by comprising:
前記被検ガスの流れが停止された後に、前記第1回路及び前記第2回路の各出力により前記流路中に残留する前記被検ガスの湿度に対応する湿度対応値を算出する湿度測定手段と、
を備える請求項6記載の呼気センサ。 A flow rate measuring means for measuring a flow rate of the test gas flowing through the flow path by an output of at least one of the first circuit, the second circuit, and the fourth circuit;
Humidity measuring means for calculating a humidity corresponding value corresponding to the humidity of the test gas remaining in the flow path by the outputs of the first circuit and the second circuit after the flow of the test gas is stopped. When,
An exhalation sensor according to claim 6.
前記流量測定手段は、更に、所定範囲の流量の前記被検ガスが所定時間連続して流れたことを検知したときは適正流量と判定し、
前記湿度測定手段は、更に、前記湿度対応値が所定範囲である場合には適正湿度と判定し、
呼気の吹込みを促した後に、前記流量測定手段により前記被検ガスの流量を測定して前記適正流量と判定された場合には前記吹込みの停止を促し、前記吹込みが停止された後に、前記湿度測定手段により前記被検ガスの湿度対応値を算出して前記適正湿度と判定された場合には、前記流路から導入された前記被検ガスについてアルコール濃度の測定を可とするセンサ制御手段を備えることを特徴とするアルコール濃度測定装置。 An alcohol concentration measuring device comprising the breath sensor according to any one of claims 7 to 9,
The flow rate measuring means further determines an appropriate flow rate when detecting that the gas to be detected having a flow rate in a predetermined range continuously flows for a predetermined time,
The humidity measuring means further determines the appropriate humidity when the humidity corresponding value is within a predetermined range,
After prompting the exhalation, if the flow rate of the test gas is measured by the flow rate measuring means and determined to be the proper flow rate, the stop of the insufflation is urged, and the insufflation is stopped When the humidity measurement value is calculated by the humidity measuring means and determined as the appropriate humidity, a sensor that enables measurement of the alcohol concentration of the test gas introduced from the flow path An alcohol concentration measuring apparatus comprising a control means.
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