JP2019023651A - 高度に正確な呼気検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】呼気検査システムの精度を増加させること。【解決手段】本発明は、個人の呼気検査のためのシステムを提供し、前記システムは、センサユニットであって、入口を通って流動する呼気からの空気中に存在する揮発性物質の存在および／または濃度を検知するように、かつ、前記物質の濃度に対応する信号を生成するように構成された第１のセンサ要素と、前記流動空気中のトレーサガスの存在を検知するように構成された第２のセンサ要素と、を備えるセンサユニット；前記個人の呼気中の物質の濃度を判定するように構成された分析器であって、前記判定は、前記物質濃度に対応する前記信号に基づいている、分析器；を含む、システムを提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、個人の呼気内のエチルアルコール等の物質の存在／濃度を感知するためのシステムに関する。

呼気アルコール濃度（ＢｒＡＣ）は、近似的関係ＢｒＡＣ［ｍｇ／ｌ］＝０．５＊ＢＡＣ［ｍｇ／ｇ］によって血中アルコール濃度（ＢＡＣ）に関係付けられる。他の物質は、異なる係数を有する。

最先端技術による監視下呼気検査が、飲酒運転を防止するために警察によって行われている。同じ目的で、車両においてアルコロック（ａｌｃｏｌｏｃｋ）を使用する非監視下検査もまた、ますます使用されている。センサ技術は、触媒半導体（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、燃料電池、および、赤外分光法を含む。精度、特異度、環境耐性、および、応答時間に関する性能は、市場で入手可能な異なるデバイスの間で非常に様々である。呼気検査のためのデバイスは、深呼吸し、衛生的理由で別個の使い捨てアイテムでなければならない密着型マウスピースを介して気道を空にした後で、ＢｒＡＣを表す信号を提供するセンサ要素を含む。正しい判定を確実にするために、検査個人は、ほぼ完全な肺活量で強制呼気を送達することを要求される。これは、限定された肺活量を有する個人にとって特に、大幅な時間および努力を要求する。マウスピースの取り扱いは、時間がかかり、水分凝縮に起因する望ましくない誤差の原因を示す。判定の精度は、特に判定が法定限界に関係付けられるときに、ますます難しい課題を示す。証拠目的のための非常に正確な呼気分析器が市販されているが、それらは高価である。低コストであり、検査されるべき個人にとって最小限の努力で、正確かつ信頼性のある呼気検査が可能な大量生産デバイスに対する強い市場需要がある。

呼気分析の基本的技法は、２０世紀の後半に開発された。ごく最近では、呼気検査のためのあまり煩わしくない手段に向けた動きが、着目されている。Ｏｌｓｓｏｎら（国際公開第９８／２０３４６号）は、水蒸気をトレーサガスとして使用して、マウスピースを用いることなく正確な測定を行うことができるシステム解決策を開示した。Ｌｏｐｅｚ（米国特許第５，４５８，８５３号）は、デバイスとユーザの口との間の距離に対する依存を補正するように超音波を使用する別のアプローチを報告した。Ｈｏｅｋら（英国特許第２４３１４７０号）は、希釈された呼気サンプルの補正のための簡易アルゴリズムと組み合わされた、二酸化炭素（ＣＯ_２）をトレーサガスとして使用するシステム解決策を開示した。さらに別のアプローチが、Ｌａｍｂｅｒｔら（ＳＡＥ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ａｐｒｉｌ ３−６， ２００６）によって報告された。車両キャビン内の空気が監視され、分解能を増進するようにサンプルを蓄積するために、アルコール吸着材料が使用された。ここでも、ＣＯ_２がトレーサガスとして使用された。

国際公開第９８／２０３４６号 米国特許第５，４５８，８５３号明細書 英国特許第２４３１４７０号明細書

Ｌａｍｂｅｒｔら（ＳＡＥ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ａｐｒｉｌ ３−６， ２００６）

本発明の目的は、呼気検査システムの精度を増加させることである。本発明は、組み合わせると必要な特性を提供するいくつかの重要要素に基づく。第１に、空気が入口領域からセンサユニットへ連続的に流動することを可能にする１つまたはいくつかの開口部を意味する事前規定された入口領域を通って流動する空気のアルコール濃度に対応する信号を提供するセンサユニットが、存在する。第２に、センサ信号に基づく該個人の呼気アルコール濃度の判定のために、分析器が含まれる。第３の要素は、呼気サンプルの検知と一致する時点における空気流の中断を制御するための手段であり、判定の完了時の短い時間区間後にセンサユニットがパージされることを可能にする。本発明によるシステムの１つの実施形態では、空気流を生成または支援するための手段、例えば、ファンまたはポンプもまた、システムに含まれる。本実施形態では、流動中断は、呼気の検知時にファンを能動的にオフにすることと、判定後の自動パージとによって達成される。ファンまたはポンプを伴わない別の実施形態では、流動中断は、フラップ弁を用いて達成される。これらの実施形態はまた、当然ながら、組み合わせて使用することができる。

基本要素の組み合わされた機能は、必要とされる精度を得るために必要かつ十分である。本発明の１つの改良として、空気流を中断することによって、サンプル空気がセンサユニットにおいて捕捉される。したがって、呼気分析は、他の場合よりも高い濃度で行われる。これはまた、精度の向上にもつながる。

空気流を中断することによって、測定時間を延長し、信号平均化を行うことが可能である。次いで、Ｔ_ａｖが平均化時間であり、Ｔ_ｓが２つの信号サンプルの間の時間である係数√（Ｔ_ａｖ／Ｔ_ｓ）によって、偶然誤差が低減される。例えば、Ｔ_ｓ＝０．２秒およびＴ_ａｖ＝２秒を用いると、精度が√１０＝３．１６だけ向上させられる。

空気流を中断することの利益は、誤った示度値によって明示される流動関連の系統誤差に関して、さらに顕著である。空気流の影響は、直接影響として、および、間接的に温度勾配を介しての、両方で存在する。これらの誤差は、使用される実際の構成要素に非常に依存し、特に低い濃度で有意である。

流動中断は、呼気アルコール濃度の判定中または背景濃度の測定中に、ただ一時的なものであるべきである。それ以外は、測定セルを通る空気流は、システムが動作しているときはいつでも維持されるべきであり、周囲ガス濃度における変動が連続的に監視されることを可能にする。中断はまた、必ずしも完全に停止させることではなく、有意に低い規模への空気流の一時的低減も含む。

本発明は、これまでアクセス不可能であった種々の状況で呼気検査が行われることを可能にする。精度、有用性、および、車両一体化の可能性の向上が、現在入手可能な製品を用いるよりもはるかに大規模に飲酒運転を防止することに向けた重要なステップであり得る。これは、アルコール関連交通事故の高い死亡率を低減するために必要と考えられる。他の有望な適用分野は、重要な仕事を有する職員および競技場に到着する観客の節酒制御である。それはまた、種々の自己検査シナリオで、例えばアルコール依存症患者の治療で、使用されてもよい。煩わしくない呼気検査の可能性は、救急医療での診断目的について重要になることが予期される。この目的のために、多数の揮発性物質が、エチルアルコールに加えて着目される。

目的を満たすために、第１の局面での本発明は、請求項１で規定されるような個人の呼気検査のためのシステムを提供する。それは、事前規定された入口領域を通って流動する空気中に存在する揮発性物質の存在／濃度を感知するように構成され、かつ、該物質の濃度に対応する信号を生成するセンサユニットと、該個人の呼気中の該物質の濃度の判定のための分析器であって、判定は、物質濃度に対応する該信号に基づいている、分析器と、呼気の検知と一致する時点における該空気流の一時的中断のための手段とを含む。

第２の局面では、それは、請求項１２で規定される個人の呼気検査を行う方法を提供する。これは、事前規定された入口領域（４）を通って流動する該検査個人の呼気からの空気中に存在する揮発性物質の存在／濃度を感知するように構成され、かつ、該物質の濃度に対応する信号を生成するセンサを備える検査システムを提供するステップと、限定された時間区間にわたって該事前規定された領域を通る流動を中断するステップと、該中断中に該物質の濃度を検知するステップとを含む。
特定の実施形態において、例えば以下の項目が提供される：
（項目１）
個人の呼気検査のためのシステムであって、前記システムは、
センサユニット（５）であって、前記センサユニットは、
事前規定された入口領域（４）を通って流動する呼気からの空気中に存在する揮発性物質の存在および／または濃度を検知するように、かつ、前記物質の濃度に対応する信号を生成するように構成された第１のセンサ要素（８）と、
前記流動空気中のトレーサガスの存在を検知するように構成された第２のセンサ要素（７）と
を備える、センサユニットと、
前記個人の前記呼気中の前記物質の濃度を判定するように構成された分析器（１０）であって、前記判定は、前記物質濃度に対応する前記信号に基づいている、分析器と、
前記空気流を生成および制御するための手段（１０、１２、１４）であって、前記手段は、ファンまたはポンプ（９）を含み、前記手段は、呼気の検知時に前記空気流を中断するように適合させられ、呼気検知のための基準は、トレーサガス検知を含む、手段と
を含む、システム。
（項目２）
前記入口領域（４）の近傍にある位置における個人（１３）の存在の登録のための手段（２）と、視聴覚ユニット（３）とをさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記空気流を生成および制御するための前記手段（１０、１４）は、限定された時間区間後、好適には１秒〜１０秒後、より好ましくは１秒〜５秒後に、前記空気流を再開するように構成される、項目１または２に記載のシステム。
（項目４）
前記中断の実行のための弁（１２）をさらに備える、項目１、２、または、３に記載のシステム。
（項目５）
前記センサユニット（５）は、トレーサ物質、例えば、二酸化炭素、または、水蒸気の判定、または、温度の判定に基づく呼気検知のための手段を含む、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目６）
前記流動生成手段（９）は、ブラシレスＤＣモータと、前記モータへの電流駆動パルスの双方向制御のための手段（１４）とを含む、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目７）
前記流動生成手段（９）の自由断面積は、前記入口領域（４）の４分の１未満である、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目８）
前記流動生成手段（９）の可動部分の質量は、１．５グラム未満である、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目９）
前記システムは、前記空気流を生成または支援するための前記手段を制御するための制御手段（１０、１４）をさらに備え、それは、実際の駆動要素、例えば、ブラシレスＤＣモータからのフィードバック、または、流動センサを含む、項目２〜８のいずれかに記載のシステム。
（項目１０）
前記揮発性物質は、アセトン、アセトアルデヒド、メタノール、エタノール、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソプレン、アンモニア、硫化水素、メチルメルカプタン、酢酸エチル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、もしくは、メチルイソブチルケトン、または、それらの組み合わせである、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１１）
前記入口領域（４）と前記センサユニット（５）との間の距離は、典型的に、１０〜２０ｍｍである、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１２）
前記センサユニットの内部容積は、典型的に、２０〜６０ｍｌである、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１３）
前記ファン（９）によって生成される空気体積流量は、典型的に、１００〜２００ｍｌ／秒である、前記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１４）
前記システムは、壁に搭載されるように適合させられた箱に閉じ込められ、前記登録のための手段（２）、視聴覚ユニット（３）、および、入口領域（４）は、前記箱の一側面上に位置決めされ、それによって、前記壁における穴を通してアクセス可能である、前記項目２〜１３のいずれかに記載のシステム。
（項目１５）
個人の呼気検査を行う方法であって、前記方法は、
項目１に記載の検査システムを提供するステップと、
限定された時間区間にわたって前記事前規定された領域を通る前記流動を中断するステップと、
前記中断中に前記物質の濃度を検知するステップと
を含む、方法。

ここで、図面を参照して本発明を下記で説明する。

図１は、１つの実施形態によるシステムの概略図を示す。 図２は、システム機能のフローグラフを示す。 図３は、本発明によるシステムを用いて行われた典型的な呼気検査の時系列を示す。

詳しい説明
図１は、本発明によるシステム１の１つの実施形態の概略図（一定の縮尺ではない）を示す。

これは、分析されるべき呼気のための通路を形成するコンパートメントＣと、赤外光源６、すなわち、赤外線エミッタと、揮発性物質（例えば、エタノール）を検知することが可能な第１のセンサ８と、例えば、ＣＯ_２を検知することが可能な第２のセンサ７とを含むセンサユニット５と、好適には、モータによって駆動されるファンまたはポンプ９とを備える。

本システムは、検査個人がシステムの近傍にいることを検知するための存在検知器２をさらに備え、好ましくは、表示ユニット３ｂと、ラウドスピーカ３ａとを備える視聴覚ユニット３も備える。

本システムはまた、信号アルゴリズムを実行する能力を好ましくは有する汎用デジタルマイクロコントローラを含む分析器１０と、ファンまたはポンプを駆動するモータへの電流駆動パルスの双方向制御のための手段１４とを備える。

検査個人１３は、入口領域４を通って流動する空気のエチルアルコール濃度に対応する信号を生成するセンサ要素８を装備したセンサユニット５の入口領域４の近傍に位置付けられて示されている。センサユニット５を通る空気流生成手段は、ファンまたはポンプ９によって提供される。入口領域４は、ファン９によって駆動された空気が自由に流入することができる１つまたはいくつかの開口部を構成する。好ましくは、例えば多孔質材料から作製された、粒子フィルタ１１が、入口領域４に含まれる。これは、いかなる有意な程度にも空気流を妨げずに、粒子およびエアロゾルがセンサユニット５を汚染することを防止する。さらに、出口領域１２があり、そこから空気流が雰囲気の中へ戻される。本発明の１つの実施形態では、出口領域は、一方向のみに空気流を可能にする２つのヒンジ連結された薄い壁による、図１で示されるフラップ弁を含む。開いたままにするために、薄い壁にわたって水平圧力勾配（図１に参照される方向）を維持することが必要である。そのような勾配が、小さすぎるか、欠如しているか、または、逆転させられる場合、ヒンジ連結壁は垂直位置に戻り、出口領域１２を閉鎖する。フラップ弁の正確な閉鎖点は、ヒンジおよび壁の性質に依存し、任意の特定の要件に適応させられてもよい。さらに、電磁制御弁等のフラップ弁に対するオプションもある。

個人１３が５０ｃｍを超えない距離から入口領域４に向かって呼気を方向付けているとき、センサユニット５を通って流動する空気は、雰囲気と個人１３からの呼気との混合物から成る。

本システムは、短い時間の瞬間中に個人１３との相互作用が可能である。このための装置は、入口領域４の近傍にある位置における個人１３の存在の登録のための手段２と、視聴覚ユニット３とを含む。登録の手段２の実装は、実際の適用に非常に依存し、ドアの開閉を示すマイクロスイッチ、マイクロホン、カメラ、超音波または赤外線の放射を使用する非接触検知器、個人の重量に応答する力センサを含むことができる。それは、音声制御、画像分析、バーコード読み取り、または、バイオメトリック分析による個人の識別のための手段を含み得る。視聴覚ユニット３は、好ましくは、ラウドスピーカ３ａとディスプレイ３ｂとを含む。ラウドスピーカ３ａは、人工音声または象徴音のトラックを生成し得、ディスプレイ３ｂは、テキスト、画像、アイコン、または、他のシンボルを伝え得る。

好ましくは、視聴覚ユニット３は、個人１３の注意をこの領域に方向付けるために、入口領域４に接近して位置決めされる。これは、存在登録時に、または、ある程度の後で、個人１３の即時注意を求めることが可能である。これはまた、個人１３が必要とし得る場合において、指示も、詳細な指示さえも、伝えることが可能である。

雰囲気と呼気との混合の結果として、センサ要素８によって生成される信号は、呼気の希釈に対応する係数によって減退させられる。したがって、要素８に加えて、トレーサガス（例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）または水蒸気）の濃度を測定するために、別のセンサ要素７が含まれる。トレーサガス濃度は、気道から出て行くときにほぼ一定であるので、センサユニット５に進入する空気の希釈の程度の正しい概算を得ることが可能である。ＣＯ_２およびＨ_２Ｏ以外の、トレーサ信号に対する別のオプションは、温度である。呼気の温度は、口または鼻から出て行くときに、体温とほとんど同じであるが、混合時に雰囲気により近づく。

センサ要素７、８は、赤外線（ＩＲ）伝送測定のための測定セルの受信機端部を構成する。赤外線エミッタ６からの、好ましくは黒体放射要素からの、広帯域赤外線放射のビームが、セルを照射していて、最終的に複数回の反射後に、要素７、８に到達する。好ましくは、エミッタ６は、典型的な信号の周波数帯域を上回る周波数で、例えば５Ｈｚで、変調される。センサ要素７、８の各々は、検知されるべき物質の吸収ピークに整調させられた帯域通過干渉フィルタとともに、赤外線放射のサーモパイル検知器を含む。要素８は、エチルアルコールに対する間隔９．１〜９．９μｍ内の通過帯域を有するフィルタを含み、要素７は、ＣＯ_２がトレーサガスである場合、間隔４．２〜４．３μｍにおけるフィルタを含む。代替的なトレーサガスである水蒸気は、波長間隔２．５〜２．８μｍおよび５．７〜６．９μｍにおける強力な吸収を有する。ガスおよびフィルタ特性の他の組み合わせも可能である。アセトン、アセトアルデヒド、メチルアルコール、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソプレン、アンモニア、硫化水素、メチルメルカプタン、酢酸エチル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、および、メチルイソブチルケトンが、診断または毒物学的観点から着目され得る揮発性物質の例である。

ＩＲエミッタ６から検知器７、８までの光学経路は、実際の物質の濃度範囲および吸収係数に依存し得る。ＣＯ_２は、短い光学経路１０〜２５ｍｍを要求する、呼気中の強力な吸収および高い濃度を有する。法定濃度限度を下回るアルコール検知については、０．５ｍ超の経路長が必要であり得る。複数回の反射を使用して光学経路を折り畳むことによって、センサユニット５の長さ／幅／高さを依然として７０／３０／１５ｍｍよりも小さく保つことができる。

センサユニット５は、ほぼ瞬時に、すなわち、ほんの一瞬のうちに、入口領域４で生じる濃度変動に応答する。これは、部分的に、入口領域４とセンサユニット５との間の短い距離（典型的に、１０〜２０ｍｍ）、その小さい内部容積（典型的に、２０ｍｌ〜６０ｍｌ）、ファン９によって生成される空気体積流量（典型的に、１００ｍｌ／秒〜２００ｍｌ／秒）、および、ファン９によって生成される空気流速度によるものである。これはまた、赤外線エミッタの比較的速い変調周波数に起因するものである。センサ要素７、８から引き出される信号情報は、変調周波数の振幅として表される。

電磁放射および耐性についての要件を満たすために、本発明によるシステムは、保護目的で、容量性および誘導性電子要素を含む。加えて、要素７、８、および、それらの関連アナログ入力段は、好ましくは、コモンモード干渉の影響を抑制するために、差動プリアンプを装備している。

センサ要素７、８からの信号は、分析器１０に運ばれ、その分析器は、信号アルゴリズムを実行する能力を伴い、さらに、視聴覚ユニット３、赤外線エミッタ６、ファン９を制御する汎用デジタルマイクロコントローラを好ましくは含む。アナログ信号を含む異なる形式の間での信号変換は、外部ユニットとの、例えば呼気検査の結果に応じて作用または反作用を取るためのアクチュエータユニットとの、通信も可能であるマイクロコントローラ１０によって、管理されることができる。システム１のための電力は、バッテリまたは外部電源のいずれかから取得することができる。システム１は、スタンドアローン型ハンドヘルドユニットとして、または、他の属具（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）の一体化部品（例えば、車両コンパートメント、または、建築物もしくは仕事場の入口）として、設計することができる。好ましくは、入口領域４は、センサユニット５の保護のための手段を、例えばシステム１が動作していないときに閉鎖される蓋を、含む。フラップ弁１２は、この機能を果たすことが可能である。

好ましくは、ファン９の可動部分は、最短の始動時間および停止時間を有するために、小さい質量（典型的に、１．５グラム未満）を有する。ファン９はまた、好ましくは、ブラシレスＤＣモータと、モータへの電流駆動パルスの双方向制御のための手段１４とを含み、ファン９と、いくつかの供給業者（例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．（ＵＳＡ））から入手可能である制御回路１４との間の双方向矢印によって図１で指定される電磁効果が、モータと発電機機能との間で可逆的であるという事実を利用する。この制御機能によって、ファン９を非常に迅速に始動／停止すること、および、異なる速度でそれを作動させることの両方が可能である。そのフィードバックループはまた、実際の空気流を測定する流量センサを含む。始動時間および停止時間は、制御および駆動回路１４によって最小限に保つことができる。

オフモードでは、ファン９は、センサユニット５の内側で空気を効果的に捕捉する有意な流動狭窄を示す。空気の自由な通過を可能にするファン９の断面積は、かなり典型的に、入口領域４の４分の１未満である。この狭窄は、測定時間中にセンサユニット５の望ましくない通気を防止する流動抵抗を構成する。

本発明によるシステムは、好ましくは、登録のための手段２、視聴覚ユニット３、および、入口領域４が、箱の一側面上に位置決めされ、それによって、壁における穴を通してアクセス可能であるような態様で、壁に搭載されるように箱に閉じ込められる。

空気流制御手段１０、１４はまた、精度を向上させる以外の目的で使用されてもよい。それはまた、センサユニット（５）の安定性を向上させ、起動時間を最小限化するために、システムの起動中に使用されてもよい。別の使用は、軸受または他の敏感な部品の長期的劣化を監視することである。

図２は、本発明によるシステム機能のフロー図を示す。本システムは、いくらかの外部制御信号によって、手動または自動のいずれかで始動または開始させられる。車両の場合、始動信号は、車両のドアの開錠であり得る。開始段階は、好ましくは、前の検査の機会以来いかなる機能的エラーも発生していないことを確認するように、システムのいくらかの自己検査機能を伴う。ファン９は、自動的に始動され、流動を中断するかまたは異なる速度で作動するコマンドを受信するまで、全速力または低減された速度で作動している。開始段階はまた、敏感な構成要素の予熱および信号の安定化を含むことができる。

本システムは、検査の準備ができているとき、事前規定された位置内の個人の存在が検知されるまで、待機状態のままである。以前に説明されたように、検知は、個人の識別を伴う場合も伴わない場合もあり、個人とシステムとの間の双方向通信を必要とし得る。存在検知ステップの後または最中に、本システムは、呼気検査を表す特定のシンボルまたはアイコンと組み合わされた、協調した点滅光、独特の指向性音によって、個人の注意を求める。

次いで、経験済みである個人が、センサ入口領域に向かって呼気を方向付けることを予期される一方で、未経験の個人は、どのようにして進めるべきかについて、多かれ少なかれ詳細な指示を必要とし得る。口頭で、または、テキストメッセージとして提供される指示の例は、「深呼吸をし、身を乗り出し、口を大きく開いてゆっくりと息を吐き出してください」である。代替として、静止画もしくは動画、図形シンボル、または、他の手段によって、指示が提供される。呼気検知のための基準が１ラウンドの指示後に満たされない場合、繰り返しの指示が、徐々に詳細のレベルを増大させて送達されてもよい。

呼気検知のための基準は、好ましくは、以前に説明されたようなトレーサガス検知を伴う。ＣＯ_２がトレーサガスである場合、単純な基準は、２０という希釈係数に対応する閾値ＣＯ_２濃度（例えば、２５００ｐｐｍ（１００万分の１））に達することである（肺胞ＣＯ_２濃度は約５容量％または５００００ｐｐｍである）。さらなる基準は、ＣＯ_２信号の時間導関数（ｔｉｍｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）に関連付けることができる。同時に測定されたアルコール濃度は、この場合、推定呼気アルコール濃度を得るために、２０で乗算される必要がある。呼気検知のための基準はまた、典型的に通常環境において４００〜６００ｐｐｍである背景ＣＯ_２濃度についての補正を含むべきである。数式またはアルゴリズムが、通常、異なる条件の間の変動に適応するように設定可能なパラメータを使用して、基準を規定するために適切である。そのようなアルゴリズムを、標準マイクロコントローラを使用して、リアルタイムで実行するために実装することができる。

呼気の検知時に、コマンドが、空気流を中断するようにファン９に送信される。次いで、センサユニット内の空気が捕捉され、長期測定がゼロ空気速度で行われ得、基本的に、流動関連誤差を排除し、雑音等の偶然誤差の低減ももたらす信号平均化を可能にする。低減は、物質およびトレーサの両方の判定に適用される。

本発明の１つの実施形態では、ファンまたはポンプ９がない場合、流動中断の電気的制御が、存在しない。本実施形態では、空気流は、息を吐き出す個人によって駆動され、フラップ弁１２のヒンジ連結壁にわたって圧力勾配を生成し、空気が出口領域を通過することを可能にする。個人の呼気が減少または停止しているとき、フラップ弁は閉鎖し、センサユニット５の中で呼気を捕捉する。正確な閉鎖の時間は、フラップ弁のヒンジおよび壁の弾性に依存していて、最終的にはいくらかの遅延を伴って、呼気の検知と一致するように適合させられてもよい。

希釈のレベルは、信号品質の尺度である。高い濃度（小さい希釈係数）が、判定の高い信頼性を提供する一方で、他の近くの個人等の干渉要因の影響は、希釈の程度とともに増加する。好ましくは、呼気検査の結果は、濃度としてだけでなく、希釈係数に応じた推定誤差に関しても提示される。

呼気検知は、いくつかの適用において、「注意」および「指示」シーケンスの両方をショートカットする点線によって図２で象徴されるように、存在検知に優先してもよい。別の表現の方法は、「登録の手段」の中へトレーサガス検知を含むことである。

ＢｒＡＣの判定は、センサ要素７からの信号とセンサ要素８からの信号との間の相関に基づいて、別のアルゴリズムによって行われる。センサユニット５が個人から呼気を受け入れているとき、両方のセンサ要素は、ほぼ同時に生じる濃度ピークを呈する。いくつかの測定されたアルコール濃度をそれらそれぞれの希釈係数によって乗算することによって、平均ＢｒＡＣ値が得られる。信号平均化によって、雑音および干渉の影響が低減される。解剖学的死腔によって、または、センサユニット５の設計によって引き起こされる差異に起因するＣＯ_２信号とアルコール信号との間のわずか時間差もまた、アルゴリズムにおいて適応する可能性がある。

呼気検知についての基準を満たすことによって規定される呼気検査の完了および結果は、好ましくは、例えば視聴覚ユニット３を使用して、個人に伝達される。ファン９は、好ましくは、本システムが新しい呼気検査に対する準備ができるまでの時間を最小限化するために、好ましくは全速力で、センサユニットをパージするように、判定完了後に再始動するように命令される。再始動は、１秒〜１０秒、好ましくは１秒〜５秒等の限定された時間区間内に起こる。ファンまたはポンプ９が含まれない場合、ハンドヘルド式である場合のシステム１は、図１を参照する水平な右から左の方向にそれを素早く動かすことによって、手動でパージされ得、それによって、フラップ弁１２にわたる圧力勾配を生成し、新鮮な雰囲気がセンサユニット５に進入することを可能にする。

基本的に、同じフロー図が、ファンまたはポンプを伴わない実施形態にも適用され、センサユニット５のパージが手動で行われるだけである。

図２のフロー図において、実際の呼気検査の終了後に取られるさらなるステップは、それらが呼気検査の実際の適用に非常に依存し得るので、含まれていない。そのようなステップは、判定に基づく作用または反作用（例えば、車両の機能を有効／無効にすること、または、ドアの施錠／開錠）を制御するための規則ベースの決定を伴い得る。

図３は、本発明によるシステムを用いて行われた典型的な呼気検査の時系列を示す。表される信号は、上から下に、「高」が「オン」を表し、「低」が「オフ」を表す、ファン９への「Ｆ」制御信号、「Ｔ」トレーサガス、「Ａ」アルコールである。時間的尺度は、入口領域４に向かって息を吐くことによって呼気サンプルを送達するための要求に時間ゼロで応答する、経験済みである検査個人の典型的なシーケンスを表す。約１秒後、閾値を上回るトレーサ信号が着目され、ファン９が空気流を中断するように制御回路１４からコマンドを受信する。短い遅延後に、トレーサおよびアルコールチャネルの信号は、プラトーに達し、それから、信号平均化を使用して、希釈およびＢｒＡＣの正確な判定が行われる。判定の完了後に、再始動のための新しいコマンドがファン９に送信される。センサユニット５の通気時に、トレーサおよびアルコールチャネルの両方の信号は、元のレベルに戻る。

基本的に、同じ時系列が、ファンまたはポンプを伴わない実施形態にも適用され、センサユニット５のパージが手動で行われるだけである。

Claims (13)

1. 個人の呼気に存在する空気を検査するためのシステムであって、前記システムは、
   センサユニットであって、前記センサユニットは、
   チャンバであって、前記チャンバの一端に配置された入口と、前記チャンバの反対端に配置された出口とを有する、チャンバと、
   個人の呼気からの空気を、前記入口を通して前記チャンバ内へと選択的に流動させるための、前記入口内に配置されたファンであって、前記ファンが、（ｉ）前記ファンが回転するときに、空気が前記入口を通って流動することを可能にし、かつ、（ｉｉ）前記ファンが回転していないときに、空気が前記入口を通って流動することを実質的に防止する、ように構成される、ファンと、
   （ｉ）空気が前記出口を通って前記チャンバから出ることを可能にし、かつ、（ｉｉ）空気が前記出口を通って前記チャンバに入ることを防止するための、前記出口内に配置された一方向弁と、
   前記チャンバ内に存在する揮発性物質の存在および／または濃度を検知するように、かつ、前記揮発性物質の存在および／または濃度に対応する信号を生成するように構成された第１のセンサ要素と、
   前記チャンバ内の空気中のトレーサガスの存在を検知するように構成された第２のセンサ要素と
   を備え、前記センサユニットは、前記第２のセンサ要素によって前記チャンバ内で前記トレーサガスが検知されると、空気が前記入口を通って流動することを実質的に防止するように、前記ファンの回転を停止するように構成される、センサユニットと、
   前記個人の前記呼気中の前記揮発性物質の濃度を判定するように構成された分析器であって、前記判定は、前記揮発性物質濃度に対応する前記第１のセンサ要素からの前記信号に基づいている、分析器と、
   を含む、システム。
2. 前記入口の近傍にある位置における個人の存在の登録のための手段と、視聴覚ユニットとをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ファンは、限定された時間区間後に、回転を開始するように構成され、前記限定された時間区間が１秒〜１０秒である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ファンは、ブラシレスＤＣモータと、前記モータへの電流駆動パルスの双方向制御のための手段とを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ファンの自由断面積は、前記入口の断面積の４分の１未満である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ファンの可動部分の質量は、１．５グラム未満である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ファンを制御するための制御手段をさらに備え、それは、実際の駆動要素からのフィードバックを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記揮発性物質は、アセトン、アセトアルデヒド、メタノール、エタノール、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソプレン、アンモニア、硫化水素、メチルメルカプタン、酢酸エチル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、もしくは、メチルイソブチルケトン、または、それらの組み合わせである、請求項１に記載のシステム。
9. 前記入口と、前記第１のセンサ要素および前記第２のセンサ要素のうち少なくとも一方との間の距離は、およそ１０〜２０ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
10. 前記センサユニットの前記チャンバの内部容積は、およそ２０〜６０ｍｌである、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ファンによって生成される空気体積流量は、およそ１００〜２００ｍｌ／秒である、請求項１に記載のシステム。
12. 前記システムは、壁に搭載されるように適合させられた箱に閉じ込められ、前記入口の近傍にある位置における個人の存在の登録のための手段、前記視聴覚ユニット、および、前記入口は、前記箱の一側面上に位置決めされ、それによって、前記壁における穴を通してアクセス可能である、請求項２に記載のシステム。
13. 個人の呼気検査を行う方法であって、前記方法は、
    個人の呼気に存在する空気を検査するためのシステムを提供するステップであって、前記システムは、
    センサユニットであって、前記センサユニットは、
    チャンバであって、前記チャンバの一端に配置された入口と、前記チャンバの反対端に配置された出口とを有する、チャンバと、
    個人の呼気からの空気を、前記入口を通して前記チャンバ内へと選択的に流動させるための、前記入口内に配置されたファンであって、前記ファンが、（ｉ）前記ファンが回転するときに、空気が前記入口を通って流動することを可能にし、かつ、（ｉｉ）前記ファンが回転していないときに、空気が前記入口を通って流動することを実質的に防止する、ように構成される、ファンと、
    （ｉ）空気が前記出口を通って前記チャンバから出ることを可能にし、かつ、（ｉｉ）空気が前記出口を通って前記チャンバに入ることを防止するための、前記出口内に配置された一方向弁と、
    前記チャンバ内に存在する揮発性物質の存在および／または濃度を検知するように、かつ、前記揮発性物質の存在および／または濃度に対応する信号を生成するように構成された第１のセンサ要素と、
    前記チャンバ内の空気中のトレーサガスの存在を検知するように構成された第２のセンサ要素と
    を備え、前記センサユニットは、前記第２のセンサ要素によって前記チャンバ内で前記トレーサガスが検知されると、空気が前記入口を通って流動することを実質的に防止するように、前記ファンの回転を停止するように構成される、センサユニットと、
    前記個人の前記呼気中の前記揮発性物質の濃度を判定するように構成された分析器であって、前記判定は、前記揮発性物質濃度に対応する前記第１のセンサ要素からの前記信号に基づいている、分析器と、
    を含む、ステップと、
    前記第２のセンサ要素を用いて、前記チャンバ内の前記トレーサガスの存在を検知するステップと、
    前記ファンの回転を停止させることによって、前記チャンバ内への空気の流動を中断するステップと、
    前記第１のセンサ要素を用いて、前記チャンバ内に存在する前記揮発性物質の存在および／または濃度を検知するステップと、
    前記揮発性物質の濃度に対応する信号を生成するステップと、
    前記分析器を用いて、前記個人の前記呼気中の前記揮発性物質の濃度を判定するステップであって、前記判定は、前記チャンバ内の前記揮発性物質の濃度に対応する前記信号に基づいている、ステップと、
    を含む、方法。