JP5154112B2 - 呼気検査器 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の呼気アルコール濃度などを簡易に測定できる携帯可能な検査器に関し、特に、センサの劣化を確実に把握可能な呼気検査器に関する。

飲酒運転や酒気帯び運転の廃絶が強く叫ばれている昨今、一般人の使用を意図したアルコール検査器も提案されている（特許文献１，２）。
特開２００１−３１３６９６号公報 特開２００４−２１２２１７号公報

特許文献１には、アルコール検知機能付き携帯電話機が開示されており、また、特許文献２には、呼気アルコール濃度を検知するセンサーユニットを有して測定結果をデジタル表示する装置が開示されている。

しかし、特許文献１の発明では、携帯電話機の内部にアルコール検査部を収容するので、収容スペースの狭さから、アルコール検査部を高性能化することが望めず、結局は、遊び感覚でのアルコール検査にしか使用できないと思われる。

また、そもそも、アルコールセンサは、如何に高精度なセンサであっても、使用回数の増加と共に劣化するのであるから、この点を踏まえた装置構成を採らない限り、計測結果や判定結果の正当性が保証されず、検査装置としての本来の意味を持たない。この点、特許文献２の発明では、センサの劣化が全く考慮されていない。したがって、呼気アルコール濃度を正確に測定できず、誤判定するおそれがある。

ここで、使用回数や使用期間を制限することで、検査結果の正当性を保証することも考えられるが、センサ劣化の進行度合いは、使用方法の適否に大きく依存するので、使用回数や使用期間に基づく管理だけでは適切でない。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、携帯可能な簡易的な検査器でありながら、センサの使用限界を自己診断して計測結果の正当性を高めることができる呼気検査器を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、筐体内部に呼気を受入れる導入部と、前記導入部に受入れた呼気の呼気流路中に配置されたセンサと、前記センサの出力を受けるコンピュータ回路を有する回路基板とを中心に構成され、携帯可能な専用機器たる呼気検査器であって、前記センサは、同種の第一センサと第二センサからなり、コンピュータ回路は、前記２つのセンサの出力値の比較結果に基づいて、前記センサの使用限界を決定し報知するよう動作するよう構成され、前記導入部には、ほぼ真っ直ぐに伸びる第一導入路と、第一導入路から枝別れする第二導入路とが設けられ、第一導入路と第二導入路の各終端に、第一センサと第二センサが各々配置されていることを特徴とする。ここで、同種のセンサは、同一特性のセンサであっても、感度に優劣があるセンサであってもよい。

好ましくは、第一導入路と第二導入路が、ほぼ同一水平面上に整列して設けられるか、或いは、第二導入路が、第一導入路の垂直方向上方に向けて設けられるのが好適である。なお、第二導入路は、流路の経路長が実質的にゼロである場合も含まれる。

第一導入路と第二導入路が、ほぼ水平面上に整列して設けられる前者の場合、第一センサに至るまでの呼気流路は、第二センサに至るまでの呼気流路より実質的に短く設定されているのが効果的である。この場合には、第一センサを最適位置に配置させることで主センサとして使用し、最適位置ではない代わりに、劣化の進行が遅れる第二センサを副センサとして使用するのが効果的である。

一方、第二導入路が、第一導入路の垂直方向上方向に向けて設けられる後者の場合には、第二導入路には、被験者の唾や高湿度の呼気が、殆ど導入されないので、第二センサに至るまでの呼気流路は、第一センサに至るまでの呼気流路より短く設定することができる。極端な場合には、第二導入路の呼気流路を実質的にゼロとし、第一導入路の内周上部に第二センサを配置することも許容される。

上記した本発明によれば、携帯可能な簡易的な検査器でありながら、センサの使用限界を自己診断して計測結果の正当性を高めることができる呼気検査器を実現できる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のアルコール検査器ＡＬの外観状態を図示したものである。なお、破線部は、アルコール検査器ＡＬの内部に配置された部材を示している。また、図２は、分解状態のアルコール検査器を示している。

アルコール検査器ＡＬは、互いに嵌合された一対の第一筐体１ａ及び第二筐体１ｂと、アルコール検査器ＡＬの内部上側に配置された導入管２と、アルコール検査器ＡＬの内部中央付近に配置されるセンサ基板３とを中心に構成されている。導入管２は、上側から第一筐体１ａ及び第二筐体１ｂの間に落とし込まれ、その先端部が第一筐体１ａ及び第二筐体１ｂから表れるように配置されている。そして、カバー４が導入管２と第一筐体１ａ及び第二筐体１ｂの上部を覆うように配置されている。

カバー４の基端側には、呼気を排気するための二条の排気溝４ａが形成されている。センサ基板３の上部基端側には、アルコール濃度及び風圧を計測する主センサ５ａ及び副センサ５ｂが正面側から背面側にかけて整列して配置されている。主センサ５ａ及び副センサ５ｂは、Ｌ字状に折り曲げられた導入管２の基端部と嵌合されている（図３（ｃ）参照）。

アルコール検査器ＡＬの先端側には、中央から下側にかけて化粧板６が装着されている。アルコール検査器ＡＬの内部下側には、２個の電池７，７と、検査結果を外部に出力可能なＵＳＢコネクタ８とが備えられている。なお、アルコール検査器ＡＬの底部は、蓋部９で閉塞されている。

第一筐体１ａの正面には、７セグメントのＬＥＤ表示部１０と、ＬＥＤランプ群１１と、アルコール濃度検査を開始するための動作開始スイッチＳＷとが設けられている。

図３は、導入管２を図示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は底面図である。なお、破線部は、呼気の流路を示している。図３に示すとおり、導入管２は、第一導入管２ａと第二導入管２ｂとで構成され、長さ方向中央付近で、第一導入管２ａから第二導入管２ｂが枝分かれされ、全体としてｈ字状に形成されている。導入管２の先端部は、第一筐体１ａ及び第二筐体１ｂの上部先端側に形成された嵌合溝（不図示）に係合されるようにテーパ部１２が設けられている。導入管２の下側には、センサ基板３に挟み込んで固定するための凸条１３，１３が導入管２の長さ方向に沿って２本平行に形成されている。第一導入管２ａ及び第二導入管２ｂの基端部は、下向きにＬ字状に折り曲げられ、第一導入管２ａ及び第二導入管２ｂに対応した主センサ５ａ及び副センサ５ｂに上から被せるように形成されている。また、第一導入管２ａ及び第二導入管２ｂの基端部では、主センサ５ａ及び副センサ５ｂへの呼気の流路を絞るため中央に微小孔１５が形成された隔壁板１４が設けられている。そして、第一導入管２ａ及び第二導入管２ｂの基端部の上部には、呼気を排出させるための排気口１６が形成されている。この排気口１６は、カバー４に設けられた二条の排気溝４ａに連絡されている。

主センサ５ａは、アルコールセンサＡＳ１と、風力センサＨＵとで一体に構成されており、副センサ５ｂは、アルコールセンサＡＳ２のみにより構成されている。アルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２は、同一特性のものであれば、特に限定されないが、本実施例では、ガス（ここではエタノール）が、酸化物半導体の表面で吸着反応して電気的抵抗が変化することを利用する「表面制御型半導体ガスセンサ」を使用している。なお、酸化物半導体としては、ＳｎＯ_２やＺｎＯなどのｎ型半導体が用いられる。

表面制御型半導体ガスセンサは、所定温度に加熱しておく必要があるので、アルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２に近接してヒータ回路ＨＴが設けられ、アルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２が所定温度に達したことを条件にアルコール濃度を計測するようにしている。

この実施例では、第一アルコールセンサＡＳ１は、主センサ５ａとして第一導入管２ａの終端であって、呼気を最適な位置で捕捉する位置に配置されている。一方、第二アルコールセンサＡＳ２は、副センサ５ｂとして、枝分かれした第二導入管２ｂの終端に配置されている。したがって、アルコールセンサＡＳ２は、被験者のアルコール濃度を正確に計測することはできないが、その反面、被験者の唾や吐息の結露が付着することが少なく、アルコールセンサＡＳ１に比較して劣化の進行が遅い。したがって、本実施例では、第一と第二のセンサ出力を常に比較して、その比較結果に基づいてアルコールセンサＡＳ１の劣化を判定している。なお、劣化が判明すればアルコールセンサＡＳ１をアルコールセンサＡＳ２と共に交換することになる。

一方、風力センサＨＵは、被験者が呼気をアルコールセンサＡＳ１に吹きかけたことを検出するセンサであり、この風力センサＨＵからの出力信号が変化するタイミングに合わせてアルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２の出力が取得される。なお、風力センサＨＵに代えて、或いは、これに加えて湿度センサを設けても良い。

電源スイッチＳＷは、検査開始及び終了スイッチを兼ねており、アルコール検査器ＡＬの電源が遮断されている状態では電源投入スイッチとして機能する。一方、電源投入後は、被験者が、アルコール検査器ＡＬに対して検査動作の開始タイミングを指示する検査開始スイッチとして機能する。

７セグメントのＬＥＤ表示部１０は、検査結果を数値表示する部分であるが、正常に検査データを取得できない場合には、その旨のエラー報知を実行する。ＬＥＤランプ群１１は、電源投入状態を示す電源ランプＰＷＲと、検査開始スイッチＳＷの投入によりアルコールセンサＡＳが所定温度に達したことを示すレディランプＲＤＹと、正常に検査処理が完了したことを示す正常ランプＯＫとで構成されている。検査処理が正常に完了するとレディランプＲＤＹが消灯すると共に正常ランプＯＫが点灯するが、上手くアルコール検査ができなかった場合には、レディランプＲＤＹが点灯されたままで正常ランプＯＫが点滅するようになっている。そのため、正常ランプＯＫが点滅している場合には、被験者は再度スイッチＳＷを押圧して、検査処理を再実行することになる。

図４は、アルコール検査器ＡＬの回路構成を示すブロック図である。このアルコール検査器ＡＬは、検査処理の動作全体を統括するマイクロコントローラＭＣＵ(microcontroller)２０と、アルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２や風力センサＨＵからのアナログ信号を受けて被験者呼気中のアルコール濃度を測定する濃度検出回路２１と、ＬＥＤランプ群１１を駆動するＬＥＤ回路２２と、電源スイッチを兼ねる検査開始スイッチＳＷからの指示信号を受けるスイッチ回路２３と、２つの電池７による電源回路と、汎用パソコンなどの外部機器に検査結果を出力可能なＵＳＢ回路２４と、７セグメントのＬＥＤ表示部１０と、で構成されている。

マイクロコントローラ２０は、濃度検出回路２１から受けたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０１と、ＬＥＤ回路２２に駆動データを出力する第一出力ポート２０２と、スイッチ回路２３からの動作開始信号を受ける第一入力ポート２０３と、７セグメントのＬＥＤ表示部１０に駆動データを出力する第二出力ポート２０４と、ＵＳＢ回路２４に検出データを出力するシリアルポート２０５と、上記各部の動作を制御するＣＰＵ２００と、ＣＰＵ２００の動作内容を規定する制御プログラムを記憶するＲＯＭ２０６と、ＣＰＵ２００の制御動作において作業領域や記憶領域となるＲＡＭ２０７とで構成されている。

図５は、マイクロコントローラ(Micro Control Unit)２０とＵＳＢ回路２４との接続関係を、より詳細に図示したものである。シリアルポート２０５は、具体的には、ＵＡＲＴ(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）回路で構成され、汎用のシリアル送受信機能を発揮する。一方、ＵＳＢ回路２４は、具体的には、ＣＰ２１０１（ＣＹＧＮＡＬ社）などのＵＳＢ−ＵＡＲＴデータ転送ＩＣ(USB to UART data transfer)で実現され、図示の通り、ＵＡＲＴ回路と、ＵＳＢ機能コントローラと、ＵＳＢ通信部と、発振部と、メモリ部とを内蔵して構成されている。したがって、このアルコール検査器ＡＬは、コネクタ８を経由して、ＵＳＢコントローラを内蔵する外部機器と接続することが可能となる。そして、外部機器からの指令に応答して、アルコール濃度などの検査結果を、シリアルポート２０５→ＵＳＢ回路２４→コネクタ８の経路を通して出力するようになっている。

続いて、以上の構成からなるアルコール検査器ＡＬの使用方法を説明する。図５は、アルコール検査器ＡＬの処理を示すフローチャートである。

被験者が、アルコール検査器ＡＬの電源スイッチＳＷを短く電子音が鳴るまで押すと、ヒータＨＴへの通電が開始され、アルコールセンサＡＳ１，ＡＳ２の加熱動作が開始される（ＳＴ１）。そして、所定時間が経過すると、ＣＰＵ２００は、ＬＥＤ回路２２を駆動することによって、レディランプＲＤＹを点灯させる（ＳＴ２）。

一方、被験者は、レディランプＲＤＹの点灯動作に応答して、図２に例示されるマウスピース３０を導入管２へ挿入し、導入管２に呼気を吹き込む。吹き込まれた呼気は、第一導入管２ａと第二導入管２ｂとを通り、主センサ５ａ及び副センサ５ｂへ流れ込む。

この動作に応答して、ＣＰＵ２００は、主センサ５ａ及び副センサ５ｂの出力を、所定時間、サンプリング時間間隔で連続して取得してメモリ（ＲＡＭ２０７）に記憶する。すなわち、流れ込んだ呼気を測定したアルコールセンサＡＳ１の信号、風力センサＨＵの信号、及びアルコールセンサＡＳ２の出力信号が、同期してメモリに連続的に記憶される（ＳＴ３）。

このようにして一群の検査データを取得した後、ＣＰＵ２００は、風力データをチェックして、風力が有意に上昇しているかタイミングを検出する（ＳＴ４）。ここで風力の有意な上昇が認められる場合は、呼気動作が正しく実行された判定できるので、このタイミングにおけるアルコールセンサＡＳ１によって検出されたアルコール濃度ＬＶ１を算出してメモリに記憶する（ＳＴ５）。また同じタイミングで、副センサ５ｂであるアルコールセンサＡＳ２によって検出されたアルコール濃度ＬＶ２を算出してメモリに記憶する（ＳＴ５）。

一方、風力の有意な上昇が認められないなどの異常事態を検出した場合には、ＣＰＵ２００は、ＬＥＤ回路２２を駆動して、ＯＫランプを点滅させることによって被験者に対して再検査を指示する（ＳＴ６）。また、ＬＥＤ表示部１０にはその旨の表示する（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ２００は、アルコール濃度ＬＶ１とＬＶ２のセンサ出力比（＝ＬＶ１／ＬＶ２）を算出する（ＳＴ７）。アルコールセンサＡＳ１（主センサ５ｂ）は、最適な位置においてアルコール濃度を計測する一方、アルコールセンサＡＳ２（副センサ５ｂ）は、相対的に呼気の流通経路が長い分だけ、正確にはアルコール濃度を計測できない。そのため、被験者のアルコール濃度のレベルに拘わらず、常に、ＬＶ１＞ＬＶ２となるが、各センサＡＳ１，ＡＳ２が正常である限り、センサ出力比ＬＶ１／ＬＶ２が所定の正常範囲に収まることが判っている。

したがって、算出したセンサ出力比ＬＶ１／ＬＶ２が正常範囲に収まっている場合には、ＣＰＵ２００は、ＬＥＤ回路２２を駆動して、レディランプＲＤＹを消灯させると共に、ＯＫランプを点灯させる（ＳＴ８）。また、出力ポート２０５を駆動してＬＥＤ表示部１０には、主センサ５ａから算出されたアルコール濃度を数値表示して処理を終える（ＳＴ８）。なお、副センサ５ｂの検出結果は表示されない。

一方、算出したセンサ出力比ＬＶ１／ＬＶ２が正常範囲から外れている場合には、ＬＥＤ表示部１０には、センサが使用限界に達したことを表示すると共に、主センサ５ａから算出されたアルコール濃度を数値表示して処理を終える（ＳＴ９）。

アルコール検査器ＡＬが繰り返し使用されることにより、各センサＡＳ１，ＡＳ２は、吐息の結露や唾が付着するなどの理由から徐々に劣化する。しかし、センサ劣化の進行速度は、アルコールセンサＡＳ２の方がアルコールセンサＡＳ１より遅いので、この実施例では、センサ出力比ＬＶ１／ＬＶ２を判定することによって、アルコールセンサＡＳ１の使用限界を把握している。

以上の通り、本実施例では、導入管２を第一導入管２ａと第二導入管２ｂとに枝分かれさせ、被験者の呼気では劣化し難い位置に副センサ５ｂを配置しているので、両者のレベルを対比することで、主センサの使用限界を正確に把握することができる。

なお、ＵＳＢケーブルを通じて外部機器にアルコール検査器ＡＬが接続されている場合は、外部機器からの指令に応答して、ＣＰＵ２００は、アルコール濃度ＬＶ１，ＬＶ２及びセンサ出力比（＝ＬＶ１／ＬＶ２）を出力する。例えば、長距離トラックの運転手が食事休憩を取る毎に、アルコール検査器ＡＬが使用され、各回毎の検査データ（アルコール濃度ＬＶ１，ＬＶ２及びセンサ出力比）は、ＲＡＭ２０７に蓄積される。営業所に戻って外部機器にアルコール検査器ＡＬがＵＳＢケーブルを通じて接続されると、ＲＯＭ２０６に内蔵された通信プログラムが起動し、ＲＡＭ２０７に蓄積された検査データを外部機器に送信することとなる。

以上本発明の実施例について具体的に説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の改変が可能である。

例えば、実施例では、第一導入路と第二導入路とが同一水平面上に整列して設けられているが、これに代えて、第二導入路（例えば第二導入管）を、第一導入路（例えば第一導入管）の垂直方向上方向に向けて設けても良い。この場合には、第二センサに至るまでの呼気流路は、第一センサに至るまでの呼気流路より短く設定することができるので、第一導入管の内周上部に第二センサを配置して、第二導入路を実質定に省略することもできる。

実施例に係るアルコール検知器を示す正面図である。 アルコール検知器を分解状態で図示した図面である。 導入管を示す図面である。 実施例に係るアルコール検知器の回路構成を示すブロック図である。 図４の一部を更に詳細に示したブロック図である。 実施例に係るアルコール検知器の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 筐体
２ 導入管
ＡＳ１，ＡＳ２ センサ
２０ コンピュータ回路
３ 回路基板
ＡＬ 呼気検査器

Claims (5)

1. 筐体内部に呼気を受入れる導入部と、前記導入部に受入れた呼気の呼気流路中に配置されたセンサと、前記センサの出力を受けるコンピュータ回路を有する回路基板とを中心に構成され、携帯可能な専用機器たる呼気検査器であって、
   前記センサは、同種の第一センサと第二センサからなり、コンピュータ回路は、前記２つのセンサの出力値の比較結果に基づいて、前記センサの使用限界を決定し報知するよう動作するよう構成され、
   前記導入部には、ほぼ真っ直ぐに伸びる第一導入路と、第一導入路から枝別れする第二導入路とが設けられ、第一導入路と第二導入路の各終端に、第一センサと第二センサが各々配置されている
   ことを特徴とする呼気検査器。
2. 第一導入路と第二導入路は、ほぼ同一水平面上に整列して設けられる請求項１に記載の呼気検査器。
3. 第一センサに至るまでの呼気流路は、第二センサに至るまでの呼気流路より実質的に短く設定されている請求項２に記載の呼気検査器。
4. 第二導入路は、第一導入路の垂直方向上方に向けて設けられる請求項１に記載の呼気検査器。
5. 第二センサに至るまでの呼気流路は、第一センサに至るまでの呼気流路より短く設定されている請求項４に記載の呼気検査器。