JP5382724B2 - 対話型アルコール検出 - Google Patents

Description

本発明は呼気中のアルコール濃度の判定に関し、測定精度、応答時間、および測定対象またはオペレータと測定装置との間の対話に関する主要な局面について論じる。

アルコール検出、たとえば呼気中のアルコール濃度の判定のための多くの方法および装置が文献に記載されている。これらのいくつかは、測定機器としても制御装置としても広く使用されている。アルコール連動装置は後者の一例であり、呼気試料が承認されななければ車両ドライバに車両を発進させないようにするものである。すなわち、アルコール濃度は現行の濃度限界を超えない。

アルコール検出においては、アルコールの物理的特性および化学的特性を利用する２つの測定原理が優勢である。後者の部類は、本質的に、触媒によって媒介される燃焼に基づく。アルコール濃度は、発生した燃焼エネルギをたとえば燃料電池または半導体センサで測定することによって判定することができる。このセンサ型は、設計の簡易性および電子回路などの周辺装置に関して有利である。また、半導体センサは物理的寸法が小さく、低コストで製造することができる。

触媒の特徴および実際の燃焼温度によって、触媒センサの選択度が決まる。他の有機物も同様に燃焼されるため、絶対的な特異性を得ることは困難である。他の困難な問題は、触媒の長期的特性に関連する。ある物質の影響によって反復的な較正が必要となり、改ざんの危険性が生じる。このような物質、たとえば硫黄含有ガスは、呼気中においても空気汚染物質としても優勢である。残念ながら、触媒センサは、十分に解決されていない信頼性の問題を抱えている。これらの特性は、飲酒運転の証拠とする目的で警察によって使用されている。しかし、精度の点で低濃度の測定が求められているが、市販の赤外線による証拠機器は高価である。

赤外線（ＩＲ）分光法は、上記の問題を抱えていない物理的な測定方法である。この方法は、赤外線によって照射されると気相アルコールが生成する固有の「指紋」を利用する。吸収スペクトルは、分子中の原子結合に固有の共振分子振動によるものである。このことから、吸収スペクトルの固有の特性、それに関連付けられた他の物質に対する高い選択性、および改ざんに対する防護策を推論することができる。さらに、赤外線による機器の使用には専門的な知識が必要とされる。

アルコール検出器の性能は、ある測定範囲内の精度に関して注目されることが多い。証拠のための機器については±５％の精度が必要であるが、スクリーニングおよび同様の目的については±２０％が適当であると考えられている。民生用アルコール検出器の精度はより低い。これらおよびスクリーニング機器においては、触媒の不良制御状態によって引起こされる系統誤差が目立つ。赤外線による機器については、系統誤差は較正処理によって最小化することができる。残りの誤差は、情報伝達センサ信号からの確率的なノイズの性質を有する。この誤差およびノイズレベルは、統計的な実体、たとえば指定された帯域幅にわたる不規則な変動の平均平方として表すことができる。

アルコール検出の重要な局面は、たとえば車両の運転に関して推奨されているまたは制定されている濃度範囲についてのアルコール判定に関する。スウェーデンでは、血中アルコール濃度０．０２％が車両ドライバの上限値として主流であり、これは呼気試料の約０．１ｍｇ／Ｌに相当する。欧州連合の大部分では、相当する限界はそれぞれ０．０５％お
よび０．２５ｍｇ／Ｌである。

ある濃度限界を基準とする測定では、偽の正の出力および負の出力の比率は、性能に関連する値である。高精度すなわち小さい誤差は、偽の出力の確率を下げることになり、逆もまた同様である。一方、この目的では、精度は濃度付近の区間でのみ注目され、この区間外では注目されない。

警察の管理下の検問所において、飲酒検査がますます行なわれている。スウェーデン警察軍は車両ドライバに対して年間２００万回に近い飲酒検査を行なっており、これにより約１万５千人の飲酒ドライバが検挙されている。負の出力は、検査時の９９％を上回って見られる。単位時間あたりに行なわれる検査数、酩酊したドライバの割合、および単位時間あたりのアルコール関連事故数の間には関連性があると考えられる。ある国では飲酒ドライバの割合はスウェーデンよりも高いが、多くの国では非飲酒運転のための支援が拡大している。飲酒運転の有罪判決後の条件付き運転免許取消しだけでなく、輸送サービスの品質保証についても、アルコール連動装置の使用が成功している。

交通安全分野以外でも、飲酒検査が動機付けられる状況および状態は多い。精度、良好な判断、特定の個人への依存を必要とする職業の業務は、飲酒検査の正当な理由となり得る。また、異なる種類の状況において、たとえば通過確認地点において飲酒検査を行なう理由が存在し得る。

残念ながら、アルコール判定の多くの利用分野は、現在の技術および工学的解決法の実用的および経済的な制限によって妨げられている。上記に加え、実際のサンプリング技術に関する実用上の問題が存在する。先行技術の解決法では、衛生上の理由から交換可能かつ使い捨て可能なマウスピースが必要である。測定ごとにマウスピースを交換することは時間を要し、かつ費用を増大させる。１回の検査の合計時間は、寒冷時には数分となる場合があり、これは、たとえば通過確認において、または車両一体型アルコール連動装置において、容認しがたいことである。

要約すると、先行技術のアルコール検出は、精度、時間経過、利用しやすさ、信頼性および費用に関する中心的な問題点に関連する複数の問題を抱えていると結論付け得る。

本発明の目的は、上記の問題および関連する問題を解決することである。呼気中のアルコール濃度を判定するための新規な方法および装置である本発明は、先行技術と比較して著しい利点を示す。第１に、精度および時間経過を各測定時における具体的な要件に適合させることができる。第２に、各測定のための材料費および時間経過を大幅に削減することができるため、大幅な費用節減が達成される。第３に、たとえば触媒センサの老化現象を回避することによって、非常に高い信頼性が得られる。第４に、反復的な較正を必要としないため、装置の保守の必要性が低下する。これにより保守費用も低下する。第５に、大きなユーザグループについて、技術の利用しやすさが向上する。第６に、低い製造費用で装置を実現することにより、より大きなグループのユーザにとって入手しやすい価格となる。

本発明に係る方法および装置の特徴を添付の請求項に記載する。当該方法および装置の基本的な要素について以下に広範に説明する。

呼気試料のアルコール濃度判定は、本発明によれば、主に衛生上の理由から、装置と検
査対象の呼吸器とが物理的に接触することなくサンプリングすることによって行なわれることが好ましい。検査対象または人は一般に意識のある人物であることが多く、結果として生じる酩酊状態が調査の目的である。しかし本発明は、検査対象についても検出される物質についても限定されない。高度な動物種および無意識の人間にも、アルコール以外の揮発性物質にも適用可能である。

本発明の好ましい実施形態において、呼気試料は、検査対象者が口および鼻から１０〜３０ｃｍの距離に位置するセンサ装置に向かって吹き込むことによって供給される。その結果、呼気試料は大気によって希釈され、呼気のアルコール濃度判定を可能にするためには、この希釈を補償することが必要である。外部で測定されたアルコール濃度Ｃ_extと肺胞Ｃ_alvとの関係は、式（１）によって簡単に表される。

Ｃ_ext＝Ｄ・Ｃ_alv…（１）
変数Ｄは希釈度を表す。希釈されていない呼気についてはＤ＝１であり、非常に高い希釈度ではＤ→０である。

式（２）は、対応するアルコール濃度測定が本質的に同じ点において同時に行なわれている状態で希釈度Ｄをリアルタイムで判定することを可能にする関係に関する。Ｃ_extおよびＣ_alvと同じ希釈処理を受ける測定実体Ｘが存在するものとする。Ｄは以下のように表される。

Ｘ_ambは検査対象の周囲において実体Ｘによって得られる測定値を意味し、Ｘ_alvは対応する測定値である。この想定条件を満たすと考えることができる実体の例は、温度と、水蒸気および二酸化炭素それぞれの濃度とである。

室内環境におけるこれらの実体について、測定値の典型的な値を以下の表に示す。

Ｘ_extおよびＸ_ambの測定と一定と考えられるＸ_alvの挿入とによって、値Ｄを決定することができる。表は、ＣＯ₂濃度が他と比べて２つの重要な利点を有することを示す。１つは、周囲濃度が肺胞に比べて非常に小さい点である。これによって、周囲からの影響は最小である。別の利点は、検出されたＣＯ₂濃度差は肺胞に由来する可能性が高いと考えられることである。一方、肺胞のＣＯ₂濃度は、温度および水蒸気濃度よりも若干大きな変動性を示す。温度および湿気の測定は、簡易性、速度および費用の点で利点を有する。最大の安全性を実現するには、２つ以上の測定実体の組合せを使用することがもちろん可能である。

なお、解剖学上および生理学上の死腔も、呼気の希釈を引き起こす可能性がある。解剖
学上の死腔は上気道を含み、通常の成人では約１５０ｍｌである。解剖学上の死腔からの呼気は、肺胞の空気とはほとんど混合されない。生理学上の死腔は関係する物質に依存し、たとえば当該物質の粘膜への溶解度によって影響される。これらの違いを考慮して、上記の理論をマウスピースによるサンプリングに適用することもできる。

温度と、水蒸気および二酸化炭素の濃度との測定は、各実体に特有のセンサによって行なわれることが好ましい。温度は、適切な精度をもたらす抵抗性センサまたは熱電素子で測定することができる。０．５秒以下の必要な応答速度を得るためには、物理的な寸法が小さいこと、したがって熱量が小さいことが必要である。適切な応答時間を有する小型化された温度センサが市販されている。水蒸気濃度および二酸化炭素の測定についても同じことが当てはまる。第１のケースは、水の高誘電率を利用する容量性測定法である。ＣＯ₂判定については、赤外線吸収を用いて上記のアルコール判定と一体化させることができる。ＣＯ₂は４．２６μｍあたりの狭い波長帯において固有の吸収を示し、アルコールは３．４および９．５μｍにおいて吸収ピークを有する。水蒸気は、２．６〜２．８μｍにおいて比較的広い吸収帯を示す。

式（１）および（２）の条件を満たすためには、アルコールおよび実体Ｘのためのセンサが同じ点で測定されることが必要とされ、センサの寸法および位置決めに関する要求を定める。代替的に、実際のサンプリング点からセンサの物理的位置まで呼気試料を搬送するための配管ラインとポンプ装置とが、装置のエアサンプリング部に設けられる。

ＤおよびＣ_ambの現在の値を挿入することによって、式（１）からＣ_alvを決定することは容易である。実験によれば、検査対象者の口／鼻とサンプリング点とが３０ｃｍまでの距離にあって物理的に接触することなくアルコール濃度を判定することが可能なことがわかっている。しかし、これは検査対象者がセンサに向かって能動的に呼気を吹き込むことを前提とする。検査対象者の協力のない受動的な測定では、静止呼吸のみが想定されるため、１０ｃｍまでのより短い測定距離が必要である。

当該方法の不正確さＩＡは、現在の測定値Ｃ_alvと関連する測定誤差Ｃ_errorによって決定され、これらの間の比率によって適切に説明することができる。Ｃ_errorは、比較的一定の要因に区分することができ、機会ごとに、かつ進行中の測定中でさえも左右され得る。このような区分の結果は式（３）に示される。

Ｃ_resolutionは、制御が困難で、かつ基本的な根源であるノイズ源または他の不規則な要因によって制限される機器の残りの分解能を指す。系統誤差源は、十分に正確な較正手順によって解消されるものと想定される。Ｃ_resolutionは、測定値、この場合は現在の帯域幅Δｆの平方根√（Ｈｚ）^-1によって除算されたアルコール濃度の次元に内包される。

式（３）の実体Ｃ_alvおよびＤは、ある測定時間Δｔ中に蓄積された測定値であると想定される。したがってこの時間を延長することは、帯域幅の減少に等しいと考えられる。

式（３）は、希釈度Ｄまたは測定時間Δｔのいずれかによって不正確さを左右する可能性を示す。所与の開始点からのある要因の精度を向上させるためには、対応する要因によって、もしくは測定時間をこの要因の二乗に延ばすことによって、またはこれらの測定法の組合せによって、Ｄを増大させることが必要とされる。

本発明に係る方法では、式（３）の関係は１回のアルコール濃度判定ごとに用いられ、測定時間および精度を対象またはその状況の要件に適合させる。この適合化は、測定装置とユーザ／検査対象者またはオペレータとの間で対話的に行なわれる。より具体的には、装置は、リアルタイムにすなわち制限的な時間遅延なしに、現在のもしくは累積的な測定値および誤差またはそれに関する実体を表示させる。係数Ｄは、このような実体であり得る。

ユーザ、検査対象者またはオペレータは、判定を終了するか、または精度を向上させるために継続させるかをどの時点においても選択することができる。このような向上は、式（３）に従って、測定時間を延長することによって、または装置に対する検査対象者の呼気を変化させることによって可能であり、希釈係数Ｄの増大と対応する精度の向上とがもたらされる。Ｄは、検査対象者に関するセンサの位置によっても左右される。オペレータは、表示された精度によって誘導され、許容可能なレベルが得られるまで検査対象者の呼吸器に対してサンプリング点を移動させることができる。リアルタイムな測定とは、検査対象者の通常の呼吸活動において当人の能動的な協力なしに処理が可能なことを意味する。したがって、意識不明の人間や動物においても測定を行なうことが可能である。

したがって本発明に係る方法は、アルコール判定の精度および時間経過の対話的な制御を可能にする。通常生じる不規則な変動以外に著しい差Ｘ_ext-Ｘ_ambが生じるとすぐに、進行中の測定中にＣ_alvおよびＤの瞬間値をリアルタイムに計算するために関係式（１）、（２）および（３）が採用される。Ｃ_alvおよびＣ_errorの計算の開始条件は、Ｄがある最小値Ｄ_minを上回ることである。しきい値Ｄ_minに達したあとの最初の判定の精度は本質的に低いが、より高い値のＤが得られると急速に向上させることができる。

現在の課題が、アルコール濃度がある濃度限界Ｃ_limitを超えているか否かを判定することに限定されているならば、本発明に係る方法は特別な利点を提供する。誤差Ｃ_errorを加えた現在の測定値Ｃ_alvがＣ_limitよりも低ければ、すなわち
Ｃ_alv＜Ｃ_limit−Ｃ_error…（４）
であれば、測定時間の延長またはセンサ位置の調整等によって精度を向上させようと試みることなく判定を直接終了させることができる。それに応じて、アルコール濃度の瞬間測定値が、誤差に加えられた限界値を超えると、同じ処理が採用され得る。

Ｃ_alv＞Ｃ_limit＋Ｃ_error…（５）
しかし、
Ｃ_limit−Ｃ_error≦Ｃ_alv≦Ｃ_limit＋Ｃ_error…（６）
であれば、誤差を減少させるために瞬間値の蓄積が続行しなければならない。真の知識の対象は、濃度限界が超過されているか否かである。

（４）の場合は、上記によれば、ランダムに選択されたスウェーデンの車両ドライバの９９％を超えるものについて有効である。本発明に係る方法は、このグループに関して、測定時間の大幅な短縮としたがって試料ごとの費用削減とをもたらす。

添付の図１から図４に関連して、本発明をより詳細に説明する。

本発明に係る方法のフローチャートを示す図である。 本発明に係るアルコール判定中の事象のタイミングを概略的に示す図である。 異なる用途についての精度の例を示す図である。 本発明に係る装置の一実施形態を概略的に示す図である。

図１のフローチャートは、装置の状態に対応するいくつかのステップを含む。まず、装置の起動時において、開始位置１が生じ、待機モード２に直接移る。起動はオン／オフボタンによって手動で、または装置に接続される何らかの他の機器から自動的に行なうことができる。待機モード２中、アルコール濃度および希釈度にそれぞれ対応するセンサ信号について安定性検査が行なわれる。センサ信号がいずれかの方法で干渉されていれば、安定性が得られるまで待機処理が続行する。

上記信号の時間変動があるしきい値Ｓを超えないという条件が満たされると、装置は測定モード３に移る。このモードでは、検査対象者は装置のセンサに向かって息を吐き出すように指示され得る。代替的に、これらのセンサが、検査対象者の能動的な協力なしに検査対象者の呼吸器付近に配置される。希釈に対応するセンサ信号の分析が連続的に行なわれ、希釈係数Ｄ＞Ｄ_minという条件に達すると、装置は計算モード４に移る。このモードでは、実体Ｄ、Ｃ_alvおよびＩＡの測定と計算とが同時にリアルタイムに行なわれ、少なくとも後者の現在の値が、同様にオペレータ、ユーザまたは検査対象者にリアルタイムに伝えられる。

測定および計算４の状態中、オペレータ、ユーザまたは検査対象者は、十分な精度がすでに得られていれば測定の終了を選択することができる。終了は、検査対象者が装置のセンサに向けて呼気を吹き込むのを終了させることによって、またはセンサを呼吸器付近から後退させることによって行なわれる。オペレータ、ユーザまたは検査対象者は、さらなる測定点を蓄積するためにセンサに向けて呼気を吹き込み続けること、または精度を向上させるために希釈係数Ｄを最終的に増大させることを選択することもできる。

同時にリアルタイムに測定および計算を実行するタスクは、本発明に係る装置に特別な要求を課す。一方、センサからの信号をサンプリングして、バッファメモリに入力し、そこから式（１）、（２）および（３）または対応する式が実行される演算論理計算ユニットに伝達しなければならない。計算の結果および最終的な暫定結果は、バッファメモリに保存して、検査対象者またはオペレータによって知覚されるようにそこから視覚化しなければならない。

検査対象者またはオペレータが表示された情報を瞬間的に知覚するためには、各表示間の時間間隔は０．５秒を超えてはならない。バッファメモリおよび演算論理ユニットの両方を含む市販のマイクロプロセッサであれば、この要件を満たすことが可能である。マイクロプロセッサは、計算およびデータ通信を制御するプログラムを格納するための永久メモリも含むことが好ましい。

測定誤差の経時変化はリアルタイムに計算および表示され、次の段階５において検査対象者またはオペレータに対して明確に視覚化される。蓄積された不正確さＩＡが下限値に達すると、最終状態６への自動的な移動が生じ、それによって、蓄積されたＣ_alvおよびＣ_errorの値それぞれが現在の判定について最終的に有効となり得る。しかし、測定の最終的な続行またはその終了に関するオペレータ、ユーザまたは検査対象者の命令はこの自動化を無効にし、この人物によって制御されるスイッチ位置７によって制御され得る。たとえば、次の１回または数回の呼気中に測定を続行することが可能である。

視聴覚的または触覚的な仕組みによる本発明に係る装置によって、さまざまな状態１から６が表示される。たとえば、測定値および不正確さは、測定目盛り８ａおよび８ｂ上の位置および幅として表示され得る。８ａは比較的大きな測定誤差を示し、８ｂは本質的に
同じ測定値であるが、より小さい誤差を示す。

状態の表示の代替的な実施形態は、交通信号の記号を用いてシーケンス９ａ〜９ｅにおいて表示される。開始状態１および待機状態２は、９ａにおいて赤、黄および緑のランプからの照射によって示される。測定状態３は、注意を喚起するために最終的に点滅する黄のランプ９ｂからの照射によって表示される。測定および計算４の状態は、９ｃにおいて赤および緑のランプ両方からの照射によって表示される。緑および赤のランプは、関係式（４）、（５）および（６）を用いて、濃度限界と比較した測定値の現在の大きさに依存して、異なる輝度を発する。最終状態６において、不正確さは大抵の場合小さいため、濃度限界を超過しているか否かについて明確な応答が与えられる。超過していれば赤の停止信号９ｄが点灯し、超過していなければ緑のライト９ｅが点灯する。

図２は、センサ信号Ｘの典型的な時間シーケンス、式（２）から推定された希釈度Ｄ、式（１）および（３）から計算された肺胞のアルコール濃度を概略的に示す。蓄積された測定誤差が測定値の下限値および上限値として図に挿入される。時間の関数である変動は、変数Ｘ（上のグラフ）、Ｄ（中央のグラフ）、およびＣ_alv、Ｃ_error（下のグラフ）に関して、飲酒していない検査対象者（タイムスケール０〜３秒）と、アルコール濃度が濃度限界Ｃ_limitを若干下回る人物（タイムスケール１００〜１０５秒）とについて示される。

検査対象者がセンサ装置に向かって息を吹き込んでいる間、Ｘは、環境に有効な値に対応する安定した初期値Ｘ_ambからより高い値に連続的に上昇する。検査対象者の呼気がセンサ装置に当たると、気流が維持されている間、すなわち呼気の継続期間において信号が平坦域に達し、持続される。その後、レベルが低下し、初期値Ｘ_ambを維持する。

変数Ｄは、式（２）から明白であるが、変数Ｘと同じように経時変化する。これは、図２の中央の曲線に示される。実験によれば、Ｄ＝０．３〜０．５が、１０〜３０ｃｍの距離にあるセンサ装置に向けた強制的な呼気によって得られる現実的なレベルであり得ることがわかっている。しかしこのレベルは、吹き込みの１秒後または数秒後に得られる。より早い時点で上記のレベルＤ_minに達し、装置は測定および計算状態に切り替わる。適切な値はＤ_min＝０．１…０．２であり得る。Ｄ_minを超えた時点で初めて、アルコール濃度の測定値が表示される。これらは測定誤差とともに下側の曲線に示される。左側の一連の曲線において、飲酒していない検査対象者では、レベルが濃度限界未満であるという迅速な応答が得られ、したがって検査対象者は、判定の終了を選択することができる。

右側の一連の曲線では、濃度限界を超えるか否かが当初からは明確ではない。この限界が測定値の許容差に収まるためである。したがって検査対象者は判定の続行を選択し、それによって測定誤差が減少する。蓄積された測定誤差は、呼気の終わりには最小値に近づく。

図２に示すように、本発明に係る方法は、非飲酒者が所与の濃度限界に関する飲酒検査を受ける際の測定および計算に要する時間を大幅に削減することを可能にする。

図３は２つの図を示し、上の図は先行技術に係る測定機器に関し、下の図は本発明の一例を示す。両方の図において、出力信号（実線）および測定誤差（破線）がアルコール濃度の関数として示される。さらに、濃度限界Ｌがアルコール濃度の軸に示され、トリガレベルＴが出力信号の軸に示される。これにより、４つの象限１１、１２、１３および１４が区画される。象限１２および１４は装置の真の負の出力および正の出力をそれぞれ表し、象限１１および１３は偽の正の出力および負の出力をそれぞれ表す。

従来の装置では、測定誤差はユーザによって左右され得ない。つまり、上側の図によれば、偽の出力の危険性を含む。しかし本発明によれば、濃度限界ＬおよびトリガレベルＴ付近において最小となるように測定誤差を適合させることが可能である。既に述べたように、この適合化は、ユーザ、オペレータまたは検査対象者と装置との間で行なわれる。

図４は、好ましい実施形態に係る本発明の装置の構造を概略的に示す。当該装置は、好ましくは装置ボックスまたは筐体３１に組み込まれ、その寸法は、手持ちで使用するように、または車両のハンドルなどの車両装置に一体化されるように適合化される。筐体３１の物理的な寸法は、１２０×１２０×３０ｍｍを超えてはならない。筐体３１には、呼気試料の流入および流出のための開口部３２および３３が設けられる。これにより測定セル４１が規定され、光源３４からの平行化された赤外線によって透照される。赤外線３８は、検出器３５および３６に当たる前に、測定セル４１内の反射面３９および４０で数回反射される。検出器３５および３６は、一方でアルコールが、他方で水蒸気、二酸化炭素が物質固有の吸収を示す波長帯における照射を選択的に検出するように適合化されている。

応答時間が０．５秒以下である温度センサまたは流量センサ３７が、測定セル４１の入口３２付近に配置される。センサ３７は、流入する呼気試料を熱するために電気加熱装置と組合せることもできる。その目的は、一つには熱線式風速計の原理に従って流速を測定することであり、一つには呼気の水分による凝結を防ぐことである。さらに、測定セル４１を流れる能動的な空気流のための装置４２が設けられる。この装置は、たとえば小型ファンまたはポンプであり得る。

測定セル４１の開口部３２および３３は、２つの理由から、図４において二重格子として概略的に描かれている。一つには、測定セル４１内の感光性の光学素子が汚れることを格子自体が防ぐためであり、特に厳しい環境で使用するためにさまざまな種類のフィルタを設けることができる。一つには、測定中に短期間のみ開かれる二重の偏向可能な格子が測定機会同士の間を効果的に保護するためである。

センサ３５，３６および３７によって生成される電気信号は、電子ユニット４３において増幅、フィルタリングおよび他の信号処理を受ける。電子ユニット４３は、赤外線源３４、センサ３７内の加熱装置およびフロー装置４２の制御および駆動も実行する。電子ユニット４３は、上記の計算および状態表示を含めたメモリに格納されたプログラムの実行のために、マイクロプロセッサまたは相当物を含むことが好ましい。

赤外線源３４は、好ましくは２Ｈｚ以上の周波数で変調される。これによって、適切な応答時間が得られつつ、赤外線検出器および入力増幅器のオフセットドリフトによる問題が解消される。応答時間についての要求は、主に測定値のリアルタイムな視覚化によって規定され、オペレータまたは検査対象者によって瞬間的に知覚される。実際には、これは０．５秒以下の応答時間に相当する。

電子ユニット４３は、測定値を表示するための一体型表示ユニット４４と他のユニットとに対するデジタル信号通信のための回路を含むことが好ましい。表示ユニット４４は、最も単純なケースでは、図１と併せて説明したように少数のランプまたは発光ダイオードであるが、センサ信号の経時変化をより詳細に表示するために、図４に例示されるような図式および／または文字数字式ディスプレイでもあり得る。ユーザまたはオペレータによる電子ユニット４３の制御は、手動制御装置４５によって行なわれる。供給電圧は、内蔵バッテリまたは外部電圧源のいずれかから得ることができる。

本発明に係る装置は、少なくとも１５年間または３万回の測定にわたって保守不要な動作のための材料および構成要素の選択に関して設計される。

本発明に係る装置は、通常の能力のある人物が問題なく使用することができるように設計される。判定の終了点の選択を含む上記の対話は直観的な性質を有し、したがって、最小限の事前の命令を要求する。

なお、図４の概略的に例示された装置は、低費用で連続的に製造することができる材料および構成要素を内蔵する。また、装置の構造は自動的な組立てに適合化される。つまり、手動製造手順数が最小である。較正、検査および品質保証を自動的な手段で効果的に行なうこともできる。最終的に、これは、本発明に係る装置が魅力的な価格で提供され、それによって大きなグループのユーザに行き渡ることを意味する。製品の寿命中の定期的な較正をなくすことは、本発明に係る方法および装置に低ドリフト費用および高い利用しやすさをもたらすことにも貢献する。

図１から図４の実施形態は上記したとおりではなく、本発明の適用範囲について限定するものではない。その特徴は添付の請求項によって規定される。

Claims (14)

1. テスト対象者によって吐き出された呼気サンプル中のアルコール濃度のリアルタイム判定を提供するための方法であって、
   装置を提供するステップを備え、
   前記装置は、
   筺体を含み、前記筺体は前記テスト対象者によって吐き出された呼気サンプルが前記筺体を通る通路のための流入口と流出口とを有し、
   前記装置は、
   前記筺体内の前記流入口と前記流出口との間に設けられる測定セルと、
   前記筺体内に設けられ、前記測定セル内の希釈された呼気サンプル内のアルコール濃度を測定する第１のセンサと、
   前記測定セル内に設けられ、前記希釈された呼気サンプル内のＣＯ２濃度を測定する第２のセンサと、
   前記希釈された呼気サンプル内の測定されたアルコール濃度についての、希釈係数を演算するとともに、前記希釈された呼気サンプルについての前記希釈係数を用いて修正アルコール濃度を決定する電子ユニットと、
   決定された前記修正アルコール濃度の通信を提供する表示ユニットとを含み、
   前記方法は、
   周囲の空気と混合された前記呼気サンプルが前記希釈された呼気サンプルとして前記測定セル内を流れるように、前記流入口を前記テスト対象者に隣接して位置付けるとともに、前記テスト対象者からの連続的な呼気サンプルを前記流入口に流すステップと、
   前記装置を用いて、前記第１および第２のセンサを用いて前記希釈された呼気サンプル内のアルコール濃度およびＣＯ２濃度を測定するステップと、
   前記電子ユニットを用いて、前記希釈係数および前記修正アルコール濃度を演算するステップと、
   前記表示ユニットを用いて、前記修正アルコール濃度と、前記演算された希釈係数または前記演算された希釈係数を考慮する前記決定された修正アルコール濃度の不正確さの少なくとも１つとをリアルタイムに表示するステップとをさらに備える、方法。
2. 前記表示するステップは、前記修正アルコール濃度を、記号または数字として表示するステップと、
   前記表示された修正アルコール濃度を、前記装置の前記テスト対象者またはオペレータのうちの一方に向けるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記希釈係数を演算するステップは、前記演算するステップについての蓄積時間を考慮するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記測定するステップは、前記希釈された呼気サンプルの非接触的なサンプリングステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記測定するステップに先立って、
   前記装置を安定的に検査するとともに、蓄積された不正確さについての最終状態が最小値に到達したことを判定するステップとをさらに備え、
   前記装置において、前記測定するステップに対応するセンサ信号および安定性に関して制御される他の値が前記測定セル内の周囲の空気で作られる、請求項１に記載の方法。
6. 前記測定するステップは、前記測定セル内の前記希釈された呼気サンプルを通過するように赤外線ビームを向けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. テスト対象者によって吐き出された呼気サンプル中のアルコール濃度を判定するための装置であって、
   筺体を含み、前記筺体は前記テスト対象者によって吐き出された呼気サンプルが前記筺体を通る通路のための流入口と流出口とを有し、前記筺体内の呼気サンプルは、周囲の空気で希釈され、
   前記装置は、
   前記筺体内の前記流入口と前記流出口との間の設けられる測定セルをさらに備え、したがって、希釈された呼気サンプルがその中に存在し、
   前記装置は、
   前記筺体内に設けられ、前記測定セル内の前記希釈された呼気サンプルにおけるアルコール濃度を測定するとともに、測定されたアルコール濃度を示す出力アルコール電気信号を生成する第１のセンサと、
   前記測定セル内に設けられ、前記希釈された呼気サンプルのＣＯ２濃度を測定するとともに、測定されたＣＯ２濃度を示す出力ＣＯ２電気信号を生成する第２のセンサと、
   ａ）前記出力アルコール電気信号および前記出力ＣＯ２電気信号を処理し、ｂ）前記希釈された呼気サンプル内の測定されたアルコール濃度について希釈係数を演算し、ｃ）前記希釈された呼気サンプルについての前記希釈係数を用いて、修正アルコール濃度を決定する電子ユニットと、
   決定された前記修正アルコール濃度の通信を提供する表示ユニットとをさらに備える、装置。
8. 前記筺体は、１２０×１２０×３０ｍｍを超えない外形寸法を有し、
   前記流入口および前記流出口は、それらの開閉のための制御を含む、請求項７に記載の装置。
9. 温度または前記希釈された呼気サンプルの流速の測定のための少なくとも１つのさらなるセンサを備え、前記さらなるセンサの応答時間は０．５秒を超えない、請求項７に記載の装置。
10. 前記測定セルは平行化された赤外線照射ビームによって透照され、前記赤外線照射ビー
    ムは、前記第１および第２のセンサによって検出され、
    前記装置は、前記測定セル内に能動的な空気の流れをさらに含む、請求項７に記載の装置。
11. 前記希釈係数を演算するステップは、ノイズ変化および干渉変化を考慮するステップを含む、請求項３に記載の方法。
12. 前記決定された修正アルコール濃度の前記通信は視覚的である、請求項７に記載の装置。
13. 前記決定された修正アルコール濃度の前記通信は触角的である、請求項７に記載の装置。
14. 前記表示ユニットは、前記希釈係数または前記演算された希釈係数を考慮する前記修正アルコール濃度の不正確さの少なくとも１つの通信を提供する、請求項７に記載の装置。

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