JPS6046377B2 - 血液中のアルコール含有量を検出する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定室の一端にあるビーム入口および測定室
の他端にあるビーム出口、ビーム入口の前にある放射源
、ビーム経路内にあるしや断器、ビーム出口の後にある
同調された光電受信装置、この受信装置に接続された表
示装置、および測定室のビーム出口と光電受信装置との
間のビーム経路内においてビーム経路に対して垂直に移
動可能な吸収装置を備えた、呼吸空気を吹込むための接
続部を持つ測定室内において吐出された呼吸空気内のア
ルコール濃度を測定することにより、血液中のアルコー
ル含有量を検出する装置に関する。

ガスの分析に対してこのような装置はすでに公知である
（英国特許第１１１３９８６号明細書、第３図）。この
公知の装置は２つの測定室を持ち、これらの測定室内の
一方に基準ガスが、他方に分析すべきガスが入れられる
。レーザから発生される−単色光が両方の測定室を通つ
て送られる。両方の測定室内において異つた吸収が生じ
る。このことによりビーム出口に配置された光電受信機
に異つた強度が生じる。この異た強度から差電圧が形成
される。この差電圧が表示され、かつこの差電圧．は、
例えば基準ガスに対する分析すべきガスの濃度に対する
尺度である。測定室に入る前にレーザから発生された単
色光は、なお機械的に作用するしや断器によつて変調さ
れる。このことは、受信機から発生される電圧の増幅を
容易にする。両方・の受信機の前においてビーム経路内
に、なおくさび状に形成された移動可能な減衰装置があ
る。基準ガスを測定室に入れる際にこの減衰装置を動か
すことによつて表示を増大あるいは減少するとができ、
０に合わせて調節あるいは校正することができる。それ
により減衰装置は調節および校正のために使われる。こ
の装置の正確な動作およびこの装置による正確な表、示
の前堤は、両方の測定室において一定に保たれた温度に
無関係な状態、両方の受信機の一定に保たれた直線的な
反応、両方の増幅器の一定のあるいは同一に変化できる
動作点等である。さらに公知の装置は、放射源として単
色光のレーザを必要とする。このようなレーノザは非常
に高価である。ヘンリーの法則によれば、血液アルコー
ル含有量と呼気アルコール含有量との間に関係がある。

千分率の血液アルコール含有量は、１ｄの血液あたりの
１ｍｇのエチルアルコールに相当し、吐出さ・れた肺の
呼吸空気２１００ａ１中における１Ｔｎ９のアルコール
含有量に通じる。それにより血液アルコール濃度は、吐
き出された空気内に含されるアルコール量を測定するこ
とにより検出できる。空気中に含まれるアルコール分子
は、３．４６μｍ付近の赤外”線範囲において吸収を行
う。それにより呼吸空気内のアルコール量、相応して血
液中のアルコール濃度は、この波長における吸収の測定
を介して検出できる。この原理により構成された公知の
装置は、一方の端部に赤外線放射器を、また他方の端部
に赤外線検出器を備えた測定室を持つている。検出器の
前に、３３．３９μｍ付近の好ましい通過範囲を持つた
フィルタがある。測定室内へ入れられる純粋な空気によ
つて、検出器に接続された表示装置が０に調節される。
続いて測定室に吹き込まれたアルコールを含む呼吸空気
において、前記の波長において測定室を通過するビーム
が減衰される。相応して表示値が低下し、かつそれによ
り呼吸空気あるいは血液中のアルコール濃度に対する尺
度を与える。正確かつくり返し可能表示は、検出器およ
びこの検出器の後に接続された増幅器の一定の運転、一
定の動作点および非常に厳密な直線性を前堤としている
。運転動作中に純粋な空気の測定と後に測定室内に吹き
込まれたアルコールを含む呼吸空気の測定との間に狂い
があることは許されない。しかしながらこの条件は高価
な工業的費用によつてしか満たされない。困難なことに
赤外線検出器の特性の周囲温度に対する依存度もさらに
加わる。同様に赤外線放射源は、純粋な空気を測定する
際にも後からアルコールを含んだ呼吸空気を測定する際
にも強度および組成に応じて一定のビームを発生しなけ
ればならない。公知の装置によるアルコール濃度の検出
の他の基本的な困難としてさらに次のことがある。すな
わち検出器から発生される信号を対数逆変換しなければ
ならない。電子的機構によりこのことは、限定された精
度を持つようにしか可能でない。対数逆変換によらねば
ならないのは、ランパート・ベールの法則のためである
。この法則は、ガス中の吸収を説明する。すなわちただ
しφ。

は流入するビーム流、φ。は流出するビーム流、ｍは材
料の定数、ｄはビームが通る媒体の長さ、またｃは求め
られるガスの濃度である。それにより公知の、装置（米
国特許第３７９２２７２号明細書）は、限定された測定
精度しか持つていない。

２つのビームの強度を比較するための装置も公知である
。

この装置は、なかんずくビームの経路内において可変の
減衰素子を含んでいる。この減衰素子は、両方のビーム
の強度差がＯになるまでサーボモータによつて動かされ
る。この時減衰素子の調整距離が、平衡された強度差に
対する測定値として記録装置によつて表示される（ドイ
ツ連邦共和国特許出願公告第１０８４４（６）号明細書
）。この公知技術から出発して本発明の課題は、血液ア
ルコール含有量を検出する装置を、わずから回路技術的
費用にもかかわらず高い精度でくり返し可能に検出でき
るむうに構成することにある。この課題を解決するため
に本発明によれば次のことが考慮される。すなわち放源
が、広帯域白熱光源であり、測定室のビーム出口の後に
同調受信機として３．４６μｍ付近の通過範囲を持つフ
ィルタが、またこのフィルタの後に第１の光電検出器が
配置されており、ビーム経路内において測定室のビーム
出口の後かつフィルタの前に、第２の検出器が配置され
ており、第１の検出器の出力端が増幅器に、また第２の
検出器の出力端が基準電圧源に接続されており、増幅器
および基準電圧源の出力端が差動増幅器に通じており、
駆動モータが、差動増幅器の出力端に接続されており、
移動可能な吸収装置が、フィルタの通過範囲において吸
収力を持ちかつ駆動モータに結合されたくさびであり、
かつ駆動モータが、差動増幅器の出力端における電圧を
再び０にするまでくさびを自動的に動かし、また表示装
置が、くさびの駆動部に結合されており、かつビーム経
路内におけるこのくさびの位置を表示する。小さな容積
を持つ測定室の入口に配置された広帯域の白熱光源が、
石英管内の簡単な白熱電球であり、かつレーザに比較し
て非常に安価な放射源である。

本発明による装置による測定の特別の利点および精度お
よび不変性は次のことから得られる。すなわちビームが
、まず測定室の出口の後において２つの範囲に分割され
、これらの範囲の一方が、測定信号を含みあるいは供給
し、かつ、他方が、測定室の光学的状態の制御量および
基準量として使われる。２つの範囲によつて同時に動作
が行われる。

それにより公知の装置において２つの異つた測定室を用
いることにより、あるいは時間的に前後して行われる２
つの測定によつて生じる誤りはなくなる。第１の検出器
の信号は、共振あるいは信号増幅器に導かれる。第２の
検出器の信号は、増幅器を介して基準電圧源に与えられ
、かつこの基準電圧源を制御する。両方の電圧、すなわ
ち信号電圧および基準電圧は、減算され、かつこの差が
差動増幅器において増幅される。基準電圧源によりなか
んずく測定室と放射源との状態が監視される。ビーム強
度が変化した際、すなわち測定室内において折り返すた
め、従つてビーム経路を長くするために存在する鏡が曇
つなた際、Ｌ基準電圧源から発生される電圧が変化する
。測定路および監視路において相応した同一の電圧が互
いに減算されることにより、呼吸空気のアルコール含有
量によらないビーム出口における変化は測定から除去さ
れる。フィルタによつてろ波された・λ＝３．４６μｍ
の赤外線ビームが当たる第１の検出器の前に、このビー
ムをわずかに吸収する石英製吸収装置が配置されている
。この吸収装置は可変の厚さｄを持つている。それによ
りこの吸収装置の吸収量も可変である。この吸収量も、
ランバ、ノート◆ベールの法則に従つている。この場合
指数ｍおよびｃは一定であるｄだけが可変である。従つ
てｄの変化は、ガス間隔内のｃに対して比例する。この
ようにして等式を対数逆変換することができ、かつ吸収
装置の厚さｄと測定すべき濃度ｃとの間の直線関係が得
れる。吸収装置は、くさびの形あるいは互いに移動可能
な２つのくさびの形をしている。吸収装置厚さｄは、ビ
ーム経路に対して垂直な、この、吸収装置の移動量ｓに
比例している。それにより行程ｓと測定すべき濃度ｃと
の間の直線関係も得られる。それにより行程Ｓは濃度に
対する直接の尺度になる。厚さｄを変えるため互いに移
動可能な２つのくさびの代りに、１つのくさびを使うこ
ともｄきる。その際ビームの屈折を考慮しなければなら
ない。装置を始動するために測定室内に純粋な空気を入
れる。

吸収装置の材料の中間の厚さをビームが通り、従つてビ
ームをあらかじめ減衰するように、吸収装置が動かされ
る。ろ波されていない広帯域ビームを受ける受信装置の
増幅度は、この時両方の増幅器において信号が同じであ
り差がＯになるように設定される。この時アルコールを
含んだ呼吸空気を測定室に導入すると、全範囲からフィ
ルタを通つてろ波された赤外線ビームの強度は、アルコ
ール分子の吸収により抵下され、一方，フィルタ前面に
おいて反射された可視光線成分はアルコールによつて作
用を受けず、基準電圧の変化は生じない。このことによ
り差動増幅器の入力端における両方の電圧の差が生じ、
この差動増幅器の出力が、サーボモータとして動作する
くさび！の駆動モータに作用する。このモータは、くさ
びをビーム経路から引出し、かつそれによりくさびの一
層薄い部分をビーム経路内に持ちきたす。それによりく
さびによつて生じる吸収が減少する。くさびを引出すこ
とより生じる減少されたこの吸ｊ収が、アルコール分子
によつて生じる吸収と等しくなると、差動増幅器におけ
る電圧差は再びＯになり、かつくさびの移動は終了する
。従つて本発明による測定原理は、測定室において生じ
る吸収を、くさびにおいて相補関係にある吸収の減少に
３より相殺することにある。このことは次の２つの利点
をもつている。１厚さを任意に正確に研摩できるくさび
の移動が濃度ｃに直接比例している。

くさびの移動が、例えばブリッジ回路内にある電位差計
によりつて電気信号に変換でき、かつ容易に表示できる
。ブリッジに加える電圧の変化によつて表示される値が
、血液アルコール含有量千分率で容易に示すことができ
る。２増幅器において増幅すべきろ波された信号が常に
同一の強度を持つている。

何となれば測定室内において生じるこの信号の強度低下
は、くさび内における吸収の減少によつて相殺されるか
らである。それにより増幅器は常に同一の動作点で動作
する。検出器についても同じことがあてはまる。それに
より測定は、増幅器および検出器の直線性反応に無関係
になる。温度の影響も何の役割も演じない。周囲温度は
、単に測定の間一定に保たれるだけでよい。糖尿病患者
および極度に空腹な人において、肺の肺胞内のアルコー
ルのように呼吸気内に入るアセトンが血液中に生じるこ
とがある。

しかしながらアセトンは、同様にλ１＝３．３７６μｍ
およびλ２＝３．４６２μＭＯｃＨ３帯を持つている。
しかちアルコールはＣＨ３帯およびＣＨ２帯を示し、こ
のＣＨ２帯はλ１＝２．４１７μｍおよびλ２＝３．５
０５μｍである。アセトン濃度がたとえわずかであつた
としても、これにより１波長だけを使した際結果に誤り
が生じる。従つてこの時酔つている糖尿病患者において
、表示のどの成分が呼吸気中のアルコールにまたアセト
ンに相当するかがわからない。このため摺動装置上にお
いてフィルタの交換を行う。非常に狭帯域なフィルタの
中心波長は、ＣＨ３吸収帯とＣＨ２吸収帯との間の相異
がわかるよううに選ばれている。この処置により呼吸空
気中のアセトン成分を検出することができる。詳細に言
うならばこれは次のことによつて行われる。すなわちア
ルコール測定用に設けられたフィルタは、アセトンを一
層強力に吸収する範囲内に通過範囲を持つフィルタと交
換可能である。フィルタの前のビーム経路内に第２の検
出器を配置し、従つて直接測定室から出るろ波されてい
ないビームを受取ることはすでに説明した。

しかしながらこの第２の検出器をビーム経路内へ挿入す
る必要はない。何となればさもないとこの第２の検出器
がビームをさえぎるようになるからである。本発明によ
れば次のことが堤案されている。すなわち第２の検出器
がフィルタの反射範囲に配置されており、かつこのフィ
ルタの前面から反射されたろ波されていないビームを受
取る。ビームは、測定室に入る前あるいは測定室から出
た後に、しや断装置、例えば翼シャッタによつて周期的
にしや断される。

この公知の処置によれば、搬送波周波数が実際に得られ
、この搬送波周波数に合わせて測定すべき強度変動が変
調されている。この時増幅器は、この搬送波周波数に合
わせて狭帯域に同調をとることができ、このことは、高
い信号／雑音比という利点をもたらす。しかしながら増
幅器の支障ない運転のためにこの搬送波あるいは運転周
波数は正確に保たなければならない。このため本発明は
次のことを考慮している。すなわちしや断器あるいは翼
シャッタの回転速度制御のための装置が、付加的に第２
の検出器に接続されており、かつこの第２の検出器から
制御量として発生されかつしや断器から発生された周波
数を目標値と比較し、かつこの比較に依存した制御電圧
をしや断器の駆動モータに供給する。本発明の実施例を
以下図面により説明する。

赤外線放射源１２から出るビームは、測定室１４内に入
る。この測定室内においてビーム経路は、鏡１６によつ
て複数回折り返される。それによりビームの実効長は増
加する。相応してランパート・ベールの法則により、吸
収により生じる強度低下が多くなる。それにより測定信
号が増大する。室１４に呼吸空気を吹込みかつ測定後用
吸出すための管片１８がある。室１４の出口にしや断器
２０がある。これは、軸にはめれた回転翼を備えたモー
タである。測定室の出口の後に、ビーム経路内に挿入可
能な両方の赤外線フィルタ２２，２４がある。これらフ
ィルタの通過範囲は、ＣＨ２あるいはＣＨ３価電子帯に
合わされている。赤外線フィルタの後に、利用されるビ
ーム範囲において吸収性のくさび２６があり、かつこの
くさびの後に赤外線検出器２８がある。この赤外線検出
器に共振増幅器３０が接続されている。この共振増幅器
は、狭帯域でありかつ調整可能である。この共振増幅器
の出力端にフィルタ素子および整流器がある。赤外線フ
ィルタ２２の前に第２の検出器３２がある。この検出器
は、フィルタ２２の前面から反射されたろ波されていな
いビームを受取る。第２の検出器３２の電圧は増幅器３
４において増幅される。この増幅器に調整可能な基準電
圧源３６が接続されている。この基準電圧源は事実上調
整可能な増幅器であり、第２の検出器３２から供給され
た基準電圧を、更に別の、間挿配設された増幅器３４中
での増幅後に受取る。信号増幅器３０と基準電圧源３６
の出力電圧は両方とも差動増幅器５０に到る。

その場合基準電圧源３６を介して供給された電圧は基準
電圧を構成する。この基準電圧はフィルタ２２の前面側
によつて反射された光量に比例する。この光量はフィル
タ２２における吸収によつて影響されない。しかし測定
室１４中で生じることがある誤差によつては影響を受け
る。そのような誤差は最終的な測定には関係しない。何
となればそのような誤差は増幅器３０の出力部にも、電
圧源３６の出力部にも生じて、差動増幅器５０の入力部
て相殺されるからである。フィルタ２２中でのろ波によ
つて生じた両方の電圧の差のみが差動増幅器５０の出力
部て有効となる。

共振あるいは信号増幅器３０および基準電圧源３６は差
動増幅器５０に通じている。この差動増幅器は、駆動増
幅器を介してモータ３８を方向に関して制御し、このモ
ータは、ビーム経路内において赤外線検出器２８の前に
あるくさび２６を動かす。くさび２６の駆動装置は、精
密電位差計４０のスライダに結合されている。この精密
電位差計は、ブリッジ回路４２の返の中にある。ディジ
タル表示器４４は、アナログ・ディジタル変換器を介し
てブリッジ対角線に接続されている。なおディジタル表
示器４４に印刷機４６が接続されている。第２の検出器
３２の出力電圧も、しや断器２０の回転速度に比例した
周波数をもつてい・る。なお第２の検出器のその出力電
圧は、回転速度安定化装置４８のための制御量として使
われる。この回転速度安定化装置は、この回転速度安定
化装置に供給される周波数を目標値と比較し、かつしや
断器の駆動モータに供給される制御量を・形成する。装
置を始動する前にくさび２６は、増幅器３０の増強度を
調整することによつて中央位置へ動かされる。

測定室１４は、純酔な空気で満たされている。この時差
動増幅器５０の出力電圧はＯであノる。この時ブリッジ
対角線の電圧をＯ調整することにより、表示器もＯに設
定される。測定室内へアルコールを含んだ呼吸空気を吹
込んだ際、差動増幅器５０の入力端に不平衡が生じるる
。何となれば基準電圧は一定のままであるが、信号電圧
はそうでないからである。差動増幅器５０は出力電圧を
供給しモータ３８が始動する。くさびを引出すことによ
つて低下する減衰が測定室１４内の吸収と同等になり、
かつ両方の経路内の信号が再び等しくなり、かつそれに
より差動増幅器５０の出力電圧が再びＯになるまで、こ
のモータはビーム経路からくさび２６を引張る。モータ
３８は停止する。このモータによつて行われるくさびの
動きは、精密電位差計４０に検出され、かつ表示器４４
にディジタル表示される。このディジタル表示器４４は
、ブリッジ電圧を適当に選択することにより、血液アル
コール濃度に合うように直接千分率て目盛を付けること
ができる。尖頭値保持器５２は最大値を保持する。印刷
機４６を介して印刷することもできる。同様にアルコー
ル濃度の時間経過は、記録計５４によつて記録すること
ができる。検査される人が糖尿病にかかつているか、あ
るいはそのような疑いがあるならば、第２のフィルタ２
４がビーム経路内へ動かされ、かつ測定がくり返される
。

第２の測定波長を使うことによつて、被測定呼吸空気が
実際にアルコールおよびアセトンを含んでいるかどうか
を検出できる。測定を第２のフィルタ２４に限定する際
に、糖尿病患者に設定するための基準値も得ることがで
き、この基準値を、医師がインシュリン投与のために知
つていなければならない。両方のフィルタ２２あるいは
２４によつけアルコール吸収の際の同一の表示を得るた
めに、同時にフィルタ交換により増幅器３０における増
幅率およびブリッジ電圧も切換えられる。このことは、
フィルタの移動の際操作されるマイクロスイッチによつ
て行われる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による装置のブロック回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定室の一端にあるビーム入口および測定室の他端
   にあるビーム出口、放射源としての広帯域白熱光源、ビ
   ーム経路内にあるしや断器、ビーム束を基準帯域と分析
   される帯域とに分割するためにビーム経路中に設けたフ
   ィルタ、ビーム出口の後にあつて、検出器を有する、同
   調された光電受信装置、この受信装置に接続されて、基
   準帯域と分析される帯域を電気的に分離して測定するた
   めの指示装置及び前記測定の差を測るための増幅器、お
   よび測定室のビーム出口と光電受信装置との間のビーム
   経路内においてビーム経路に対して垂直に移動可能な吸
   収装置を備えた、呼吸空気を吹込むための接続部を持つ
   測定室内において吐出された呼吸空気内のアルコール濃
   度を測定することにより、血液中のアルコール含有量を
   検出する装置において、広帯域の放射源１２が測定室の
   ビーム入口の直前に設けられており、測定室１４のビー
   ム出口の後に同調受信器として３．４６μｍ付近の通過
   範囲を持つフィルタ２２が、またこのフィルタの後に光
   電検出器２８が配置されており、ビーム経路内において
   、測定室１４のビーム出口の後かつフィルタ２２の前に
   第２の検出器３２が配置されてのお、両方の検出器２８
   、３２がその出力部を増幅器３０、３６と差動増幅器５
   ０を介して駆動モータ３８に結合しており、移動可能な
   吸収装置がフィルタ２２の通過範囲にいて吸収力を持ち
   かつ駆動モータ３８に結合されたくさび２６であり、か
   つ駆動モータ３８が、差動増幅器５０の出力端における
   電圧を０にする位置までくさび２６を自動的に動かし、
   また表示装置４４が、くさび２６の駆動部３８に結合さ
   れており、かつビーム経路内におけるこのくさびの位置
   を表示することを特徴とする、血液中のアルコール含有
   量を検出する装置。 ２ フィルタ２２が、アセトンの吸収帯域の範囲にある
   通過範囲を有するフィルタ２４と交換可能であることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 第２の検出器３２が、フィルタ２２の反射範囲に、
   配置されており、かつこのフィルタの前面から反射され
   たろ波されていないビームを受取ることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 第２の検出器３２の電気信号が、付加的に回転速度
   制御のための制御量として使われ、かつ装置４８に接続
   されており、この装置４８が、しや断器２０から発生さ
   れる周波数の基準値と比較し、かつこの比較に依存する
   制御電圧をしや断器２０の駆動モータに供給することを
   特徴とする、特許請求の範囲第３項記載の装置。