KR20230024407A - 전기화학 센서 어레인지먼트, 호흡 알코올 측정 디바이스, 및 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스 - Google Patents

전기화학 센서 어레인지먼트, 호흡 알코올 측정 디바이스, 및 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 음주측정기(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10), 대응하는 음주측정기(100) 및 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 전기화학 센서 어레인지먼트는 적어도 2 개의 전극들(12, 14)을 갖는 전기화학 센서를 포함한다. 전기화학 센서 어레인지먼트는 열 소스(16)를 더 포함한다. 열 소스는, 활성화 시에, 열 소스가 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극(12)을 선택적으로 가열하도록 배열된다.

Description

전기화학 센서 어레인지먼트, 호흡 알코올 측정 디바이스, 및 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스
본 발명은, 호흡 알코올(breath alcohol) 측정 디바이스를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(electrochemical sensor arrangement), 대응하는 호흡 알코올 측정 디바이스뿐만 아니라 전기화학 센서의 전극들의 활력도(vitality)를 결정하기 위한 프로세스, 예를 들어, 전기화학 센서의 활력도를 측정하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
호흡 알코올 측정 디바이스들은 인간들의 호흡 내의 알코올의 농도를 측정한다. 그 작동 원리가 연료 전지인 전기화학 센서들은 이동식 측정 디바이스들에 사용되지만, 부분적으로는 증거용으로도 사용된다. 전기화학 센서의 감도는 주변 조건들의 변화로 인해, 특히, 습도의 변화 및 에이징(aging), 또는 수성 전해질들의 농도의 변화로 인해 변할 수 있다. 센서의 일부 화학적 동작들은 일반적으로, 드라이 아웃(drying out)으로 인해 느려지며, 이 센서는 더 느려진다. 센서는 재습윤(remoistening)에 의해 다시 가속될 수 있다. 이 경우, 드라이 아웃 및 재습윤 프로세스들은 완전히 가역적이지는 않아서, 센서는 시간이 지남에 따라 퇴화(degenerate)될 수 있다. 또한, 센서 온도는 센서 역학(sensor dynamics)에 영향을 미친다. 예를 들어, 일부 알코올 센서들에서, 센서 속도는 센서가 약 12 ℃만큼 더 뜨거워질 때 2 배가 된다. 이 경우, 전극들의 활력도는 드라이 아웃으로 인한 전기화학 센서의 퇴화에 의존한다.
퇴화된 센서들은 보통, 예를 들어 타겟 가스를 이용한 가스공급(gassing)에 의한 센서 속도의 분석을 통해, 조정 동안 검출된다. 이 경우, 예를 들어, 분석 레이트가 결정되고, 이는 일부 경우들에서 온도-보상된다.
위에서 언급된 접근법들의 단점은 활력도가 조정 시점에서만 검출될 수 있다는 것이다. 중간 시간(time in-between), 즉, 필드에서의 동작 동안, 저속 센서는 검출될 수 없다. 그러나, 약한 센서들의 조기 경고는 고객의 관점에서 바람직하다.
현장에서의 동작 동안 활력도를 결정하는 것을 가능하게 하는, 전기화학 센서의 활력도를 결정하기 위한 개선된 개념이 필요하다.
이러한 필요는 독립항들의 프로세스뿐만 아니라 전기화학 센서 어레인지먼트에 의해 고려된다.
본 발명은, 전기화학 센서의 전극들의 활력도의 결정이, 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극이 선택적으로 가열되고 전극들 사이에 전압이 형성됨으로써 수행될 수 있으며, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위해, 이 전압의 감소로 인해 형성되는 전류 흐름이 분석될 수 있다는 발견에 기반한다. 전극들 중 하나의 전극의 그러한 선택적 가열은 전기화학 센서 어레인지먼트의 일부로서 제공되는 열 소스(heat source)에 의해 수행된다. 따라서, 대응하는 전압의 생성이 또한, 조정 장치와 독립적으로 현장에서 가능하다. 이 특성은 고객 자신에 의해 짧은 간격들로 대응하는 활력도 결정을 수행하는 데 활용될 수 있다. 따라서, 활력도의 결정은 규칙적인 간격들로 트리거링될 수 있거나, 또는 고객에 의해 수동으로 트리거링될 수 있다. 이는, 적어도 일부 예시적인 실시예들에서, 가스공급 시험(gassing test) 없이 현장에서의 활력도의 신뢰성 있는 검출을 야기한다. 그 결과, 고객은 (예측 유지보수의 의미에서) 센서를 교체하도록 조기에 경고를 받을 수 있다. 보상 파라미터들은 추가로, 활력도를 기반으로 하여 동작 동안 적응(adapt)될 수 있다. 그 결과, 디바이스들의 정확도가 개선될 수 있다. 조정 간격들은 파라미터들의 적응으로 인해 연장될 수 있거나, 또는 일부 디바이스들의 경우에는 재조정이 심지어 생략될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 호흡 알코올 측정 디바이스를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트를 생성한다. 이 경우, 전기화학 센서 어레인지먼트는 호흡 알코올 측정들로 제한되지 않는다. 반대로, 전기화학 센서 어레인지먼트는 또한, 다른 맥락들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 센서 어레인지먼트는 가스 측정 디바이스를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트일 수 있다. 전기화학 센서 어레인지먼트는 적어도 2 개의 전극들을 갖는 전기화학 센서를 포함한다. 전기화학 센서 어레인지먼트는 열 소스를 더 포함한다. 열 소스는, 활성화 시에, 열 소스가 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하도록 배열된다. 하나의 전극의 선택적 가열로 인해 2 개의 전극들 사이에 전압이 생성된다. 전극들이 측정 저항기를 통해 연결되면, 전류가 흐르며, 이어서, 이 전류는, 예를 들어, 필드에서의 동작 동안 특정 전기화학 센서의 활력도를 결정하기 위해 분석된다.
적어도 일부 예시적인 실시예들에서, 열 소스는 광 소스(light source), 예를 들어, LED(light-emitting diode)이다. 결과적으로, 하나의 전극의 비접촉식 가열이 가능하며, 그 결과로서, 본 발명은 또한, 실제 센서의 구조적 변화들 없이 기존의 전기화학 센서들에 사용될 수 있다. LED의 다른 장점은, LED가 높은 효율을 갖고 주로 광을 방출한다는 것이다. 이 광은 최소의 감쇠로만 센서의 플라스틱 하우징을 관통하고, 먼저 다크(dark) 전극들 상에 흡착된다. 결과적으로, 전극들 중 하나의 전극이 선택적으로 가열된다. 그 외에도, 가열은 비접촉식 방식으로 수행된다. 그 결과, 에너지의 도입은 매우 신속하게 스위칭 오프 그리고 다시 스위칭 온될 수 있으며, 센서는 매우 가파른 전류 측정 곡선들로 응답한다.
예를 들어, 하나의 전극의 선택적 가열로 인해 전극들 사이에 전압이 생성될 수 있다. 이 전압은 결국, 전기화학 센서의 활력도를 결정하기 위해 분석될 수 있는 전류 흐름을 야기할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예들에서, 전기화학 센서 어레인지먼트는 제어 디바이스를 더 포함한다. 제어 디바이스는, 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여, 예를 들어, 생성된 전압에 기반하여, 그리고 이로써 생성된 전류 흐름에 기반하여, 전극들의 활력도를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 디바이스는 아래에서 제안되는 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 전기화학 센서 어레인지먼트 또는 전기화학 센서 어레인지먼트를 갖는 호흡 알코올 측정 디바이스는 현장에서 전극들의 활력도를 결정하기 위한 포지션에 놓일 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 전기화학 센서 어레인지먼트는 센서의 활력도에 관한 정보를 출력하기 위한 그래픽 출력 유닛을 더 포함한다. 이와 관련하여, 전극들의 활력도에 관한 정보는 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여 결정된다. 예를 들어, 제어 디바이스는 그래픽 출력 유닛을 통해 센서의 활력도에 관한 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 활력도에 관한 정보는, 예를 들어, 호흡 알코올 측정 디바이스의 전기화학 센서 어레인지먼트의 사용자에게 제공될 수 있다. 사용자는, 이 정보에 기반하여, 센서의 조정 또는 교체가 언제 수행되어야 하는지 또는 전기화학 센서가 여전히 충분히 정확한지 여부를 판단하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 추가로, 전기화학 센서 어레인지먼트를 포함하는 호흡 알코올 측정 디바이스를 생성한다. 그 결과, 호흡 알코올 측정 디바이스는 통합된 전기화학 센서의 활력도를 시험하기 위한 포지션에 놓일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 추가로, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스를 생성한다. 프로세스는, 센서의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하기 위해, 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 열 소스를 활성화시키는 단계를 포함한다. 프로세스는, 전기화학 센서의 전극들 사이의 전류 흐름을 결정하는 단계를 더 포함한다. 전류 흐름은 열 소스에 의한 하나의 전극의 한 번의 선택적 가열에 의해 유발되는 전압에 기반한다. 그 결과, 전극들 사이에 전류 측정 저항이 있다. 프로세스는, 전류 흐름의 신호 형상에 기반하여 센서의 활력도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 그러한 프로세스는 전기화학 센서를 포함하는 디바이스에 통합될 수 있는 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있으며, 그 결과로서, 현장에서의 전기화학 센서의 시험이 가능해진다.
일부 예시적인 실시예들에서, 프로세스는, 그래픽 출력 유닛을 통해 센서의 활력도에 관한 정보를 제공하는 단계를 더 포함한다. 전기화학 센서의 사용자는, 이 정보에 기반하여, 센서의 조정 또는 교체가 언제 수행되어야 하는지 또는 전기화학 센서가 여전히 충분히 정확한지 여부를 판단하는 것이 가능하게 될 수 있다.
예를 들어, 센서의 활력도에 관한 정보는, 미리 정의된 최소의 측정 정확도를 고려한, 전기화학 센서의 사용가능성의 추정된 잔여 지속기간에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이는, 사용자가 자신이 디바이스 내의 대응하는 센서를 얼마나 오랫동안 여전히 동작시킬 수 있을 것인지를 추정할 수 있게 한다.
프로세스는, 다양한 예시적인 실시예들에서, 전기화학 센서 및 열 소스를 포함하는 디바이스에 의해 수행된다. 이 경우, 프로세스는 디바이스의 자체-시험의 일부로서 수행될 수 있다. 이는 전기화학 센서의 일상적인 시험을, 이를 위한 별개의 시험 디바이스를 필요로 하지 않으면서 가능하게 한다.
프로세스는, 일부 예시적인 실시예들에서, 센서의 활력도에 기반하여 보상 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함한다. 보상 파라미터는 센서의 활력도가 센서의 측정들에 어느 정도까지 영향을 미치는지를 묘사한다. 프로세스는, 보상 파라미터를 고려하여, 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서의 주어진 활력도에 대해, 측정된 값들이 실제 값들과 어느 정도까지 상이한지를 아는 것이 가능하다. 이 지식은 전기화학 센서의 결정된 활력도에 기반하여 보상 파라미터를 결정하는 데 사용될 수 있다.
디바이스들 및/또는 프로세스들의 일부 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 도면들에서,
도 1은 전기화학 센서 어레인지먼트의 예시적인 실시예뿐만 아니라 이러한 전기화학 센서 어레인지먼트를 갖는 호흡 알코올 측정 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 2a는 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 2b는 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 제어 디바이스의 예시적인 실시예의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3a는 예시적인 시험 셋업에서의 전기화학 센서의 측정된 값들을 도시한다.
도 3b는 다른 예시적인 시험 셋업에서의 정상(healthy) 전기화학 센서 및 드라이 아웃(dryed-out) 전기화학 센서의 측정된 값들을 도시한다.
도 3c는 다른 예시적인 시험 셋업에서 활력적(vital) 전기화학 센서 및 드라이 아웃 전기화학 센서로부터의 에틸 알코올 곡선들을 도시한다.
도 4는 전기화학 센서의 전극이 LED에 의해 그리고 납땜 인두(soldering iron)에 의해 비접촉식 방식으로 교번적으로 가열된 시험 셋업의 측정 결과들을 도시한다.
이제, 상이한 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다. 도면들에서, 라인들, 층들 및/또는 영역들의 굵기는 예시를 위해 과장된다.
다른 예들은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 수정들, 대응들 및 대안들을 커버할 수 있다. 동일한 또는 유사한 참조 번호들은 도면들의 전체 설명에서 동일한 또는 유사한 엘리먼트들에 관한 것이며, 이들은 서로 비교하여 동일하게 또는 수정된 형태로 구현될 수 있는 한편, 이들은 동일한 또는 유사한 기능을 제공한다.
엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "연결되는" 또는 "커플링되는" 것으로서 설명될 때, 엘리먼트들은 직접적으로 또는 하나 이상의 중간 엘리먼트들을 통해 연결 또는 커플링될 수 있다는 것이 자명하다. 2 개의 엘리먼트들(A 및 B)이 "또는"을 사용하여 조합될 때, 명시적으로 또는 묵시적으로 달리 정의되지 않으면, 모든 가능한 조합들, 즉, 오직 A만이, 오직 B만이 개시될 뿐만 아니라 A 및 B가 개시된다는 것이 이해되어야 한다. 동일한 조합들에 대한 대안적인 문구는 "A 및 B 중 적어도 하나" 또는 "A 및/또는 B"이다. 동일한 내용이 2 개 초과의 엘리먼트들의 조합들에 필요한 변경을 가하여(mutatis mutandis) 적용된다.
본 개시내용은, 예를 들어, 호흡 알코올 측정 디바이스를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트뿐만 아니라, (예를 들어 LED로부터의) 광에 의한 예를 들어 열 여기를 통해, 필드에서의 전기화학 센서들, 특히 알코올 센서들의 센서 활력도를 결정하기 위한 프로세스를 다룬다. 시험은 언제든지 수행될 수 있으며, 시험 가스의 사용을 필요로 하지 않는다.
전기화학 센서는 연료 전지로서 작동한다. 예를 들어, 에틸 알코올의 효과 하에, 이 에틸 알코올은 공기 중의 산소와 함께 전기화학적으로 연소되고, 프로세스에서 전기 에너지가 방출된다. 예시적인 실시예에서, 전류는 4.3-옴 션트 저항기 및 정밀한 24-비트 델타-시그마 컨버터에 의해 측정된다. 프로세스에서, 전류들은 나노-암페어 범위에서 측정되는데, 즉, 저잡음 전자 측정 디바이스가 필요하다.
전기화학 센서가 열적으로 밸런싱되면, 전기화학 센서의 전극들에 어떠한 전압도 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 전류도 흐르지 않는다. 측정된 값은 0이다. 그러나, 센서의 하나의 전극이 다른 전극보다 더 강하게 가열되는 경우, 즉, 센서에 온도 구배가 존재하는 경우, 전류 흐름으로 표현되는 열전 전압(thermoelectric voltage)이 생성된다. 그 결과, 디바이스 내의 센서의 제로 포인트(zero point)가 시프트된다. 이 프로세스는 일반적으로 바람직하지 않으므로, 정확한 측정을 위해 센서가 열적으로 밸런싱되어야 하고, 그래야 센서의 제로 포인트가 드리프트(drift)하지 않는다.
전해질 내의 2 개의 동일한 전극들에 상이한 세기를 갖는 UV 광이 조사(irradiate)되는 경우, 2 개의 전극들 사이의 전압을 측정하는 것이 가능하다. 이 효과는 1839년에 알렉상드르 에드먼드 베크렐(Alexandre Edmond Becquerel)에 의해 발견되었고, 그의 이름을 따서 베크렐 효과(Becquerel effect)로 명명된다. 그러나, 전기화학 센서 및 알코올 센서는 특히 그러한 전지에 불과하다. 전기화학 센서에 UV 광이 조사되는 경우, 전극들 상에 전압이 생성된다. 그 이유는, 조사 때문에, 광자 흡착으로 인해 전자들이 더 높은 에너지 레벨로 상승될 수 있기 때문이다. 이들 전자들은 전기화학 센서의 경우 전위의 증가로 이어진다.
효과들 둘 모두, 즉, 열전 전압으로 인할 뿐만 아니라 광전 전압으로 인한 전류 흐름이 본 발명에서 활용될 수 있다. 한편으로, 센서의 짧은 일면 가열(one-sided heating)에 의해 열전 전압이 생성되고, 그리고 다른 한편으로, UV 광에 의한 조사로 인해 광전 전압이 생성된다. 짧은 전압 생성들 둘 모두는 대응하게 분석될 수 있는 전류 곡선으로 이어진다.
센서가 열적으로 또는 광전기적으로 밸런스를 벗어나게 되면, 고속 센서는 교란을 신속하게 보상할 수 있다. 저속 센서는 이를 위해 더 많은 시간을 필요로 한다. 그 외에도, 약한 센서의 역학은 다르게 보인다.
도 1은 전기화학 센서 어레인지먼트(10)의 예시적인 실시예뿐만 아니라 이러한 전기화학 센서 어레인지먼트(10)를 갖는 호흡 알코올 측정 디바이스(100)의 개략도를 도시한다. 위에서 이미 언급된 바와 같이, 동일한 원리가 가스 센서들에 대한 전기화학 센서 어레인지먼트들에도 또한 적용가능했다. 대응하게, 도 1은 추가로, 이러한 전기화학 센서 어레인지먼트(10)를 갖는 가스 센서(100)를 도시한다. 전기화학 센서 어레인지먼트는 적어도 2 개의 전극들(12; 14)을 갖는 전기화학 센서를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기화학 센서는, 도 1의 예시적인 실시예에서, 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이에 배열된 멤브레인(membrane)(13)에 제공된 전해질을 더 포함한다. 이 경우, 전기화학 센서는, 예를 들어, 인간의 호흡에서 에틸 알코올의 측정을 수행하기에 적합한 전기화학 연료 전지일 수 있다. 대안으로서, 전기화학 센서는 가스의 검출을 위한 전기화학 센서일 수 있다. 이를 위해, 전기화학 센서 어레인지먼트는 제3 전극, 예를 들어, 기준 전극을 더 포함할 수 있다. 전기화학 센서 어레인지먼트(10)는 열 소스(16)를 더 포함한다. 열 소스는, 활성화 시에, 열 소스가 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 정확하게 가열하도록 배열된다. 선택적으로, 전기화학 센서 어레인지먼트는 제어 디바이스(20)뿐만 아니라 출력 디바이스(18)를 더 포함한다. 여기서, 제어 디바이스는 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 전기화학 센서 어레인지먼트는 선택적으로, 2 개의 전극들의 단자들 사이에 배열되는 측정 저항기(15)를 더 포함한다. 출력 디바이스는 측정 결과들 및 다른 정보를 출력하도록 제어 디바이스에 의해 활성화될 수 있다. 게다가, 제어 디바이스는 열 소스를 제어하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 제어 디바이스는, 예를 들어 전극들, 열 소스, 및 선택적 출력 디바이스와 커플링될 수 있다.
전기화학 센서는 2 개의 전극들(12; 14)을 포함한다. 이러한 전극들은, 예를 들어, 전기화학 센서에서 측정 전극 및 상대전극(counterelectrode)으로 불린다. 이러한 2 개의 전극들 사이의 전류 흐름에 기반하여, 측정은 일반적으로 전기화학 센서에 의해 수행된다. 전기화학 센서의 측정 동작 동안 전극들 사이의 프로세스에서 전위가 생성된다. 여기서, 전극들 사이의 측정된 전류의 결과적인 전류 곡선의 적분은, 호흡 알코올 측정 디바이스에서의 사용의 경우 호흡 알코올(흡기(breathing air) 내의 에틸 알코올)에 비례하며, 호흡 알코올을 결정하기 위해 후속 프로세싱 단계에서 사용될 수 있다. 이 경우, 전류 흐름의 적분은 알코올 농도의 표시자인 전하에 대응한다. 예를 들어, 측정 저항기(15)가 측정을 위해 사용될 수 있다.
전기화학 센서 어레인지먼트는, 활성화 시에, 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하도록 배열되는 열 소스(16)를 더 포함한다. 다시 말하면, 열 소스는 2 개의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하도록 구성된다. 여기서, "선택적으로"는, 열 소스가, 예를 들어 2 개의 전극들 중 하나의 전극을 다른 전극보다 훨씬 더 많이 가열하도록 배열되고, 따라서 다른 전극에 의해서보다 하나의 전극에 의해 적어도 2 배 많은 열 에너지가 흡수되고, 그리고/또는 가열로 인한, 예를 들어 섭씨 온도의 온도 증가가 다른 전극에서보다 하나의 전극에서 적어도 2 배 높다는 것을 의미한다. 이상적인 경우, 열 소스의 활성화 시에, 하나의 전극만이 가열되고; 이는, 하나의 전극에 의한 열의 방사 때문에 몇몇 실시예들에서만 적용될 것이다. 이와 관련하여, 2 개의 전극들 중 하나의 전극이 다른 전극보다 더 많이 가열되고, 따라서 전극들 사이에 전위가 생성되는 것만이 관련된다. 따라서, 하나의 전극의 선택적 가열로 인해 전극들 사이에 전압이 생성된다. 이 경우, 상이한 타입들의 열 소스들 및 열 전달의 상이한 실시예들 둘 모두가 고려된다.
예를 들어, 열 소스는 광 소스, 예를 들어 LED, 또는 그렇지 않으면 심지어 할로겐-기반 광 소스 또는 광 벌브(light bulb)일 수 있다. 이러한 LED는 본 출원에 대해 다양한 이점들을 갖는다. 한편으로, 이로써, 광이 하우징을 관통하고 주로 전극들에서 직접 흡착되기 때문에, 열 전도체를 통한 열의 전파가 여기서 고려될 필요 없이, 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 하나의 전극이 가열되는 것이 가능해진다. 고속 역학을 분석할 수 있기 위해, 열 교란(여기)이 매우 간략하게만 존재해야 한다. 열 전도의 원리에 기반하는 열 가열은 가능하게는 덜 적합하지만, 또한 원하는 결과로 이어진다. 밝은 LED, 특히 청색 LED는 방사선 소스로서 특히 적합한 것으로 입증되었다. 한편, 이러한 LED들은 최대 6 W의 출력들에 대해 이용가능하며, 70% 초과의 방사 효율을 갖는다. UV LED의 에너지는 전압, 특히 광전 전압을 생성하기에 충분하다는 것이 실험들에서 추가로 결정되었다. LED 여기의 하나의 이점은, 열 에너지가 정확하고 매우 간략하게 센서에 전달될 수 있다는 것이다. 출력은 실제로, 레이턴시 없이 스위칭 온 그리고 다시 스위칭 오프될 수 있다. 그 외에도, 광 소스, 예를 들어 LED는 완전히 전기화학 센서 외부에 배열될 수 있으며, 그 결과, 개념은 또한, 통상적인 전기화학 센서들에 적용될 수 있다.
예를 들어, 열의 전달 또는 전극의 광전 영향은 무선 방식으로 수행될 수 있다. 무선은 여기서, 영향을 받는 전극이 열 소스 또는 광 소스와 와이어링(wire)되지 않음으로써 정의된다. 다시 말해서, 열의 전달 및/또는 광 에너지의 전달은 비접촉식 방식으로 수행되거나, 또는 일반적으로 말하면, 에너지의 전달은 무선 방식으로 그리고 비접촉식 방식으로 수행된다. 이와 관련하여, 예를 들어, LED, 열 방사기, 광 벌브 또는 인덕션이 사용될 수 있다. 이 경우, 광 소스, 예를 들어 LED는, 광 소스의 활성화 시에 방출된 광이 하나의 전극에 의해서는 흡수되지만 다른 전극에 의해서는 흡수되지 않도록 배열될 수 있다. 다시 말해서, 광 소스는, 광 소스의 활성화 시에 방출된 광이 하나의 전극을 향해 지향되도록 배향될 수 있다. 다른 전극은 예를 들어, 하나의 전극에 의해 광 소스의 방출된 광으로부터 섀도잉(shadow)될 수 있다. 이를 위해, 하나의 전극(12)은 예를 들어, 광 소스(16)와 다른 전극(14) 사이에 배열될 수 있다.
광 소스들에 대한 대안으로서, 다른 타입들의 열 소스들, 예를 들어 저항 가열기들이 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우들에서, 열은 열 전도체에 의해 하나의 전극으로 전달될 수 있다. 다시 말하면, 전극들 중 하나의 전극을 정확하게 가열하기 위해 열 전도체와 조합하여 열 소스가 사용될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 전기화학 센서 어레인지먼트는, 이미 언급된 바와 같이, 제어 디바이스(20)를 포함한다. 제어 디바이스는 일반적으로, 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 디바이스는 추가로, 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여 전극들의 활력도를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제어 디바이스는, 한편으로, 전극들 사이에 전압을 생성하기 위해 열 소스를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 다른 한편으로, 제어 디바이스는 생성된 전압에 기반하여 전류 흐름을 측정하도록 그리고 생성된 전압에 기반하여 전기화학 센서의 활력도를 결정하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 제어 디바이스는 시험 가스를 사용하지 않으면서 전극들의 활력도를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 디바이스는 예를 들어, 도 2a로부터의 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 활력도를 결정하기 위한 더 많은 세부사항들이 도 2a로부터의 프로세스와 관련하여 수행된다.
위에서 언급된 바와 같이, 제어 디바이스(20)는 일반적으로 또한, 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 제어 디바이스(20)는 센서의 전극들 사이에 전위를 세팅하기 위해 측정 동작에서 구성될 수 있다. 전기화학 연료 전지에서, 측정 전극의 전위는 기준 전극과 관련하여 확인되어야 하는데, 즉, 전위는 기준 전극의 전위와 측정 전극의 전위 사이의 전위 차이이다. 따라서, 전기화학 센서의 전극들 중 하나의 전극은 측정 전극일 수 있고, 다른 전극은 기준 전극일 수 있다. 측정 전극에서의 전위는, 예를 들어, 측정 전극과 상대전극 사이에 전류 흐름이 생성되는 소위 정전위 제어 회로(potentiostatic control circuit)란 회로를 통해 세팅될 수 있다. 제어 디바이스는, 예를 들어 전위를 세팅하는 데 적합한 상이한 제어 회로 또는 정전위 제어 회로를 포함할 수 있다. 대안으로서, 전기화학 센서는 순수 연료 전지로서 사용될 수 있고, 연료 전지에서의 전류 흐름이 결정될 수 있다. 제어 디바이스는 추가로, 측정 동작 동안 측정 전극과 상대전극 사이의 전류의 측정을 수행하도록 구성될 수 있다.
적어도 일부 예시적인 실시예들에서, 전기화학 센서 어레인지먼트, 또는 전기화학 센서 어레인지먼트를 포함하는 디바이스, 예를 들어, 호흡 알코올 측정 디바이스는 그래픽 출력 유닛을 포함한다. 이 경우, 복수의 타입들의 그래픽 출력 유닛들이 고려가능하다. 예를 들어, 그래픽 출력 유닛은 디스플레이 스크린, 예를 들어 액정 디스플레이 스크린, 또는 OLED(organic light-emitting diode) 기술에 기반하는 디스플레이 스크린일 수 있다. 대안으로서, 그래픽 출력 유닛은 7-세그먼트 디스플레이 또는 하나 이상의 상태 LED들에 기반할 수 있다. 그래픽 출력 유닛은 센서의 활력도에 관한 정보를 출력하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 디바이스는 그래픽 출력 유닛을 통해 센서의 활력도에 관한 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 전극들의 활력도에 관한 정보는 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여 결정된다. 이를 위해, 도 2a로부터의 프로세스와 관련하여 추가적인 세부사항들이 제안된다.
제어 디바이스(20)는 예시적인 실시예들에서, 임의의 원하는 제어기 또는 프로세서, 또는 프로그래밍가능 하드웨어 컴포넌트에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제어 디바이스(20)는 또한, 대응하는 하드웨어 컴포넌트를 위해 프로그래밍된 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 이 정도로, 제어 디바이스(20)는 대응하게 적응된 소프트웨어를 갖는 프로그래밍가능 하드웨어로서 구현될 수 있다. DSP(digital signal processor)들과 같은 임의의 원하는 프로세서들이 여기서 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들은 여기서, 정의된 타입의 프로세서로 제한되지 않는다. 제어 디바이스(20)의 실시예에 대해 임의의 원하는 프로세서들 또는 심지어 복수의 프로세서들이 고려가능하다.
전기화학 센서 어레인지먼트 또는 호흡 알코올 측정 디바이스의 더 많은 세부사항들 및 양상들은 개념 또는 예들과 관련하여 언급되며, 이들은 이전에 또는 이후에, 예를 들어 도 2에서 설명된다. 전기화학 센서 어레인지먼트 또는 호흡 알코올 측정 디바이스는, 제안된 개념 또는 설명된 예들의 하나 이상의 양상들이 이전에 또는 이후에 설명된 바와 같이, 이러한 하나 이상의 양상들에 대응하는 하나 이상의 부가적인 선택적 특징들을 포함할 수 있다.
도 2a는 전기화학 센서, 예를 들어 도 1로부터의 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200)의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다. 프로세스는, 센서의 전극들 중 하나의 전극, 예를 들어 도 1로부터의 전기화학 센서의 전극(12)을 선택적으로 가열하기 위해, 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 열 소스, 예를 들어 도 1로부터의 열 소스(16) 또는 방사선 소스를 활성화시키는 단계(210)를 포함한다. 프로세스는 전기화학 센서의 전극들 사이의 전류 흐름을 결정하는 단계(220)를 더 포함한다. 전류 흐름은, 열 소스에 의한 하나의 전극의 한 번의 선택적 가열에 의해 또는 UV 소스에 의한 하나의 전극의 선택적 조사에 의해 유발되는 전압에 기반한다. 게다가, 프로세스는 전류 흐름의 신호 형상에 기반하여 센서의 활력도를 결정하는 단계(230)를 포함한다.
도 2b는 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 대응하는 제어 디바이스(20)의 예시적인 실시예의 개략적인 블록도를 도시한다. 이 경우, 제어 디바이스(20)는, 도 1과 관련하여 제안된 바와 같이, 제어 디바이스(20)에 대응할 수 있다. 제어 디바이스는, 예를 들어, 인터페이스(22) 및 하나 이상의 프로세서들(24)을 포함할 수 있으며, 이들은 인터페이스와 커플링된다. 이와 관련하여, 제어 디바이스의 기능은 하나 이상의 프로세서들에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 전극들, 열 소스 또는 출력 디바이스에 대한 그리고/또는 전극들, 열 소스 또는 출력 디바이스로부터의 신호들의 검출 및 출력이 인터페이스를 통해 수행된다. 제어 디바이스(20)는 도 2로부터의 프로세스를 수행하도록 구성된다. 이 정도로, 제어 디바이스의 기능은 프로세스를 참조하여서도 또한 아래에서 설명된다. 프로세스는 일반적으로, 예를 들어, 전기화학 센서 및 열 소스를 포함하는 디바이스에 의해, 예를 들어 디바이스의 제어 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 디바이스는 예를 들어, 호흡 알코올 측정 디바이스일 수 있다.
프로세스는, 센서의 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하기 위해, 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 열 소스를 활성화시키는 단계(210)를 포함한다. 열 소스의 활성화는, 예를 들어, 열 소스를 활성화하기 위해, 열 소스에 대한 또는 열 소스의 전력 공급부에 대한 제어 신호의 제공을 포함할 수 있다. 대안으로서, 열 소스의 활성화는, 예를 들어, 제어 디바이스에 의해 충분한 전력이 열 소스에 직접 공급될 수 있는 경우, 열 소스에 대한 전력 공급부의 제공을 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 열 소스가 수 와트의 전력으로 동작될 수 있는 LED인 경우일 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 열 효과는 전극들 사이에 전압을 생성하는 데 사용될 수 있다. 그 외에도 또는 대안으로서, 광전 효과가 사용될 수 있다. 그러므로, 열 소스는, 예를 들어 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 전극들 중 하나의 전극 상에 광을 방출하여 전극들 사이에 전압을 생성함으로써, 하나의 전극이 열 소스에 의해 열적으로 또는 심지어 광전기적으로 여기되도록 제어될 수 있다.
프로세스는 전기화학 센서의 전극들 사이의 전류 흐름을 결정하는 단계(220)를 더 포함한다. 이와 관련하여, 도 1과 관련하여 이미 언급된 바와 같은 전류 흐름은 열 소스에 의한 하나의 전극의 한 번의 선택적 가열에 의해 유발되는 전압에 기반한다. 이 경우, 전류 흐름의 결정은, 전기화학 센서를 포함하는 전기화학 센서 어레인지먼트의 측정 동작 동안의 측정 전극과 상대전극 사이의 전류의 측정과 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 측정된 전류는 프로세스에서 복수의 샘플링 포인트들(샘플들)에 걸쳐 기록될 수 있고, 후속 분석을 위해, 예를 들어 제어 디바이스의 저장 디바이스에 제공될 수 있다.
게다가, 프로세스는 전류 흐름의 신호 형상에 기반하여 센서의 활력도를 결정하는 단계(230)를 포함한다. 전류 흐름의 신호 형상은 여기서, 예를 들어 복수의 기록된 샘플링 포인트들에 대해 결정될 수 있다. 그 결과, 센서의 활력도의 결정은 측정된 전류의 복수의 기록된 샘플링 포인트들에 기반한 신호 형상의 결정을 포함할 수 있다. 신호 형상이 이용가능하면, 전기화학 센서의 활력도를 결정하기 위해 신호 형상의 하나 이상의 파라미터들이 분석될 수 있다.
하나의 파라미터는 생성된 전압을 다시 감소시키는 데 필요한 지속기간과 관련된다. 그 결과, 센서의 활력도는, 전압이 생성된 제1 시간과, 전압이 생성된 이후헤 전류 흐름이 임계 값 미만으로 떨어진 제2 시간 사이의 시간 기간에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 시간 기간은 전극들의 활력도를 표시할 수 있다. 시간 기간이 더 짧을수록, 전기화학 센서가 "더 빠르고", 센서의 활력도가 더 높다.
그 외에도 또는 대안으로서, 센서의 활력도를 결정하기 위해 신호 형상의 신호 피크의 형상을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 센서의 활력도는 신호 형상의 신호 피크의 높이 또는 경사에 기반하여 결정될 수 있다. 신호 피크가 더 높거나 또는 신호 피크가 더 가파를수록, 센서의 활력도는 더 높다. 대안으로서 또는 그 외에도, 신호 피크를 따르는 신호 형상의 성분이 고려될 수 있다. 높은 활력도를 갖는 전기화학 센서들은, 예를 들어, 언더슈터(undershooter)를 따르는 신호 피크(peak)에 의해 검출될 수 있으며, 이는 드라이 아웃 전기화학 센서들의 경우에는 확인될 수 없다. 그 결과, 전극들의 활력도는 신호 형상의 신호 피크 이후의 신호 형상의 언더슈팅(undershooting)에 기반하여 결정될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예들에서, 프로세스는, 그래픽 출력 유닛을 통해 센서의 활력도에 관한 정보를 제공하는 단계(240)를 더 포함한다. 이와 관련하여, 그래픽 출력 유닛의 다양한 실시예들은 도 1과 관련하여 이미 제안되었다. 그래픽 출력 유닛은 특히, 디스플레이 스크린, 7-세그먼트 디스플레이, 또는 하나 이상의 LED들에 기반하는 그래픽 출력 유닛일 수 있다. 이와 관련하여, 센서의 활력도에 관한 정보는 센서의 활력도를 표현할 수 있다. 제1 실시예에서, 센서의 활력도에 관한 정보는, 전기화학 센서가 충분히 활력적인지(그리고 이에 따라 또한, 현장 동작에서 사용되기에 충분히 정확하거나 또는 충분히 신속한지) 여부를 표시할 수 있다. 이 경우, 센서의 활력도에 관한 정보는 예를 들어 단일 LED를 통해 디스플레이될 수 있다(여기서, 예를 들어, LED의 녹색 조명은 전기화학 센서가 충분히 활력적임을 의미하고, LED의 적색 조명은 전기화학 센서가 더 이상 충분히 활력적이지 않음을 의미함). 다른 실시예에서, 2 개 초과의 상태들이 구별될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 활력도에 관한 정보는 3 개의 상태들, 즉, 양호, 평균 또는 불량, 또는 "만족", "여전히 충분히 활력적(그러나 더 이상 만족스럽지는 않음)" 및 "더 이상 충분히 활력적이지 않음" 중 하나를 디스플레이할 수 있다. 이 경우, 활력도에 관한 대응하는 정보는 또한, LED(예를 들어, "녹색", "황색", "적색")를 통해 또는 디바이스의 디스플레이 스크린을 통해 출력될 수 있다. 센서의 활력도는 또한, 디바이스의 디스플레이 스크린을 통해 퍼센티지 디스플레이 또는 막대 그래프로 출력될 수 있다. 예를 들어, 전극들의 활력도가 임계 값을 위반하는 경우, 예를 들어, 상태가 "여전히 충분히 활력적" 또는 "더 이상 충분히 활력적이지 않음"인 경우, 또는 계산된 퍼센티지가 임계 값을 위반하는 경우, 출력이 제공될 수 있다. 다른 경우들에는, 출력이 생략될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 활력도는 현장에서 검출될 수 있으며, 여기서, 약한 센서의 경우, 고객에 대한 조기 경고가 예측 유지보수의 의미에서 출력될 수 있다. 예를 들어 디바이스가 시동될 때, 예를 들어 일상적인 활력도 체크가 수행될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 활력도에 관한 정보는 또한, 센서의 현재 활력도(current vitality)에 관한 정보와는 별개로, 활력도의 코스의 예측에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 예측은, 센서의 활력도가 센서의 정확도에 영향을 미치기 때문에 유용할 수 있고; 센서의 활력도만이 변화하면, 추정된 정확도가 또한 변화한다. 프로젝션(projection)을 기반으로, 미리 정의된 최소의 측정 정확도를 고려하여, 센서가 얼마나 오랫동안 여전히 충분히 정확할 것인지를 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 신호 형상은 센서의 현재 활력도를 결정할 뿐만 아니라, 센서가 얼마나 오랫동안 충분히 활력적인지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 센서의 활력도를 결정하는 단계(230)는, 복수의 측정들에 걸쳐, 예를 들어 신호 형상의 변화에 기반한 센서의 활력도의 프로젝션 및 센서의 대응하게 결정된 활력도의 프로젝션을 포함할 수 있으며, 여기서, 복수의 측정들은 예를 들어 며칠, 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 이루어졌다. 예를 들어, 센서의 활력도의 프로젝션은 복수의 측정들에 걸친 센서의 활력도의 변화에 기반하여 시계열 프로젝션을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피팅 알고리즘이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 프로젝션에 기반하여, 미리 정의된 최소의 측정 정확도를 고려하여, 센서가 얼마나 오랫동안 여전히 사용가능할 가능성이 높을 것인지를 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 룩업 테이블은 센서의 활력도의 프로젝션으로부터 전기화학 센서의 추정된 정확도의 프로젝션을 추론하는 데 사용될 수 있다. 이 추정은 후속하여, 미리 정의된 최소의 측정 정확도와 비교될 수 있다. 그 결과, 센서의 활력도에 관한 정보는, 미리 정의된 최소의 측정 정확도를 고려한, 전기화학 센서의 사용가능성의 추정된 잔여 지속기간에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 사용가능성의 추정된 잔여 지속기간에 관한 정보는, 예를 들어 월 입도(granularity of months)를 가질 수 있고; 그 외에도, 추정은 대화식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 추정된 잔여 지속기간에 관한 정보는, 전기화학 센서가 유지보수를 받거나 또는 교체되어야 하기 이전에 적어도 디스플레이되는 개월 수 동안 전기화학 센서가 여전히 사용될 수 있다는 사용가능성을 디스플레이할 수 있다. 여기서, 마찬가지로, 추정된 잔여 지속기간이 임계 값 미만이면 출력이 제공될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 센서의 결정된 활력도는 또한, 센서에 의해 수행되는 측정들의 결과들을 적응시키고 이에 따라 정확도를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 위에서 이미 언급된 바와 같이, 센서의 정확도는 센서의 활력도에 의존한다. 이와 관련하여, 많은 경우들에서, 센서의 활력도와 측정 결과의 편차 사이에는 의존성이 있다. 이러한 편차는 예를 들어, 구성과 관련될 수 있고; 센서의 활력도가 알려져 있다면, 이로부터, 이러한 편차를 보상하기 위해 보상 파라미터가 계산될 수 있다. 그 결과, 프로세스는 센서의 활력도에 기반하여 보상 파라미터를 결정하는 단계(250)를 포함할 수 있다. 보상 파라미터는 센서의 활력도가 센서의 측정들에 어느 정도까지 영향을 미치는지를 묘사할 수 있다. 따라서, 보상 파라미터의 적응은 정확도를 개선할 목적으로 수행될 수 있다. 그 결과, 개선된 정확도로 인해 더 긴 조정 간격들이 달성될 수 있다. 예를 들어, 보상 파라미터는 위에서 언급된 편차를 묘사할 수 있다. 이어서, 보상 파라미터는, 예를 들어 결정된 활력도에 기반하여, 예를 들어 수학 함수에 기반하여 또는 다른 룩업 테이블에 기반하여 계산될 수 있다. 프로세스는, 보상 파라미터를 고려하여, 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하는 단계(255)를 더 포함할 수 있다. 측정의 측정 결과들은 보상 파라미터에 기반할 수 있다. 제안된 개념의 사용으로 인해, 활력도 파라미터들이 현장에서 결정될 수 있고, 알코올 측정의 측정 결과의 분석에 필요한 보상 파라미터들이 적응될 수 있다. 그 결과, 측정의 정확도가 증가한다. 그 외에도, 이한 개선된 정확도는 전기화학 센서의 사용가능성의 추정된 잔여 지속기간을 계산하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 조정 간격이 또한 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정확도의 결정은 또한, 알코올 없이 현장에서 수행될 수 있거나, 또는 예를 들어, 보상 파라미터에 기반하여, 현장에서 후속하여 조정이 수행될 수 있다.
활력도의 결정은 상이한 이벤트들에 의해 트리거링될 수 있다. 예를 들어, 활력도의 결정은 규칙적인 시간들에, 예를 들어 디바이스가 시동될 때 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 활력도의 결정은 예를 들어, 디바이스의 자체-시험의 일부일 수 있다. 다시 말해서, 프로세스는, 전기화학 센서 및 열 소스를 포함하는 디바이스, 그리고 대응하게 제어 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 프로세스, 예를 들어, 센서의 활력도의 결정은 디바이스의 자체-시험의 일부로서 수행될 수 있다. 디바이스의 자체-시험은 예를 들어, 디바이스가 시동될 때 또는 디바이스의 사용자의 요청 시에 수행될 수 있다.
활력도의 결정은 추가로, 일부 예시적인 실시예들에서, 센서가 규격들에 따라 그리고 양호한 작동 순서로 연결되는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 전극들 사이에 전위가 설정될 수 있는지 여부 및 전극들 사이의 전류 흐름이 측정될 수 있는지 여부가 체크되는 기능 시험(function test)으로 발생할 수 있다. 그 외에도, 예를 들어, 전압 펄스에 의한 센서 응답의 분석으로 인한 물리적 센서 검출이 또한, 제안된 개념으로 교체될 수 있다. 본 발명은 여기서, 알코올 센서들로만 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 또한 다른 전기화학 센서들에 적용될 수 있다. 프로세스는 전기화학 센서의 기능 시험을 수행하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 기능 시험은 전극들의 활력도의 결정에 기반한다. 전극들의 활력도의 결정 동안, 전극들 사이의 전류 흐름이 측정되는 것으로 결정되는 경우, 기능 시험은 통과되는 것으로 간주될 수 있다.
인터페이스(22)는, 예를 들어, 모듈 내에서, 모듈들 사이에서, 또는 상이한 엔티티들의 모듈들 사이에서, 코드에 기반하여 예를 들어 디지털 비트 값들로 정보를 수신 및/또는 송신하기 위한 하나 이상의 입력들 및/또는 하나 이상의 출력들에 대응할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 프로세서들(24)은 임의의 원하는 제어기 또는 프로세서 또는 프로그래밍가능 하드웨어 컴포넌트에 대응할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들(24)의 기능은 또한, 대응하는 하드웨어 컴포넌트에 대해 프로그래밍된 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 이와 관련하여, DSP(digital signal processor)들과 같은 임의의 원하는 프로세서들이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들은 여기서, 특정 타입의 프로세서로 제한되지 않는다.
프로세스 및 제어 디바이스의 더 많은 세부사항들 및 양상들은, 예를 들어, 도 1에서 이전에 설명된 개념 또는 예들과 함께 언급된다. 프로세스 및 제어 디바이스는, 제안된 개념 또는 설명된 예들의 하나 이상의 양상들이 이전에 또는 이후에 설명된 바와 같이, 이러한 하나 이상의 양상들에 대응하는 하나 이상의 부가적인 선택적 특징들을 포함할 수 있다.
방법을 입증하기 위해 실험실 측정들이 수행되었다. 이를 위해, 전기화학 센서의 미가공(raw) 값들을 기록하고 청색 LED를 활성화시키기 위한 디바이스가 구축되었다. LED는 전기화학 센서 위에 배치되었고, 감소된 전력, 예를 들어 500 mA로 정확하게 1,000 msec 동안 전류 조절되어 동작되었다. 열전 전압의 결과로서, 이 조사는 전기화학 센서의 측정된 값의 변화로 이어진다.
제1 시험에서, 정상 센서가 측정되었다. 도 3a는 예시적인 시험 셋업에서의 정상 전기화학 센서의 측정된 값들(300)을 도시한다. 센서는 조사에 대해 명확하게 응답한다. 1 초 미만 이후에, 감쇠 에지는 이미, 제로 라인을 통과했다. 그 외에도, 특성 언더슈팅이 검출될 수 있다.
다른 시험을 위해, 전기화학 센서들이 인공적으로 건조되었다. 정상(활력적) 전기화학 센서의 측정된 값들(310) 및 드라이 아웃 전기화학 센서의 측정된 값들(320)이 후속하여 생성되었다. 도 3b는 2 개의 센서들의 측정된 값들을 도시한다.
건조 센서는 현저하게 변화된 거동을 나타낸다. 전류의 신호 피크가 감소된다. 감쇠 에지는 현저하게 더 느려졌다. 언더슈터는 더 이상 검출될 수 없다. 이러한 변화된 역학을 기반으로 하여 저속 센서가 검출될 수 있다.
시험들 후에, 센서들은 다시 한번 대략(ca.) 380 ㎍/L 에틸 알코올을 갖는 건조 가스로 가스공급되었다. 도 3c는 활력적 센서의 에틸 알코올 곡선(330)과 건조 센서의 에틸 알코올 곡선(340)의 비교를 도시한다. 건조 센서는 드라이 아웃으로 인해 현저하게 느려졌지만, 그럼에도 불구하고 여전히 측정가능하다.
다른 시험에서, 납땜 인두가 열 소스로서 사용되었다. 납땜 인두의 높은 온도, 예를 들어 400 ℃ 때문에, 납땜 인두는 자신의 에너지의 상당한 부분을 열 방사로서 방출한다. LED 대신에, 납땜 인두가 전기화학 센서 위에 잠시 비접촉식 방식으로 유지되었다. 이 경우, LED 피크(정점)는 납땜 인두 피크와 상이하다. 납땜 인두 피크는 2 개의 중첩된 피크들로 구성된다. 이들은 시험 셋업에서 LED 피크보다 덜 높았고; 그 외에도, LED 피크는 납땜 인두 피크들보다 더 신속하게 감쇠하였다. 도 4는 시험 셋업의 측정 결과들을 도시한다. 이 경우, 피크(410)는 LED 피크이고, 후속 피크들(420)은 납땜 인두에 의해 유발된 피크들이다. 신호 형상에 대한 이유는, 아마도, 제1 고속 피크가 IR 방사선의 결과이고, IR 방사선은 센서를 관통하여 전극 표면 상의 온도의 증가로 이어지기 때문이다. 제2 피크는 아마도 센서 하우징의 워밍업 및 후속하는 느린 열 전도의 결과이다. 이러한 효과는, 심지어 오래 전에 납땜 인두가 다시 이미 제거된 경우에도 여전히 유효하다. 대조적으로, LED 방사선의 가장 큰 부분은 센서를 관통하고, 전극 표면 상에서 직접, 즉, 센서 내부에서 반응한다. 이 경우, 온도의 증가로 인해 열전 전압이 유도된다. 느린 열 조건 효과들은 발생하지 않는다. 이는 방사선 소스로서 LED를 사용하는 경우의 이점들을 보여준다.
다른 시험에서, 전기화학 센서의 하우징은 본질적으로 광에 대해 불투과성으로 제조되었고, 이어서 LED로 조사되었다. 시험의 반복에서, LED 광의 일부(fraction)만이 센서를 관통할 수 있었고; 이 대신에, 하우징이 가열되었다. 이와 관련하여, 납땜 인두를 통한 가열과 LED를 통한 가열 사이의 사소한 차이만이 대응하는 측정들에서 검출가능하였다. 이 경우, LED 피크의 피크 높이는 현저하게 감소되었고, 전체 지속기간이 증가되었다.
개념의 더 많은 세부사항들 및 양상들은 이전에, 예를 들어, 도 1 내지 도 2b에서 설명된 개념 또는 예들과 함께 언급된다. 개념의 예시적인 실시예들은, 제안된 개념 또는 설명된 예들의 하나 이상의 양상들이 이전에 또는 이후에 설명된 바와 같이, 이러한 하나 이상의 양상들에 대응하는 하나 이상의 부가적인 선택적 특징들을 포함할 수 있다.
이전에 상세화된 예들 및 도면들 중 하나 이상과 함께 설명된 양상들 및 특징들은 또한, 다른 예의 동일한 특징을 교체하거나 또는 추가로 다른 예에 특징을 도입시키기 위해, 다른 예들 중 하나 이상과 조합될 수 있다.
게다가, 예들은 위의 프로세스들 중 하나 이상을 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램일 수 있거나, 또는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 프로세서 상에서 실행되는 경우 그에 관련될 수 있다. 위에서 설명된 상이한 프로세스들의 단계들, 동작들 또는 프로세스들은 프로그래밍된 컴퓨터들 또는 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 예들은 또한, 머신-판독가능, 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 및 명령들의 코드 머신-실행가능, 프로세서-실행가능 또는 컴퓨터-실행가능 프로그램들인 프로그램 저장 디바이스들, 예를 들어, 디지털 메모리 매체를 커버할 수 있다. 명령들은 위에서 설명된 프로세스들의 단계들 중 일부 또는 모든 단계들을 수행하거나 또는 이들이 수행되게 한다. 프로그램 저장 디바이스들은, 예를 들어 디지털 저장 매체, 자기 저장 매체, 예를 들어, 자기 디스크들 및 자기 테이프들, 하드 디스크 드라이브들 또는 광학적으로 판독가능한 디지털 메모리 매체이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 다른 예들은 또한, 위에서 설명된 프로세스들의 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 컴퓨터들, 프로세서들 또는 제어 유닛들, 또는 위에서 설명된 프로세스들의 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 (필드) 프로그래밍가능 로직 어레이들((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) 또는 (필드) 프로그래밍가능 게이트 어레이들((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays)을 커버할 수 있다.
"수단", "신호를 제공하기 위한 수단", "신호를 생성하기 위한 수단" 등으로서 지정된 임의의 기능 블록들을 포함하는, 도면들에 도시된 상이한 엘리먼트들의 기능들은 전용 하드웨어, 예를 들어, "신호 제공자", "신호 프로세싱 유닛", "프로세서", "제어 유닛" 등의 형태로 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 대응하는 소프트웨어와 함께 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 형태로 구현될 수 있다. 프로세서에 의한 제공의 경우에, 기능들은 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해, 또는 복수의 개별적인 프로세서들에 의해 제공될 수 있으며, 이들 중 일부 또는 이들 전부가 공유될 수 있다. 그러나, "프로세서" 또는 "제어 유닛"이라는 용어는 단연코 단지 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어로 제한되는 것이 아니라, 오히려 디지털 신호 프로세서 하드웨어(DSP 하드웨어; DSP = Digital Signal Processor), 네트워크 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC = Application Specific Integrated Circuit), 필드 프로그래밍가능 로직 어레이(FPGA = Field Programmable Gate Array), 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM = Read Only Memory), 랜덤 액세스 메모리 (RAM = Random Access Memory) 및 비휘발성 저장 디바이스(저장소)를 포함할 수 있다. 통상적인 그리고/또는 클라이언트-특정적인 다른 하드웨어가 또한 포함될 수 있다.
블록도는 예를 들어, 본 개시내용의 원리들을 구현하는 개략적인 회로도를 표현할 수 있다. 유사한 방식으로, 흐름도, 프로세스 차트, 상태 전이도, 의사코드(pseudocode) 등은 상이한 프로세스들, 동작들 또는 단계들을 나타낼 수 있으며, 이들은 예를 들어 본질적으로 컴퓨터-판독가능 매체에 디스플레이되고, 따라서, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되는지 여부에 관계 없이, 이러한 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 본 설명에서 또는 특허 청구항들에서 개시된 프로세스들은 이러한 프로세스들의 개개의 단계들 각각을 수행하기 위한 매체를 갖는 구조적 엘리먼트에 의해 구현될 수 있다.
본 설명에서 또는 청구항들에서 개시된 복수의 단계들, 프로세스들, 동작들 또는 기능들의 개시가, 이것이 명시적으로 또는 묵시적으로 달리 표시되지 않는다면, 예를 들어, 기술적인 이유들로, 정의된 순서로 위치된 것으로 해석되지 않을 것이 자명하다. 따라서, 이들은, 복수의 단계들 또는 기능들이 기술적 이유들로 상호교환가능하지 않는 한, 이러한 복수의 단계들 또는 기능들의 개시에 의해 정의된 순서로 제한되지 않는다. 추가로, 일부 예들에서 단일 단계, 기능, 프로세스 또는 동작은 복수의 부분적인 단계들, 부분적인 기능들, 부분적인 프로세스들 또는 부분적인 동작들을 포함하고 그리고/또는 이들로 분할될 수 있다. 그러한 부분적인 단계들은, 이들이 명시적으로 배제되는 경우, 단일 단계의 개시내용의 일부로 포함될 수 있고, 단일 단계의 개시내용의 일부일 수 있다.
게다가, 다음의 청구항들이 이로써 본 상세한 설명에 포함되며, 여기서, 각각의 청구항은 별개의 예로서 단독으로 존재할 수 있다. 각각의 청구항이 별개의 예로서 단독으로 존재할 수 있지만, 종속항이 청구항들에서 하나 이상의 다른 청구항들과의 정의된 조합을 나타낼 수 있더라도, 다른 예들이 또한, 종속항과 청구대상 또는 임의의 다른 종속항 또는 독립항의 조합을 포함할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이러한 조합들은 여기서, 정의된 조합이 의도되지 않는 것으로 표시되지 않으면, 명시적으로 제안된다. 추가로, 하나의 청구항의 특징들은, 이러한 청구항이 독립항에 직접적으로 종속되지 않더라도, 각각의 다른 독립항에 대해 포함될 것이다.

Claims (12)

  1. 호흡 알코올(breath alcohol) 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(electrochemical sensor arrangement)(10)로서,
    상기 전기화학 센서 어레인지먼트는,
    적어도 2 개의 전극들(12; 14)을 갖는 전기화학 센서; 및
    열 소스(heat source)(16)
    를 포함하며, 상기 열 소스는, 활성화 시에, 상기 열 소스가 상기 전기화학 센서의 상기 전극들 중 하나의 전극(12)을 선택적으로 가열하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 소스는 LED(light-emitting diode)인, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 하나의 전극의 선택적 가열로 인해 상기 전극들 사이에 전압이 생성되는, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 디바이스(20)를 더 포함하며, 상기 제어 디바이스는 상기 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여 상기 전극들의 활력도(vitality)를 결정하도록 구성되는, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스는 제8 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스를 수행하도록 구성되는, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서의 활력도에 관한 정보를 출력하기 위한 그래픽 출력 유닛(18)을 포함하며,
    상기 전극들의 활력도에 관한 정보는 상기 하나의 전극의 선택적 가열에 기반하여 결정되는, 호흡 알코올 측정 디바이스(100)를 위한 전기화학 센서 어레인지먼트(10).
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 상기 전기화학 센서 어레인지먼트를 포함하는, 호흡 알코올 측정 디바이스.
  8. 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200)로서,
    상기 프로세스는,
    상기 센서의 상기 전극들 중 하나의 전극을 선택적으로 가열하기 위해, 미리 정의된 시간 기간에 걸쳐 열 소스를 활성화시키는 단계(210);
    상기 전기화학 센서의 상기 전극들 사이의 전류의 흐름을 결정하는 단계(220) ―상기 전류의 흐름은 상기 열 소스에 의한 상기 하나의 전극의 한 번의 선택적 가열에 의해 유발되는 전압에 기반함―; 및
    상기 전류의 흐름의 신호 형상에 기반하여 상기 센서의 활력도를 결정하는 단계(230)
    를 포함하는, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200).
  9. 제8 항에 있어서,
    그래픽 출력 유닛을 통해 상기 센서의 활력도에 관한 정보를 제공하는 단계(240)를 더 포함하는, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200).
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 센서의 활력도에 관한 정보는, 미리 정의된 최소의 측정 정확도를 고려한, 상기 전기화학 센서의 사용가능성(usability)의 추정된 잔여 지속기간에 관한 정보를 포함하는, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200).
  11. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스는 상기 전기화학 센서 및 상기 열 소스를 포함하는 디바이스에 의해 수행되고, 상기 프로세스는 상기 디바이스의 자체-시험(self-test)의 일부로서 수행되는, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200).
  12. 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서의 활력도에 기반하여 보상 파라미터를 결정하는 단계(250)를 더 포함하며, 상기 보상 파라미터는, 상기 센서의 활력도가 상기 센서의 측정들에 어느 정도까지 영향을 미치는지를 묘사하며,
    상기 프로세스는, 상기 보상 파라미터를 고려하여, 상기 전기화학 센서에 의해 측정들을 수행하는 단계(255)를 더 포함하는, 전기화학 센서의 전극들의 활력도를 결정하기 위한 프로세스(200).
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