KR20230168780A - 음주측정기용 알코올센서유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음주측정기용 알코올센서유니트에 것으로서, 정량흡입수단으로써 피측정자의 호기를 정량만 인입하는 호기인입관과, 인입된 상기 호기를 배출하는 호기배출관을 대향하여 가지는 감지공간을 구성하고, 상기 감지공간 내에 알코올센서를 수납하면서 상,하방으로 분리되는 하프체(10,11)의 센서하우징(C)을 가지는 음주측정기용 알코올센서유니트에 있어서; 상기 센서하우징(C)은 상기 호기인입관(31)과 상기 호기배출관(32)이 상기 호기를 균등분지하여 유동하도록 중앙격벽(15)의 의하여 분리되는 2 개의 감지공간(16,17)을 구획하여 가지고, 상기 구획된 감지공간(16,17)에는 백금(Pt)재의 양전극판(21)과 금속재의 음전극판(22)의 한 쌍의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 각각 격리하여 수납함으로써, 상기 피측정자의 한번의 정량의 호기 인입으로써, 상기 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)는 분리된 2 개의 알코올 농도의 측정 전류값을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

음주측정기용 알코올센서유니트{SENSOR UNIT OF ALCOHOL FOR BREATH ANALYZER}

본 발명은 음주측정기용 알코올센서유니트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음주정도의 기준이 되는 혈중 알코올농도의 측정을 위한 음주측정기에 제공되기에 적합한 개선된 구성의 알코올센서유니트에 관한 것이다.

음주측정기는 다양한 목적으로 사용되고 있지만, 주로 경찰관서에서 음주운전을 단속하기 위한 운전자 혈중 알코올농도의 측정용으로 널리 사용되고 있다.

음주측정기는 피측정자의 호기(날숨:Outbreathing)에 포함된 알코올성분에 따른 센서의 화학적 또는 광학적 특성변화에 따라 발생하는 전기신호를 측정하여 알코올의 혈중농도로 산정하여 계측하고 있다.

종래로부터 사용되어 오던 반도체센서를 기반으로 하는 측정기의 경우,

그 가격은 저렴하나 반도체의 전기적 민감성으로 인하여 반복적 사용에 의한 가혹한 측정환경에 놓이게 되면 그 수명이 대단히 짧게 되어 빈번한 센서의 교체가 필요하고, 주위 온도에 민감한 반도체의 특성 상, 측정 정도 또한 일관성이 없어 피측정자와 측정자 간의 많은 분쟁이 유발되어 최근에는 그 사용이 지양되고 있다.

현재의 대부분의 경찰관서에서 사용하는 음주측정기는 피측정자의 호기에서 나온 알코올성분이 센서의 백금전극판에 접촉하여 연소되면서 발생하는 전류의 크기를 측정하는 방식이다.

알코올 성분이 음주측정기 내에 장착되는 알코올센서의 전극판인 백금재의 양극판에 닿으면 아세트산으로 산화하면서 양극판에서 전류가 발생하게 되며, 이 발생된 전류가 대향하는 음극판과의 사이의 전해제를 통하여 음극판으로 도전되게 된다. 인출된 발생 전류를 측정하여 피측정자의 혈중 알코올농도로 변환,산정하여 혈중농도를 결정하며 호기에 알코올 농도가 높을수록 전류가 많이 발생된다.

이러한 방식의 음주측정기는 알코올의 화학적 반응을 통해 전기를 만들어내는 일종의 '연료전지'의 하나의 형태라 볼 수 있다.

또 다른 형태로서는 광학적인 분광, 문헌 1에서와 같은 음파를 사용하는 방법이 있으나 정밀도는 매우 높으나 고가로서 장비가 과대하게 되어 실제 단속 현장에 배치하기에는 어려움이 있다.

도 1, 2의 본 출원인의 선원에서 개시한 바와 같이, 음주측정기(D)는 2가지 형태의 것이 운용되고 있다.

도 1의 구성과 같이, 본체에 내장되는 센서로 피측정자의 호기를 도입하기 위한 인입관(O)에 삽입되는 배출관(5)을 직하방에 가지고, 운전자가 입에 물어 호기를 취입하게 되는 취입관부(2)와 취출관부(3)를 유체적으로 연동하여 가지는 불불대(Straw)를 사용하는 소위 '접촉식 음주측정기'가 정밀한 음주자의 알코올수치를 측정하기 위하여 널리 사용되고 있다.

또한 이와 더불어 도 2와 같이, 음주단속의 시간과 인력의 절감을 위하여 운전자의 음주 여부만을 즉각적으로 판단 및 구별하여 다수의 피측정자 중, 음주자만을 선별하여 후속적으로 정밀한 알코올수치를 측정하기 위하여 소위 '비접촉식 음주측정기'가 사용된다. 이러한 목적의 음주측정기(20)는 케이싱 전면(10)에 형성된 취입부(11)와 인입공(12)이 천공되어 제공됨으로써 음주측정기(20)와 이격된 상태에서 피측정자의 호기를 인입공(12)으로 유도, 인입시켜 음주여부의 판단기준치를 설정한 도시하지 아니하는 내장된 알코올센서에 의하여 음주여부를 판단하게 된다.

한국 특허 제 10-1371678 호(2014년 03월 03일) 한국 등록실용신안 제 20-0215144(2000년 12월 18일)

도 3에 개시되는 알코올센서(100)가 종래로부터 현재까지 널리 사용되어온 음주측정기의 알코올센서이다.

개략 디스크형태의 수납체이고 피측정자의 호기가 인입되는 흡기공(105)과 이를 배출하는 배기공(106)을 반대향하여 배설하여 가지고 커버(107)로서 폐색되는 센서케이스(101)를 구비하며,

센서케이스(101) 내방에 수납되는 센서는 백금재의 양전극판(102)과, 이 양전극판(102)과의 사이에 전해액을 개재하여 밀착하는 통상적인 금속재의 음전극판(103)고 양전극판(102)과 음전극판(103)으로부터의 인출 도선(102',103')이 음주측정기의 회로기판의 연결되어 집적회로와 설정된 로직에 의하여 수치가 디스플레이에 표시되는 방식이다.

이러한 종래 구성에서는 피측정자의 호기 속의 알코올성분을 효율적으로 감지하기 위하여 알코올센서(100) 자체의 직경이 상당한 크기로서 보장되어야 하므로 고가의 백금재의 양전극판으로 인하여 알코올센서(100)를 가지는 음주측정기는 수백만원 대에 이르고 있다.

또한, 단일의 센서를 구성함으로써 센서의 사용시간이 증대함에 따라 전극 간의 전해액(제)의 건조와 전극재의 부식 등의 변성으로 인하여 알코올센서의 수명이 단축되고 측정정밀도 또한 현저히 저하되게 되어 주기적인 교체가 요구되었다.

이에 따라서 측정 감도의 저하에 따른 피측정자와의 측정결과에 따른 불신에 기인하는 분쟁이 다발하게 되고 피측정자는 경찰인력이 많이 소요되는 병원에서의 채혈요구를 하는 등의 빈도가 늘어 그 실용에 상당한 문제점이 있다.

더욱 큰 문제는 사용에 따른 알코올센서의 감도의 저하를 전문가가 아니면 판단할 방법이 없고 고장유무 또한 알 수 없음으로써 음주측정기의 유지, 관리에 많은 비용과 인력이 소모된다는 점이다. 현재는 경찰관서에서 4 개월에 1 회 정도 교정을 수행하고 있는 실정이다. 이러한 교정의 일반적인 기술이 문헌 2에 개시되어 있다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 알코올센서의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

정량흡입수단으로써 피측정자의 호기를 정량만 인입하는 호기인입관과, 인입된 상기 호기를 배출하는 호기배출관을 대향하여 가지는 감지공간을 구성하고, 상기 감지공간 내에 알코올센서를 수납하면서 상,하방으로 분리되는 하프체(10,11)의 센서하우징(C)을 가지는 음주측정기용 알코올센서유니트에 있어서;

상기 센서하우징(C)은 상기 호기인입관(31)과 상기 호기배출관(32)이 상기 호기를 균등분지하여 유동하도록 중앙격벽(15)의 의하여 분리되는 2 개의 감지공간(16,17)을 구획하여 가지고, 상기 구획된 감지공간(16,17)에는 백금(Pt)재의 양전극판(21)과 금속재의 음전극판(22)의 한 쌍의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 각각 격리하여 수납함으로써, 상기 피측정자의 한번의 정량의 호기 인입으로써, 상기 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)는 분리된 2 개의 알코올 농도의 측정 전류값을 발생시키는 것은 기본적인 구성의 특징이며,

상기 상,하방으로 분리되는 하프체(10,11)의 센서하우징(C)의 평면형상은 사각형판체, 원형상판체, 타원형상판체의 어느 하나에서 선택되거나,

상기 센서하우징(C)의 분리된 2 개의 감지공간(16,17)으로의 균등한 인입호기의 배분은 상기 감지공간(16,17)을 이격시키는 중앙격벽(15)의 양단 분지공간(g) 또는, 상기 중앙격벽(15)으로부터 감지공간(16,17)으로 양측으로 일부 개방되도록 상기 중앙격벽(15)의 돌출하는 높이를 낮게 구성한 분배공간부일 수 있는 것은 선택적인 특징일 수 있다.

또한, 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)로부터의 실제 음주측정 시에 얻어지는 발생전류값을 각각 읽어, 측정된 알코올 농도의 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)로부터의 전류값들의 각각의 개별값과, 상기 전류값들의 차가 사전에 통계적으로 설정되는 표준편차를 일정한 범위(예를 들면 ±0.005%)를 넘어서는 경우, 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)의 어느 하나 또는 모두의 이상으로 판단하여 측정중지를 시켜 해당 음주측정기가 교정이 필요한 대상의 음주측정기임을 시각적으로 또는 음성적으로 고지하게 하는 로직을 구비하는 전기회로장치를 상기 음주측정기용 알코올센서유니트가 더 구비하는 것은 신호처리적인 구성을 간결히 개시한 것이다.

본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트는 측정감도의 저하를 근원적으로 방지하고, 알코올센서의 교체주기를 확정적으로 고지함으로써 측정오차를 최소화하게 한다.

또한, 비교적 소형으로 제작이 가능하므로 고가의 백금재를 절약하여 알코올센서의 가격을 저하시킬 수 있으며 나아가 주기적인 교정이 불요하게 하여 경찰인력의 손실과 장비관리비용을 최소화하게 하는 유용성을 가진다.

도 1은 접촉식 음주측정기를 도시하는 음주측정기 내부의 일부 사시도.
도 2는 비접촉식 음주측정기를 도시하는 일부 사시도.
도 3은 종래로부터의 음주측정기용 알코올센서를 도시하는 분해상태의 사진.
도 4는 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트의 외관사시도.
도 5는 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트에서의 내부구성을 도시하기 위하여 하우징의 상방 하프체를 분리한 상태에서의 사시도.
도 6은 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트와 석션기구를 도식적으로 보여주는 사시도.

이하, 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트의 외관사시도, 도 5는 알코올센서유니트에서의 내부구성을 도시하기 위하여 하우징의 상방 하프체를 분리한 상태에서의 사시도, 도 6은 알코올센서유니트와 정량 석션기구를 도식적으로 보여주는 사시도로서 순차적으로 또 함께 설명한다.

하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있으며, 종래 개시된 음주측정기를 도시하는 도 1 및 도 2의 부재번호와 본 발명의 설명을 위한 도 3 이하의 부재번호가 중첩되는 경우, 도 3 이하의 본 발명의 부재번호를 우선한다.

도 3 내지 도 6에 도시되는 바와 같은 본 발명의 음주측정기용 알코올센서유니트(1)는 상하방으로 분리되는 하프체(10,11)를 구비하고, 상하방의 하프체(10,11)의 접합에 의하여 내방에 센서체를 수납하는 함체공간을 제공하는 센서하우징(C)을 가진다.

센서하우징(C)은 바람직하게는 평면형상 사각형으로 형성하나 반드시 사각형상일 필요는 없으며 평면 원형상, 타원형상 등으로 구성하여도 무방하다.

센서하우징(C)의 적의의 위치에는 도시하지 아니하는 음주측정기의 케이스 또는 케이스 내의 회로기판에 고정을 위한 고정홀(13)을 센서하우징(C)의 외방으로 돌출하는 판상부에 다수 개 제공할 수 있다.

센서하우징(C)은, 그 상방의 하프체(10)가 분리제거된 상태를 도시하는 도 5에서와 같이,

중앙격벽(15)에 의하여 좌우로 분리되고 그 내방에 센서체를 수용하는 공간인 동일한 크기와 체적의 한 쌍의 감지공간(16,17)을 중앙격벽(15)의 좌우로 구비하며, 감지공간(16,17)은 중앙격벽(15)에 의하여 유체적으로 독립된 공간부를 형성하게 된다.

각각의 감지공간(16,17)에는 한 쌍의 전극판 즉, 백금(Pt)재의 양전극판(21)과 금속재의 음전극판(22) 사이에 전해제를 도포하여 상호 대향하여 접착되는 한 쌍의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 수납하게 되고, 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)50,60)는 동일한 구성이므로 하기에서는 일측의 제1알코올센서(B)의 구성을 기준으로 하여 설명한다.

양전극판(21)과 음전극판(22)에는 각각 음주측정기 내의 회로기판(도시하지 아니함)으로 연결되는 도선(21',22')이 제공된다. 상하방측에는 피측정자의 호기가 음주측정기의 불대와 같은 호기취입부(도시하지 아니함)로부터 유도되어 인입되는 호기인입관(31)과 호기배출관(32)이 대향하는 방향에 작은 직경의 관체로서 일체로 제공된다.

호기인입관(31)으로부터 인입되는 호기는 센서하우징(C)의 한 쌍의 분리된 감지공간(16,17)으로 각각 유체적으로 분배되도록 하는 다양한 방식의 분지구성이 가능하다.

즉, 도 5의 기본적인 구성과 같이, 피측정자의 호기가 취입되면 호기인입관(31)의 개방단부공(31')에서 바로 감지공간(16,17)으로 각각 분지되어 유입되도록 중앙격벽(15)의 양단에 분지공간(g)을 부여하는 방법,

또는 중앙격벽(15)의 돌출하는 높이를 낮게 하여 구성되는 중앙격벽(15)을 따라 형성되는 분배공간부로부터 감지공간(16,176)로 호기가 균등 배분되게 하는 방법 등이 다양하게 제안될 수 있으나, 호기인입관(31)의 시작점에서 바로 감지공간(16,17)으로 각각 분지되게 중앙격벽(15)의 상하부에 분지공간(g)을 부여하는 방법이 호기 중의 알코올성분을 최대한 감지하게 하는 감지경로가 길게 형성되므로 바람직하다.

종래로부터의 방법과 동일하게 본 발명의 알코올센서유니트(1)는 음주측정기안에 배설되는 호기(날숨)의 동일하고 균질한 호기의 일정량 만을 측정대상으로 하기 위한 정량석션(suction:흡입)구성으로서 도 6과 같은 구성이 종래의 구성과 같이 제공된다.

알코올센서유니트(1)의 호기배출관(32)의 단부와 관체로써 기밀연결되는 벨로우즈(50)와, 벨로우즈(50)와 연결되어 축방향 전,후방으로 구동하는 솔레노이드(60)를 동일 축상에 배설하여 음주측정기 본체(도시하지 아니함) 내에 구비한다.

도면에는 축방향 리니어하게 벨로우즈(50)를 구동하는 수단으로서 솔레노이드(60)를 개시하지만 웜기어구동으로 직선운동을 하게 하는 모우터-웜기어박스 구성일 수 도 있다.

이러한 구성으로서 피측정자의 도시하지 아니하는 음주측정기 측정용의 취입관(빨대)로부터 들어오는 호기의 지정된 강도(호기의 풍속), 호기에 의한 온도변화 또는 습도변화를 센서로 감지하여 측정 적합값의 기준치 이상이면 솔레노이드(60)의 구동으로 정량만을 흡입하는 벨로우즈(50)가 팽창하여 알코올센서유니트(1)의 호기배출관(32)으로부터 호기를 정량만큼 흡입(Suction)하게 됨으로써,

알코올센서유니트(1)의 감지공간(16,17)의 양전극판(21)으로 피측정자의 호기가 항상 균일한 피측정자의 호기량을 바탕으로 측정하게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 알코올센서유니트(1)를 양측으로 유체적으로 분리된 한 쌍의 감지공간(16,17)을 형성하고 이 감지공간(16,17)에 각각 양전극판(21)과 음전극판(22)의 센서체로서 전극판 어레이를 한 쌍 배설하여 가짐으로써 알코올센서유니트(1)는 한 쌍의 양전극판(21)과 음전극판(22)이 구성하는 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 구비하게 된다.

따라서, 상기의 알코올센서유니트(1)의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)로부터는 각각 독립된 알코올성분 감지에 의한 전류가 발생하고 이 각각의 전류는 한 쌍의 도선(21',22')에 의하여 음주측정기에 내장되는 회로기판으로 인입된다.

회로기판 상의 집적회로 등에 의한 설정 및 판단 로직이 제공되며 이러한 비교기, 설정기 등을 가지는 판단로직은 통상적인 기술로서 실험적으로 또는 법규에 맞게 설정될 것이다.

하나의 예로서, 동일한 알코올측정농도로서 미리 설정된 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)로부터의 실제 음주측정 시에 얻어지는 발생전류값을 각각 읽어, 측정된 알코올 농도의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)로부터의 전류값들의 각각의 개별값과, 그 전류값들의 차가 사전에 통계적으로 설정되는 표준편차를 일정한 범위(예를 들면 ±0.005%)를 넘어서는 경우,

이를 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)의 어느 하나 또는 모두의 이상으로 판단하여 측정중지를 시켜 해당 음주측정기가 교정이 필요한 대상의 음주측정기임을 시각적으로 또는 음성적으로 고지하게 할 수 있을 것이다.

이러한 기준치와 표준편차 값은 신뢰할 수 있는 영역에서 설정이 가능하고 음주측정기의 교정주기(예를 들면 매 4개월마다)를 준수할 필요없이 표준편차를 벗어난 음주측정기만 교정을 수행하거나 알코올센서유니트(1) 만을 교체하면 되므로 관리인력과 경비가 대폭 절감된다.

또한, 주요한 유효성은 실제 측정현장에서의 음주측정기의측정값과 채혈에 의하여 측정된 값 사이의 측정값의 오차가 없게 되어 피측정자와의 불요한 분쟁도 저감시킬 수 있다.

본 발명의 알코올센서유니트(1)의 기술적 관점에 따라서 알코올센서유니트(1)의 감지공간(16,17)을 중앙격벽(15)의 수직하는 다수의 가로격벽(도시하지 아니함)을 제공하여 4분할, 6분할하여 독립된 감지공간을 4개, 6개 만들어 각각 독립된 전극판 세트를 더 배설함으로써 얻을 수 있는 신호값의 수를 증대하여 더욱 신뢰도를 높일 수 있을 것이나,

실용적으로는 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 가지는 한 쌍의 감지공간(16,17)과 센서 만을 구성하여도 충분한 효과를 얻을 수 있었다.

1: 알코올센서유니트
10,11: 센서유니트케이싱
15: 중앙격벽
16,17: 감지공간
21-1,21-2: 양전극판
22-1,22-2: 음전극판

Claims (5)

1. 정량흡입수단으로써 피측정자의 호기를 정량만 인입하는 호기인입관과, 인입된 상기 호기를 배출하는 호기배출관을 대향하여 가지는 감지공간을 구성하고, 상기 감지공간 내에 알코올센서를 수납하면서 상,하방으로 분리되는 하프체(10,11)의 센서하우징(C)을 가지는 음주측정기용 알코올센서유니트에 있어서;
   상기 센서하우징(C)은 상기 호기인입관(31)과 상기 호기배출관(32)이 상기 호기를 균등분지하여 유동하도록 중앙격벽(15)의 의하여 분리되는 2 개의 감지공간(16,17)을 구획하여 가지고,
   상기 구획된 감지공간(16,17)에는 백금(Pt)재의 양전극판(21)과 금속재의 음전극판(22)의 한 쌍의 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)를 각각 격리하여 수납함으로써,
   상기 피측정자의 한번의 정량의 호기 인입으로써, 상기 제1알코올센서(A)와 제2알코올센서(B)는 분리된 2 개의 알코올 농도의 측정 전류값을 발생시키는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 알코올센서유니트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상,하방으로 분리되는 하프체(10,11)의 센서하우징(C)의 평면형상은 사각형을 대표로 하는 다각형, 원형상, 타원형상의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 알코올센서유니트.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서하우징(C)의 분리된 2 개의 감지공간(16,17)으로의 균등한 인입호기의 배분은 상기 감지공간(16,17)을 이격시키는 중앙격벽(15)의 양단 분지공간(g) 또는, 상기 중앙격벽(15)으로부터 감지공간(16,17)으로 양측으로 일부 개방되도록 상기 중앙격벽(15)의 돌출하는 높이를 낮게 구성한 분배공간부일 수 있는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 알코올센서유니트.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)로부터의 실제 음주측정 시에 얻어지는 발생전류값을 각각 읽어, 측정된 알코올 농도의 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)로부터의 전류값들의 각각의 개별값과,
   상기 전류값들의 차가 사전에 통계적으로 설정되는 표준편차를 일정한 범위(예를 들면 ±0.005%)를 넘어서는 경우, 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)의 어느 하나 또는 모두의 이상으로 판단하여 측정중지를 시켜 해당 음주측정기가 교정이 필요한 대상의 음주측정기임을 시각적으로 또는 음성적으로 고지하게 하는 로직을 구비하는 전기회로장치를 상기 음주측정기용 알코올센서유니트가 더 구비하는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 알코올센서유니트.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 알코올센서유니트에 있어서;
   상기 센서하우징(C)을 상기 중앙격벽(15)의 수직하는 다수의 가로격벽을 더 제공하여 2개 이상의 짝수 개의 감지공간(16,17)을 더 구획하여 가지고, 상기 구획된 짝수 개의 감지공간(16,17)에 다수 쌍의 상기 제1알코올센서(A)와 상기 제2알코올센서(B)를 각각 구비하여, 짝수의 알코올농도의 측정신호값을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 알코올센서유니트.