RU137611U1

RU137611U1 - Устройство дистанционного экспресс-анализа содержания этанола в выдыхаемом воздухе

Info

Publication number: RU137611U1
Application number: RU2013126699/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Васильев; Алексей Викторович Бень; Константин Олегович Алексеев; Виктория Сергеевна Лугиня; Денис Андреевич Кордубайло; Евгений Михайлович Орлов; Иван Михайлович Евдокимов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Лс-Инжиниринг"
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-02-20

Abstract

1. Устройство определения содержания этанола в выдыхаемом воздухе, содержащее источник инфракрасного излучения, оптически связанный с измерительной кюветой и приемником зондирующего излучения, и блок обработки информации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оптический делитель излучения, приемник эталонного излучения и блок сравнения и анализа, при этом оптический делитель излучения установлен с возможностью направления части излучения на приемник эталонного излучения, а другой части излучения в рабочую зону кюветы, при этом блок обработки информации соединен с приемником зондирующего излучения и приемником эталонного излучения, при этом источник изучения выполнен в виде лазерного диода, а кювета выполнена в виде рамки с системой переотражателей излучения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено средством крепления к стойке и/или установки стойки на турникет.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено средством регулирования порога срабатывания.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью интеграции с системой видеонаблюдения для анализа и сохранения в памяти изображения человека, проходящего тестирование на алкоголь.5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью интеграции с системой контроля и управления доступом.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к дистанционному определению повышенной концентрации этилового спирта при помощи лазерной спектроскопии, а более конкретно к приборам для экспресс-анализа содержания этанола в выдыхаемом воздухе.

Уровень техники

По данным статистики в мире ежегодно происходит множество несчастных случаев на производстве, различного рода аварий и происшествий, приводящих к травмам работников, увечьям или даже смерти пострадавшего или группы людей. Большинство аварий происходит с работниками, находящимися в состоянии алкогольного опьянения. На крупных производствах, режимных объектах, опасных производствах, ТЭЦ, ГЭС, АЭС, буровых и т.д. исполнение служебных обязанностей в состоянии алкогольного опьянения категорически недопустимо и может привести к крупномасштабной аварии или экологической катастрофе.

Для определения концентрации паров этилового спирта широко применяют алкометры контактного типа. При использовании приборов-алкометров контактного типа человеку необходимо выдохнуть через специальный одноразовый мундштук, чтобы узнать результат. Одноразовый мундштук каждый раз после измерения необходимо менять. Среднее время на тестирование одного человека, замену мундштука и очистку сенсора прибора составляет около двух минут, что делает нецелесообразным использование таких приборов для контроля персонала на проходной предприятия. Легко посчитать, что проверка двадцати человек для допуска на территорию предприятия займет сорок минут, а проверка двух тысяч рабочих займет уже более двух суток. Применение одноразовых сменных мундштуков накладывает дополнительное финансовое бремя на проверяющую сотрудников организацию.

Известно устройство Алкотестер Динго В-01. (производитель Sentech Korea Corp, Корея. http://www.the-program.ru/alkotester-dingo-v-01) Устройство разработано для определения концентрации паров алкоголя в выдыхаемом воздухе. Для проведения измерения использует неконтактный метод. Тип датчика - электрохимический.

Проверяемый человек делает выдох в область сенсора прибора, после чего прибор проводит анализ пробы и выдает соответствующий результату сигнал. В зависимости от концентрации алкоголя у проверяемого человека, прибор подает разрешающий сигнал на турникет проходной или не подает такой сигнал.

Недостатками данного прибора являются:

Необходимость близко приближаться к прибору и делать выдох непосредственно в сенсор;

Время очистки сенсора составляет порядка минуты, что делает нецелесообразным использование устройства на проходной предприятия с большим количеством работников. Алкотестер Динго В-01 за один час сможет обеспечить проверку всего 60 человек. Установка такого прибора на большое предприятие с количеством работников от двух тысяч нецелесообразна.

Известен анализатор концентрации паров этанола в выдыхаемом воздухе (изделие АКПЭ-01.01-01, производитель научно-производственная фирма «МЕТА», Россия, http://www.meta-ru.ru/produkt/akpe/akpe.html). Прибор предназначен для экспресс-измерения массовой концентрации паров этанола в отобранной пробе выдыхаемого воздуха.

Принцип действия анализатора - инфракрасный оптико-абсорбционный, основанный на измерении поглощения инфракрасного излучения парами этанола в определенной полосе спектра, выделенной интерференционным фильтром (на длине волны 3,4 мкм). Анализатор представляет собой автоматический прибор циклического действия. Результаты измерения и сопровождающие сообщения индицируются на жидкокристаллическом индикаторе. Отбор пробы выдыхаемого воздуха производится через сменный мундштук. Для исключения конденсации паров этанола и воды на стенках газоаналитического тракта предусмотрено термостатирование. Результат измерения массовой концентрации паров этанола в выдыхаемом воздухе обследуемого, а также сопроводительная информация, включающая дату и текущее время измерения, может быть распечатана на бумажном носителе печатающим устройством в форме протокола.

Спектральная характеристика прибора формируется интерференционным фильтром 3,4 мкм с шириной пропускания (0,06±0,01) мкм. Измерительная кювета снабжена оптическими входами, выполненными из пластин лейкосапфира. Источником излучения служит инфракрасная лампа. Вентиляция кюветы очищенным воздухом и доставка пробы окружающего воздуха выполняется побудителем расхода мембранного типа. Датчик давления, размещенный в газовом тракте, позволяет контролировать достаточность и непрерывность выдоха пациента.

Блок измерительного преобразователя выполнен на базе микропроцессора. Процессор производит математическую и логическую обработку цифровых кодов аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Процессор работает по программе, записанной в постоянное запоминающее устройство.

Для управления составными частями прибора процессор вырабатывает управляющие сигналы, принимает сигналы состояния прибора. Выходные сообщения о работе прибора и измерениях формируются на жидкокристаллическом индикаторе. Управление прибором осуществляется кнопками и встроенной мембранной клавиатурой. В качестве принтера применено термопечатающее устройство. Приборные часы запитаны от резервного, подзаряжаемого источника питания, что обеспечивает режим постоянного отслеживания реального времени и используется при выводе сообщений на печать. Питание прибора может производиться от сети переменного напряжения 220 В, 50 Гц или от источника постоянного тока напряжением (12,6±2) В.

Возможна интеграция прибора с системой видеорегистрации для алкометров и алкотестеров АКПЭ, - СВР-АКПЭ. Система видеорегистрации СВР-АКПЭ к анализатору алкоголя позволяет производить видеосъемку факта медицинского освидетельствования, фиксируя в памяти изображения обследуемого.

Недостатком этого устройства является продолжительное время тестирования человека и подготовка к следующему тестированию: очистка зоны анализа выдыхаемых паров, смена мундштука, распечатка результатов тестирования и сохранение результатов тестирования в памяти.

Раскрытие полезной модели

Задачей полезной модели является создание устройства дистанционного определения повышенной концентрации этилового спирта в выдыхаемом воздухе более простой конструкции, обладающего более высоким быстродействием.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство определения содержания этанола в выдыхаемом воздухе, основанное на принципе лазерной спектроскопии, с возможностью интеграции с системой видеофиксации и интеграцией с системой контроля управления доступом (СКУД).

Предложенное устройство определения содержания этанола в выдыхаемом воздухе содержит источник инфракрасного излучения, оптически связанный с измерительной кюветой и приемником зондирующего излучения, и блок обработки информации. В отличие от прототипа оно дополнительно содержит оптический делитель излучения, приемник эталонного излучения и блок сравнения и анализа, при этом оптический делитель излучения установлен с возможностью направления части излучения на приемник эталонного излучения, а другой части излучения в рабочую зону кюветы, при этом блок обработки информации соединен с приемником зондирующего излучения и приемником эталонного излучения.

В предпочтительном варианте источник инфракрасного изучения выполнен в виде лазерного диода.

Кювета предпочтительно выполнена в виде рамки с системой переотражателей излучения.

Устройство может быть дополнительно снабжено средством крепления к стойке и/или установки стойки на турникет.

Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено средством регулирования порога срабатывания.

Устройство может быть выполнено с возможностью интеграции с системой видеонаблюдения для анализа и сохранения в памяти изображения человека, проходящего тестирование на алкоголь.

Устройство также может быть выполнено с возможностью интеграции с системой контроля и управления доступом.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является упрощение конструкции при одновременном увеличении быстродействия устройства.

Прибор готов к следующему измерению через одну секунду после предыдущего измерения. Пропускная способность подобной системы составит порядка 30 человек в минуту, что в 30 раз превышает характеристики имеющихся на рынке приборов. При интеграции разработанного устройства с СКУД пропускная способность пропускной системы возрастет не меньше, чем на порядок по сравнению с существующими системами.

Краткое описание чертежей

На Фигуре представлена схема устройства дистанционного экспресс-анализа содержания этанола в выдыхаемом воздухе.

Осуществление полезной модели

Устройство на Фигуре содержит источник инфракрасного когерентного излучения, в данном варианте выполнения полупроводниковый лазерный диод 1, оптический делитель 2 излучения, который делит излучение на два потока, один из которых направляется в измерительную кювету, представляющую корпус-рамку 3 с системой переотражателей 4 излучения (зеркал), в зоне 5 измерения которой проходит оптическая трасса 6 излучения, и далее на приемник 7 зондирующего излучения (фотодиод 7), после преобразования попадает в виде электрического сигнала в блок 8 обработки информации. Другой поток излучения является эталонным и направляется в приемник 9 эталонного излучения и далее, в виде электрического сигнала, в блок 10 сравнения и анализа. Лазерный диод 1, оптический делитель 2 и приемник 9 объединены в одном корпусе в передающий блок 11. Приемник 7 зондирующего излучения, блок обработки информации 8 и блок 10 сравнения и анализа объединены в приемный блок 12.

Элементы 1, 2, 9 могут быть выполнены в виде электронного блока, содержащего лазер с выходным каналом излучения и токовые выводы, эталонный сигнал в этом случае может быть получен путем считывания электрического сигнала с определенных выводов блока.

Устройство дополнительно снабжено средством регулирования порога срабатывания. Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено средством крепления к стойке и/или установки стойки на турникет

Устройство может быть также интегрировано с системой видеонаблюдения, выполненной с возможностью анализа и сохранения в памяти изображение человека, проходящего тестирование на алкоголь и/или с системой контроля доступа и управления доступом.

Устройство работает следующим образом.

Принцип действия системы основан на диодной лазерной спектроскопии - зондировании исследуемой области излучением полупроводникового лазера и анализе рассеянного оптического сигнала.

В передающем блоке 11 лазерный диод 1 излучает свет на длине волны, соответствующей полосе поглощения этанола. Излучение разделяется оптическим делителем 2 на два потока. Часть излучения фиксируется фотодиодом 9 (служит для контроля мощности излучения), другая часть излучения проходит через оптический клин 2, отражается от системы зеркал-переотражателей 4 и выводится в зону 5 измерения. Человек производит выдох в зону 5. После прохождения системы переотражателей 4, излучение возвращается обратно через зону 5 и попадает в приемный блок 12. В приемном блоке 12 излучение фокусируется на приемной площадке оптического детектора 7. Детектор преобразует оптический сигнал в электрический и передает электрический сигнал на плату обработки сигнала 8. Затем сигнал идет в блок 10 анализа и сравнения информации, сигнал анализируется и принимается решение о выдаче сигнала превышения концентрации.

Детектирование паров этилового спирта в оптической трассе в зоне измерения осуществляется на основе измерения мощности принимаемого излучения и выявления возникающей разницы в мощностях сигнала на различных участках спектрального диапазона, соответствующего области поглощения этанола. При наличии в трассе веществ, поглощающих зондирующее излучение, наблюдается ослабление возвращенного сигнала в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера. Закон выражается следующей формулой:

где I₀ - интенсивность зондирующего излучения, 1 - длина трассы зондирования, k_λ - показатель поглощения. Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого излучения. Для диагностики паров этилового спирта используется спектральный диапазон в районе 1,4 мкм, в котором находится линия поглощения этанола. Перестройка лазера на нужную длину волны осуществляется с помощью изменения тока накачки лазера. После анализа, устройство выдает разрешающий или запрещающий сигнал на КПП. Имеется световая и звуковая индикация превышения установленных оператором пределов измерений. При получении «разрешающего» сигнала, СКУД выдает управляющий сигнал на турникет, для пропуска работника на территорию.

Технический результат, заключающийся в создании устройства упрощенной по сравнению с известными аналогами конструкции при одновременном повышении его быстродействия, получается за счет использования в приборе метода лазерной спектроскопии, что существенно влияет на его конструкцию, из которой исключен датчик давления и нет необходимости в устройстве для вентиляции воздуха в измерительной кювете. Кроме того, за счет использования в качестве измерительной кюветы рамки, которую нет необходимости очищать и проветривать, а также менять мундштук для отбора проб выдыхаемого воздуха, устройство позволяет тестировать гораздо большее количество людей за тоже время, что в прототипе. Прибор готов к следующему измерению через одну секунду после предыдущего измерения. Пропускная способность подобной системы составит порядка 30 человек в минуту, что в 30 раз превышает характеристики имеющихся на рынке приборов.

Claims

1. Устройство определения содержания этанола в выдыхаемом воздухе, содержащее источник инфракрасного излучения, оптически связанный с измерительной кюветой и приемником зондирующего излучения, и блок обработки информации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оптический делитель излучения, приемник эталонного излучения и блок сравнения и анализа, при этом оптический делитель излучения установлен с возможностью направления части излучения на приемник эталонного излучения, а другой части излучения в рабочую зону кюветы, при этом блок обработки информации соединен с приемником зондирующего излучения и приемником эталонного излучения, при этом источник изучения выполнен в виде лазерного диода, а кювета выполнена в виде рамки с системой переотражателей излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено средством крепления к стойке и/или установки стойки на турникет.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено средством регулирования порога срабатывания.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью интеграции с системой видеонаблюдения для анализа и сохранения в памяти изображения человека, проходящего тестирование на алкоголь.

5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью интеграции с системой контроля и управления доступом.