SE1250659A1 - Förfarande för att mäta alkoholutandningskoncentration och apparatur därför - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG Foreliggande uppfinning hanfor sig till ett forfarande och apparatur for att mata alkoholutandningskoncentration hos en anvandare. Ett flode av ett utandat utandningsprov pas- seras igenom en branslecellssensor som ger en utsignal som är proportionell mot mangden alkohol som forekommer i utandningsprovet. Genom att mata trycket kan utandningsprovets volym beraknas genom att integrera trycket Over tiden fOr utandning av utandningsprovet, medan alkoholutandningskoncentrationen beraknas baserat pa branslecellsutsignalen. Bade provvolymens och alkoholutandningskoncentrationens varden uppdateras kontinuerligt genom att integrera det uppmatta momentana trycket och branslecellsutsignalen over tiden. Nar anvandaren slutar blasa utfors volymkompensation for att erhalla en kompenserad branslecellsutsignal under anvandning av en lagrad kalibreringsvolym. Foljaktligen astadkoms ett forbattrat forfarande for att exakt mata alkoholutandningskoncentrationen hos en testperson, i stand att hantera varierade utandade utandningsvolymer, vilket undanrojer behovet av en provtagningsmekanism.

Description

FORFARANDE FOR ATT MATA ALKOHOLUTANDNINGSKONCENTRATION OCH APPARATUR DARFOR Uppfinningens omrade Foreliggande uppfinning hanfOr sig till ett forfarande for att mata alkoholutandning- skoncentration hos en anvandare, sasom definieras av ingressen av patent krav 1. F6rfarandet innefattar att ta emot ett flOde av ett utandat utandningsprov fran en anyandare och att mata trycket i flodet av det utandade utandningsprovet. Samtidigt leds utandningsprovet in i en branslecellssensor. Branslecellssensorns utsignal anvands fOr att faststalla den i utandningsprovet forekommande alkoholvolymen, och salunda alkoholu- tandn ingskoncentrationen . 1 en andra aspekt hanfor sig uppfinningen aven till en apparatur for all mata alkoholutandningskoncentration hos en anvandare, sasom definieras av ingressen av patentkrav 10. Apparaturen innefattar provtagningsmedel for att ta emot ett utandat utand- ningsprov for en anyandare, medel for att mata trycket i flodet av det utandade utand- ningsprovet, en branslecellssensor och en styrprocessor. Styrprocessorn är anpassad for att berakna den i utandningsprovet forekommande alkoholvolymen, och salunda alkoholutandningskoncentrationen, baserat pa en utsignal Than branslecellssensorn. 1 en tredje aspekt hanfor sig uppfinningen aven till en alkoholutandningssparranordning (al- kolas) som innefattar en apparatur for att mata alkoholutandningskoncentration hos en anvandare. 1 en fjarde aspekt hanfor sig uppfinningen till ett fordon som innefattar en alkoholutandningssparranordn ing .

Uppfinningens bakgrund Generellt utnyttjas tva tekniker for att mata alkoholutandningskoncentrationen och darmed faststalla en persons blodalkoholkoncentration. 1 ett forsta fOrfarande anyands infrarod spektroskopi, varigenom ett utandningsprov fran en person utsatts for infrarod straining. Molekylerna i utandningsprovet absorberar specifika frekvenser, kallade resonansfrekvenser, vilka är karakteristiska fOr molekylerna. Till exempel ger absorption av etanolmolekyler upphov till ett specifikt infrarott spektrum vilket kan anyandas for att faststalla den mangd etanol som forekonnmer i utandningsprovet, och salunda alkoholutandningskoncentrationen. Ehuru detta forfarande ger hog matnoggrannhet, är sensorer som inkorporerar infrarod spektroskopi dyra, vilket begransar tillampningen i massproducerade anordningar. 2 En annan vanligen anvand teknik är baserad pa en branslecellssensor som konverterar bransle i form av alkohol (etanol) till elektrisk strom i en elektrokemisk reaktion. Branslecellssensorer har en nagot lagre noggrannhet an sensorer for infrar6d spektroskopi, men är mycket billigare. Dock kraver branslecellssensorer att utandningsprovet ar av en bestambar volym for att korrekt faststalla alkoholutandningskoncentrationen.

Traditionella branslecellbaserade analysatorsystem arbetar med hjalp av ett mekaniskt provtagningssystem som drar in en i fOrvag specificerad volym av utandning i branslecellen for analys. Det mekaniska medlet kan innefatta motorer, magnetventiler, kolv-cylinderanordningar, membranmekanismer eller tryckknappar anslutna till ett pump- eller balgsystem. I US 6,167,746 beskrivs en apparatur som innefattar en elektroniskt styrd ventil for att forvissa sig om att en erforderlig volym av utandning passeras igenom en branslecell. US 2005/0241871 beskriver en nykterhetssparranordning som innefattar en tryckgivare och en magnetventil som arbetar oberoende av varandra och lamnar ett variabelt utandningsflode till en branslecell. En mikroprocessor instruerar magnetventilen att halla sig oppen under en begransad tidsperiod for att ge en forutbe- stamd utandningsprovvolym, och beraknar en algoritmisk korrigeringsfaktor baserad pa tryckavlasningar for att tillhandahalla ett tryckkompenserat alkoholresultat.

De forfaranden som beskrivs i teknikens standpunkt innefattar avancerat styrkretssystem och komplexa eller skrymmande mekaniska komponenter som ger upphov till extra kostnad f6r systemet och begransar mojligheten att reducera storleken pa sy- stemet utan att Ora avkall pa noggrannheten.

Den internationella ansokan PCT/SE2010/051421, som tillhor sokanden, beskriver ett forfarande och apparatur f6r att mata alkoholutandningskoncentration som betvingar manga av de problem som är forknippade med teknikens standpunkt. Dock har kon- struktionen av apparaturens munstycke visat att det finns ett icke linjart samband mellan flOdeshastigheten och slutavlasningen. Med andra ord ger varierande flOdeshastighet olika matningar av alkoholutandningskoncentration, aven f6r liknande eller identiska alkoholkoncentrationer.

Foljaktligen finns ett behov av forbattrade forfaranden f6r att mata alkoholutand- ningskoncentration med hog noggrannhet, vilka mojliggor kompakta anordningar som kan tillverkas till lag kostnad. 3 Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med foreliggande uppfinning att tillhandahalla ett forbattrat forfarande fOr att mata alkoholutandningskoncentration med hog noggrannhet, vilket mojliggor kompakta matningsanordningar som kan tillverkas till lag kostnad.

Enligt foreliggande uppfinning tillhandahalls ett forfarande for att faststalla alkohol- utandningskoncentration. Forfarandet inkluderar fOljande specifika matt och steg, sasom definieras av den kannetecknande delen av det sjalvstandiga kravet 1. Fran det uppmatta trycket beraknas utandningsprovets volym genom att integrera trycket Over tiden fOr utandning av utandningsprovet. Genom hela utandningen av utandningsprovet uppdateras utandningsprovvolymen och den i utandningsprovet fOrekommande alkoholvolymen kontinuerligt genom att integrera det uppmatta momentana trycket och branslecellsutsignalen Over tiden. Nar anvandaren slutar blasa, utfors volymkompensation dar branslecellsutsignalen konnpenseras under anvandning av en lagrad kalibreringsvolym for att erhalla en volymkompenserad branslecellsutsignal.

Genom att volymkompensera branslecellsutsignalen sakerstalls matnoggrannhet- en hos forfarandet och apparaturen, oavsett utandningsprovets volym. Eftersom forfarandet inte kraver en forutbestamd utandningsprovvolym, onodiggors de mekaniska provtagningssystemen sasom anvands i teknikens standpunkt, och matapparaturen kan gams kompaktare med farre eller inga rorliga delar. Darmed kan storleken och kostna- den f6r apparaturen reduceras avsevart.

I en ytterligare utforingsform innefattar forfarandet enligt foreliggande uppfinning att berakna flOdeshastigheten for utandningsprovet baserat pa utandningsprovvolymen och den registrerade utandningstiden och att kompensera den volymkompenserade branslecellsutsignalen fOr att erhalla en flOdeshastighetskompenserad branslecellsut- signal under anvandning av en lagrad flodeshastighetsjusteringsfaktor som svarar mot den beraknade flOdeshastigheten. Detta gor det mOjligt att justera matningarna fOr att kompensera variationer i flodeshastighet som paverkar branslecellsutsignalen och darmed uppratthalla noggranna matningar av alkoholutandningskoncentrationen.

I en fordelaktig utforingsform innefattar f6rfarandet enligt foreliggande uppfinning att mata temperaturen och att kompensera den kompenserade branslecellsutsignalen under anvandning av en lagrad temperaturjusteringsfaktor som svarar mot den uppmatta temperaturen. Detta gOr det mojligt att justera matningarna for att kompensera variationer i temperatur som paverkar branslecellsutsignalen och armed uppratthalla noggranna matningar av alkoholutandningskoncentrationen. 4 I en foredragen ufforingsfornn innefattar forfarandet enligt foreliggande uppfinning, om inga matningar har gjorts under en forutbestamd tidsperiod, att utfora en kalibrering genom att Ora en matning av ett prov med forutbestamd volym och koncentration, att upprepa kalibreringssteget atminstone en gang och att lagra medelvardet av bransle- cellsutsignalen sasom kalibreringsvolymen. Detta Or det mOjligt att justera matningarna fOr att kompensera falska f6rsta h6ga avlasningar av branslecellen och armed uppratthalla noggranna matningar av alkoholutandningskoncentrationen.

I foredragna utfOringsformer innefattar fOrfarandet enligt foreliggande uppfinning vidare att faststalla blodalkoholkoncentrationen baserat pa alkoholutandningskoncent- rationen, och att visa den resulterande blodalkoholkoncentrationen.

I en foredragen ufforingsform innefattar forfarandet enligt foreliggande uppfinning att utfOra kompensationen under anvandning av formeln: Vcal FCcomp = FC0iit v i en ytterligare foredragen ufforingsform innefattar forfarandet enligt foreliggande uppfinning att forhindra fordonsstart om den beraknade alkoholutandningskoncentrationen overstiger ett forutbestamt troskelvarde.

I en ytterligare foredragen ufforingsform innefattar forfarandet enligt foreliggande uppfinning att mata trycket med hjalp av en tryckbaserad trycksensor, foretradesvis en venturimeter eller strypflans i kombination med en trycksensor. Den tryckbaserade trycksensorn har fordelen att tillhandahalla en kompakt komponent med fa eller inga rorliga delar, sakerstalla effektiv anvandning av utrymmet i en anordning som genomfOr forfarandet enligt uppfinningen.

Enligt foreliggande uppfinning, sasom den definieras av det sjalvstandiga kravet 10, tillhandahalls aven en apparatur for att faststalla alkoholutandningskoncentration.

Apparaturen inkluderar foljande specifika sardrag, sasom definieras av den kannetecknande delen av det sjalvstandiga kravet 1. Baserat pa tryckmatningarna anpassas styrprocessorn att berakna utandningsprovets volym genom att integrera trycket over tiden for utandning av utandningsprovet. Styrprocessorn är vidare anpassad att kontinuerligt uppdatera utandningsprovvolymen och alkoholutandningskoncentrationen genom att in- tegrera det uppnnatta nnonnentana trycket och branslecellsutsignalen over tiden. Styr- processorn är konfigurerad att utfora volynnkonnpensation pa branslecellsutsignalen for att erhalla en volymkompenserad branslecellsutsignal, nar anvandaren slutar blasa. Foredragna utfOringsformer av apparaturen enligt foreliggande uppfinning innefattar sardrag som svarar mot forfarandet som beskrivs ovan.

I en foredragen utfioringsform tillhandahalls en alkoholutandningssparranordning som innefattar en apparatur for att faststalla alkoholutandningskoncentration enligt foreliggande uppfinning och ett fordon som innefattar en sadan sparranordning.

Kortfattad beskrivning av ritningarna loFig. 1 är en grafisk representation av en branslecellsutsignal som funktion av ti- den; Fig. 2 är ett flodesschema som illustrerar forfarandet enligt foreliggande uppfinning; och Fig. 3 är ett schematiskt diagram av en apparatur enligt foreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen kommer att forklaras ytterligare nedan via den detaljerade beskrivningen av exennpel darav och med hanvisning till atfoljande ritningar. Det ska forstas att uppfinningen inte ska begransas till de utforingsformer som visas i figurerna och besk- rivs nedan, utan kan varieras att omfatta godtycklig kombination av motsvarande sar- drag inom ramen som definieras av de bifogade patentkraven.

Nar ett utandat utandningsprov passeras igenom branslecellen hos en alkoholutandningsmatningsanordning, aven kand under namnet Breathalyser® (varumarke agt av Drager), oxideras eventuell alkohol (etanol) som forekommer i utandningsprovet i en elektrokemisk reaktion, vilken alstrar en matbar elektrisk strom. Fig. 1 visar ett typiskt utgaende svar Than en branslecell i en kurvbild av utspanningen som funktion av tiden. Arean under kurvan beraknas genom att integrera spanningen Over tiden, vilket ger ett varde FC som är direkt proportionellt mot alkoholkoncentrationen i utandningen.

For att ge en noggrann nnatning av alkoholutandningskoncentrationen (BrAC) maste alkometern kalibreras under anvandning av ett prov med forutbestamd alkohol- koncentration och volym. Nar darefter ett alkoholutandningsprov utfors pa en testperson, kraver alkometern en forutbestamd provvolym, som svarar mot den som anvandes for kalibrering. Nar den nodvandiga volymen är tillford, kommer alkometern att jamfora arean under kurvan av branslecellsutsignalen (spanningen) for stickprovet med det

Claims (19)

1. 6 varde som lagrats frail kalibreringsrutinen och ge en avlasning for den testade alkoholutandn ingskoncentrationen . Kravet pa en specifik provvolym utgOr en avsevard olagenhet i kanda alkometrar inom teknikomradet. For det forsta, am till exempel testpersonen har reducerad lungka- pacitet, eller av flagon annan anledning inte kan lamna den forutbestamda volymen av utandningsprov, kan ett giltigt utandningsprov inte ufforas. For det andra kan den provtagningsmekanism som behovs i en alkometer for att mata och erhalla en viss vald provvolym och leverera den till branslecellen (t.ex. trycksensorer, ventiler, pumpar etc.) vara ganska dyr och/eller skrynnmande, vilket skapar en begransning fOr mOjligheterna att minimera storleken pa apparaturen och reducera produktionskostnaderna. I ett liknande forfarande som vid matning av branslecellsarean kan utandningsprovets volym faststallas genom att berakna arean under en kurva av utandningsprovets volymetriska flodeshastighet, vilken är direkt proportionell mot trycket i flodet av utandningsprovet, som funktion av tiden. Foljaktligen astadkoms samma resultat genom att berakna arean under kurvan av trycket, vilket kan matas pa ett enklare satt. Trycket mats enkelt under anvandning av en lamplig trycksensor, t.ex. mekanisk, tryckbaserad, optisk, termisk eller elektromagnetisk. I en foredragen utforingsform av foreliggande uppfinning anvands en tryckbaserad trycksensor sa som en venturimeter, strypflans eller motsvarande i kombination med en trycksensor. Naturligtvis ligger det aven inom ramen f6r foreliggande uppfinning att mata flodeshastigheten direkt. Laboratorietest har visat att variationen av utandningsvolym Vb korrelerar linjart med branslecellsutsignalen FCout for varje specificerad alkoholkoncentration: FCout = k • Vb Genom att anvanda en uppmatt och lagrad kalibreringsvolym Vi, det vill saga den re- sulterande branslecellsutsignalen nar apparaturen kalibreras med ett prov med forutbestamd volym och alkoholkoncentration, for att utfora en volymkonnpensation av branslecellsutsignalen FCout, och substituera uttrycket for konstanten k = FC„t/vb i motsvarande ekvation, erhalls ett kompenserat varde f6r branslecellsutsignalen FCcomp: Vcal FC comp = Ft-r out TT Vb 7 Foljaktligen astadkoms ett nytt och innovativt forfarande for att exakt mata alkoholutandningskoncentrationen hos en testperson, i stand att hantera varierade utandade utandningsvolymer, vilket undanrojer behovet av en provtagningsmekanism. Med andra ord är forfarandet och apparaturen enligt foreliggande uppfinning inte beroende pa vo- lymen av det utandade utandningsprovet i det att det inte finns nagot krav pa att en trOskel fOr volymen eller flOdeshastigheten overskrids fOr att gOra en matning av alkoholutandn ingskoncentrationen . Ett annat problem som erfars nar matningar av alkoholutandningskoncentrationen gars är att branslecellsutsignalen varierar beroende pa flodeshastigheten for det utan- dade utandningsprovet. Detta är bl.a. beroende pa konstruktionen av munstycket eller inloppsroret hos apparaturen som anvands f6r att g6ra nnatningen, vilket ger ett icke linjart samband mellan flodeshastigheten och branslecellsutsignalen. Flodeshastigheten f6r det utandade utandningsprovet kan beraknas genom att di- videra volymen av det utandade utandningsprovet med utandningstiden for utandnings- provet, dvs. den totala tid det tar for anvandaren att lamna hela utandningsprovet. Dar-for registreras, i forfarandet enligt foreliggande uppfinning, utandningstiden for att anvandas vid berakning av flodeshastigheten. Genom att erhalla testdata for en stor mangd olika flodeshastigheter, under an- vandning av ett prov med fOrutbestarnd volym och alkoholkoncentration medan utandningstiden varieras, upptacktes det att branslecellsutsignalen som en funktion av flodeshastigheten val motsvarar en andra ordningens polynomekvation. Foljaktligen är det dá mojligt att harleda en flodeshastighetsjusteringsfaktor att anvandas f6r flodeshastighetskompensering av branslecellsutsignalen for godtycklig given flodeshastighet. Sam ett resultat kan noggranna matningar av alkoholutandningskoncentration uppratthallas, aven vid varierande flOdeshastigheter som paverkar branslecellsutsignalen. Darfor beraknas i ett f6rsta steg flodeshastigheten fOr det utandade utandningsprovet sasom skisseras ovan. Darefter utfors flodeshastighetskompensation pa branslecellsutsignalen genom att multiplicera branslecellsutsignalen med flodeshastighetsju- steringsfaktorn, vilket motsvarar den beraknade flodeshastigheten, och dividerat med den beraknade flodeshastigheten. Ett ytterligare problem som paverkar noggrannheten hos matningen av alkoholutandningskoncentration är det faktum att nar apparaturen har lamnats under en tid, dvs. nar inga matningar har gjorts, kommer den att ge en falsk forsta hog matning aven am 8 den onnkalibreras. For att forhindra sadana forsta hoga matningar foreslas det att utfora kalibreringen atminstone tva ganger. Efter att matningar gjorts av atminstone tva prover med forutbestamd volym och alkoholkoncentration, lagras medelvardet av branslecellsutsignalen sasom kalibreringsvolym for att anvandas for framtida volymkompensation. Pafoljande matningar av alkoholutandningskoncentration kommer darefter att halla den 6nskade noggrannheten. Det är kant att branslecellens utsignal varierar med temperaturen. Vid minskande temperaturer minskar aven branslecellsutsignalen. Detta kan motverkas genom att tilllampa temperaturkompensation pa branslecellsutsignalen. Genom att erhalla testdata for en stor mangd olika temperaturer, under anvand- ning av ett prov med forutbestamd volym och alkoholkoncentration, upptacktes det att branslecellsutsignalen som en funktion av temperaturen val motsvarar en andra ordningens polynomekvation. Foljaktligen är det da mojligt att harleda en temperaturjusteringsfaktor att anvandas for att temperaturkompensera branslecellsutsignalen f6r god- tycklig given temperatur. Till foljd av detta kan noggranna matningar av alkoholutand- ningskoncentration uppratthallas, aven for varierande temperaturer som paverkar branslecellsutsignalen. Foretradesvis är intervallet av testade temperaturer mellan -10 till +50 °C. Darfor mats i ett forsta steg temperaturen pa branslecellen och/eller omgivnings- temperaturen. Darefter utfors temperaturkompensation pa branslecellsutsignalen ge- nom att multiplicera branslecellsutsignalen med temperaturjusteringsfaktorn, vilket motsvarar den uppmatta temperaturen, och dividerat med den uppmatta temperaturen. Annu en annan faktor som paverkar noggrannheten hos alkoholutandningskoncentrationsmatningarna är det kanda faktum att branslecellsutsignalen sakta avklingar med okande alkoholkoncentrationer. Med andra ord ger branslecellen en falsk lagre ut- signal an vad som skulle fOrvantas fOr den givna alkoholkoncentrationen. Genom att erhalla testdata f6r en stor nnangd olika alkoholkoncentrationer, under anvandning av prover av en forutbestamd volym och varierande alkoholkoncentrationer, upptacktes det att branslecellsutsignalen som en funktion av alkoholkoncentrationen är icke linjar for alkoholkoncentrationer Over cirka 0,5 mg/I. Foljaktligen är det da mojligt att harleda en linjaritetsjusteringsfaktor att anvandas for att linjaritetskompensera branslecellsutsignalen for godtycklig given alkoholkoncentration. Som ett resultat kan noggranna matningar av alkoholutandningskoncentration uppratthallas, aven for varierande 9 alkoholkoncentrationer som paverkar branslecellsutsignalen. Foretradesvis ger enbart alkoholkoncentrationer Over cirka 0,5 mg/I upphov till linjaritetskompensation.