WO1986004992A1 - Dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz - Google Patents

Dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz Download PDF

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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • G01N33/4972—Determining alcohol content

Definitions

  • the invention relates to a device for analyzing the alcohol content of a gas, in particular for controlling the blood alcohol content of a motorist; it relates more particularly to an arrangement of control circuits making it possible to ensure that the sampling of exhaled air is carried out under satisfactory conditions of reliability and precision.
  • alveolar air is commonly used to designate the fraction of air rejected at the end of a full expiration period because it comes from the alveolar passages of the lungs. It is the analysis of the alcohol content of this "alveolar air” which allows the driver's blood alcohol level to be determined with sufficient precision.
  • One of the aims of the invention is to propose a device capable of carrying out a measurement of the alcohol content of the air discharged at the end of an expiration period by a subject under control.
  • Another object of the invention is to provide such a device capable of taking a predetermined amount of air from the air. véolar, at the end of an expiration period, whatever the subject's thoracic capacity.
  • Another object of the invention is to propose such a device provided with means for verifying that the subject continuously and fully exhales the air from his lungs, in particular without breathing fresh air.
  • the invention essentially relates to a device for analyzing the alcohol content of a gas, in particular for controlling the blood alcohol level of an individual; this device is distinguished in that it comprises a conduit (11) for circulating said gas, a pumping device (14) controlled, connected to said conduit for withdrawing a predetermined volume of said gas when it is actuated, this pumping device being associated with means for detecting and measuring alcohol (25) and actuation control means (17) of the pumping device comprising a cascade arrangement of means (27) sensitive to the pressure prevailing in said conduit and an evaluation means (28) of a volume of gas, controlled by said pressure-sensitive means.
  • the device further comprises means for detecting a low threshold of the pressure prevailing in said conduit and logic means for combining the signal delivered by said evaluation means and the signal delivered by said low threshold detection means, with a view to developing the control of the pumping system.
  • FIG. 1 is a block diagram of a first analyzer device according to the invention.
  • FIG. 2 is a block diagram, similar to that of Figure 1, of a second device according to the invention.
  • the device for analyzing the alcohol content of a gas comprises a conduit (11), provided with a restriction (12), in which the gas is circulated (in other words, there is causes the subject to blow under control in the widest end piece (13) of this conduit), a pumping device (14), controlled by an electromagnet (15) with movable equipment (16) and control means for actuation (17) of the electromagnet (15).
  • the pumping device (14) has an inlet orifice (18) in which a bypass fitting (19) of the conduit (13) and a measurement chamber (20) are fitted in sealed manner. constituted by an elastic membrane (21) or the like.
  • a closure element (22) integral with a piston (23) prevents the flow of air between the orifice (18) and the measurement chamber (20).
  • This closure element (22) is integral with a piston (23) cooperating with the elastic membrane (21).
  • the piston (23) is blocked by the mobile assembly (16) in a position such that the membrane (21) is deformed and maintained in a position for which the volume of the measurement chamber (20) is minimum.
  • Alcohol detection and measurement means are housed in the chamber (20). It may for example be an electrochemical cell (25) known per se, delivering an electrical signal trique representative of the quantity of alcohol introduced with air into the chamber (20), when the mobile assembly (16) fades and releases the membrane (21). The latter, by moving, causes a predetermined volume increase in the chamber (20), therefore the withdrawal of a predetermined volume of the expired air in the duct (11).
  • the actuation control means (17) comprise a cascade arrangement of means (27) sensitive to the pressure prevailing in the conduit (11) and of a means of evaluation of a volume (28), controlled by the pressure-sensitive means (27).
  • the means (27) is a proportional pressure sensor whose pneumatic inlet (29) communicates with the orifice (18) upstream of the closure element (22).
  • a sensor could for example be a piezoresistive sensor of the 130 PC type sold by the company Honeywell.
  • the electrical output (30) of this sensor is connected to the input of the evaluation means (28) which in the same example of FIG.
  • the integration circuit 1 essentially consists of an integration circuit and a circuit of threshold validation delivering to the output (31) a validation signal when the signal delivered by said integration circuit has reached a predetermined value.
  • the signal delivered by the proportional sensor (27) is representative of the flow of air blown into the duct (11) and the integration circuit receives this signal and delivers a signal representative of the total volume of exhaled air so that the validation signal only appears at the output (31) when a minimum volume of air has been exhaled.
  • the device is provided with means for detecting a low threshold of the pressure prevailing in the duct (11).
  • a monitoring circuit (41) of the main operating parameters of the system supply voltage, return to zero of the cell output signal (25), temperature of the cell, locking of the pumping device, etc.
  • signaling means (40) for example sound, directly connected to the output (30).
  • the operation is as follows. Before use and at the start of the control, tripping of the electromagnet (15) is in any case prohibited by the state of the outlet (31), at least as long as a minimum volume of air has not been expired in the tube (11). Furthermore, from the start of use, the pressure in the tube (11) exceeds the low threshold fixed by the circuit (35) so that the corresponding validation signal is not present at the output (36) that the subject under test has not reached a total expiration at the end of which the pressure in the duct (11) drops to around atmospheric pressure. During the entire control procedure, the signaling means (40) emits a continuous signal (for example an audible signal) which makes it possible to ensure that the subject under test does not suck in fresh air to falsify the measurement.
  • a continuous signal for example an audible signal
  • the pressure-sensitive means is constituted by an all-or-nothing type pressure sensor (45), comprising for example a simple electromechanical contactor which closes as soon as the low pressure threshold is exceeded.
  • the above-mentioned evaluation means can be summed up as a simple inhibition device (46) actuated by the sensor (45) and delivering its validation signal after a predetermined time interval. It is believed, for example, that a one and a half second inhibition is adequate in most cases.
  • the pressure threshold is detected by the simple change of state of the electromechanical contactor associated with the sensor (45) so that the output of the latter is connected to an input of the logic means (38), for example by the through an inverter (47). Operation is comparable to that of the device in FIG. 1, the triggering of the pumping device being able to occur only at the end of complete expiration when the pressure in the duct (11) becomes close to atmospheric pressure and the sensor ( 45) returns to its position. rest.
  • the devices shown in Figures 1 and 2 can be supplemented by conventional means preventing any reinspiration of air during the control operation.
  • This means can be for example a valve, a valve or a ball, at the end of the duct (11) opposite the widest end piece (13), allowing only the air to exit at this level.

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Abstract

Dispositif de contrôle d'un taux d'alcoolémie. Selon l'invention le système comporte un dispositif de pompage (14) adapté pour prélever de l'air expiré dans un conduit (11) lorsqu'un volume minimum d'air a été mesuré par un moyen sensible à la pression (27) et un moyen d'évaluation (28) du volume minimum de gaz écoulé. Applications aux contrôles d'alcoolémie.

Description

Dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz
L'invention se rapporte à un dispositif pour analyser la teneur en alcool d'un gaz, notamment pour le contrôle du taux d'alcoolémie d'un automobiliste; elle concerne plus particulièrement un agencement de circuits de contrôle permettant de s'assurer que le prélèvement d'air expiré s'effectue dans des conditions satisfaisantes de fiabilité et de précision .
On sait que pour assurer la fiabilité d'un contrôle d'alcoolémie, il faut que l'échantillon d'air analysé provienne du plus profond des poumons: on utilise couramment le terme "air alvéolaire" pour désigner la fraction d'air rejetée à la fin d'une période d'expiration complète car il provient des passages alvéolaires des poumons. C'est l'analyse de la teneur en alcool de cet " air alvéolaire " qui p ermet de déterminer l e taux d'alcoolémie du conducteur avec une précision suffisanté.
On connait divers dispositifs destinés à mesurer la teneur en alcool d'un gaz. Par exemple, le brevet US 4.346.584 décrit un appareil d'analyse automatique prélevant un échantillon de gaz en fin d'expiration dès que la pression baisse dans le conduit d'entrée. Le brevet FR 2.449.877 décrit un dispositif pour le prélèvement d'un échantillon d'haleine, comportant un capteur de pression commandant le déclenchement d'une minuterie retardant l'instant de la mesure. Toutefois ces dispositifs connus ne procurent pas une mesure fiable de la teneur en alcool de l'air alvéolaire en toutes circonstances.
L'un des buts de l'invention est de proposer un dispositif susceptible d'effectuer une mesure de la teneur en alcool de l'air rejeté à la fin d'une période d'expiration par un sujet sous contrôle.
Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif susceptible de prélever une quantité prédéterminée d'air al véolaire, à la fin d'une période d'expiration, quelle, que soit la capacité thoracique du sujet.
Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif muni de moyens pour vérifier que le sujet expire continûment et pleinement l'air de ses poumons, notamment sans réinspirer de l'air frais.
Dans cet esprit, l'invention concerne essentiellement un dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz, notamment pour le contrôle du taux d'alcoolémie d'un individu; ce dispositif se distingue en ce qu'il comporte un conduit (11) de circulation dudit gaz, un dispositif de pompage (14) commandé, connecté audit conduit pour prélever un volume prédéterminé dudit gaz lorsqu'il est actionné, ce dispositif de pompage étant associé à des moyens de détection et de mesure d'alcool (25) et des moyens de commande d 'actionnement (17) du dispositif de pompage comportant un montage en cascade d'un moyen (27) sensible à la pression qui règne dans ledit conduit et d'un moyen d'évaluation (28) d'un volume de gaz, piloté par ledit moyen sensible à la pression.
Avec un tel agencement, on est assuré que l'air analysé est prélevé vers la fin de la période d'expiration.
Selon une autre particularité importante de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de détection d'un seuil bas de la pression régnant dans ledit conduit et des moyens logiques pour combiner le signal délivré par ledit moyen d'évaluation et le signal délivré par ledit moyen de détection de seuil bas, en vue de l'élaboration de la commande du système de pompage. Ainsi, avec un tel dispositif le prélèvement d'air à analyser n'a lieu que lorsqu'une quantité d'air minimum a été expirée et que le sujet cesse de souffler dans le conduit, la pression dans ce dernier retombant alors à une valeur proche de la pression atmosphérique. L'invention apparaîtra plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation possibles d'un dispositif conforme à son principe, donnée à titre d'exemples et faite en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma de principe d'un premier dispositif analyseur conforme à l'invention; et
- la figure 2 est un schéma de principe, analogue à celui de la figure 1, d ' un second dispositif conforme à l'invention.
En se référant plus particulièrement à la figure 1, le dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz comprend un conduit (11), muni d'une restriction (12), dans lequel on fait circuler le gaz (autrement dit, on fait souffler le sujet sous contrôle dans l'embout (13) le plus large, de ce conduit), un dispositif de pompage (14), commandé par un électroaimant (15) à équipage mobile (16) et des moyens de commande d 'actionnement (17) de l'électroaimant (15). Le dispositif de pompage (14) comporte un orifice d'entrée (18), dans lequel vient s'ajuster de façon étanche un embout de dérivation (19) du conduit (13) et une chambre de mesure (20) dont une paroi est constituée par une membrane élastique (21) ou analogue.
Un élément de fermeture (22) solidaire d'un piston (23) empêche l'écoulement d'air entre l'orifice (18) et la chambre de mesure (20). Cet élément de fermeture (22) est solidaire d'un piston (23) coopérant avec la membrane élastique (21). Avant utilisation, le piston (23) est bloqué par l'équipage mobile (16) dans une position telle que la membrane (21) se trouve déformée et maintenue dans une position pour laquelle le volume de la chambre de mesure (20) soit minimum. Des moyens de détection et de mesure d'alcool sont logés dans la chambre (20). Il peut par exemple s'agir d'une cellule électrochimique (25) connue en soi, délivrant un signal élec trique représentatif de la quantité d'alcool introduite avec l'air dans la chambre (20), lorsque l'équipage mobile (16) s'efface et libère la membrane (21). Cette dernière, en se déplaçant, provoque une augmentation de volume prédéterminée de la chambre (20), donc le prélèvement d'un volume prédéterminé de l'air expiré dans le conduit (11).
Selon une caractéristique importante de l'invention, les moyens de commande d'actionnement (17) comportent un montage en cascade d'un moyen (27) sensible à la pression qui règne dans le conduit (11) et d'un moyen d'évaluation d'un volume (28), piloté par le moyen sensible à la pression (27). Dans l'exemple de la figure 1, le moyen (27) est un capteur de pression proportionnel dont l'entrée pneumatique (29) communique avec l'orifice (18) en amont de l'élément de fermeture (22). Un tel capteur pourrait par exemple être un capteur piezo-résistif du type 130 PC commercialisé par la firme Honeywell. La sortie électrique (30) de ce capteur est reliée à l'entrée du moyen d'évaluation (28) qui dans le même exemple de la figure 1 se compose pour l'essentiel d'un circuit d'intégration et d'un circuit de validation à seuil délivrant à la sortie (31) un signal de validation lorsque le signal délivré par ledit circuit d'intégration a atteint une valeur prédéterminée. Ainsi, le signal délivré par le capteur proportionnel (27) est représentatif du débit d'air soufflé dans le conduit (11) et le circuit d'intégration reçoit ce signal et délivre un signal représentatif du volume total d'air expiré de sorte que le signal de validation n'apparaît à la sortie (31) que lorsqu'un volume minimum d'air a été expiré.
Par ailleurs, le dispositif est pourvu d'un moyen de détection d'un seuil bas de la pression qui règne dans le conduit (11).
Dans l'exemple de la figure 1, on met à profit l'existence du capteur proportionnel (27) dont la sortie (30) est reliée à l'entrée d'un circuit à seuil (35). La sortie (36) du circuit à seuil (35) délivre donc un autre signal de validation. Les so r ties ( 31 ) e t ( 36 ) s on t re li ées à de s e ntr ées co rrespondantes de moyens logiques (38) élaborant à sa sortie (39) un signal de commande de l'électroaimant (15) au moins lorsque le moyen d'évaluation (28) et le moyen de détection du seuil bas (35) ont élaboré leurs signaux de validation respectifs. En d'autres termes, les moyens logiques (38) réalisent, essentiellement une fonction ET à partir des signaux appliqués aux deux entrées. Ils comportent en outre une troisième entrée reliée à la sortie d'un circuit de surveillance (41) des principaux paramètres de fonctionnement du système (tension d'alimentation, retour à zéro du signal de sortie de la cellule (25), température de la cellule, verrouillage du dispositif de pompage, etc...). Enfin le dispositif décrit est pourvu d'un moyen de signalisation (40), par exemple sonore, directement connecté à la sortie (30).
Le fonctionnement est le suivant. Avant utilisation et au début .du contrôle, le déclenchement de l'électroaimant (15) est de toute façon interdit par l'état de la sortie (31), au moins tant qu'un volume minimum d'air n'a pas été expiré dans le tube (11). Par ailleurs, dès le début de l'utilisation, la pression dans le tube (11) dépasse le seuil bas fixé par le circuit (35) de sorte que le signal de validation correspondant n'est pas présent à la sortie (36) tant que le sujet contrôlé n'est pas parvenu à une expiration totale au bout de laquelle la pression dans le conduit (11) retombe au voisinage de la pression atmosphérique. Pendant toute la procédure de contrôle, le moyen de signalisation (40) émet un signal (par exemple sonore) continu qui permet de s'assurer que le sujet contrôlé n'aspire pas l'air frais pour fausser la mesure.
Dans l'exemple de la figure 2, les éléments identiques portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau. Dans cet exemple, le moyen sensible à la pression est constitué par un capteur de pression de type tout ou rien (45), comportant par exemple un simple contacteur électromécanique se fermant dès que le seuil bas de pression est dépassé. Dans ces conditions, le moyen d'évaluation précité peut se résumer à un simple dispositif d'inhibition (46) actionné par le capteur (45) et délivrant son signal de validation au bout d'un intervalle de temps prédéterminé. On estime par exemple qu'une inhibition d'une seconde et demie est convenable dans la plupart des cas. Bien entendu, le seuil de pression est détecté par le simple changement d'état du contacteur électromécanique associé au capteur (45) de sorte que la sortie de ce dernier soit reliée à une entrée des moyens logiques (38), par exemple par l'intermédiaire d'un inverseur (47). Le fonctionnement est comparable à celui du dispositif de la figure 1, le déclenchement du dispositif de pompage ne pouvant survenir qu'en fin d'expiration complète lorsque la pression dans le conduit (11) redevient voisine de la pression atmosphérique et que le capteur (45) revient à sa position. de repos.
Suivant une variante additionnelle, les dispositifs représentés sur les figures 1 et 2 peuvent être complétés par un moyen usuel empêchant toute réinspiration de l'air au cours de l'opération de contrôle. Ce moyen (non représenté) peut être par exemple une soupape, un clapet ou une bille, à l'extrémité du conduit (11) opposée à l'embout (13) le plus large, autorisant seulement la sortie de l'air à ce niveau.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispositif analyseur de la teneur en alcool d'un gaz, notamment pour le contrôle du taux d'alcoolémie d'un individu, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (11) de circulation dudit gaz, un dispositif de pompage (14) commandé, connecté audit conduit pour prélever un volume prédéterminé dudit gaz lorsqu'il est actionné, ce dispositif de pompage étant associé à des moyens de détection et de mesure d'alcool (25) et des moyens de commande d ' actionnement (17) du dispositif de pompage comportant un montage en cascade d'un moyen (27) sensible à la pression qui règne dans ledit conduit et d'un moyen d'évaluation (28) d'un volume de gaz, piloté par ledit moyen sensible à la pression.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen sensible à la pression (27) est un capteur de pression proportionnel, connu en soi, délivrant un signal de sortie électrique représentatif du débit de gaz dans ledit conduit, en ce que ledit moyen d'évaluation (28) comporte un circuit d'intégration ou analogue fournissant un signal représentatif d'un volume de gaz ayant traversé ledit conduit et un moyen de validation délivrant un signal de validation (31) lorsque ledit signal représentatif d'un volume atteint une valeur prédéterminée.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen sensible à la pression est un capteur de pression tout ou rien (45) et en ce que ledit moyen d'évaluation comporte un moyen d'inhibition (46) actionné par ledit capteur.
4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit capteur de pression comporte un coπtacteur électromécanique actionné au delà d'un seuil de pression prédéterminé et pilotant ledit moyen d'inhibition.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (30,35) d'un seuil bas de la pression régnant dans ledit conduit et des moyens logiques (38) élaborant un signal de commande dudit système de pompage au moins lorsque ledit moyen d'évaluation et ledit moyen de détection du seuil bas ont élaboré des signaux de validation respectifs.
6. Dispositif selon l'ensemble des revendications 2 et 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection d'un seuil bas de pression comprennent ledit capteur de pression proportionnel (27) et un circuit à seuil (35) piloté par ce capteur de pression.
7. Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection d'un seuil bas de pression comprennent ledit capteur de pression de type tout ou rien (45).
8. Dispositif selon l ' une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens logiques précités sont en outre couplés à un circuit de surveillance (41) de certains paramètres de fonctionnement.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de signalisation (40), par exemple sonore, connecté pour être piloté par la sortie dudit moyen sensible à la pression.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen tel que soupape, clapet ou bille, à l'extrémité du conduit (11) opposée à l ' emb out (13) empêchant toute réiπspiration d'air.
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