帶呼吸分析器的便攜電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一個對呼氣樣本中的成分的濃度敏感的化學傳感器（12，22），所述呼吸分析器包括補償器（24），在化學傳感器被集成到便攜電子設(shè)備的情況下，特別是化學傳感器位于空氣通道（11，21）內(nèi)的情況下，所述補償器用于補償在使用者和化學傳感器位置之間的呼氣數(shù)量的變化的影響，所述空氣通道具有通往分析器的殼體外側(cè)的開口（106，206），開口的總面積小到足以有效地限制外側(cè)和傳感器之間的質(zhì)量傳送，和/或其中補償包括對傳感器不同響應(yīng)的補償。
【專利說明】帶呼吸分析器的便攜電子設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種呼吸分析設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]最開始是指移動電話或電子助理的便攜式或移動式設(shè)備變得越來越普遍。由于它們的內(nèi)置處理器的處理能力的增加，以及用于與遠程或固定處理器通信的帶寬的增加，所述便攜設(shè)備承擔了越來越多的消費者和專家用戶可利用的多目的工具的角色。
[0003]已經(jīng)認識到，對便攜設(shè)備有益的是存在著能對與設(shè)備接觸或在設(shè)備附近的物質(zhì)進行化學分析的傳感器。盡管傳感器有很多可能的應(yīng)用，但是它足以用于例如分析便攜設(shè)備周圍的空氣。所述分析能夠用于多種目的，比如危險氣體的測試、一般醫(yī)療目的或駕駛健身的呼吸分析等等。
[0004]用于檢測呼氣中酒精的特制便攜設(shè)備是已知的，并被執(zhí)法部門普遍地用作血液酒精濃度(BAC)的主要測試工具。一種測量某人BAC的常規(guī)方法是要求此人完全呼氣到吹嘴中，該吹嘴被聯(lián)接到一種利用燃料電池傳感器測量在吹氣結(jié)束附近出現(xiàn)的呼氣中酒精蒸汽濃度的裝置。
[0005]但是，某些人覺得這樣做并不愉快，并且通常吹嘴在本發(fā)明的移動設(shè)備中不是可接受的，本發(fā)明的移動設(shè)備通常被設(shè)計為具有多種目的，而不是必然地被僅局限于呼吸分析。測量BAC的其他常規(guī)方法和設(shè)備不要求某人對著吹嘴呼氣，而是通常通過閥門來輸送不含呼氣或不含酒精氣體的第二空氣源作為確定酒精氣體濃度的基準。其他方法依賴于對來自酒精氣體探測器和二氧化碳氣體探測器的波形進行比較的復(fù)雜信號分析技術(shù)。
[0006]已經(jīng)提出在汽車上裝備血液酒精濃度(BAC)傳感器，以基于某個試圖駕駛車輛的人的呼氣中的酒精氣體濃度來評估此人的BAC。所述方案例如在美國專利5531225A、8183527B、已公開的美國專利申請US2010/0188232和其他文獻中均有描述。所述設(shè)備通常被設(shè)計成專門用于分析呼氣中的酒精含量，并形成安裝了這些設(shè)備的汽車上的一種永久固定裝置。
[0007]還認識到，接收呼氣和周圍空氣混合物的設(shè)備需要對周圍空氣引起的稀釋進行補償。如前面所引用的文獻所述，能利用例如一與所述設(shè)備并列的一濕度測量、其他化學測量(例如C02、02濃度)或溫度測量來進行所述補償。
[0008]例如在已公開的美國專利申請US2012/231841中描述了用于移動場合的濕度傳感器，例如在已公開的國際專利申請W02012/ 100362A1中描述了作為帶CMOS線路和電路的MEMS設(shè)備的小型傳感器的制造方法。例如在國際專利申請W095/19563中描述了帶有集成加熱器的金屬氧化物傳感器。
[0009]對于通用目的的便攜設(shè)備而言，傳感器接收呼出空氣樣本所通過的一個開口或多個開口的尺寸導(dǎo)致要做出準確的測量和對稀釋影響的補償變得復(fù)雜。因此，本發(fā)明的目標是利用多目的便攜電子設(shè)備提高呼氣樣本中酒精濃度或其他成分的測量的準確性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一個對呼氣樣本中的成分(諸如酒精)的濃度敏感的化學傳感器，所述呼吸分析器包括補償器，在化學傳感器被集成到便攜電子設(shè)備的情況下，所述補償器用于補償在使用者和化學傳感器位置之間的呼氣數(shù)量的變化的影響，所述便攜電子設(shè)備優(yōu)選地具有允許通過私人或公共網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)和/或聲音通信的遠程通信能力。
[0011]在特別優(yōu)選的實施例中，化學傳感器被包封在便攜電子設(shè)備的殼體中且位于空氣通道內(nèi)，所述空氣通道具有通往殼體外側(cè)的開口，開口的總面積小到足以起到限制擴散的作用。
[0012]任何阻礙在開口前后瞬時或幾乎瞬時地建立空氣平衡的開口都能被認為是擴散限制。因此，空氣成分上的任何變化傳播到殼體內(nèi)的都存在遲滯。在典型移動設(shè)備的正常工作狀態(tài)下，這種遲滯超過了空氣在設(shè)備周圍流動和交換的時間或者用戶接收測量結(jié)果的可接受時間極限。因此，不對測量做補償?shù)脑?，測量將會得到比真實值低得多的值。
[0013]所述開口本身是一種僅將化學傳感器與外部連通的專用開口。但是，在便攜電子設(shè)備的制造商努力使殼體保持良好的防潮防水性能的前提下，使所述開口與便攜設(shè)備的需要與外部相似連接的至少一個其他部件(比如擴音器、麥克風或攝像頭)共享是有利的。所述開口還能用格柵或隔膜進行保護，以防止較大的顆粒物或不希望的空氣成分進入或阻塞通道。因此，所述開口的面積最好被限制在100平方毫米或以下，優(yōu)選低于25平方毫米，甚至更優(yōu)選低于10平方毫米。所述通道作為殼體內(nèi)側(cè)的空氣的限界，并采用管道或溝渠的形狀，所述管道或溝渠形成為殼體的一部分、或形成為連接到殼體中的開口的單獨部件。它是獨立的筆直或彎曲通道。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，補償器被連接到對開口后方的空間內(nèi)的狀態(tài)敏感的至少一個額外傳感器(比如針對濕度、溫度的傳感器，或者例如對二氧化碳或氧氣濃度敏感的額外的化學傳感器)的輸出，從而修正由開口外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述補償器包括對兩個或更多個傳感器的不同特性(比如響應(yīng)時間)的補償，例如通過時移一個或多個傳感器的測量、或者通過使用對一個或多個傳感器的單獨(脈沖)響應(yīng)建模的過濾器。本發(fā)明的這種方案能被用于例如縮短測量所需的時間。它還能被獨立地用于前述補償器，例如，為了處理來自具有不同響應(yīng)的不同化學傳感器的陣列的化學測量。
[0016]在本發(fā)明的更優(yōu)選實施例中，補償器確定表示濕度變化的信號和表示成分濃度變化的信號的比值，以修正由開口外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
[0017]在本發(fā)明的更優(yōu)選實施例中，補償器確定表示露點的值，以修正由開口外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
[0018]所述補償器還包括從呼氣采樣之前或之后進行的環(huán)境空氣的測量推導(dǎo)出值，從而確定補償。
[0019]在本發(fā)明的更優(yōu)選實施例中，補償器利用表示開口和/或通道的幾何形狀的靜態(tài)或動態(tài)因數(shù)來修正表示由化學傳感器所測得的初始或中間值或者成分濃度的信號。
[0020]為了增加測量準確性，前述用于補償稀釋和所述開口和/或通道的幾何形狀的設(shè)備最好被組合并一起用在一種測量上。[0021]還能通過使所述補償器設(shè)備補償單獨傳感器的特性(比如響應(yīng)時間)來進一步提高所述準確性，如之前所述。
[0022]在更優(yōu)選的實施例中，所述補償器接收來自距離所述化學傳感器小于5_的濕度傳感器或其他傳感器的信號，并且兩種傳感器都距離所述開口小于10mm。
[0023]在更優(yōu)選實施例中，所述補償器是一種特制的電路、或被編程以執(zhí)行所述補償器功能的一種通用目的處理單元。
[0024]所述便攜設(shè)備能是智能手機、掌上電腦、手提式電腦、電子閱讀器、平板電腦、游戲控制器、定點設(shè)備、照相機或攝像機、數(shù)碼音樂播放器、腕表、存儲器、頭戴式耳機或計算機外圍設(shè)備。它的殼體通常是金屬、玻璃、或塑料材質(zhì)的殼，并且以單件結(jié)構(gòu)被裝配或由多個部件裝配而成。通常被包封在殼體內(nèi)的是處理器、用于部件比如屏幕、天線、鏡頭、麥克風和揚聲器的驅(qū)動器、以及給設(shè)備及其部件供電的電池。屏幕通常作為殼體的一部分被布置，或被安裝在透明窗口的后方。
[0025]所述化學傳感器可以被理解為用于探測一種或多種分析物的一個或多個特性的傳感器設(shè)備。它優(yōu)選是基于下面的測量原理之一:
[0026]所述傳感器基于化學機械原理，其中化學反應(yīng)被轉(zhuǎn)換成例如重量增加、表面聲波、或懸臂諧振。替換地，可以應(yīng)用熱感應(yīng)原理，例如通過使用載體催化傳感器(pellistor)，所述載體催化傳感器作為能在燃燒期間產(chǎn)生熱量的催化熱傳感器。替換地，所述化學傳感器可以依賴光學探測，比如以顯微分光計或者NDIR傳感器的形式，或者可以利用電化學反應(yīng)，比如通過固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合伏安測量原理、電位測量原理、或電導(dǎo)測量原理來實現(xiàn)。也可以使用化學電阻器，比如優(yōu)選在低溫環(huán)境下是含碳的導(dǎo)電聚合物，或者更優(yōu)選地在高溫環(huán)境下使用的金屬氧化物傳感器，比如氧化錫、氧化鎢、氧化鎵、氧化銦、氧化鋅。也可以使用ISFET (離子選擇FET)和化學電容器，其中優(yōu)選采用聚合物作為活性物質(zhì)。
[0027]所述傳感器包括優(yōu)選呈層(也稱為接收器層)的形式傳感器材料，分析物可以附著在接收器上從而改變傳感器材料的電特性(比如導(dǎo)電率，該原理優(yōu)選被用于金屬氧化物化學傳感器)，或光學特性(比如透射率)。所述傳感器還可以包括多個不同的傳感器或相似傳感器的陣列。在所述傳感器陣列中，每個傳感器單元可以提供展現(xiàn)出不同吸收特性的材料層，從而傳感器陣列的每個單元可以專門對一種不同的分析物敏感，并且因此所述便攜電子設(shè)備能探測所述分析物的存在與否或濃度。
[0028]本發(fā)明的上述和其他方案連同本發(fā)明的其他有利實施例和應(yīng)用被更詳細地描述在后面的文子和附圖中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1A是便攜電子設(shè)備的透視圖；
[0030]圖1B是圖1A的設(shè)備的殼體的局部內(nèi)側(cè)示意圖；
[0031]圖2是截過帶有化學傳感器的通道的截面示意圖；
[0032]圖3示出了對環(huán)境空氣稀釋的修正；
[0033]圖4示出了利用露點確定對環(huán)境空氣稀釋進行修正；
[0034]圖5示出了位于化學傳感器之前的小開口對化學傳感器的測量的影響；
[0035]圖6不出了用于修正測量的對傳感器不同響應(yīng)的補償?！揪唧w實施方式】
[0036]圖1A的設(shè)備是一種便攜電子設(shè)備，比如移動電話。移動電話的殼體10的正面具有屏幕101和類似于按鍵102這樣的元件，以使用戶與電話互動。在正面上還示出了用于擴音器的開口 103。在殼體10的下側(cè)壁上有其他的開口 104，105。已知的是將類似于麥克風和擴音器這樣的部件安裝在所述開口后方。
[0037]另一個開口 106位于下側(cè)壁上。如圖1B所示，開口 106與從殼體內(nèi)部穿過的管狀通道11關(guān)聯(lián)?；瘜W傳感器12和濕度傳感器13沿著該通道11進行安裝，從而兩個傳感器的敏感區(qū)域被主要暴露給通過開口 106進入所述通道的相同組分的空氣。通道11的實際大小和形狀取決于化學傳感器12和濕度傳感器13的可用體積和特性(所述可用體積和特性是可變的)，但是在便攜移動設(shè)備有物理約束條件的情況下，開口的直徑通常在小于2_的范圍內(nèi)，在本示例中實際上大約是1mm。
[0038]在示例中，所述化學傳感器是采用設(shè)置在CMOS基片上并與CMOS基片集成的金屬氧化物層的氣體傳感器。所用的金屬氧化物能夠是氧化錫、氧化鎢、氧化鎵、氧化銦、或氧化鋅。對于在后面被更詳細描述的特定實施例來說，所述傳感器還能包括被集成在該傳感器內(nèi)的微機電系統(tǒng)或MEMS型熱源。所述傳感器與其自身的CMOS電路集成，以用于控制和讀出。包括CMOS回路和MEMS傳感器的板的物理尺寸小于5mmX 5mm。
[0039]所述化學傳感器12和濕度傳感器13能按照例如參考文獻W02012/100362中所描述的那樣進行制造。濕度傳感器最好與溫度傳感器組合。所述傳感器能在市場上買到，例如來自SensirionTM的商品SHTCl。所述SHTCl傳感器尺寸是2_X 2_X 0.8_。兩種傳感器例如能被安裝在通道11內(nèi)彼此靠近。濕度還能通過其他類型的傳感器來測量。為了設(shè)備的更好集成，有利的是例如為所述測量采用基于金屬氧化物的第二強濕度傳感器，由此所述第二金屬氧化物傳感器甚至能像化學傳感器12那樣被集成在相同的CMOS基片上。在圖2中示出帶傳感器的通道的放大示意截面圖。
[0040]圖2的截面圖示出了殼體中的開口 206和帶化學傳感器22和濕度傳感器23的通道21。兩個傳感器的輸出柱被連接到補償器24 (其在后面詳細描述)。氣體樣本用團狀黑點表示。改變傳感器電阻的反應(yīng)用實心點到白點的轉(zhuǎn)變表示。
[0041]二氧化碳傳感器(例如基于熱導(dǎo)率測量的C02傳感器或固態(tài)電化學傳感器)能被安裝在通道21內(nèi)，以取代濕度傳感器23，或在濕度傳感器23之外額外設(shè)置。
[0042]典型的采樣場景在圖3中示出。假設(shè)呼氣包括具有一定濃度Co的分析物，例如酒精、丙酮、N0、H2、或NH3。呼氣后，所呼出的氣體體積與環(huán)境空氣混合，所述環(huán)境空氣具有不同濃度的相同分析物，例如假設(shè)在環(huán)境空氣中不含酒精的情況下，該濃度是零。呼氣和環(huán)境空氣的混合導(dǎo)致在帶有傳感器的通道21的小開口 206外側(cè)產(chǎn)生了混合后的濃度Cm，該濃度低于初始濃度Co?；旌衔锏谋壤Q于很多因素，比如呼氣的體積、呼氣的流量以及臉和移動設(shè)備之間的距離，還有所述開口關(guān)于呼氣流動方向的定向。
[0043]這些效果引起測量的第一失真。第二失真通過通道21的開口 206被引入測量過程。在下文假設(shè)所述開口具有使通道21內(nèi)的空氣與外側(cè)空氣達成平衡所需的時間增加的效果。換句話說，開口 206外側(cè)的濃度Cm的瞬時變化將僅通過通道21內(nèi)的濃度Ci的逐漸變化來反映。如之前所述，開口 206所引入的遲滯使得準確測量設(shè)備周圍的空氣中的瞬時濃度變化非常困難。在日常情況下，經(jīng)常沒有足夠的時間來等待通道21內(nèi)外側(cè)的濃度達到平衡。因此所述測量必須盡可能地接近瞬時測量，以避免例如空氣在環(huán)境中流動的影響。在實踐中，還應(yīng)當考慮到用戶希望在提供樣本后小于2分鐘或者更短時間內(nèi)，甚至I分鐘或者更短時間內(nèi)，甚至在30秒內(nèi)得到測量響應(yīng)。所有這些約束條件限制了測量可用的時間。
[0044]本發(fā)明的補償器能夠在這些限制下提高測量的準確性。根據(jù)所需要的準確性程度，所述補償器能被配置成補償初始濃度Co到混合后濃度Cm的變化，或者從Cm到通道21內(nèi)濃度Ci的濃度變化，或者兩種濃度變化都補償，也就是從Co到Ci的濃度變化。所述補償器提供不同濃度之間的轉(zhuǎn)換，從而通過化學傳感器所測得的濃度Ci能轉(zhuǎn)換成Cm或Co。
[0045]在測量酒精的情況下，能利用工業(yè)標準方法或者由執(zhí)法部門規(guī)定的轉(zhuǎn)換方法將呼氣中酒精濃度Co的準確值容易地轉(zhuǎn)換成BAC值。
[0046]根據(jù)該示例，補償器被設(shè)計成補償前述穿過障礙的呼氣數(shù)量的兩種變化的影響。但是值得注意的是，在兩種影響中的一個被認為不明顯的情況下，所述補償器能容易地改裝以僅補償所述影響中的另一個。
[0047]例如為了補償酒精(EtOH)濃度從Co到Cm的變化，所述補償器根據(jù)等式[I]實施修正:
[0048][l]Pm (EtOH) =Po (EtOH)* (Pm (H20)-Pa (H20)) / (Po (H20)-Pa (H20))。
[0049]在等式[I]中，分壓力P被用作濃度的度量。如上所述，下標m表示混合樣本的值，下標ο表示初始值，而下標a是在樣本測量之前或之后在沒有呼氣存在的情況下測得的環(huán)境值。濕度或水分濃度的值用H20表示。
[0050]如所示，比值(Pm(H20) -Pa (H20))/ (Po (H20) -Pa (H20))的倒數(shù)及其任何等同物能被用于修正測量值Pm (EtOH)，從而推導(dǎo)出真實值Po (EtOH)0水分的分壓力由濕度傳感器測得。假設(shè)環(huán)境濕度在實際采樣前后的一段時間內(nèi)恒定。已知呼氣中水分的分壓力Po (H20)是可重現(xiàn)的并且對應(yīng)于水在34°C時的蒸汽壓力。從等式[I]推導(dǎo)出的補償因數(shù)也能被用作拒絕測量的閾值，例如在該因數(shù)超出了一定值且超越所述一定值就視為測量不準確的情況下。
[0051]可以利用空氣中所含的水分之外的其他分子來實施前述對稀釋影響的補償。因此，基本上可以使用呼氣的在呼氣和環(huán)境空氣中濃度已知(無論濃度是否恒定)的任意成分來修正從Co到Cm的濃度變化。具體地，已知的是呼氣中二氧化碳及其對應(yīng)的氧氣的濃度基本上是恒定的。在所述濕度傳感器被對其他成分敏感的傳感器所取代的情況下，能通過例如以等式[1A]取代等式[I]而以類似的方式實施前述的補償:
[0052][lA]Po (EtOH) =Pm (EtOH) *Pm (C02) /Po (C02),
[0053]其中Pm (C02)是所測得的二氧化碳濃度，Po (C02)是已知的呼氣中C02濃度。
[0054]在上述補償?shù)囊环N變型方案中，所述補償器包括露點計算器。露點計算器的運行在圖4中示出。露點計算器利用濕度測量和溫度，并且將所述測量轉(zhuǎn)換成露點值。已知人類呼氣的露點是可重現(xiàn)的并且對應(yīng)于34攝氏度。
[0055]如圖4所示，假設(shè)呼氣的一種成分的濃度Cm位于連接環(huán)境空氣(例如15攝氏度，所述成分為零濃度)的露點、以及34攝氏度和未知濃度Co的露點的直線上。通過將15攝氏度和零濃度以及Cm測量值(圖4中表示為“X”)之間的直線延伸到34攝氏度，可以確定所述成分的初始濃度值Co。在示例中，所述濃度直接表示為BAC。[0056]補償器能基于例如較低的露點閾值(表不過稀的樣本)(例如20攝氏度)拒絕測量，或者在測量產(chǎn)生一條具有高于或低于可接受水平的梯度的延伸線時拒絕測量。拒絕測量的其他情形與濕度測量的穩(wěn)定性或可重現(xiàn)性相關(guān)。
[0057]除了如前述那樣補償環(huán)境所造成的稀釋，本發(fā)明的補償器還被配置成補償小開口的影響，所述小開口限制了使用者的嘴或鼻與化學傳感器的位置之間的擴散。所述擴散影響由圖5示出。
[0058]圖5示出了在不設(shè)開口(虛曲線)和設(shè)有開口(實曲線)的情況下，響應(yīng)于每千BAC0.5 (0.5permilleBAC)的空氣脈沖的化學傳感器測量的曲線，其中所述傳感器在所述開口后方并位于有限的容積內(nèi)。在沒有開口且不限容積的情況下，所述測量值非常準確地顯示出所述樣本(虛曲線)，且阻抗快速下落到代表樣本酒精濃度的值。但是，當傳感器位于開口后方并位于有限的容積內(nèi)時，氣體濃度變化慢得多，并且所述阻抗下降到自由傳感器的阻抗之上的一個值。
[0059]利用幾何測試和指數(shù)擬合，到達最終值的時間增加了大約50-100倍，而最終值相
差大約百分之百。
[0060]為了補償測量過程中的這些失真，補償器根據(jù)等式[2]_[4]進行修正，其中
[0061][2] Ci= Y Cm f (t)
[0062]其中第一函數(shù)Y表不被測成分到化學傳感器的擴散和由于該成分在傳感器處的反應(yīng)導(dǎo)致該成分的減少或消耗之間的平衡，f (t)是表示幾何形狀約束的與時間有關(guān)的函數(shù)，在長時間間隔下接近于I。這些函數(shù)能從例如質(zhì)量平衡等式和擴散模型中推導(dǎo)得出?；谒鐾茖?dǎo)，所述函數(shù)例如能表示為:
[0063][3]Ci=Cm (I/ (1+Lk/SD)) (l_exp (~t/ τ ))以及
[0064][4] τ =LV/ (SD+Lk) =LV/SD* (1/1 (1+Lk/SD))。
[0065]再參見圖2,對于該實施例而言,假設(shè)開口 206具有大約Imm的直徑S,殼體的壁具有2_的厚度L，由此限定了空氣到達化學傳感器22所必須經(jīng)過的喉部。在傳感器周圍的通道21的容積是V。在化學傳感器表面處的分析物的反應(yīng)速率用k表示，并且為一種傳感器處反應(yīng)有多快的度量，D是空氣中所述成分的擴散系數(shù)。
[0066]通過這些已知的變量，補償器24能在任何時刻將在通道內(nèi)測得的濃度Ci修正為通道外側(cè)的值Cm，而不用等待平衡狀態(tài)。
[0067]在根據(jù)本發(fā)明的呼吸分析器中，所述修正是非常重要的，因為環(huán)境空氣可能在比通過所述開口 206建立Cm和Ci之間的平衡所需的時間更短的時間內(nèi)改變濃度Cm。
[0068]以上的模型忽略了通過所述開口的強制空氣流動的影響，并且因此最好用于沒有風扇(即沒有通風設(shè)備)的通道。所述通風設(shè)備產(chǎn)生在上述模型中沒有被考慮到的對流。
[0069]所述補償器24還能夠被設(shè)計成補償單獨傳感器的特性。這被視為一種有用的元素，原因在于前述補償方法采用了由不同傳感器執(zhí)行的兩種測量值的使用。但是所述補償原則上能被用于集成在便攜設(shè)備上的任意兩種不同的傳感器，所述兩種傳感器的輸出需要通過處理步驟進行組合。
[0070]在圖6中，示出在對不同響應(yīng)時間進行補償前后兩種傳感器的響應(yīng)。在圖6A中，示出了兩種傳感器被暴露給相同樣本時如何反應(yīng)。曲線的實線部分表示在5秒的時間窗口內(nèi)進行的測量，而虛線部分表示在所述測量持續(xù)一段較長時間的情況下后續(xù)的測量信號。兩種傳感器都在5秒時間窗口以外達到漸進的準確值，其中上側(cè)曲線所代表的第一傳感器早于下側(cè)曲線所代表的第二傳感器。
[0071]為了使兩種測量可比較從而適合于共同的處理，在第一個5秒內(nèi)進行的測量與傳感器的已知響應(yīng)相組合，從而產(chǎn)生在相同的但被縮短的時間標度上的測量的圖像。所以，圖6B的曲線表示在共同時間標度上的測量，且在任意指定時刻對每種測量的幅度都進行了修正。還另外地選擇所述時間標度以及使用的過濾或轉(zhuǎn)換，以使得在被分配給所述測量的時間內(nèi)達到所述漸進的準確值。在所示的示例中，測量時間從大約20秒縮短到大約5秒。能使用在已公開的美國專利申請US2011/307208中所描述的方法，以對傳感器響應(yīng)進行建模以及處理所加入的測量。
[0072]雖然已經(jīng)展示并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是應(yīng)當明白本發(fā)明并不限于此，而是可以在后面權(quán)利要求的范圍內(nèi)被多樣地實施和實踐。例如，等式[1]_[4]所表示的用于補償?shù)暮瘮?shù)和因數(shù)僅被用于更詳細地描述本發(fā)明一種實施方式，并且在實踐中能被儲值表或其他適合于電子設(shè)備的實施方式替代。在所述基礎(chǔ)補償足以滿足所需的測量準確性的情況下，它們接近恒定值。
【權(quán)利要求】
1.一種呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一個對呼氣樣本中的成分的濃度敏感的化學傳感器(12，22)，所述呼吸分析器包括補償器(24)，在化學傳感器(12，22)被集成到便攜電子設(shè)備的情況下，所述補償器用于補償在使用者和化學傳感器位置之間的呼氣數(shù)量的變化的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸分析器，其中，化學傳感器(12，22)被包封在便攜電子設(shè)備的殼體(10)中且位于空氣通道(11，21)內(nèi)，所述空氣通道具有通往殼體(10)外側(cè)的開口(106，206)，開口( 106，206)的總面積小到足以起到限制擴散的作用，其中，補償器(24)能對經(jīng)過開口(106，206)的呼氣數(shù)量的變化的影響做出補償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)被連接到對開口后方的通道(11，21)內(nèi)的狀態(tài)敏感的至少一個額外傳感器(13，23)的輸出，從而修正由開口( 106，206)外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的呼吸分析器，其中，額外傳感器(13，23)確定濕度水平、二氧化碳或氧氣濃度、溫度或空氣流量，以修正由開口外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)包括對不同傳感器(12，22，13，23)的不同特性的補償。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)包括對不同傳感器(12，22，13，23)的不同時間響應(yīng)的補償。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)確定表示濕度變化的信號和表示成分濃度變化的信號的比值，以修正由開口( 106，206)外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)確定表示露點的值，以修正由開口( 106，206)外側(cè)處的環(huán)境空氣所造成的呼氣稀釋。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)被設(shè)計成從呼氣采樣之前或之后進行的環(huán)境空氣的測量推導(dǎo)出值，從而確定補償。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求2-9之一所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)修正了限制使用者嘴部或鼻部與化學傳感器(12，22)位置之間的擴散的小開口(106，206)和通道容積(11，21)的影響。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)對由小開口(106，206)和通道容積(11，21)引起的到達穩(wěn)態(tài)的遲滯和/或測量的幅度進行修正。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的呼吸分析器，其中，補償器(24)利用表示開口(106，206)和/或通道(11，21)的幾何形狀的靜態(tài)或動態(tài)因數(shù)來修正表示所測得的成分濃度的信號。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，成分是酒精、丙酮、氫、甲烷、NO、CO、異戊二烯、氨。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，化學傳感器(12，22)包括金屬氧化物感應(yīng)材料。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，化學傳感器(12，22)包括被安裝在含有CMOS電路的基片上并與該基片電連接的金屬氧化物感應(yīng)材料。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的呼吸分析器，其中，便攜電子設(shè)備選自包括以下的組: 移動電話， 掌上電腦， 電子閱讀器， 平板電 腦， 游戲控制器， 定點設(shè)備， 照相機或攝像機， 數(shù)碼音樂播放器， 腕表， 存儲器， 頭戴式耳機，以及 計算機外圍設(shè)備。
【文檔編號】G01N33/50GK103969428SQ201410042721
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】L·布爾奇, F·邁爾, F·勒克 申請人:盛思銳股份公司