一種呼氣酒精測(cè)試儀及酒精測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及酒精測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種呼氣酒精測(cè)試儀及酒精測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，因酒后駕車(chē)而引起的交通事故與日倶增，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全的危害逐漸突出，而檢測(cè)司機(jī)是否酒后駕車(chē)既能有效的控制司機(jī)的違法行為，也是在交通事故后調(diào)查取證的重要措施之一。要判斷是否是酒后駕駛，最理想的方法是檢查駕駛員的BAC(Blood Alcohol Concentrat1n)，即血液中的酒精濃度。在事故現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)或交通警察的日常交通檢查中，最簡(jiǎn)單有效的方案是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)駕駛員呼氣中的酒精含量。
[0003]現(xiàn)有呼氣酒精測(cè)試儀采用燃料電池型傳感器檢測(cè)氣體酒精濃度，成本較高;不能進(jìn)行連續(xù)的測(cè)試，這意味著不能描繪呼出氣體酒精濃度的變化曲線，以至于不能判斷呼出的氣體是來(lái)自于肺泡，還是僅僅來(lái)自于被測(cè)者的口腔;需要每隔一定的時(shí)間作標(biāo)定，檢測(cè)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有呼氣酒精測(cè)試儀采用燃料電池型傳感器檢測(cè)氣體酒精濃度，成本較高，不能進(jìn)行連續(xù)的測(cè)試，檢測(cè)效率較低的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種呼氣酒精測(cè)試儀及酒精測(cè)試方法，其通過(guò)紅外方式檢測(cè)氣體酒精濃度，能夠進(jìn)行連線測(cè)試，準(zhǔn)確記錄測(cè)試結(jié)果曲線，成本較低，檢測(cè)效率高。
[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種呼氣酒精測(cè)試儀，包括微處理器、顯示屏、無(wú)線通信模塊和紅外檢測(cè)裝置，所述紅外檢測(cè)裝置包括驅(qū)動(dòng)電路、氣室和信號(hào)處理電路，所述氣室兩端分別設(shè)有紅外光源和紅外探測(cè)器，所述氣室上還設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述出氣口設(shè)有風(fēng)扇，所述驅(qū)動(dòng)電路與紅外光源電連接，所述紅外探測(cè)器與信號(hào)處理電路的輸入端電連接，所述微處理器分別與顯示屏、無(wú)線通信模塊、驅(qū)動(dòng)電路的控制端、信號(hào)處理電路的輸出端和風(fēng)扇電連接。
[0007]在本技術(shù)方案中，紅外光源為IRL715紅外光源，IRL715紅外光源屬于熱輻射型光源，最大直徑3.17_，波長(zhǎng)從可見(jiàn)光到5μηι，適合對(duì)乙醇?xì)怏w的測(cè)量。從氣室一端進(jìn)入的紅外線的量與從另一端出去的紅外線的量之間的差值與氣室中吸收紅外線的氣體樣品酒精濃度成一定的比例關(guān)系。
[0008]檢測(cè)時(shí)，將呼氣管與進(jìn)氣口連接，被測(cè)者通過(guò)呼氣管將氣體吹入氣室，微處理器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，紅外光源發(fā)出的紅外光與進(jìn)入氣室的待測(cè)氣體中的酒精發(fā)生相互作用，紅外輻射光線被酒精吸收，吸收的量是與氣體中酒精濃度、光路長(zhǎng)度(即氣室長(zhǎng)度)和紅外吸收常數(shù)相關(guān)的函數(shù)。由于氣體中酒精吸收紅外線，能夠到達(dá)氣室末端的光線將比初始減弱，到達(dá)氣室末端的紅外光被紅外探測(cè)器吸收，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路處理后發(fā)送到微處理器，微處理器根據(jù)輸入的電壓信號(hào)以及預(yù)設(shè)的光路長(zhǎng)度、紅外吸收常數(shù)計(jì)算出氣體中酒精濃度，并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)，紅外檢測(cè)裝置進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，顯示屏顯示測(cè)試結(jié)果曲線。檢測(cè)完后，微處理器控制風(fēng)扇工作，將氣室中的氣體排出，便于下一次檢測(cè)。呼氣酒精測(cè)試儀通過(guò)無(wú)線通信模塊將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器或手持移動(dòng)終端。
[0009]大量的統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明，體內(nèi)唯有肺泡中的氣體與血液在酒精濃度上存在一種穩(wěn)定的關(guān)系，所以只有通過(guò)分析從肺泡中呼出的氣體，才能得到呼氣酒精濃度或者是血液酒精濃度的數(shù)量化結(jié)果。如果被測(cè)者深吸氣后以中等力度呼氣達(dá)三秒鐘以上，這時(shí)呼出的氣就是從肺部深處出來(lái)的氣體，因此根據(jù)測(cè)試結(jié)果曲線截取呼氣達(dá)五秒鐘以上的測(cè)試結(jié)果作為被測(cè)者呼氣酒精濃度。
[0010]作為優(yōu)選，所述紅外光源后側(cè)設(shè)有凹面鏡，所述紅外光源位于凹面鏡的焦點(diǎn)處。紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)凹面鏡反射形成平行光射入氣室。
[0011]作為優(yōu)選，所述氣室被分成相互平行且長(zhǎng)度相等的第一氣腔和第二氣腔，所述第一氣腔和第二氣腔不連通，所述紅外探測(cè)器的兩個(gè)檢測(cè)端分別位于第一氣腔的末端和第二氣腔的末端，所述紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)凹面鏡反射后平行射入第一氣腔和第二氣腔，所述進(jìn)氣口和出氣口與第一氣腔連通。
[0012]氣室被等分成并排的第一氣腔和第二氣腔。被測(cè)者通過(guò)呼氣管吹入的氣體只進(jìn)入第一氣腔，不進(jìn)入第二氣腔。紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)凹面鏡反射后平行射入第一氣腔和第二氣腔，紅外探測(cè)器分別檢測(cè)第一氣腔出射光的光強(qiáng)和第二氣腔出射光的光強(qiáng)，并輸出與第一氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)Ul、與第二氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)U2，信號(hào)處理電路對(duì)紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理后輸入微處理器，微處理器根據(jù)電壓信號(hào)U1、U2以及預(yù)設(shè)的光路長(zhǎng)度、紅外吸收常數(shù)計(jì)算出氣體中酒精濃度。電壓信號(hào)Ul與被測(cè)氣體的酒精濃度直接有關(guān)；電壓信號(hào)U2與被測(cè)氣體的酒精濃度無(wú)關(guān)，它反映了外界環(huán)境條件等因素，作為參考信號(hào)，利用它對(duì)被檢測(cè)氣體測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，能提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。
[0013]作為優(yōu)選，所述進(jìn)氣口處設(shè)有氣體流量傳感器，所述氣體流量傳感器與微處理器電連接。微處理器通過(guò)氣體流量傳感器檢測(cè)被測(cè)者吹入氣室的氣體量，顯示屏顯示檢測(cè)的氣體量，便于觀察被測(cè)者是否吹入足夠的氣體。
[0014]作為優(yōu)選，所述一種呼氣酒精測(cè)試儀還包括指紋識(shí)別模塊，所述指紋識(shí)別模塊與微處理器電連接。指紋識(shí)別模塊識(shí)別被測(cè)者指紋，將檢測(cè)結(jié)果與指紋信息綁定，并通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送到云服務(wù)器存儲(chǔ)。
[0015]作為優(yōu)選，所述一種呼氣酒精測(cè)試儀還包括GPS模塊，所示GPS模塊與微處理器電連接。GPS模塊定位呼氣酒精測(cè)試儀的位置，通過(guò)無(wú)線通信模塊將檢測(cè)數(shù)據(jù)和GPS檢測(cè)的位置信息發(fā)送到云服務(wù)器存儲(chǔ)。
[0016]本發(fā)明的一種呼氣酒精測(cè)試儀的酒精測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0017]S1:被測(cè)者呼出的氣體通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入第一氣腔，微處理器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)凹面鏡反射后平行射入第一氣腔和第二氣腔，紅外探測(cè)器分別檢測(cè)第一氣腔出射光的光強(qiáng)和第二氣腔出射光的光強(qiáng)，并輸出與第一氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)Ul、與第二氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)U2，信號(hào)處理電路對(duì)紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理后輸入微處理器；
[0018]S2:微處理器將電壓信號(hào)Ul和電壓信號(hào)U2代入氣體中酒精含量公式C = _1/KL.(InU1-1nUdA)，計(jì)算出第一氣腔中氣體的酒精含量C，其中，K為光被吸收的比例系數(shù)，L為第一氣腔的長(zhǎng)度，A為已知參數(shù)，顯示屏顯示計(jì)算出的氣體酒精含量C。
[0019]作為優(yōu)選，所述氣體中酒精含量公式通過(guò)以下步驟得到:
[0020]N1:向第一氣腔內(nèi)通入酒精含量已知的氣體，微處理器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)凹面鏡反射后平行射入第一氣腔和第二氣腔，紅外探測(cè)器分別檢測(cè)第一氣腔出射光的光強(qiáng)和第二氣腔出射光的光強(qiáng)，并輸出與第一氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)Ul、與第二氣腔出射光的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)U2，信號(hào)處理電路對(duì)紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理后輸入微處理器；
[0021]N 2:假設(shè)紅外光源射出的光強(qiáng)為I ο的紅外光，則第一氣腔的出射光的光強(qiáng)I i =10exp(-KCL)，第二氣腔的出射光的光強(qiáng)I2 = 1,得到如下公式:
[0022]Ui=Mi.1.exp(-KCL)；
[0023]U2=M2.Ιο；
[0024]其中，Ml為第一氣腔的比例因子，M2為第二氣腔的比例因子，對(duì)上述兩公式求比值，得到Ui/U2=Mi/M2.exp(-KCL)，從而得到C = -1/KL.(lnU1-lnU2+lnM2_lnMi)，設(shè)參數(shù)A =Inivb-1nMijiI^IjC = -1ZKL.(lnUi_lnU2+A);
[0025]由于，K、L、C為已知參數(shù)，微處理器根據(jù)電壓信號(hào)Ul和電壓信號(hào)U2可以計(jì)算出參數(shù)A的值，最終得到氣體中酒精含量公式C = -1/KL.(InU1-1nUAA)，其中，K為光被吸收的比例系數(shù)，L為第一氣腔的長(zhǎng)度，A為已知參數(shù)，Ul為紅外探測(cè)器檢測(cè)第一氣腔出射光光強(qiáng)輸出的電壓，U2為紅外探測(cè)器檢測(cè)第二氣腔出射光光強(qiáng)輸出的電壓。
[0026]作為優(yōu)選，被測(cè)者通過(guò)呼氣酒精測(cè)試儀的鍵盤(pán)輸入駕駛證號(hào)，通過(guò)呼氣酒精測(cè)試儀的指紋識(shí)別模塊輸入指紋，呼氣酒精測(cè)試儀通過(guò)無(wú)線通信模塊將駕駛證號(hào)、指紋信息和檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到云服務(wù)器，云服務(wù)器查找數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證駕駛證號(hào)與指紋信息是否匹配，如果匹配則將駕駛證號(hào)與檢測(cè)結(jié)果綁定存儲(chǔ)，并發(fā)送驗(yàn)證成功信息到呼氣酒精測(cè)試儀，如果不匹配，則將指紋信息與檢測(cè)結(jié)果綁定存儲(chǔ)，并發(fā)送驗(yàn)證失敗信息到呼氣酒精測(cè)試儀。
[0027]作為優(yōu)選，紅外檢測(cè)裝對(duì)氣體進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，將呼氣在Tl至Τ2秒之間的測(cè)試結(jié)果的平均值作為被測(cè)者呼氣酒精濃度，Τ2 > Tl > 3。