带呼吸分析器的便携电子设备制造技术

本发明专利技术描述一种呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一个对呼气样本中的成分的浓度敏感的化学传感器（12，22），所述呼吸分析器包括补偿器（24），在化学传感器被集成到便携电子设备的情况下，特别是化学传感器位于空气通道（11，21）内的情况下，所述补偿器用于补偿在使用者和化学传感器位置之间的呼气数量的变化的影响，所述空气通道具有通往分析器的壳体外侧的开口（106，206），开口的总面积小到足以有效地限制外侧和传感器之间的质量传送，和/或其中补偿包括对传感器不同响应的补偿。

【技术实现步骤摘要】
带呼吸分析器的便携电子设备
本专利技术涉及一种呼吸分析设备。
技术介绍
最开始是指移动电话或电子助理的便携式或移动式设备变得越来越普遍。由于它们的内置处理器的处理能力的增加，以及用于与远程或固定处理器通信的带宽的增加，所述便携设备承担了越来越多的消费者和专家用户可利用的多目的工具的角色。已经认识到，对便携设备有益的是存在着能对与设备接触或在设备附近的物质进行化学分析的传感器。尽管传感器有很多可能的应用，但是它足以用于例如分析便携设备周围的空气。所述分析能够用于多种目的，比如危险气体的测试、一般医疗目的或驾驶健身的呼吸分析等等。用于检测呼气中酒精的特制便携设备是已知的，并被执法部门普遍地用作血液酒精浓度（BAC）的主要测试工具。一种测量某人BAC的常规方法是要求此人完全呼气到吹嘴中，该吹嘴被联接到一种利用燃料电池传感器测量在吹气结束附近出现的呼气中酒精蒸汽浓度的装置。但是，某些人觉得这样做并不愉快，并且通常吹嘴在本专利技术的移动设备中不是可接受的，本专利技术的移动设备通常被设计为具有多种目的，而不是必然地被仅局限于呼吸分析。测量BAC的其他常规方法和设备不要求某人对着吹嘴呼气，而是通常通过阀门来输送不含呼气或不含酒精气体的第二空气源作为确定酒精气体浓度的基准。其他方法依赖于对来自酒精气体探测器和二氧化碳气体探测器的波形进行比较的复杂信号分析技术。已经提出在汽车上装备血液酒精浓度（BAC）传感器，以基于某个试图驾驶车辆的人的呼气中的酒精气体浓度来评估此人的BAC。所述方案例如在美国专利5531225A、8183527B、已公开的美国专利申请US2010/0188232和其他文献中均有描述。所述设备通常被设计成专门用于分析呼气中的酒精含量，并形成安装了这些设备的汽车上的一种永久固定装置。还认识到，接收呼气和周围空气混合物的设备需要对周围空气引起的稀释进行补偿。如前面所引用的文献所述，能利用例如—与所述设备并列的—湿度测量、其他化学测量（例如CO2、O2浓度）或温度测量来进行所述补偿。例如在已公开的美国专利申请US2012/231841中描述了用于移动场合的湿度传感器，例如在已公开的国际专利申请WO2012/100362A1中描述了作为带CMOS线路和电路的MEMS设备的小型传感器的制造方法。例如在国际专利申请WO95/19563中描述了带有集成加热器的金属氧化物传感器。对于通用目的的便携设备而言，传感器接收呼出空气样本所通过的一个开口或多个开口的尺寸导致要做出准确的测量和对稀释影响的补偿变得复杂。因此，本专利技术的目标是利用多目的便携电子设备提高呼气样本中酒精浓度或其他成分的测量的准确性。
技术实现思路
因此，根据本专利技术的第一方案，提供一种呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一个对呼气样本中的成分（诸如酒精）的浓度敏感的化学传感器，所述呼吸分析器包括补偿器，在化学传感器被集成到便携电子设备的情况下，所述补偿器用于补偿在使用者和化学传感器位置之间的呼气数量的变化的影响，所述便携电子设备优选地具有允许通过私人或公共网络进行数据和/或声音通信的远程通信能力。在特别优选的实施例中，化学传感器被包封在便携电子设备的壳体中且位于空气通道内，所述空气通道具有通往壳体外侧的开口，开口的总面积小到足以起到限制扩散的作用。任何阻碍在开口前后瞬时或几乎瞬时地建立空气平衡的开口都能被认为是扩散限制。因此，空气成分上的任何变化传播到壳体内的都存在迟滞。在典型移动设备的正常工作状态下，这种迟滞超过了空气在设备周围流动和交换的时间或者用户接收测量结果的可接受时间极限。因此，不对测量做补偿的话，测量将会得到比真实值低得多的值。所述开口本身是一种仅将化学传感器与外部连通的专用开口。但是，在便携电子设备的制造商努力使壳体保持良好的防潮防水性能的前提下，使所述开口与便携设备的需要与外部相似连接的至少一个其他部件（比如扩音器、麦克风或摄像头）共享是有利的。所述开口还能用格栅或隔膜进行保护，以防止较大的颗粒物或不希望的空气成分进入或阻塞通道。因此，所述开口的面积最好被限制在100平方毫米或以下，优选低于25平方毫米，甚至更优选低于10平方毫米。所述通道作为壳体内侧的空气的限界，并采用管道或沟渠的形状，所述管道或沟渠形成为壳体的一部分、或形成为连接到壳体中的开口的单独部件。它是独立的笔直或弯曲通道。在本专利技术的优选实施例中，补偿器被连接到对开口后方的空间内的状态敏感的至少一个额外传感器（比如针对湿度、温度的传感器，或者例如对二氧化碳或氧气浓度敏感的额外的化学传感器）的输出，从而修正由开口外侧处的环境空气所造成的呼气稀释。在本专利技术的优选实施例中，所述补偿器包括对两个或更多个传感器的不同特性（比如响应时间）的补偿，例如通过时移一个或多个传感器的测量、或者通过使用对一个或多个传感器的单独（脉冲）响应建模的过滤器。本专利技术的这种方案能被用于例如缩短测量所需的时间。它还能被独立地用于前述补偿器，例如，为了处理来自具有不同响应的不同化学传感器的阵列的化学测量。在本专利技术的更优选实施例中，补偿器确定表示湿度变化的信号和表示成分浓度变化的信号的比值，以修正由开口外侧处的环境空气所造成的呼气稀释。在本专利技术的更优选实施例中，补偿器确定表示露点的值，以修正由开口外侧处的环境空气所造成的呼气稀释。所述补偿器还包括从呼气采样之前或之后进行的环境空气的测量推导出值，从而确定补偿。在本专利技术的更优选实施例中，补偿器利用表示开口和/或通道的几何形状的静态或动态因数来修正表示由化学传感器所测得的初始或中间值或者成分浓度的信号。为了增加测量准确性，前述用于补偿稀释和所述开口和/或通道的几何形状的设备最好被组合并一起用在一种测量上。还能通过使所述补偿器设备补偿单独传感器的特性（比如响应时间）来进一步提高所述准确性，如之前所述。在更优选的实施例中，所述补偿器接收来自距离所述化学传感器小于5mm的湿度传感器或其他传感器的信号，并且两种传感器都距离所述开口小于10mm。在更优选实施例中，所述补偿器是一种特制的电路、或被编程以执行所述补偿器功能的一种通用目的处理单元。所述便携设备能是智能手机、掌上电脑、手提式电脑、电子阅读器、平板电脑、游戏控制器、定点设备、照相机或摄像机、数码音乐播放器、腕表、存储器、头戴式耳机或计算机外围设备。它的壳体通常是金属、玻璃、或塑料材质的壳，并且以单件结构被装配或由多个部件装配而成。通常被包封在壳体内的是处理器、用于部件比如屏幕、天线、镜头、麦克风和扬声器的驱动器、以及给设备及其部件供电的电池。屏幕通常作为壳体的一部分被布置，或被安装在透明窗口的后方。所述化学传感器可以被理解为用于探测一种或多种分析物的一个或多个特性的传感器设备。它优选是基于下面的测量原理之一：所述传感器基于化学机械原理，其中化学反应被转换成例如重量增加、表面声波、或悬臂谐振。替换地，可以应用热感应原理，例如通过使用载体催化传感器（pellistor），所述载体催化传感器作为能在燃烧期间产生热量的催化热传感器。替换地，所述化学传感器可以依赖光学探测，比如以显微分光计或者NDIR传感器的形式，或者可以利用电化学反应，比如通过固态电解质结合伏安测量原理、电位测量原理、或电导测量原理来实现。也可以使用化学电阻器，比如优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼吸分析器，所述呼吸分析器具有至少一个对呼气样本中的成分的浓度敏感的化学传感器（12，22），所述呼吸分析器包括补偿器（24），在化学传感器（12，22）被集成到便携电子设备的情况下，所述补偿器用于补偿在使用者和化学传感器位置之间的呼气数量的变化的影响。

【技术特征摘要】
2013.01.31 EP 13405018.61.一种便携电子设备，所述便携电子设备包括呼吸分析器，所述呼吸分析器具有：至少一个化学传感器(12，22)，所述化学传感器被包封在便携电子设备的壳体(10)中且位于空气通道(11，21)内，所述空气通道具有通往壳体(10)外侧的开口(106，206)，化学传感器对用户的呼气样本中的成分在空气通道(21)内的浓度敏感，开口(106，206)的总面积小到足以限制呼气扩散到空气通道内的化学传感器(12，22)的位置，以及补偿器(24)，所述补偿器连接到化学传感器的输出部，以从化学传感器接收信号，所述信号表示化学传感器的测量值，补偿器被构造成针对用户的呼气样本中的所述成分的原始浓度和所述在空气通道(21)内的浓度之间的变化而补偿所述测量值，所述变化包括由于所述开口(106,206)所导致的所述成分的浓度的变化。2.根据权利要求1所述的便携电子设备，其中，补偿器(24)被连接到对开口后方的空气通道(11，21)内的状态敏感的至少一个额外传感器(13，23)的输出部，从而补偿器被进一步构造成针对开口(106，206)外侧处的环境空气所造成的呼气稀释来修正所述测量值。3.根据权利要求2所述的便携电子设备，其中，额外传感器(13，23)被构造成确定湿度水平、二氧化碳或氧气浓度、温度或空气流量。4.根据前述权利要求之一所述的便携电子设备，其中，补偿器(24)被进一步构造成对从传感器接收的信号中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·布尔奇，F·迈尔，F·勒克，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH