多波长呼吸分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种呼吸分析设备和方法。具体而言，本发明专利技术涉及一种在3.3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多波长呼吸分析系统及方法


[0001]本专利技术涉及呼吸分析系统和方法。具体而言，本专利技术涉及呼吸分析系统和方法，其被布置成提供至少两个不同波段中的吸收信息并使用来自波段的信息从预选物质组中识别出未识别的物质。

技术介绍

[0002]呼吸分析设备正变得越来越普遍，至少在车辆中作为用于检测和防止在致醉物质影响下驾驶的措施。呼吸分析设备可以是独立的单元，甚至是手持式的单元，其给出驾驶员呼吸中一种或多种物质的含量的测量值。可替代地，呼吸分析设备可以是系统的一部分，其中还包括用于识别驾驶员和/或固定车辆的设备。这种呼吸分析设备通常永久地安装在车辆中并且可以是例如仪表板的组成部分。呼吸分析设备也可以是用于控制进入工作区、车队仓库等的固定系统。
[0003]提供具有适当灵敏度、可靠的并提供合理快速分析的呼吸分析器绝非无足轻重。如果呼吸分析设备应该能够检测多种物质并且不受水分、CO2含量等变量的干扰，则这尤其正确。满足这些要求的呼吸分析设备在例如以引用的方式并入本文的US7919754和US9746454中进行了描述。
[0004]基于非色散红外(NDIR)传感器的呼吸酒精分析器通常在9.4μm
‑
9.6μm波长范围内操作，如上述专利中的示例。在这个波长范围内，乙醇在具有对其他物质较小的交叉灵敏度的情况下具有较强的吸收段。然而，存在这样的挑战：信号分辨率、红外源的可用性和具有足够性能的检测器以及与所需的长光路相关的臃肿设计。
[0005]在3.3μm
‑
3.6μm范围内的操作提供了多个优点，但由于可能由于内生源或外生源而出现在呼吸中的对许多物质的较高的交叉灵敏度而受到阻碍。在3.3μm
‑
3.6μm范围内操作的目前最先进的呼吸酒精分析器通常配备有带有多个光学滤波器的斩波轮来执行分析。US4，268，751公开了具有带有多个光学滤波器的斩波轮的呼吸酒精分析器，并且具有通过3.39μm和3.48μm的两个窄带滤波器来区分乙醇和丙酮的能力。并入了多个移动部件的斩波轮设计不适用于实验室环境之外。附加地，需要多个窄带滤波器来辨别乙醇和丙酮以外更多的物质。这将使检测器更加复杂、昂贵并且不适合车载或手持装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供呼吸分析系统和操作方法，其克服了在9.4μm
‑
9.6μm波长范围内操作的缺点并且适用于现场使用。
[0007]这是通过根据权利要求1所限定的呼吸分析方法和根据权利要求20所限定的呼吸分析设备来实现的。
[0008]根据本专利技术的在未识别物质的预选波长范围内操作的用于非色散呼吸分析的呼吸分析设备，所述呼吸分析设备包括：
[0009]‑
包括非色散红外元件的测量单元，所述测量单元包括：
[0010]‑
被配置成传输红外光束的源以及在所述波长范围内的红外辐射的至少第一检测器(6)和第二检测器，
[0011]‑
至少两个凹面镜，其被布置成控制来自所述源的红外光束多次穿过所述单元，从而将光路延伸超过所述元件的物理尺寸，
[0012]‑
具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器，其与布置在光路中的第一红外检测器相结合并且被配置成通过所述滤波器将预选波长范围内的第一波段传输到所述第一红外检测器，同时将所述预选波长范围内的第二波段反射以传递到第二红外检测器上，由此所述第一红外检测器被配置成产生与所述第一波段相关联的第一吸收信号，并且所述第二红外检测器被配置成产生与所述第二波段相关联的第二吸收信号，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选跃迁波长λ1分开，所述预选跃迁波长在3.3μm和3.6μm之间并且优选地在3.4μm和3.5μm之间的波长范围内。
[0013]根据本专利技术的一方面，所述呼吸分析设备还包括被布置成至少接收所述第一吸收信号和所述第二吸收信号的控制单元，所述控制单元被配置成确定代表至少在所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收之间的比较的吸收比较值以及代表至少组合的所述第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值，并将所述吸收比较值和所述总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，并将所述未识别物质识别为代表在所述预选物质组中的、所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的物质。
[0014]根据本专利技术的一方面，所述呼吸分析设备还包括辅助传感器单元，所述辅助传感器单元被配置成通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收。所述控制单元通常还被配置成使用示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
[0015]根据本专利技术的一种在预选波长范围内使用非色散光谱对测量单元中的人的呼吸样本进行呼吸分析期间从预选物质组中识别未识别物质的方法包括以下步骤：
[0016]‑
至少记录来自第一红外检测器的第一信号和来自第二红外检测器的第二信号，其中所述第一信号代表在所述预选波长范围内的第一波段中的吸收并且所述第二信号代表在所述预选波长范围内的第二波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选的跃迁波长λ
t
分开；
[0017]‑
确定代表至少所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收的比较的吸收比较值；以及
[0018]‑
确定代表至少组合的所述第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值；
[0019]‑
将所述吸收比较值和所述总吸收值与所述预选物质组的布置有相应值的列表数据进行比较，以及
[0020]‑
将所述未识别物质识别为代表在所述预选物质组中的、所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的所述物质。
[0021]根据本专利技术的一方面，所述测量单元的所述预选跃迁波长λ
t
由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器是高通滤波器，并且将高于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传输到所述第一红外检测器并将低于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传递到至少所述第二红外检测器。可替代地，所述第一干涉滤波器是低通滤波器，其将低于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传输到所述第一红外检测器，并将高于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传递到至少
所述第二红外检测器。
[0022]根据本专利技术的一方面，所述非色散光谱为红外非色散光谱，并且所述预选波长范围为3.3μm至3.6μm。
[0023]根据本专利技术的一方面，所述方法还包括通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收的步骤。可以使用示踪气体浓度值来确定已识别物质的呼吸浓度值。
[0024]根据本专利技术的一方面，如果所述已识别物质不是乙醇，则发出错误指示。
[0025]根据本专利技术的一方面，已经预定义所述预选物质组的子集，并且仅当已识别物质是所述子集中的所述物质中的一者时，才执行确定所述已识别物质的呼吸浓度值的进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在预选波长范围内使用非色散光谱对测量单元中人的呼吸样本进行呼吸分析期间从预选物质组中识别未识别物质的方法，所述方法包括以下步骤：
‑
(61)至少记录来自第一红外检测器的第一信号和来自第二红外检测器的第二信号，其中所述第一信号代表在所述预选波长范围内的第一波段中的吸收并且所述第二信号代表在所述预选波长范围内的第二波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选跃迁波长λ
t
分开；
‑
(62)确定代表至少所述第一波段中的吸收和所述第二波段中的吸收的比较的吸收比较值；以及
‑
(63)确定代表至少组合的第一波段和所述第二波段中的总吸收的总吸收值；
‑
(64)将所述吸收比较值及所述总吸收值与预选物质组的布置有对应值的列表数据进行比较，以及
‑
(65)将所述未识别物质识别为所述预选物质组中的、代表在所述吸收比较值和所述总吸收值方面最佳匹配的物质。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一红外检测器设置有具有跃迁波长λ1的第一干涉滤波器，并且所述测量单元的所述预选跃迁波长λ
t
由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器将高于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传输到所述第一红外检测器并将低于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传递到至少所述第二红外检测器。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一红外检测器设置有具有跃迁波长λ1的第一干涉滤波器，并且所述测量单元的所述预选跃迁波长λ
t
由所述第一干涉滤波器的跃迁波长λ1给出，所述第一干涉滤波器将低于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传输到所述第一红外检测器并将高于所述预选跃迁波长λ
t
的波长传递到至少所述第二红外检测器。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非色散光谱为红外非色散光谱，并且所述预选波长范围为3.3μm至3.6μm。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括通过对至少一种示踪气体的峰值检测并确定示踪气体浓度值来识别人的呼吸样本的接收的步骤(60)。6.根据权利要求5所述的方法，其还包括确定已识别物质的呼吸浓度值的步骤(67)，其中利用了所述示踪气体浓度值。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果已识别物质不是乙醇，则发出错误指示。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中已经预定义所述预选物质组的子集，并且仅当已识别物质是所述子集中的物质中的一者时，执行确定所述已识别物质的呼吸浓度值的进一步步骤，其中利用所述示踪气体浓度值。9.根据权利要求8所述的方法，其中预定义子集包括有法规限定了在呼吸或血液中的最大允许浓度的物质。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述吸收比较值是所述第一波段中的吸收与所述第二波段中的吸收之间的比率。11.根据权利要求5所述的方法，其中所述总吸收是用所述示踪气体浓度值归一化的所述第一波段和所述第二波段中的吸收的总和。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中已经将所述预选物质组的所述列表
数据排列成具有坐标的张量元素，所述坐标代表相应物质的吸收比较值和总吸收值，并且比较(64)和确定步骤(65)包括将所述未识别物质的所述吸收比较值和所述总吸收值布置成对应的多维张量中的坐标，并且量化从所述未识别物质的坐标到所述预选物质组中的至少一部分的物质的距离，并将最接近的物质选择为已识别的物质。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述距离通过计算所述多维张量的幅度和方向来量化。14.根据权利要求13所述的方法，其中如果所述未识别物质和所述已识别物质之间的幅度和方向的偏差大于预定值，则发出不能执行所述未识别物质的识别的通知。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预选跃迁波长λ
t
在3.3μm和3.6μm之间，并且优选地在3.4μm和3.5μm之间。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一波段和所述第二波段部分重叠。17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述记录步骤包括记录来自设置有具有第一表征跃迁波长的第一干涉滤波器的第一红外检测器的第一信号、来自设置有具有第二表征跃迁波长的第二干涉滤波器的第二红外检测器的第二信号、以及来自第三红外检测器的第三信号，其中所述第一信号代表第一波段中的吸收，所述第二信号代表第二波段中的吸收，并且所述第三信号代表在所述预选波长范围内的第三波段中的吸收，其中所述第一波段和所述第二波段至少大部分被预选第一跃迁波长λ1分开，所述预选第一跃迁波长对应于与所述第一干涉滤波器相关联的第一跃迁波长，并且所述第二波段和所述第三波段至少大部分被预选第二跃迁波长λ2分开，所述预选第二跃迁波长对应于与所述第二干涉滤波器相关联的第二跃迁波长；并且在确定所述吸收比较值(62)和所述总吸收值(63)的步骤中，利用所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段的吸收值。18.根据权利要求1所述的方法，其中已经预先选择了特定的目标物质，并且通过该选择识别多个潜在的干扰物质，并且已经执行了干扰滤波器的选择以及滤波器和检测器的数量的选择以优化所述目标物质与已识别的潜在干扰物质的分离。19.根据权利要求18所述的方法，其中已经预先选择了特定的目标物质为乙醇，并且所述已识别的潜在干扰物质包括以下物质中的至少一种：甲醇、丙酮、异丙醇和正丙醇。20.一种在未识别物质的预选波长范围内操作的用于非色散呼吸分析的呼吸分析设备(100)，所述呼吸分析设备包括：
‑
包括非色散红外元件的测量单元(1)，所述测量单元包括：
‑
被配置为传输红外光束的源(5)；
‑
在所述波长范围内的红外辐射的至少第一检测器(6)和第二检测器(8)，
‑
至少两个凹面镜(2、3、4)，其被布置成控制来自所述源的红外光束多次穿过所述单元，由此将光路延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：森谢尔公司，
类型：发明
国别省市：