(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (51) T3 Int.Cl. G01N 33/497 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2016/14 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: SPOSÓB POMIARU STĘŻENIA ALKOHOLU W WYDYCHANYM POWIETRZU I URZĄDZENIE DO TEGO (30) Pierwszeństwo: SE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2015/17 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2016/10 (73) Uprawniony z patentu: Alco Systems Sweden AB, Järfälla, SE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 NIGEL EVANS, Barry, GB LEIGH WALLINGTON, Wick, GB (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Mariusz Kondrat KONDRAT I PARTNERZY Al. Niepodległości 223/ Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SPOSÓB POMIARU STĘŻENIA ALKOHOLU W WYDYCHANYM POWIETRZU I APARAT DO TEGO Opis Dziedzina wynalazku [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu pomiaru stężenia alkoholu w powietrzu wydychanym przez użytkownika określonego w części przedznamiennej zastrzeżenia 1. Sposób obejmuje odbiór strumienia próbki powietrza wydychanego przez użytkownika i pomiar ciśnienia strumienia wydychanej próbki powietrza. Jednocześnie, próbka wydychanego powietrza jest kierowana do czujnika ogniwa paliwowego. Sygnał wyjściowy czujnika ogniwa paliwowego służy do określania objętości alkoholu obecnego w wydychanym powietrzu, a zatem stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0002] W drugim aspekcie, wynalazek dotyczy również aparatu do pomiaru stężenia alkoholu w powietrzu wydychanym przez użytkownika określonego w części przedznamiennej zastrzeżenia 10. Aparat zawiera środek do próbkowania do odbierania próbki powietrza wydychanego przez użytkownika, środek do pomiaru ciśnienia strumienia wydychanej próbki powietrza, czujnik ogniwa paliwowego i mikrokontroler. Mikrokontroler jest przystosowany do obliczania objętości alkoholu obecnego w próbce wydychanego powietrza, a zatem stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, w oparciu o sygnał wyjściowy z czujnika ogniwa paliwowego. W trzecim aspekcie, wynalazek dotyczy również urządzenia blokady zapłonu zawierającego aparat do pomiaru stężenia alkoholu w powietrzu wydychanym przez użytkownika. W czwartym aspekcie, wynalazek dotyczy pojazdu zawierającego urządzenia blokady zapłonu. Tło wynalazku [0003] Na ogół, stosuje się dwie techniki do pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, a zatem określenia stężenia alkoholu we krwi osoby. W pierwszym sposobie, stosuje się spektroskopię w podczerwieni, gdzie próbka powietrza wydychanego przez osobę jest poddawana działaniu promieniowania podczerwonego. Cząsteczki w próbce wydychanego powietrza pochłaniają konkretne częstotliwości, zwane częstotliwościami rezonansowymi, które są charakterystyczne dla cząsteczek. Na przykład absorpcja przez cząsteczki etanolu prowadzi do określonego widma w podczerwieni, które może być używane do określania objętości etanolu obecnego w próbce wydychanego powietrza, a zatem stężenia alkoholu w próbce wydychanego powietrza. Chociaż sposób zapewnia wysoką dokładność 1

3 pomiaru, czujniki zawierające spektroskopię w podczerwieni są drogie, co ogranicza zastosowanie w urządzeniach produkowanych seryjnie. [0004] Druga powszechnie stosowana technologia opiera się na czujniku ogniwa paliwowego, który przekształca paliwo w postaci alkoholu (etanolu) w prąd elektryczny w reakcji elektrochemicznej. Czujniki ogniw paliwowych mają nieco mniejszą dokładność niż czujniki spektroskopii w podczerwieni, ale są o wiele tańsze. Jednak, czujniki ogniw paliwowych wymagają, aby próbka wydychanego powietrza była o możliwej do określenia objętości w celu prawidłowego określenia stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0005] Tradycyjne systemy analizatorów oparte na ogniwie paliwowych działają za pomocą układu mechanicznego pobierania próbek, który pobiera wstępnie określoną objętość wydychanego powietrza do ogniwa paliwowego do analizy. Środek mechaniczny może zawierać silniki, zawory elektromagnetyczne, urządzenia tłok-cylinder, mechanizmy membranowe lub przyciski podłączone do instalacji pompy lub dmuchawy. W US 6,167,746 ujawniono aparat zawierający zawór sterowany elektronicznie do zapewnienia, aby wymagana objętość wydychanego powietrza przechodziła przez ogniwo paliwowe. W US 2005/ ujawniono urządzenie blokady zapłonu zawierające przetwornik ciśnienia i zawór elektromagnetyczny, które działają niezależnie od siebie, zapewniając zmienny strumień wydychanego powietrza do ogniwa paliwowego. Mikroprocesor wydaje polecenie elektromagnetycznemu zaworowi do pozostania otwartym przez ograniczony okres czasu do podania określonej objętości wydychanego powietrza i oblicza algorytmiczny współczynnik korekcyjny, w oparciu o odczyty ciśnienia, aby zapewnić wynik alkoholu z kompensacją ciśnienia. [0006] Dokument US 2011/ ujawnia również powiązany sposób pomiaru alkoholu i aparat. [0007] Sposoby opisane w stanie techniki obejmują zaawansowany układ sterowania i złożone lub przestrzenne elementy mechaniczne, które generują dodatkowe koszty systemu i ograniczają możliwość zmniejszenia wielkości systemu bez pogarszania dokładności. [0008] W zgłoszeniu międzynarodowym PCT/SE2010/051421, należącym do zgłaszającego, ujawniono sposób i aparat do pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu przezwyciężających wiele problemów związanych ze stanem techniki. Jednak, konstrukcja ustnika aparatu wykazała, że nie ma nieliniowej zależności między szybkością przepływu a końcowym odczytem. Innymi słowy, zmienne natężenie przepływu daje różne pomiary 2

4 stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, nawet dla podobnych lub identycznych stężeń alkoholu. [0009] W związku z tym, istnieje potrzeba opracowania ulepszonych sposobów pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu o wysokiej dokładności, które pozwalają na kompaktowe urządzenia, które mogą być produkowane przy niskich kosztach. Streszczenie wynalazku [0010] Przedmiotem niniejszego wynalazku jest zapewnienie ulepszonego sposobu pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu o wysokiej dokładności, który pozwala na kompaktowe urządzenia, które mogą być produkowane przy niskich kosztach. [0011] Według niniejszego wynalazku zapewniono sposób określenia stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. Sposób obejmuje poniższe szczególne środki, określone w części znamiennej zastrzeżenia niezależnego 1. Na podstawie zmierzonego ciśnienia, oblicza się objętość próbki wydychanego powietrza poprzez łączenie ciśnienia przez czas wydychania próbki powietrza. W czasie wydychania próbki powietrza, objętość próbki wydychanego powietrza i objętość alkoholu obecnego w wydychanym powietrzu są stale aktualizowane, łącząc mierzone ciśnienie chwilowe i sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego w czasie. Gdy użytkownik przestaje dmuchać, wykonuje się kompensację objętości, gdzie sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego jest kompensowany poprzez zastosowanie przechowywanej objętości kalibracyjnej dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością. [0012] Przez objętość kompensującą sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego, zapewniona jest dokładność pomiarowa sposobu i aparatu, niezależnie od objętości próbki wydychanego powietrza. Ponieważ sposób ten nie wymaga określonej objętości próbki wydychanego powietrza, mechaniczne systemy pobierania próbek, stosowanych w stanie techniki stają się zbędne, a aparat pomiarowy może być bardziej zwarty, z mniejszą liczbą lub z brakiem ruchomych części. W ten sposób rozmiar i koszt aparatu może zostać znacznie zredukowany. [0013] W kolejnym przykładzie wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje obliczanie natężenia przepływu w wydychanym powietrzu w oparciu o objętość próbki wydychanego powietrza oraz zarejestrowanego czasu wydychania i skompensowanie sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego skompensowanego natężeniem przepływu przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji natężenia przepływu odpowiadającego 3

5 obliczonemu natężeniu przepływu. To pozwala na dostosowanie pomiarów w celu uwzględnienia zmiany natężenia przepływu wpływającej na sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego, a tym samym utrzymanie dokładnych pomiarów stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0014] W korzystnym przykładzie wykonania, sposób według wynalazku obejmuje pomiar temperatury i kompensacji skompensowanego sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji temperatury odpowiadającego zmierzonej temperaturze. To pozwala na dostosowanie pomiarów w celu uwzględnienia zmiany temperatury wpływającej na sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego, a tym samym utrzymanie dokładnych pomiarów stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0015] W korzystnym przykładzie wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje, jeśli nie wykonywano pomiarów przez określony czas, wykonanie kalibracji poprzez wykonanie pomiarów próbki o określonej objętości i stężeniu, powtórzenie etapu kalibracji co najmniej raz i przechowywanie średniej wartości sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego jako objętości kalibracyjnej. To pozwala na dostosowanie pomiarów w celu uwzględnienia pierwszych fałszywych wysokich odczytów ogniwa paliwowego, a tym samym utrzymanie dokładnych pomiarów stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0016] W korzystnych przykładach wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje ponadto określenie stężenia alkoholu we krwi na podstawie stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu i wyświetlenie aktualnego stężenia alkoholu we krwi. [0017] W korzystnym przykładzie wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje wykonanie kompensacji za pomocą wzoru: [0018] W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje uniemożliwienie uruchomienia pojazdu, jeśli obliczone stężenie alkoholu w wydychanym powietrzu przekracza określoną wartość progową. [0019] W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje pomiar ciśnienia za pomocą czujnika ciśnienia w oparciu o ciśnienie, korzystnie miernika Venturi'ego lub płyty otworowej w połączeniu z czujnikiem ciśnienia. Czujnik ciśnienia w oparciu o ciśnienie ma tę zaletę, że zapewnia zwarty komponent z 4

6 kilkoma lub bez żadnych części ruchomych, zapewniając efektywne wykorzystanie przestrzeni w urządzeniu do realizacji sposobu według wynalazku. [0020] Według niniejszego wynalazku, jak określono w niezależnym zastrzeżeniu 10, zapewniono aparat do określania stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. Aparat obejmuje poniższe szczególne cechy, określone w części znamiennej zastrzeżenia niezależnego 1. W oparciu o pomiary ciśnienia, mikrokontroler jest przystosowany do obliczania objętości próbki wydychanego powietrza poprzez łączenie ciśnienia w czasie wydychania próbki wydychanego powietrza. Mikrokontoler jest ponadto przystosowany do stałego aktualizowania objętości próbki wydychanego powietrza i stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu łącząc mierzone ciśnienie chwilowe i sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego w czasie. Mikrokontoler jest skonfigurowany do wykonywania kompensacji objętości na sygnale wyjściowym ogniwa paliwowego dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością, gdy użytkownik przestaje dmuchać. [0021] Korzystne przykłady wykonania aparatu według niniejszego wynalazku obejmują cechy według sposobu opisanego powyżej. [0022] W korzystnym przykładzie wykonania, zapewniono urządzenie blokady zapłonu zawierające aparat do określania stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu według niniejszego wynalazku i pojazd zawierający takie urządzenie blokady. Krótki opis rysunków [0023] Fig. 1 jest graficznym przedstawieniem sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego w czasie; Fig. 2 jest schematem blokowym przedstawiającym sposób według niniejszego wynalazku; oraz Fig. 3 przedstawia widok schematyczny aparatu według niniejszego wynalazku. Szczegółowy opis wynalazku [0024] Wynalazek zostanie dokładniej objaśniony poniżej za pomocą szczegółowego opisu jego przykładów, w odniesieniu do załączonych rysunków. Należy rozumieć, że wynalazek nie powinien ograniczać się do przykładów wykonania przedstawionych na figurach i opisanych poniżej, ale może się zmieniać tak, aby obejmować dowolną kombinację równoważnych cech w zakresie określonym w załączonych zastrzeżeniach. 5

7 [0025] Gdy wydychana próbka wydychanego powietrza przechodzi przez ogniwo paliwowe urządzenia mierzącego alkohol w wydychanym powietrzu, znanego również pod nazwą Breathalyser (znak towarowy należący do firmy Dräger), każdy alkohol (etanol) obecny w próbce wydychanego powietrza utlenia się w reakcji elektrochemicznej, która wytwarza mierzalny prąd elektryczny. Fig. 1 przedstawia typową odpowiedź wyjściową z ogniwa paliwowego na wykresie napięcia wyjściowego w funkcji czasu. Pole pod krzywą oblicza się łącząc napięcia w czasie, co daje wartość FC, która jest wprost proporcjonalna do stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0026] W celu zapewnienia dokładnego pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC), breathalyser musi być kalibrowany przy użyciu próbki o określonym stężeniu i objętości alkoholu. Podczas kolejnego wykonania testu alkoholu w wydychanym powietrzu na badanej osobie, breathalyser wymaga określonej objętości próbki, odpowiadającej tej zastosowanej do kalibracji. Gdy zostanie dostarczona wymagana objętość, breathalyser porówna pole pod krzywą sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego (napięcie) badanej próbki z wartością przechowywaną w procedurze kalibracji i da odczyt dla badanego stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0027] Wymóg określonej objętości próbki stanowi znaczną niedogodność w breathalyserach w stanie techniki. Po pierwsze, jeśli przykładowo badana osoba ma obniżoną pojemność płuc lub z jakiegoś powodu nie może dostarczyć określonej objętości próbki wydychanego powietrza, nie można przeprowadzić ważnego badania wydychanego powietrza. Po drugie, mechanizm próbkowania wymagany w breathalyserze do pomiaru i uzyskiwania określonej wybranej objętości próbki i dostarczenia jej do ogniwa paliwowego (np. czujników ciśnienia, zaworów, pomp, itd.) może być nieco kosztowny i/lub duży, co stanowi ograniczenie dla możliwości zminimalizowania rozmiaru aparatu i zmniejszenia kosztów produkcji. [0028] W podobnym sposobie, jak w przypadku pomiaru pola sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego, objętość próbki wydychanego powietrza może być określona przez obliczanie pola pod krzywą objętościowego natężenia przepływu próbki wydychanego powietrza, które jest wprost proporcjonalne do ciśnienia przepływu próbki wydychanego powietrza, w funkcji czasu. W związku z tym, ten sam rezultat otrzymuje się przez obliczenie pola pod krzywą ciśnienia, które może być mierzone w bardziej bezpośredni sposób. Ciśnienie jest łatwo mierzone za pomocą odpowiedniego czujnika ciśnienia, np mechanicznego, w oparciu o ciśnienie, optycznego, termicznego i elektromagnetycznego. W korzystnym przykładzie wykonania niniejszego wynalazku, stosuje się czujnik ciśnienia w oparciu o ciśnienie, na 6

8 przykład miernik Venturi'ego, płytę otworową lub podobną w połączeniu w czujnikiem ciśnienia. Oczywiście, w zakresie niniejszego wynalazku jest również bezpośredni pomiar natężenia przepływu. [0029] Testy laboratoryjne wykazały, że zmiana objętości wydychanego powietrza V b koreluje liniowo z sygnałem wyjściowym ogniwa paliwowego FC out dla każdego określonego stężenia alkoholu: [0030] Dzięki zastosowaniu zmierzonej i przechowywanej objętości kalibracyjnej V cal, tj. wynikowego sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego, gdy aparat jest kalibrowany próbką o określonej objętości i stężeniu alkoholu, do wykonania kompensacji objętości sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC out, podstawiając wyrażenie za stałą k = FC out /V b do odpowiedniego równania, uzyskuje się skompensowaną wartość dla sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC comp : [0031] W związku z tym, uzyskuje się nowy i innowacyjny sposób dokładnego pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu osoby badanej, będące w stanie obsługiwać różne objętości wydychanego powietrza, co eliminuje potrzebę mechanizmu próbkowania. Innymi słowy, sposób i aparat według niniejszego wynalazku nie zależą od objętości wydychanej próbki powietrza, ponieważ nie wymaga się, aby wartość progowa dla objętości lub natężenia przepływu została przekroczona aby dokonać pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu. [0032] Kolejnym problemem napotykanym przy pomiarach stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu jest to, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego zmienia się zależnie od natężenia przepływu próbki wydychanego powietrza. Dzieje się tak między innymi dzięki konstrukcji ustnika lub rurki wlotowej aparatu stosowanego do wykonywania pomiaru, dzięki temu uzyskuje się nieliniową zależność między natężeniem przepływu, a sygnałem wyjściowym ogniwa paliwowego. [0033] Natężenie przepływu wydychanej próbki powietrza może być obliczane poprzez dzielenie objętości wydychanej próbki powietrza przez czas wydychania próbki powietrza, tj. całkowity czas potrzebny na dostarczenie całej próbki powietrza wydychanego przez 7

9 użytkownika. Dlatego, w sposobie według niniejszego wynalazku, czas wydychania jest rejestrowany, aby został zastosowany do obliczenia natężenia przepływu. [0034] Uzyskując dane testowe dla szerokiego zakresu różnych natężeń przepływu, przy użyciu próbki o określonej objętości i stężeniu alkoholu, jednocześnie zmieniając czas wydychania, okazało się, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego jako funkcja natężenia przepływu odpowiada także równaniu wielomianowemu 2 stopnia. W związku z tym, możliwe jest zatem wyprowadzenie współczynnika regulacji natężenia przepływu Q f stosowanego dla natężenia przepływu kompensującego sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego dla dowolnego natężenia przepływu Q. W rezultacie, można utrzymać dokładne pomiary stężenia alkoholu we krwi, nawet dla zmiennych natężeń wpływających na sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego. [0035] Dlatego, w pierwszym etapie natężenie przepływu próbki wydychanego powietrza jest obliczane w sposób opisany powyżej. Następnie, wykonuje się kompensację natężenia przepływu na sygnale wyjściowym ogniwa paliwowego przez pomnożenie sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego przez współczynnik regulacji natężenia przepływu, który odpowiada obliczonemu przepływowi, i podzielenie przez obliczone natężenie przepływu Q dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego natężeniem przepływu. [0036] Kolejnym problemem, który wpływa na dokładność pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu jest fakt, że gdy aparat zostanie pozostawiony na jakiś czas, tj. gdy nie będą dokonywane pomiary, będzie podawał błędny pierwszy wysoki pomiar nawet po przekalibrowaniu. Aby zapobiec takim pierwszym wysokim pomiarom, zaleca się wykonanie kalibracji co najmniej dwukrotnie. Po dokonaniu pomiarów co najmniej dwóch próbek o określonej objętości i stężeniu alkoholu, średnia wartość sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego jest przechowywana jako objętość kalibracyjna stosowana w przyszłej kompensacji objętości. Kolejne pomiary stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu utrzymają następnie wymaganą dokładność. [0037] Wiadomo, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego zmienia się wraz z temperaturą. Przy rosnących temperaturach, sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego również rośnie. Można 8

10 temu przeciwdziałać poprzez zastosowanie kompensacji temperatury do sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego. [0038] Uzyskując dane testowe dla szerokiego zakresu różnych temperatur przy użyciu próbki o określonej objętości i stężeniu alkoholu, okazało się, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego jako funkcja temperatury odpowiada także równaniu wielomianowemu 2 stopnia. W zawiązku z tym, możliwe jest zatem wyprowadzenie współczynnika regulacji temperatury T f stosowanego dla temperatury kompensującej sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego dla dowolnej temperatury. W rezultacie, można utrzymać dokładne pomiary stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, nawet dla zmiennych temperatur wpływających na sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego. Korzystnie, zakres badanych temperatur wynosi między -10 a +50 C. [0039] Dlatego, w pierwszym etapie mierzy się temperaturę ogniwa paliwowego i/lub temperaturę otoczenia. Następnie, wykonuje się kompensację temperatury na sygnale wyjściowym ogniwa paliwowego przez przemnożenie sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego przez współczynnik regulacji temperatury, który odpowiada obliczonej temperaturze, i podzielenie przez obliczoną temperaturę T T dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego temperaturą. [0040] Kolejnym współczynnikiem wpływającym na dokładność pomiarów stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu jest znany fakt, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego jest powoli zmniejszany lub nasycany wzrastającymi stężeniami alkoholu. Innymi słowy, ogniwo paliwowe podaje fałszywy niższy sygnał wyjściowy niż oczekuje się dla dolnego stężenia alkoholu. [0041] Uzyskując dane testowe dla szerokiego zakresu różnych stężeń alkoholu przy użyciu próbek o określonej objętości i różnych stężeniach alkoholu, okazało się, że sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego jako funkcja stężenia alkoholu jest nieliniowy dla stężeń alkoholu powyżej około 0,5 mg/l. W zawiązku z tym, możliwe jest zatem wyprowadzenie współczynnika regulacji liniowości stosowanego dla liniowości kompensującej sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego dla dowolnego stężenia alkoholu. W rezultacie, można utrzymać dokładne pomiary stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, nawet dla 9

11 zmiennych stężeń alkoholu wpływających na sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego. Korzystnie, tylko stężenia alkoholu powyżej około 0,5 mg/ml inicjują kompensację liniową. [0042] Fig. 2 jest schematem blokowym przedstawiającym sposób według niniejszego wynalazku. W pierwszy etapie S201, użytkownik zaczyna dmuchać do aparatu pomiarowego, zazwyczaj za pomocą rurki lub rury do próbkowania wykonanej z tworzywa sztucznego lub innego odpowiedniego materiału, który jest tani w produkcji i wymienny, w celu zapewnienia higienicznych warunków dla użytkowników. [0043] Gdy użytkownik nadal dmucha do urządzenia, ciśnienie wywierane przez strumień wydychanej próbki powietrza jest mierzone i stosowane do obliczania objętości V b próbki wydychanego powietrza łącząc mierzone ciśnienie chwilowe w czasie. W etapie S202 obliczona objętość wydychanego powietrza V b jest stale aktualizowana w całej procedurze pomiarowej łącząc ciśnienie w czasie. [0044] W tym samym czasie, stężenie alkoholu w wydychanym powietrzu BrAC jest obliczane z sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC out i jest stale aktualizowane w etapie S202 łącząc sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego FC out w czasie. [0045] W etapie S204, sprawdza się, czy użytkownik przestał dmuchać. Jeśli tak jest w istocie, kompensację objętości wykonuje się w etapie S205 jak objaśniono powyżej, gdzie uzyskuje się wartość kompensowaną objętością dla sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC comp i stosuje do obliczania skompensowanego stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu BrAC comp. Wartość ta może być następnie wyświetlana użytkownikowi w etapie S206 i/lub zastosowana do określenia stężenia alkoholu we krwi użytkownika. [0046] Fig. 3 przedstawia schematycznie aparat do pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu BrAC, według niniejszego wynalazku. Aparat pomiarowy znajduje się w obudowie 1 i zawiera wymienną rurkę wlotową do próbki wydychanego powietrza 2 do odbierania próbki powietrza wydychanego przez użytkownika lub osobę badaną. Strzałki oznaczają kierunek strumienia wydychanego powietrza w aparacie pomiarowym. Strumień wydychanego powietrza jest prowadzony przez pierwszy kanał 3, który jest zamknięty na dalszym końcu. Czujnik ciśnienia 5 znajduje się w pobliżu dalszego końca pierwszego kanału 3 i mierzy ciśnienie chwilowe próbki wydychanego powietrza w aparacie pomiarowym 1. [0047] W korzystnym przykładzie wykonania, czujnik ciśnienia 5 zawiera czujnik ciśnienia w oparciu o ciśnienie, na przykład miernik Venturi'ego, płytę otworową lub podobną w połączeniu w czujnikiem ciśnienia. Jednak, ciśnienie może zostać łatwo zmierzone za pomocą 10

12 dowolnego odpowiedniego czujnika ciśnienia, np. mechanicznego, w oparciu o ciśnienie, optycznego, termicznego i elektromagnetycznego. [0048] Część strumienia wydychanego powietrza jest kierowana przez kanał próbkowania 4 i wpływa do czujnika ogniwa paliwowego 6 w pobliżu bliższego końca pierwszego kanału 3. Jakikolwiek alkohol (etanol) obecny w próbce wydychanego powietrza inicjuje reakcję elektrochemiczną w ogniwie paliwowym 6, co powoduje powstanie prądu elektrycznego. Prąd ten jest następnie miarą ilości alkoholu w próbce wydychanego powietrza i przedstawiony przez sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego FC out, zwykle napięcie mierzone w ogniwie paliwowym 6. [0049] Czujnik ciśnienia 5 i ogniwo paliwowe 6 są połączone z mikrokontolerem 7, który zawiera środek do przetwarzania pomiarów ciśnienia i napięcia ogniwa paliwowego. W tym kontekście, przetwarzanie obejmuje odnalezienie pola pod krzywymi ciśnienia i sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC out w funkcji czasu. Obszar odpowiada odpowiednio objętości V b próbki wydychanego powietrza i stężeniu alkoholu w wydychanym powietrzu BrAC. Można to również osiągnąć łącząc odpowiednio ciśnienie i sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego FC out w odniesieniu do czasu. Mikrokontroler 7 jest przystosowany do stałego aktualizowania objętości V b próbki wydychanego powietrza i sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego FC out w czasie trwania badania wydychanego powietrza. [0050] Jak wspomniano powyżej, natężenie przepływu Q oblicza się poprzez podzielenie objętości V b próbki wydychanego powietrza przez rejestrowany czas wydychania próbki powietrza. W tym celu, mikrokontoler 7 zawiera środek zegara lub regulatora czasowego. Czas wydychania może być rejestrowany pod warunkiem, że ciśnienie mierzone przez czujnik ciśnienia 5 jest powyżej określonego progu, wskazując, że doprowadzana jest próbka wydychanego powietrza. [0051] Aparat pomiarowy 1 zawiera czujnik temperatury (nie przedstawiony) do pomiaru temperatury. Czujnik temperatury mierzy temperaturę ogniwa paliwowego i/lub temperaturę otoczenia. Mikrokontroler 7 wykorzystuje zmierzoną temperaturę do przeprowadzenia kompensacji temperatury w oparciu o przechowywany współczynnik regulacji temperatury odpowiadający zmierzonej temperaturze. Współczynniki regulacji dla temperatur w zakresie od -10 C do +50 C mogą być przechowywane w mikrokontrolerze 7. [0052] Gdy próbka wydychanego powietrza przeszła przez ogniwo paliwowe 6, wychodzi z obudowy 1 aparatu pomiarowego przez rurkę wylotową 8. 11

13 [0053] Aparat pomiarowy zawiera również baterię 9 lub inne odpowiednie źródło energii do zasilania czujnika ciśnienia 5, ogniwa paliwowego 6 i/lub mikrokontrolera 7. [0054] W korzystnym przykładzie wykonania niniejszego wynalazku, aparat pomiarowy może ponadto zawierać środek wyświetlający do wyświetlania zmierzonego stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu BrAC i/lub stężenia alkoholu we krwi BAC. Stężenie alkoholu we krwi BAC może być określane na podstawie współczynnika podziału krew-powietrze, tj. stosunku pomiędzy ilością alkoholu w danej objętości wydychanego powietrza a krwią. Większość breathalyserów używa międzynarodowego standardowego współczynnika podziału 2100: 1, to znaczy na każdą część alkoholu w wydychanym powietrzu przypada 2100 części alkoholu we krwi. [0055] Aparat do pomiaru alkoholu według niniejszego wynalazku może być wykonane w sposób bardzo standardowy i zawarte w urządzeniu blokady zapłonu. Takie urządzenia blokady są znane w stanie techniki i nieopisane szczegółowo tutaj. Urządzenie blokady może zawierać środek do pomiaru temperatury, wilgotności i/lub stężenia alkoholu w powietrzu wydychanym przez użytkownika, a w oparciu o te pomiary mieszczące się w dopuszczalnych zakresach (odpowiadające użytkownikowi niebędącemu pod wpływem alkoholu), przy czym urządzenie blokady pozwala uruchomić pojazd lub inną maszynę połączoną z urządzeniem blokady. Ponadto, urządzenie blokady może być wyposażone w mikroprocesor do analizowania wyników aparatu mierzącego alkohol oraz przekaźnik elektrycznie podłączony do rozrusznika pojazdu lub maszyny. [0056] Przy wyposażeniu w aparat do pomiaru alkoholu według niniejszego wynalazku, można uzyskać kompaktowe i niedrogie urządzenie blokady zapłonu wykorzystywane do sterowania rozruchem każdego pojazdu lub maszyny. 12

14 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pomiaru stężenia alkoholu w powietrzu wydychanym przez użytkownika (BrAC), obejmujący etapy: - odbioru strumienia próbki powietrza wydychanego przez użytkownika; - pomiaru ciśnienia chwilowego strumienia wydychanej próbki powietrza; - rejestracji czasu wydychania próbki powietrza; - kierowana próbki wydychanego powietrza do czujnika ogniwa paliwowego (6); oraz - obliczania stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC) w oparciu o sygnał wyjściowy (FC out ) czujnika ogniwa paliwowego (6); - obliczania objętości (V b ) próbki wydychanego powietrza w oparciu o zmierzone ciśnienie; znamienny: - stałą aktualizacją objętości (V b ) próbki wydychanego powietrza i stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC) łącząc mierzone ciśnienie chwilowe i sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego (FC out ) w czasie, niezależnie od objętości próbki wydychanego powietrza (V b ); - obliczaniem natężenia przepływu (Q) próbki wydychanego powietrza w oparciu o objętość (V b ) próbki wydychanego powietrza i zarejestrowany czas wydychania; oraz gdy użytkownik przestaje dmuchać, przeprowadzaniem poniższych etapów przed obliczeniem końcowego stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC): - kompensacją sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego (FC out ) poprzez zastosowanie przechowywanej objętości kalibracyjnej (V cal ) dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością (FC Vcomp ) - kompensacją sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością (FC Vcomp ) dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego skompensowanego natężeniem przepływu (FC Qcomp ) przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji natężenia przepływu (Q f ) odpowiadającego obliczonemu natężeniu przepływu (Q). 13

15 2. Sposób według zastrzeżenia 1, obejmujący ponadto etapy: - pomiaru temperatury (T); oraz - kompensacji skompensowanego sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji temperatury (T f ) odpowiadającego zmierzonej temperaturze. 3. Sposób według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, obejmujący ponadto etap, jeśli nie wykonywano pomiarów przez określony czas: - wykonania kalibracji poprzez wykonanie pomiarów próbki o określonej objętości i stężeniu, - powtarzania etapu kalibracji co najmniej raz; oraz - przechowywania średniej wartości sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego (FC out ) jako objętości kalibracyjnej (V cal ). 4. Sposób według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, obejmujący ponadto etap: - określania stężenia alkoholu we krwi (BAC) na podstawie stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC). 5. Sposób według zastrzeżenia 4, obejmujący ponadto etap: - wyświetlania aktualnego stężenia alkoholu we krwi (BAC). 6. Sposób według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, w którym wymienioną kompensację objętości wykonuje się za pomocą wzoru: 7. Sposób według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, obejmujący ponadto etap: - uniemożliwienia uruchomienia pojazdu, jeśli obliczone stężenie alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC) przekracza określoną wartość progową. 8. Sposób według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, w którym ciśnienie jest mierzone za pomocą czujnika ciśnienia w oparciu o ciśnienie (5), korzystnie miernika Venturi'ego lub płyty otworowej w połączeniu z czujnikiem ciśnienia. 9. Aparat do pomiaru stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC), zawierający: 14

16 - środek (2) do odbierania próbki powietrza wydychanego przez użytkownika; - środek (5) do pomiaru ciśnienia chwilowego strumienia wydychanej próbki powietrza; - środek rejestracji czasu wydychania próbki powietrza; - czujnik ogniwa paliwowego (6); oraz - mikrokontroler (7) przystosowany do: - obliczania stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC) w oparciu o sygnał wyjściowy (FC out ) czujnika ogniwa paliwowego (6); - obliczania objętości (V b ) próbki wydychanego powietrza w oparciu o zmierzone ciśnienie; znamienny tym, że mikrokontroler (7) jest ponadto przystosowany do: - stałej aktualizacji objętości (V b ) próbki wydychanego powietrza i stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC) łącząc mierzone ciśnienie chwilowe i sygnał wyjściowy ogniwa paliwowego (FC out ) w czasie, niezależnie od objętości próbki wydychanego powietrza (V b ); oraz - obliczania natężenia przepływu (Q) próbki wydychanego powietrza w oparciu o objętość (V b ) próbki wydychanego powietrza i zarejestrowany czas wydychania; - wykonania kompensacji objętości na sygnale wyjściowym ogniwa paliwowego (FC out ) dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego kompensowanego objętością (FC Vcomp ) poprzez zastosowanie przechowywanej objętości kalibracyjnej (V cal ) - wykonania kompensacji natężenia przepływu na sygnale wyjściowym ogniwa paliwowego kompensowanego objętością (FC Vcomp ) dla uzyskania sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego skompensowanego natężeniem przepływu (FC Qcomp ) przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji natężenia przepływu (Q f ) odpowiadającego obliczonemu natężeniu przepływu (Q). 10. Aparat według zastrzeżenia 9, zawierające ponadto środek do pomiaru temperatury (T), oraz w którym mikrokontroler (7) jest ponadto przystosowany do: 15

17 - kompensacji skompensowanego sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego przy użyciu przechowywanego współczynnika regulacji temperatury (T f ) odpowiadającego zmierzonej temperaturze (T). 11. Aparat według zastrzeżenia 9 albo 10 przystosowane do wykonania kalibracji poprzez wykonanie pomiarów próbki o określonej objętości i stężeniu co najmniej dwa razy, jeśli nie wykonywano pomiarów przez określony czas, oraz w którym mikrokontroler (7) jest ponadto przystosowany do: - przechowywania średniej wartości sygnału wyjściowego ogniwa paliwowego (FC out ) jako objętości kalibracyjnej (V cal ). 12. Aparat według któregokolwiek z zastrzeżeń 9-11, w którym mikrokontroler (7) jest ponadto przystosowany do określenia stężenia alkoholu we krwi użytkownika (BAC) na podstawie stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu (BrAC). 13. Aparat według zastrzeżenia 12, w którym aparat zawiera ponadto środek wyświetlający do wyświetlania aktualnego stężenia alkoholu we krwi (BAC). 14. Aparat według któregokolwiek z zastrzeżeń 9-13, w którym wymienioną kompensację objętości wykonuje się za pomocą wzoru: 15. Aparat według któregokolwiek z zastrzeżeń 9-14, w którym środek do pomiaru ciśnienia zawiera czujnik ciśnienia w oparciu o ciśnienie (5), korzystnie miernik Venturi'ego lub płytę otworową w połączeniu z czujnikiem ciśnienia. 16. Urządzenie blokady zapłonu zawierające aparat według któregokolwiek z zastrzeżeń Pojazd zawierający urządzenie blokady zapłonu według zastrzeżenia

18 17

19 18

20 19