DE19941586A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Atemalkoholmessung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur AtemalkoholmessungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren für die Atemalkoholmessung mit der Möglichkeit der Feststellung, ob ein korrekter Ausatemvorgang für eine korrekte Messung vorliegt oder ob die ausgeatmete Atemluft durch Manipulationen so verändert wurde, daß die Messung der Atemalkoholkonzentration unzulässig ist. DOLLAR A Eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A a) der Meßgasprobenraum (7) eingangsseitig über einen Mundstückhalter (4) mit einer Blende (5) seitlich an ein Mundstück (2) mit einer zusätzlichen Ausströmöffnung (3) in die Umgebungsatomophäre angeschlossen ist, DOLLAR A b) ein Drucksensor (6) zur Erfassung des zeit- und gasvolumenstromabhänigen Druckes eingangsseitig mit dem Innenraum des Mundstückhalters (4) vor der Blende (5) und ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit (16) verbunden ist und DOLLAR A c) der CO¶2¶-Sensor (8, 9, 10, 11) und der Atemalkoholsensor (13) an die Auswerteeinheit (16) angeschlossen sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Atemalkoholmessung gemäß
Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Atemalkoholmessung
gemäß Oberbegriff von Anspruch 7.
Atemalkoholmessungen sind an sich bekannt und werden mit unterschiedlichen
Meßmethoden durchgeführt. So geht beispielsweise aus der gattungsbildenden
US 5,376,555 eine Meßvorrichtung mit einer Infrarotmeßzelle hervor, die eine
Infrarotstrahlungsquelle mit drei zugeordneten Infrarotstrahlungsdetektoren
aufweist. Hiermit werden einerseits sowohl die Atemalkoholkonzentration als
auch die CO2-Konzentration kontinuierlich erfaßt, und andererseits dient der
dritte Infrarotstrahlungsdetektor als Referenzdetektor zur Erfassung und
Verrechnung der Gesamtintensität der Strahlung der Infrarotstrahlungsquelle.
Durch Differenzbildung der beiden gemessenen Gaskonzentrationen soll
sichergestellt werden, daß nur die alveolare, mit der Blutalkoholkonzentration
korrelierende Atemalkoholkonzentration ausgewertet und die
Mundalkoholkonzentration jedenfalls nicht miterfaßt wird.
Derartige Atemalkoholmeßgeräte werden seit einigen Jahren insbesondere
auch in Kraftfahrzeugen zur Blockierung des Betriebes (Wegfahrsperre) in
Abhängigkeit von der gemessenen Atemalkoholkonzentration des Fahrers
verwendet.
In diesem Zusammenhang ist es besonders wichtig, eine Möglichkeit zu haben,
um feststellen zu können, ob ein korrekter Ausatemvorgang für eine korrekte
Messung vorliegt oder ob die ausgeatmete Atemluft durch Manipulation wie
Blasen durch eine Waschflasche, Luftzufuhr aus einem Luftreservoir oder
ähnliches verändert wurde, so daß das Meßergebnis für die
Atemalkoholkonzentration falsch ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art und ein zugehöriges Verfahren vorzuschlagen, mit denen es
möglich ist, Manipulationen bei der Atemalkoholmessung zu erkennen.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1 für die
erfindungsgemäße Vorrichtung und mit den Merkmalen von Anspruch 7 für das
zugehörige erfindungsgemäße Verfahren. Die abhängigen Ansprüche enthalten
bevorzugte Ausbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder des
Verfahrens nach Anspruch 7.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mittels der
gemessenen CO2-Konzentration des Atemgases ein eindeutiger Parameter für
die menschliche Ausatemluft vorliegt. Es wird ein schneller CO2-Sensor mit
kurzer Ansprechzeit verwendet, der vorzugsweise als Infrarotsensor
ausgebildet ist, so daß die CO2-Konzentration während des Ausatmens des
Atemgases gemessen wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der einzigen
Figur erläutert, die schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 darstellt.
Das ausgeatmete Atemgas wird in Pfeilrichtung durch ein auswechselbares
Mundstück 2 geblasen, das insbesondere aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Am Ende des Mundstückes 2 befindet sich eine Ausströmöffnung 3 in die
Umgebungsatmosphäre, so daß ein Staudruck entsteht. Hierdurch strömt nur
ein Anteil von etwa 25% bis 12% des Atemgasvolumenstroms über einen
Mundstückhalter 4 mit einer Blende 5 in den Meßgasprobenraum 7 und über
den Auslaß 12 in die Umgebungsatmosphäre.
Die Ausströmöffnung 3 des Ausführungsbeispiels hat einen Durchmesser von
etwa 3 mm und die Blende 5 des Mundstückhalters 4 hat einen inneren
Durchmesser von etwa 2 mm.
Dadurch, daß nur ein relativ kleiner Anteil des Atemgasvolumenstroms durch
den Meßgasprobenraum 7 strömt, wird die Temperatur des Meßgasproben
raums 7 kaum beeinflußt, so daß auch Störungen des Detektorsignals durch
Temperaturänderungen vermieden werden.
Der Drucksensor 6 ist eingangsseitig über eine Gasleitung mit dem Innenraum
des Mundstückhalters 4 vor der Blende 5 und ausgangsseitig mit der
Auswerteeinheit 16 verbunden. Über eine Kalibrierung des gemessenen
Atemgasdrucks im Mundstück 2 kann der Atemgasvolumenstrom und daraus
über eine Zeitintegration das Atemgasvolumen ermittelt werden.
Der CO2-Sensor 8, 9, 10, 11 ist im Ausführungsbeispiel wegen der kurzen
Ansprechzeit vorzugsweise ein Infrarotsensor mit einer Infrarotstrahlungsquelle
8 mit elektrischen Leitungen 9, mit einem CO2 selektiven Interferenzfilter 11 und
mit einem Infrarotstrahlungsdetektor 10. Da die CO2-Konzentration des
ausgeatmeten Atemgases mit etwa 5 Vol.% relativ hoch ist, reicht eine
Absorptionsstrecke von etwa 5 bis 10 mm in dem Meßgasprobenraum 7
zwischen Infrarotstrahlungsquelle 8 und Infrarotstrahlungsdetektor 10 aus. Der
Kolben der Infrarotstrahlungsquelle 8 befindet sich direkt im
Meßgasprobenraum 7 und dient somit direkt als Heizung, so daß durch die
Abwärme der Strahlungsquelle alle inneren Teile der Vorrichtung 1 schnell über
die Kondensationstemperatur des Atemgases von rund 37 Grad Celsius
aufgeheizt werden und dadurch Beeinträchtigungen und Fehler der Messung
vermieden werden.
Eine zusätzliche Heizung ist somit nicht erforderlich.
Aufgrund des kleinen Meßgasprobenraums 7 ist eine schnelle Ansprechzeit
des Infrarotsensors für die Messung der CO2-Konzentration möglich.
Am Auslaß 12 des Meßgasprobenraums 7 befindet sich eine Meßgasleitung 14
zum Atemalkoholsensor 13, der insbesondere als elektrochemischer Sensor
mit einer mittels der Auswerteeinheit 16 angesteuerten Pumpe 15 ausgebildet
ist. Die Pumpe 15 wird für die Atemalkoholmessung erst aktiviert, wenn ein
gültiger Atemalkoholtest vorliegt, das heißt die Messung der
CO2-Konzentration ein ordnungsgemäßes Ergebnis geliefert hat.
Für die Erkennung von Manipulationsversuchen bei der Atemalkoholmessung
bieten sich folgende Verfahren an:
Unmittelbar vor Abgabe der Atemgasprobe wird das Signal des
Infrarotstrahlungsdetektors 10 als Referenzwert in der Auswerteeinheit 16
gespeichert. Steigt nun die CO2-Konzentration aufgrund der humanen
Atemgasprobe im Meßgasprobenraum 7 an, wird das Licht der
Infrarotstrahlungsquelle 8 geschwächt und das Signal des
Infrarotstrahlungsdetektors 10 wird kleiner. Aus der Höhe der Abschwächung in
Bezug auf den Referenzwert kann die CO2-Konzentration ermittelt werden.
Aufgrund der charakteristischen Abhängigkeit der gemessenen CO2-
Konzentration vom Atemgasvolumenstrom und vom Atemgasvolumen können
Manipulationen durch den Probanden erkannt werden. Dies kann direkt durch
Vergleich der gemessenen CO2-Konzentration mit dem gespeicherten
Referenzwert für die CO2-Konzentration oder durch Vergleich des
zeitabhängigen Verlaufs der gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich mit
einem in der Auswerteeinheit 16 abgespeicherten Referenzverlauf der CO2-
Konzentration erfolgen:
Durch Manipulationsversuche wird entweder die erwartete
CO2-Konzentration gar nicht erreicht (Luftzugabe aus Luftreservoir) und/oder
der Verlauf wird verlangsamt, d. h. zeitlich verzögert, so daß jedenfalls der
zeitliche Verlauf der gemessenen CO2-Konzentration von dem abgespeicherten
Referenzverlauf abweicht. Nur im Falle einer definierten Übereinstimmung oder
tolerierten Differenz der aktuell gemessenen CO2-Konzentration nach einem
vorgegebenen Zeitabschnitt um einen vorgegebenen Betrag im Vergleich zum
abgespeicherten Referenzwert für die CO2-Konzentration oder bei tolerierter
Abweichung des Anstiegs der zeitabhängig gemessenen CO2-Konzentration im
Vergleich mit dem Anstieg des in der Auswerteeinheit 16 gespeicherten
Referenzverlaufs der CO2-Konzentration wird die Pumpe 15 aktiviert und der
vom Atemalkoholsensor 13 gemessene Meßwert der Atemalkoholkonzentration
mittels der Auswerteeinheit 16 erfaßt.
Alternativ kann die Auswertung in der Auswerteeinheit 16 auch so erfolgen,
daß das Meßsignal der CO2-Konzentration volumenabhängig verrechnet wird
und entsprechend mit Referenzwerten für die CO2-Konzentration und/oder mit
dem gespeicherten, als Referenz dienenden volumenabhängigen
Kurvenverlauf der CO2-Konzentration verglichen wird.
Nur im Falle definierter, akzeptabler Abweichungen der gemessenen Werte
und/oder des Kurvenverlaufs für die CO2-Konzentration von den gespeicherten
Referenzwerten wird die Pumpe 15 durch die Auswerteeinheit 16 für eine als
zulässig definierte Messung der Atemalkoholkonzentration mittels des
vorzugsweise als elektrochemische Meßzelle ausgebildeten
Atemalkoholsensors 13 aktiviert.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen eignen sich vorzugsweise für die
Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Blockierung des Betriebs des
Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit vom Meßergebnis der CO2-Konzentration des
Atemgases und/oder der Atemalkoholkonzentration.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Atemalkoholmessung mit einem Meßgasprobenraum mit
einem CO2-Sensor zur Ermittlung der CO2-Konzentration des Atemgases
und mit einem Atemalkoholsensor zur Ermittlung der
Atemalkoholkonzentration, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) der Meßgasprobenraum (7) eingangsseitig über einen Mundstück halter (4) mit einer Blende (5) seitlich an ein Mundstück (2) mit einer zusätzlichen Ausströmöffnung (3) in die Umgebungsatmosphäre angeschlossen ist,
- b) ein Drucksensor (6) zur Erfassung des Zeit- und gasvolumenstromabhängigen Druckes eingangsseitig mit dem Innenraum des Mundstückhalters (4) vor der Blende (5) und ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit (16) verbunden ist und
- c) der CO2-Sensor (8, 9, 10, 11) und der Atemalkoholsensor (13) an die Auswerteeinheit (16) angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
CO2-Sensor (8, 9, 10, 11) als Infrarotsensor ausgebildet und mit einer
Infrarotstrahlungsquelle (8, 9) und mit einem Infrarotstrahlungsdetektor
(10) im Meßgasprobenraum (7) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Atemalkoholsensor (13) ein elektrochemischer
Sensor mit Pumpe (15) ist, der mittels einer Meßgasleitung (14) mit dem
Auslaß (12) des Meßgasprobenraums (7) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (3) des Mundstücks (2) einen
Durchmesser von etwa 3 mm und die Blende (5) des Mundstückhalters (4)
einen inneren Durchmesser von etwa 2 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (3) des Mundstücks (2) und die
Blende (5) des Mundstückhalters (4) so bemessen sind, daß nur etwa
25% bis 12% des Atemgasvolumenstroms in den Meßgasprobenraum (7)
strömt.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist und zur
Blockierung des Betriebs des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit vom
Meßergebnis der CO2-Konzentration des Atemgases und/oder der
Atemalkoholkonzentration dient.
7. Verfahren zur Atemalkoholmessung mit einer Vorrichtung nach
mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) mittels des Drucksensors (6) der durch die ausgeatmete Atemluft erzeugte, Zeit- und/oder gasvolumenstromabhängige Signalverlauf des CO2-Sensors (8, 9, 10, 11) in der Auswerteeinheit (16) ausgewertet wird, so daß
- b) entweder bei Überschreiten der Differenz der aktuell gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zu einem abgespeicherten Referenzwert und/oder bei Abweichung des Anstiegs der aktuell gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zu einem in der Auswerteeinheit (16) abgespeicherten Referenzverlauf der CO2- Konzentration um einen vorgegebenen Wert eine Anzeige durch die Auswerteeinheit (16) ausgelöst wird, und/oder
- c) im Falle des Nichtüberschreitens der Differenz der nach einem vorgegebenen Zeitabschnitt aktuell gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zum abgespeicherten Referenzwert und/oder des Nichtüberschreitens einer vorgegebenen Abweichung des Anstiegs der aktuell gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zu dem in der Auswerteeinheit (16) abgespeicherten Referenzverlauf der CO2-Konzentration die mittels des Atemalkoholsensors (13) gemessene Atemalkoholkonzentration in der Auswerteeinheit (16) erfaßt wird.
8. Verfahren zur Atemalkoholmessung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Differenz der aktuell
gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zum abgespeicherten
Referenzwert und/oder bei Abweichung des Anstiegs der aktuell
gemessenen CO2-Konzentration im Vergleich zu einem in der
Auswerteeinheit (16) abgespeicherten Referenzverlauf der
CO2-Konzentration um einen vorgegebenen Wert die Auswerteeinheit (16)
ein Signal zur Blockierung des Betriebs eines Kraftfahrzeugs sendet.
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