CH631547A5

CH631547A5 - Einrichtung zur bestimmung des blutalkoholgehalts.

Info

Publication number: CH631547A5
Application number: CH476678A
Authority: CH
Inventors: Lars-Erik Holmberg
Original assignee: Mattsson Thomas; Nilsson Rune; Olsson Bo; Holmberg Lars Erik
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1982-08-13
Also published as: DE2818605C3; AU3572478A; US4177668A; GB1581504A; SE7705196L; AU520090B2; DE2818605B2; DE2818605A1; JPS53138395A; SE414346B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits Einrichtungen verschiedener Art zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts bekannt. So zeigt beispielsweise das Schwedische Patent 73 17279-3 ein Atemtestgerät, das eine «Passieranzeige» liefert, wenn der Alkoholgehalt in der Atemluft der Testperson innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Çei einem Alkoholgehalt, der den oberen Grenzwert dieses Bereichs überschreitet, ist die Alkoholkonzentration für ein «Passieren» zu hoch, und bei einem Konzentrationswert unter dem unteren Grenzwert des Bereichs kann vielleicht ein Betrug vorliegen, so dass auch in diesem Falle keine «Passieranzeige» abgegeben wird. Die Einrichtung soll ohne besondere Überwachung eingesetzt werden, also beispielsweise in Verbindung mit Kupplungen in Kraftfahrzeugen, wobei der Fahrer dann Luft in das Testgerät ausatmen muss, um eine «Passieranzeige» zu erhalten, bevor das Fahrzeug bewegt werden kann. Das Testgerät ist dann speziell dazu geeignet, jeden Versuch der Umgehung des Tests zu verhindern. Es ist ein einziges Anzeigeelement in Form einer Lampe vorgesehen, die bei der «Passieranzeige» aufleuchtet, wenn der festgestellte Alkoholgehalt innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, anderenfalls aber ausgeschaltet bleibt. Als Vergleichsschaltungen sind Operationsverstärker vorgesehen, und zur Steuerung der Anzeigelampe dienen logische CMOS-Schaltun-gen, eine Transistorstufe und eine besondere Spannungsquelle, die eine Spannung von 8 Volt abgibt.

Die schwedische Patentanmeldung 7311055-3 betrifft ein Atemtestgerät zur Feststellung des Blutalkoholgehalts, das nach einem «Klassiersystem» arbeitet. Dieses Gerät ist tragbar und soll von Polizeibeamten im Strassenverkehr verwendet werden, um Atemtests an der Strasse durchzuführen und auf dieser Basis einen Fahrzeuglenker entweder passieren zu lassen oder ihn zur Durchführung einer eingehenden Überprüfung festzuhalten. Das Gerät enthält ein Sensorelement, das eine den Alkoholanteil im Atem der Testperson anzeigende Spannung liefert. Abhängig von dem Wert dieses Signals wird eine von drei Anzeigevorrichtungen eingeschaltet. Hierzu enthält das Gerät zwei Zenerdioden mit unterschiedlichen Schwellenspannungen, die mit dem Sensorelement verbunden sind. Die Zenerdioden sind jeweils mit einem Gleichrichter verbunden, und jeder Gleichrichter ist wiederum an eine Leuchtdiode angeschlossen, die bei einem Durchbruch der jeweils zugeordneten Zenerdiode gezündet wird. Auch bei diesem Gerät ist eine separate Spannungsquelle mit einer Spannung von beispielsweise +12 Volt für die Anzeigeelemente erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts zu schaffen, die von Privatpersonen beispielsweise als Hilfsmittel beim Lenken eines Kraftfahrzeugs benutzt werden kann, um zu bestimmen, ob noch Fahrtüchtigkeit vorliegt oder nicht. Ferner soll eine derartige Einrichtung so aufgebaut sein, dass sie eine Anzeige

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darüber liefert, in welchem von mindestens drei geeichten Kon- vor der Inbetriebnahme erwärmt werden. Dies geschieht durch zentrationsbereichen der tatsächliche Blutalkoholgehalt liegt. eine eingebaute Heizwicklung 10. Bevor der Sensor 2 seine

Ausserdem soll die Einrichtung genau und zuverlässig arbeiten, Betriebstemperatur erreicht, fällt sein Widerstand zunächst ab,

dabei aber möglichst einfach aufgebaut sein. wonach er wieder ansteigt. Hat der Widerstand dann einen vor-

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzei- 5 bestimmten Wert erreicht, so ist der Sensor 2 betriebsbereit,

chen von Anspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Der Widerstand zwischen den Elektroden 4 und 6 des Sen-

Durch Verwendung der aus Transistoren aufgebauten logi- sors 2 fällt ab, wenn er Luft ausgesetzt wird, die Alkohol ent-schen Schaltung bzw. der TTL-Technik anstelle einer nach hält. Diese Widerstandsänderung zeigt sich als Spannungsän-CMOS-Technologie aufgebauten Schaltung, wie sie durch das derung am Potentiometer 8. Ein abfallender Sensorwiderstand Schwedische Patent 73 17279-3 beschrieben wird, und durch io verursacht eine ansteigende Spannung am Potentiometer 8. Ansteuerung von Leuchtdioden als Anzeigeelemente mit einer Wenn die Speisespannung des Sensors 2 konstantgehalten solchen logischen Schaltung wird der wesentliche Vorteil wird, ist es möglich, den Sensor 2 durch Messung der Spannunerreicht, dass z. B. eine besondere Spannungsquelle zur Spei- gen zu eichen, die bei vorgegebenen Blutalkoholwerten (bei-sung, der Anzeigeelemente nicht erforderlich ist, denn die aus spielsweise 0,3 Promille und 0,5 Promille) am Potentiometer 8 Transistoren aufgebaute TTL-Logik kann einen wesentlich is während eines Atemtests auftreten. Diese Spannungen seien stärkeren Stromfluss als CMOS-Schaltungen ermöglichen. Aus- beispielsweise V0,3 und V0,5-

serdem nehmen Leuchtdioden wesentlich weniger Strom auf Alle Speisespannungen der Einrichtung werden von einer als eine normale Lampe, wie sie als Anzeigeelement in dem Spannungsquelle 12 geliefert. Diese kann aus acht Zellen zu bekannten Gerät verwendet wird. Durch Verwendung von jeweils 1,5 Volt bestehen. Die Spannung der Spannungsquelle

Leuchtdioden anstelle normaler Lampen kann die gesamte 20 12 wird über einen Schalter 14 als Eingangsspannung an eine

Steuerschaltung für die Anzeigeelemente im Hinblick auf den Regelschaltung 16 abgegeben. Durch einen Einstellwiderstand geringeren Stromverbrauch wesentlich vereinfacht werden. 18 kann die Ausgangsspannung der Regelschaltung 16 auf

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die zwei SR- einen vorbestimmten genauen Wert von beispielsweise 5,0 Volt Flip-Flop-Schaltungen jeweils aus den zwei NAND-Gliedern eingestellt werden. Diese Ausgangsspannung wird dann konaufgebaut sind. Die vollständige logische Schaltung kann dann 25 stant gehalten, und zwar unabhängig von dem jeweiligen vorzugsweise in Form einer einzigen integrierten Anordnung Zustand der Spannungsquelle 12. Dies ist sehr wichtig für die verwirklicht werden. genaue Arbeitsweise des Gassensors 2.

Ferner wird nur eine Spannungsquelle für alle erforderli- Die Einrichtung nach der Erfindung enthält ferner zwei chen Speisespannungen vorgesehen, so dass dadurch der Steuerschaltungen. Die erste Steuerschaltung stellt die AusAufbau der Einrichtung wesentlich vereinfacht wird. 30 gangsspannung der Regelschaltung 16 fest und zeigt deren Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, Abfall unter einen vorbestimmten Wert an. Sie umfasst eine dass sie geeicht werden kann, indem das Ausgangssignal des Zenerdiode 20, Widerstände 22 und 24, ein Potentiometer 26 Sensors an dem mit ihm in Reihe geschalteten Potentiometer und einen Vergleicher 28 sowie eine Leuchtdiode 32. Wenn die oder einem einstellbaren Widerstand abgenommen wird und Regelschaltung 16 auf eine Ausgangsspannung von 5,0 Volt (T die für die Vergleichsvorrichtungen erforderlichen Referenz- 35 0,05 Volt) eingestellt ist, so wird der Schaltpunkt des Verglei-spannungen über einstellbare Spannungsteiler oder Potentio- chers 28 mit dem Potentiometer 26 so eingestellt, dass die meter erzeugt werden. Die Referenzspannungen können dann Leuchtdiode 32 gezündet wird, wenn die von der Regelschal-beispielsweise so eingestellt sein, dass der erste Referenzwert tung 16 abgegebene Spannung auf 4,95 Volt abgefallen ist. Dies einem Blutalkoholgehalt von 0,3 Promille entspricht, während bedeutet ein Warnsignal für den Benutzer der Einrichtung, dass der zweite Referenzwert einem Blutalkoholgehalt von 0,5 Pro- 40 die Batterien auszuwechseln sind, um eine genaue Funktion zu mille entspricht. gewährleisten. Die Referenzspannung für diese Steuerschal-

Durch die Stromversorgung über die mit der Spannungs- tung wird durch die Zenerdiode 20 vorgegeben.

quelle verbundene Regelschaltung kann eine konstante Speise- Eine zweite Schaltung zeigt an, wenn der Sensor 2 auf die Spannung unabhängig vom jeweiligen Ladezustand der Batte- Betriebstemperatur erwärmt ist. Diese Schaltung umfasst zwei rien erreicht werden. Vorzugsweise ist dann eine erste Steuer- 45 Widerstände 30 und 34, einen Vergleicher 36 und eine Leuchtschaltung zur Auswertung der Ausgangsspannung der Regel- diode 40. Eine geringe Spannung von beispielsweise 0,5 Volt Schaltung und zur Anzeige des Abfalls dieser Spannung unter wird dem invertierenden Eingang des Vergleichers 36 zuge-einen vorbestimmten Wert vorgesehen. führt. Wenn der Sensor 2 auf seine Betriebstemperatur

Im Sinne einer fehlerfreien Anzeige ist es ferner sehr wich- erwärmt ist und die Spannung am Potentiometer 8 unter die tig, dass der Sensor z. B. vor der Inbetriebnahme auf ein 50 voreingestellte niedrige Spannung von beispielsweise 0,5 Volt

Betriebstemperatur erwärmt wird. Zu diesem Zweck ist vor- abgefallen ist, so wird die Leuchtdiode 40 gezündet und zeigt zugsweise eine zweite Steuerschaltung vorgesehen, die diese an, dass sich das Gerät im Betriebszustand befindet.

Erwärmung des Sensors anzeigt. Da die Knickspannung der Leuchtdiode 32 niedriger als die

Ferner sind zur Verwirklichung eines möglichst kompakten Spannung der Leuchtdiode 40 ist, können diese Dioden über

Aufbaus und einer zuverlässigen Funktion der Einrichtung alle 55 einen gemeinsamen Widerstand 38 an die Speisespannung

Vergleichsvorrichtungen vorzugsweise in Form integrierter angeschaltet werden. Die Kathoden der Leuchtdioden 32 und

Schaltungen aufgebaut. 40 sind dann direkt mit dem jeweiligen Vergleicherausgang

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur verbunden. Normalerweise wird nur die Diode 40 gezündet,

gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben. In der in der Wird die Diode 32 gezündet, so wird die Diode 40 gelöscht

Figur gezeigten Schaltung ist ein Sensor 2 vorgesehen, der ein 60 oder leuchtet schwächer.

sogenannter Gassensor des Typs Figaro TGS 812 ist. Wenn der Die Einrichtung nach der Erfindung umfasst ferner zwei

Sensor durch Alkohol in der Atemluft einer Testperson beein- weitere Vergleicher 42 und 44, die das Ausgangssignal des Sen-

flusst wird, ändert er seinen Widerstand. Dadurch ändert sich sors 2 mit voreingestellten Referenzspannungen vergleichen,

der Stromfluss zwischen den Elektroden 4 und 6 des Sensors 2, Spannungsteiler 46,47 und 48,49 sind so bemessen, dass an so dass an einem Potentiometer 8 eine Ausgangsspannung auf- 65 ihren Abgriffen die bereits beschriebenen Spannungen V0^ und tritt, die sich entsprechend dem Alkoholgehalt der Atemluft V0_5 auftreten. Diese Spannungen werden j eweils einem Eingang

ändert. eines Vergleichers 42 und 44 zugeführt. Die Ausgangsspannung

Zur genauen Funktion der Einrichtung muss der Sensor 2 des Sensors 2 wird dem jeweiligen zweiten Eingang der Ver-

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gleicher 42 und 44 zugeführt. Wenn sie die Spannung V0,3 überschreitet, ändert sich das Ausgangssignal des Vergleichers 42 von hohem zu niedrigem Pegel. Überschreitet sie die Spannung V0,5, so ändert sich das Ausgangssignal des Vergleichers 44 von hohem zu niedrigem Pegel. !

Gemäss einer weiteren Ausführungsform können die Spannungsteiler 46,47 und 48,49 jeweils durch ein Potentiometer ersetzt werden, so dass eine individuelle Feineinstellung der Referenzspannungen möglich ist.

Wenn der Widerstand des Sensors 2 für die Blutalkoholge- 11 halte von 0,3 und 0,5 Promille R0,3 bzw. R0,5 ist und das Potentiometer 8 auf den Widerstand

R

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0,5

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eingestellt ist, so wird der Spannungsteiler 46,47 so bemessen, dass

IT

cc

V

0*3

1 R0,3/R0f5

und der Spannungsteiler 48,49 wird so bemessen, dass u.

V,

cc

0,5

1 +

VR0,5/R0,

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Durch Schliessen eines Schalters 64 werden die beiden SR-Flip-Flops auf ihren Nullzustand rückgestellt, und nur die Leuchtdiode 62 wird gezündet. Wenn jedoch die Ausgangsspannung des Sensors 2 die Spannung V0,3 überschreitet, so wird das zugeordnete SR-Flip-Flop auf den Zustand 1 gesetzt und die Leuchtdiode 62 gelöscht, während die Leuchtdiode 60 gezündet wird. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors 2 die Spannung V0i5 überschreitet, wird das zweite SR-Flip-Flop auf den Zustand 1 gesetzt, wodurch die Leuchtdiode 60 gelöscht und die Leuchtdiode 58 gezündet wird. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors 2 dann verringert wird, so beeinflusst dies nicht den Zustand der SR-Flip-Flops. Sie können nur durch Schliessen des Schalters 64 rückgestellt werden.

Ein wichtiges Merkmal der Einrichtung besteht darin, dass die logische Schaltung mitTTL-Elementen aufgebaut ist, so dass die Ausgangssignale der SR-Flip-Flops die drei Leuchtdioden 58,60 und 62 direkt ansteuern können. Dadurch wird eine Anzeige unmittelbar ohne ein besonderes Befehlssignal abgegeben, und es ist keine besondere Spannungsquelle für die Anzeigelemente erforderlich.

Die Vergleicher 28,36,42 und 44 sind vorteilhaft als integrierte Schaltungen aufgebaut.

Die in der Einrichtung vorhandenen Leuchtdioden sind vorteilhaft in verschiedenen Leuchtfarben ausgeführt. So ist beispielsweise die Leuchtdiode 32 rot, die Leuchtdiode 40 grün, die Leuchtdiode 58 rot, die Leuchtdiode 60 gelb und die Leuchtdiode 62 grün.

Folgende elektrischen Werte für die in der Figur gezeigte Schaltung verwendeten Bauteile haben sich als günstig erwiesen:

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Hierbei ist Ucc die von der Regelschaltung 16 abgegebene Speisespannung.

Wenn der Quotient R0yRo^ für unterschiedliche Exemplare des Sensors konstant ist, so sind die Spannungen V0,3 und V0is für alle Sensoren gleich, und die Einrichtung kann lediglich durch Verstellen des Potentiometers 8 geeicht werden.

Um eine ausreichend genaue Arbeitsweise der Einrichtung zu erzielen, ist es wichtig, dass die Referenzspannungen für die Vergleicher 42 und 44 über Spannungsteiler von einer Kon-stantspannungsquelle abgeleitet werden. Der Einsatz von Zenerdioden zu diesem Zweck ermöglicht keine ausreichende Genauigkeit. Die starke Temperaturdrift der Zenerdioden ist ein weiterer Faktor, der sie als Referenzspannungsquellen für eine Einrichtung der hier beschriebenen Art ungeeignet macht.45

Eine aus zwei SR-Flip-Flops mit invertierten Eingängen bestehende logische Schaltung ist an die Ausgänge der Vergleicher 42 und 44 angeschaltet. Diese Flip-Flops umfassen jeweils zwei NAND-Glieder 50,52 bzw. 54,56. Diese NAND-Glieder sind wiederum mit Leuchtdioden 58,60 und 62 verbunden, die 50 die Anzeigeelemente darstellen.

Die vollständige logische Schaltung wird vorzugsweise in Form einer integrierten Anordnung verwirklicht.

Einstellwiderstand 18 Potentiometer 26 Potentiometer 8 Widerstand 66 Widerstand 22 Widerstand 24 Widerstand 30 Widerstand 38 Widerstand 68 Widerstand 70 Widerstand 72 Widerstand 74 Widerstand 76 Widerstand 34 Widerstand 46 Widerstand 47 Widerstand 48 Widerstand 49

470 0hm 2,2 kOhm 5kOhm

1.2 kOhm + 5% 330 Ohm+ 5%

3.3 kOhm + 5% lOkOhm + 5%

330 Ohm+ 5% lOkOhm + 5% lOkOhm + 5% 100 Ohm+ 5%

2,2 kOhm + 5% 100 Ohm+ 5% 1,2 kOhm + 5% 7,5 kOhm +1% 9,1 kOhm+1% 9,1 kOhm +1% 7,5 kOhm +1%

Die vier Vergleicher 28,36,42 und 44 können durch eine integrierte Schaltung LM 3302 gebildet werden. Die vier NAND-Glieder 50,52,54 und 56 können durch eine integrierte Schaltung SN 7400 gebildet werden. Die Regelschaltung 16 ist unter der Bezeichnung LM 317 MP handelsüblich.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

631547 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts, mit einem Sensor zur Abgabe eines den Alkoholanteil von einer Testperson ausgeatmeter Luft angebenden Signals, mit mindestens zwei Vergleichsvorrichtungen zum Vergleich dieses Signals mit mindestens zwei voreingestellten Referenzwerten, mit durch das Vergleichsergebnis betätigten Leuchtdioden zur Anzeige des Blutalkoholgehalts, und mit einer Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus TTL-Elementen aufgebaute logische Schaltung die Leuchtdioden (58,60,62) selektiv abhängig von dem genannten Vergleichsergebnis direkt steuert, welche Schaltung zwei jeweils aus zwei NAND-Gliedern aufgebaute SR-Flip-Flops (50,52; 54,56) umfasst, die je an den Ausgang einer der Vergleichsvorrichtungen (42,44) angeschlossen sind, dass das Ausgangssignal des Sensors (2) an einem mit dem Sensor in Reihe geschalteten Potentiometer (8) abgegriffen ist und dass die Spannungsquelle (12) über eine Regelschaltung (16), die eine vom Zustand der Spannungsquelle (12) unabhängige konstante Ausgangsspannung abgibt, alle für die Speisung des Sensors (2), der Vergleichsvorrichtun-gen, der logischen Schaltung und der Leuchtdioden erforderlichen Spannungen liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollschaltung eine Vergleichsvorrichtung(28) umfasst, der über einen Spannungsteiler (24,26) die Ausgangsspannung der Regelschaltung (16) und eine von einer Zener-diode (20) vorgegebene Referenzspannung zuführbar ist und die an ein Anzeigeorgan (32) zur Anzeige des Abfalls der genannten Ausgangsspannung unter einen vorbestimmten Wert angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die SR-Flip-Flops (50,52; 54,56) der logischen Schaltung mit drei Leuchtdioden (58,60,62) so verbunden sind, dass eine erste Leuchtdiode (62) betätigt ist, wenn das Ausgangssignal des Sensors (2) unter dem ersten, einem unteren Blutalkoholgehalt entsprechenden Referenzwert liegt, dass die erste Leuchtdiode (62) gelöscht und die zweite Leuchtdiode (60) betätigt ist, wenn das Ausgangssignal des Sensors (2) zwischen dem ersten und dem zweiten, einem oberen Blutalkoholgehalt entsprechenden Referenzwert liegt und dass die dritte Leuchtdiode (58) betätigt und die zweite Leuchtdiode gelöscht ist, wenn das Ausgangssignal des Sensors (2) den zweiten Referenzwert überschreitet.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schaltung (50,52,54,56) in integrierter Technik aufgebaut ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Vergleichsvorrichtungen (42, 44) erforderlichen Referenzwerte als Referenzspannungen an mit der Spannungsquelle (12) verbundenen Spannungsteilern (46,47 ; 48,49) bzw. Potentiometern abgegriffen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte in Form von Referenzspannungen so eingestellt sind, dass der erste Referenzwert einem Blutalkoholgehalt von 0,3 Promille und der zweite Referenzwert einem Blutalkoholgehalt von 0,5 Promille entspricht.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert mindestens von Teilwiderständen der Spannungsteiler (46,47; 48,49) veränderbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ein Gassensor ist, dessen Widerstand durch den Alkoholgehalt ausgeatmeter Luft veränderbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kontrollschaltung (30,34,36,40) zur Anzeige der Erwärmung des Sensors (2) auf eine vorgegebene Betriebstemperatur vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontrollschaltung (30,34,36,40) eine Vergleichsvor-richtung (36) enthält

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Vergleichsvorrichtungen (28,36,42,44) in integrierter Technik aufgebaut sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Steuerschaltung (28,32) zur Auswertung der von der Regelschaltung (16) abgegebenen Spannung und Anzeige des Abfalls dieser Spannung unter einen vorbestimmten Wert vorgesehen ist.