CN209727757U - 红外吸收量测算法的酒精测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外吸收量测算法的酒精测试仪，包括吹管，还包括光学气室、红外光源发射器、检测控制电路及双通道红外探测器；光学气室上设置有入气孔和出气孔，入气孔与吹管相连通；检测控制电路包括红外光源驱动电路、红外检测电路、微控制器以及触摸屏显示电路；红外检测电路与双通道红外探测器相耦接，通过运算放大电路输出两路模拟量到微控制器的AD模数转换输入端口进行处理。运用朗伯‑比尔定律精确测出样本气体的浓度值，通过屏显示电路显示在触摸屏上，并可以通过无线数据传输电路将测试结果上传至后台服务器，实时监控被测试人的呼气酒精含量值。本实用新型可提高酒精浓度的检测精确度，减少对驾驶员酒驾情况的误判。

Description

红外吸收量测算法的酒精测试仪

技术领域

本实用新型涉及酒驾检测装置的技术领域，尤其是涉及一种红外吸收量测算法的酒精测试仪。

背景技术

目前要判断驾驶员是否是酒后驾驶，最理想的方法是检查驾驶员血液中的酒精浓度，在事故现场勘验或交通警察的日常交通检查中，最简单有效的方案是现场检测驾驶员呼气中的酒精含量。

现有技术中对驾驶员呼气中的酒精含量通常采用化学反应的方式进行检测，利用重铬酸钾与稀硫酸配制成溶液，由于重铬酸根在酸性条件下会被酒精还原，使得溶液颜色由橘黄色变为蓝色，当交通警察在检查会将配制的溶液置于检测仪中，并使驾驶员向检测仪内吹气，一旦吹入的气体中含有酒精气体，会与溶液产生化学反应，进而判断驾驶员是否酒驾。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：使用上述的溶液进行化学检测的过程中，无论溶液碰到多少浓度的酒精均可产生化学反应，而在判断驾驶员是否酒驾上，对于吹入气体的酒精浓度有一定的要求，并不是吹入气体中存在酒精就可以判断驾驶员酒驾，再加上一些类似于饮料的饮品中也会含有一定量的酒精，但是这些酒精即使进入人体也不会达到酒驾的标准，而一旦使用上述的化学检测方式，使得配制的溶液中一碰到这些饮品的酒精浓度便产生化学反应，进而使得整个的酒精浓度检测的精确度较低，易产生误判断。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种红外吸收量测算法的酒精测试仪，具有酒精浓度检测精确度高的优势。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种红外吸收量测算法的酒精测试仪，包括吹管，还包括光学气室、红外光源发射器、检测控制电路及用于接收所述红外光源发射器发出的红外光的双通道红外探测器，红外光源发射器和双通道红外探测器设置在所述光学气室内；

所述光学气室上设置有入气孔和出气孔，入气孔与所述吹管相连通；

所述检测控制电路包括红外光源驱动电路、红外检测电路、微控制器以及与所述微控制器相耦接的触摸屏显示电路；

所述红外光源驱动电路与所述红外光源发射器相耦接，用于驱动所述红外光源发射器发出红外光；

所述红外检测电路与所述双通道红外探测器相耦接，用于检测红外光含量，通过运算放大电路输出两路模拟量到微控制器的AD模数转换输入端口进行处理。

通过采用上述技术方案，红外光有些波段易被酒精吸收的光线，酒精浓度越高，其红外光被吸收的量越高，通过设置红外光源发射器发射红外光，在红外光传递至双通道红外探测器以触发双通道红外探测器探测红外光含量的过程中，在人体将气体经吹管，从入气孔吹入到光学气室内，如果吹的气体里含有酒精，会对红外光进行吸收，双通道红外探测器接收到红外光量，经红外检测电路检测到对应的酒精含量，运用朗伯-比尔定律精确测出样本气体的浓度值，通过屏显示电路显示在触摸屏上，实时监控被测试人的呼气酒精含量值。展现具体酒精含量数值，相较传统的化学反应的含量检测，这种光学吸收式的检测酒精浓度的精度更高，通过提高红外光的传播路径的长短及红外光波长的选择，使得气体对红外波的吸收更多、更敏感，从而就能进一步提高检测的精度。

进一步的，所述红外光源发射器和所述双通道红外探测器并列设置于所述光学气室的一端，所述光学气室的另一端设置有一下红外反射球面，所述下红外反射球面正对着所述红外光源发射器和所述双通道红外探测器，红外光源发射器与双通道红外探测器之间的中间位置有一个与所述下红外反射球面相对设置的上红外反射球面。

通过采用上述技术方案，这样红外光源发射器发出的红外光先沿光学气室长度方向传播遇到下红外反射球面，再经下红外反射球面反射向上红外反射球面射去，经上红外反射球面的反射，红外光再反射回下红外反射球面，红外光最后经下红外反射球面反射射向双通道红外探测器，这样下来相当于仅用1倍的光学气室的长度实现了红外光的4倍光学气室长度的传播路径，使得红外光再光学气室内被气体更容易吸收掉，从而使得双通道红外探测器的接收、检测的灵敏度、精确度更高。

进一步的，还包括抽气泵，所述抽气泵与所述出气孔相连通，所述检测控制电路还包括与所述微控制器相耦接的抽气泵控制电路。

通过采用上述技术方案，在检测控制电路导通抽气泵工作时，抽气泵将光学气室内的气体源源不断地抽出，促进在人向吹管内吹气时的气体采样，测试者吹出的气体更加容易地吹入到光学气室内，吸收红外光，同时在抽气泵的抽气下，光学气室内的测试气体可以一直不断的换新，使得测试结果更加贴合平均值，测试更加准确、实时。

进一步的，所述入气孔开设于所述下红外反射球面的中心，所述出气孔开设在与所述入气孔相对的光学气室另一端的端部上。

通过采用上述技术方案，这样的话测试气体从吹管进入到光学气室，测试气体从光学气室的一端沿其长度方向流动，一直到另一端后沿出气孔流出，使其在光学气室内充分遭遇红外光与其相接触、充分吸收，从而提高了测试的精准度。

进一步的，红外光源发射器可发射1~14um的中红外光。

通过采用上述技术方案，在该范围内的红外光源发射器较为容易批量生产化，且其包含了易被酒精吸收的红外波段红外光，且其包含不易被酒精吸收的红外波段，可以拿来做对比组，进一步修正测试结果。

进一步的，双通道红外探测器含有3.95um和9.44um红外滤波片的两个红外响应通道。

通过采用上述技术方案，波长为9.44um的红外光是一种易被酒精吸收的光线，可以为测试酒精含量的良好波段，同时波长为3.95um的红外光是一种不易被酒精吸收的光线，可以作为良好的测试酒精含量的对比组，由于双通道红外探测器的双通道设置，当红外光源发射器发射出的1~14um的中红外光遇到该2个通道内的3.95um和9.44um红外滤波片，分别过滤为3.95um和9.44um两种波长的红外光，而3.95um的红外光由于其不易被酒精吸收的特性，其含量可以用来做对比组，给酒精含量测算减小误差，9.44um的红外光的含量经过换算即代表酒精的含量。经过9.44um红外光吸收测算，及3.95um的红外光的对比来消除误差，从而精准的算出了酒精的含量。

进一步的，红外光源驱动电路产生1~5Hz、占空比为50%的驱动信号，用于驱动红外光源发射器的红外光产生。

通过采用上述技术方案，产生对应的标准驱动信号，使红外光源发射器能够稳定的发射出1~14um的中红外光。

进一步的，所述检测控制电路还包括与所述微控制器相耦接的压力检测电路，压力检测电路设置于所述吹管处，压力检测电路通过差分放大电路输出压力信号值输入到微控制器的AD模数转换输入端口，用于感知气压大小；

当检测到气压超过一定阈值后，抽气泵控制电路导通抽气泵工作。

通过采用上述技术方案，通过压力检测电路检测吹管内的气压大小，进而感知有无人体吹气的动作，当检测到气压超过一定阈值时，即代表了人体吹入了气体，进而再配合抽气泵控制电路，通过抽气泵控制电路导通抽气泵工作，配合人体吹气，更加轻便地将测试气体吸入光学气室，再从出气孔吸出。

进一步的，检测控制电路还包括与所述微控制器相耦接的无线数据传输电路。

通过采用上述技术方案，通过运用朗伯-比尔定律精确测出样本气体的浓度值，通过屏显示电路显示在触摸屏上，并可以通过无线数据传输电路将测试结果上传至后台服务器，实时监控被测试人的呼气酒精含量值。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

（1）光学吸收式的检测酒精浓度方法的精度更高，通过提高红外光的传播路径的长短及红外光波长的选择，使得气体对红外波的吸收更多、更敏感，进一步提高了检测的精度；

（2）在光学气室的上下两端相对设置有上红外反射球面和下红外反射球面，仅用1倍的光学气室的长度实现了红外光的4倍光学气室长度的传播路径，使得红外光再光学气室内被气体更容易吸收掉，从而使得双通道红外探测器的接收、检测的灵敏度、精确度更高；

（3）双通道红外探测器的双通道设置，利用3.95um的红外光由于其不易被酒精吸收的特性，其含量可以用来做对比组，给酒精含量测算减小误差，9.44um的红外光的含量经过换算即代表酒精的含量，经过9.44um红外光吸收测算，及3.95um的红外光的对比来消除误差，从而精准的算出了酒精的含量；

（4）通过运用朗伯-比尔定律精确测出样本气体的浓度值，通过屏显示电路显示在触摸屏上，并可以通过无线数据传输电路将测试结果上传至后台服务器，实时监控被测试人的呼气酒精含量值，更加人性化、实时显示；

（5）在人体吹气时，被压力检测电路检测到，检测控制电路导通抽气泵工作时，抽气泵将光学气室内的气体源源不断地抽出，促进在人向吹管内吹气时的气体采样，测试者吹出的气体更加容易地吹入到光学气室内，吸收红外光，同时在抽气泵的抽气下，光学气室内的测试气体可以一直不断的换新，使得测试结果更加贴合平均值，测试更加准确、实时。

附图说明

图1是本实施例中光学气室的整体结构示意图；

图2是本实施例中红外参考通道检测电路的电路结构图；

图3是本实施例中红外吸收通道检测电路的电路结构图；

图4是本实施例中微控制器的电路结构图；

图5是本实施例中触摸屏显示电路的电路结构图；

图6是本实施例中压力检测电路的电路结构图；

图7是本实施例中红外光源驱动电路的电路结构图；

图8是本实施例中抽气泵控制电路的电路结构图；

图9是本实施例中加热驱动电路的电路结构图；

图10是本实施例中光学气室的***图，示出了下端盖的顶部结构；

图11是本实施例中光学气室的***图，示出了上端盖的底部结构；

图12是本实施例中检测控制电路的原理框图。

图中，2、抽气泵；3、光学气室；31、空心圆柱通道；32、上端盖；33、下端盖；34、安装孔；35、下红外反射球面；36、上红外反射球面；37、入气孔；38、出气孔；4、红外光源发射器；5、双通道红外探测器；6、检测控制电路；61、微控制器；62、红外光源驱动电路；63、红外检测电路；64、触摸屏显示电路；65、抽气泵控制电路；66、压力检测电路；67、无线数据传输电路；68、加热驱动电路；69、红外参考通道检测电路；610、红外吸收通道检测电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

朗伯比尔定律又称比尔定律、比耳定律、布格-朗伯-比尔定律，是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础，光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。朗伯一比尔定律是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。

比尔—朗伯定律数学表达式为A=lg(1/T)=Kbc；A为吸光度,T为透射比(透光度),是出射光强度（I）比入射光强度(I0).K为摩尔吸光系数.它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关.c为吸光物质的浓度,单位为mol/L，b为吸收层厚度，单位为cm。

物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比，而与透光度T成反相关。

参照图1、图10和图11，为本实用新型公开的一种红外吸收量测算法的酒精测试仪，基于朗伯比尔定律进行设计，包括吹管、抽气泵2、光学气室3、红外光源发射器4、检测控制电路6及用于接收所述红外光源发射器4发出的红外光的双通道红外探测器5。

所述光学气室3由空心圆柱通道31以及套接在空心圆柱通道31两端的上端盖32、下端盖33组成。所述上端盖32并排开设有两个安装孔34，红外光源发射器4和双通道红外探测器5分别安装在两个安装孔34内并朝向下端盖33。在下端盖33的中心位置设置有一个下红外反射球面35朝向上端盖32。两个安装孔34之间的中间位置设置有一个与下红外反射球面35相对设置的上红外反射球面36。下红外反射球面35的中心位置开设有一个连通着吹管的入气孔37。上端盖32上开设有一个连通着抽气泵2的出气孔38。

如图10和图11所示，这样红外光源发射器4发出的红外光先沿光学气室3长度方向传播遇到下红外反射球面35，再经下红外反射球面35反射向上红外反射球面36射去，经上红外反射球面36的反射，红外光再反射回下红外反射球面35，红外光最后经下红外反射球面35反射射向双通道红外探测器5，这样下来相当于仅用1倍的光学气室3的长度实现了红外光的4倍光学气室3长度的传播路径，使得红外光再光学气室3内被气体更容易吸收掉，从而使得双通道红外探测器5的接收、检测的灵敏度、精确度更高。

如图12所示，所述检测控制电路6包括微控制器61以及与微控制器61相耦接的红外光源驱动电路62、红外检测电路63、触摸屏显示电路64、抽气泵控制电路65、压力检测电路66、无线数据传输电路67。图4是本实施例中微控制器61的电路结构图。

红外光源发射器4可发射1~14um的中红外光。双通道红外探测器5含有3.95um和9.44um红外滤波片的两个红外响应通道。红外光源驱动电路62产生1~5Hz、占空比为50%的驱动信号，用于驱动红外光源发射器4的红外光产生。图7是本实施例中红外光源驱动电路62的电路结构图。

图6是本实施例中压力检测电路66的电路结构图。压力检测电路66安装于所述吹管处，压力检测电路66通过差分放大电路输出压力信号值输入到微控制器61的模数转换（AD）输入端口，用于感知气压大小；当检测到气压超过一定阈值后，抽气泵控制电路65导通抽气泵2工作。图8是本实施例中抽气泵控制电路65的电路结构图。通过压力检测电路66检测吹管内的气压大小，以感知有无人体吹气的动作，当检测到气压超过一定阈值时，即代表了人体吹入了气体，进而再配合抽气泵控制电路65，通过抽气泵控制电路65导通抽气泵2工作，配合人体吹气，更加轻便地将测试气体吸入光学气室3，再从出气孔38吸出。

波长为9.44um的红外光是一种易被酒精吸收的光线，可以为测试酒精含量的良好波段，同时波长为3.95um的红外光是一种不易被酒精吸收的光线，可以作为良好的测试酒精含量的对比组。由于双通道红外探测器5的双通道设置，当红外光源发射器4发射出的1~14um的中红外光遇到该2个通道内的3.95um和9.44um红外滤波片，分别过滤为3.95um和9.44um两种波长的红外光，而3.95um的红外光由于其不易被酒精吸收的特性，其含量可以用来做对比组，给酒精含量测算减小误差，9.44um的红外光的含量经过换算即代表酒精的含量。经过9.44um红外光吸收测算，及3.95um的红外光的对比来消除误差，从而精准的算出了酒精的含量。

运用朗伯-比尔定律精确测出样本气体的浓度值，通过屏显示电路显示在触摸屏上，并可以通过无线数据传输电路67将测试结果上传至后台服务器，实时监控被测试人的呼气酒精含量值。

参照图2、图3，双通道红外探测器5内设置有红外参考通道检测电路69、红外吸收通道检测电路610，红外参考通道检测电路69用于检测3.95um红外光的物理量并转换为3.95um的红外信号，红外吸收通道检测电路610用于检测9.44um红外光的物理量并转换为9.44um的红外信号。

红外参考通道检测电路69包括运算放大器U2、连接端口J1、J2，电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19，电容C26、C27、C28、C29、C30、C33,运算放大器U2的型号优选为MCP6V31，连接端口J1、J2耦接于一红外接收器以接收波长为3.95um的红外光；运算放大器U2的同相端通过电阻R16耦接于电阻R14、R15及电容C28的一端，电阻R15与电容C28的另一端接地，电阻R14的另一端耦接于电容C26、C29的一端，电容C26、C29的另一端接地；运算放大器U2的反相端通过电阻R17耦接于电容C27的一端，通过电阻R19耦接于运算放大器U2的输出端，电容C27的另一端耦接于连接端口J1，电容C33并联于电阻R19上；运算放大器U2的输出端通过电阻R18耦接于电容C30的一端，电容C30的另一端接地。

红外吸收通道检测电路610包括运算放大器U3、连接端口J3、J4，电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26，电容C36、C37、C38、C39、C40、C41,运算放大器U3的型号优选为MCP6V31，连接端口J3、J4耦接于另一个红外接收器以接收波长为9.44um的红外光；运算放大器U3的同相端通过电阻R23耦接于电阻R21、R22及电容C38的一端，电阻R21与电容C38的另一端接地，电阻R21的另一端耦接于电容C36、C39的一端，电容C36、C39的另一端接地；运算放大器U3的反相端通过电阻R24耦接于电容C37的一端，通过电阻R26耦接于运算放大器U3的输出端，电容C37的另一端耦接于连接端口J1，电容C33并联于电阻R26上；运算放大器U3的输出端通过电阻R25耦接于电容C40的一端，电容C40的另一端接地。

微控制器61用于接收波长为9.44um及3.95um红外光的红外信号并将红外信号转化为数字信号，触摸屏显示电路64耦接于微控制器61并用于对9.44um及3.95um红外光的物理量进行数字显示；微控制器61的电路原理图如图4所示，触摸屏显示电路64的电路原理图如图5所示。另外为了测试结果的准确性，可以在空心圆柱通道31外侧包裹电加热丝，通过其保证空心圆柱通道31内部温度维持在一个较为恒定的标准温度。检测控制电路6还包括与微控制器61相耦接的加热驱动电路68。图9是本实施例中加热驱动电路68的电路结构图。电加热丝与图9中的连接端口J3、J4相连接，HEATING端受控于微控制器61。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种红外吸收量测算法的酒精测试仪，包括吹管，其特征在于：还包括光学气室(3)、红外光源发射器(4)、检测控制电路(6)及用于接收所述红外光源发射器(4)发出的红外光的双通道红外探测器(5)，红外光源发射器(4)和双通道红外探测器(5)设置在所述光学气室(3)内；

所述光学气室(3)上设置有入气孔(37)和出气孔(38)，入气孔(37)与所述吹管相连通；

所述检测控制电路(6)包括红外光源驱动电路(62)、红外检测电路(63)、微控制器(61)以及与所述微控制器(61)相耦接的触摸屏显示电路(64)；

所述红外光源驱动电路(62)与所述红外光源发射器(4)相耦接，用于驱动所述红外光源发射器(4)发出红外光；

所述红外检测电路(63)与所述双通道红外探测器(5)相耦接，用于检测红外光含量，通过运算放大电路输出两路模拟量到微控制器(61)的AD模数转换输入端口进行处理。

2.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：所述红外光源发射器(4)和所述双通道红外探测器(5)并列设置于所述光学气室(3)的一端，所述光学气室(3)的另一端设置有一下红外反射球面(35)，所述下红外反射球面(35)正对着所述红外光源发射器(4)和所述双通道红外探测器(5)，红外光源发射器(4)与双通道红外探测器(5)之间的中间位置有一个与所述下红外反射球面(35)相对设置的上红外反射球面(36)。

3.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：还包括抽气泵(2)，所述抽气泵(2)与所述出气孔(38)相连通，所述检测控制电路(6)还包括与所述微控制器(61)相耦接的抽气泵控制电路(65)。

4.根据权利要求2所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：所述入气孔(37)开设于所述下红外反射球面(35)的中心，所述出气孔(38)开设在与所述入气孔(37)相对的光学气室(3)另一端的端部上。

5.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：红外光源发射器(4)可发射1~14um的中红外光。

6.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：双通道红外探测器(5)含有3.95um和9.44um红外滤波片的两个红外响应通道。

7.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：红外光源驱动电路(62)产生1~5Hz、占空比为50%的驱动信号，用于驱动红外光源发射器(4)的红外光产生。

8.根据权利要求3所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：所述检测控制电路(6)还包括与所述微控制器(61)相耦接的压力检测电路(66)，压力检测电路(66)设置于所述吹管处，压力检测电路(66)通过差分放大电路输出压力信号值输入到微控制器(61)的AD模数转换输入端口，用于感知气压大小；

当检测到气压超过一定阈值后，抽气泵控制电路(65)导通抽气泵(2)工作。

9.根据权利要求1所述的红外吸收量测算法的酒精测试仪，其特征在于：检测控制电路(6)还包括与所述微控制器(61)相耦接的无线数据传输电路(67)。