DE2818605B2 - Einrichtung zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung des BlutalkoholgehaltsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine 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 Blutalkoholgehaits, und
mit einer Spannungsquelle.
Es sind bereits Einrichtungen verschiedener Art zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts bekannt. So zeigt
beispielsweise das schwedische Patent 73 17 279-3 ein Atemtestgerät, das eine »Passieranzeige« liefert, wenn
der Alkoholgehalt in der Atemluft der Testperson innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Bei 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-Schaltungen,
eine Transistorstufe und eine besondere Spannungsquelle, die eine Spannung von 8 Volt abgibt.
Die schwedische Patentanmeldung 73 11 055-3 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 +12VoIt füY die Anzeigeelemente erforderlich.
Durch die US-PS 38 77 291 ist eine Einrichtung eingangs genannter Art zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts
bekannt, die von Privatpersonen beispielsweise als Hilfsmittel beim Lenken eines Kraftfahrzeugs
benutzt werden kann, um zu bestimmen, ob noch Fahrtüchtigkeit vorliegt oder nicht Diese Einrichtung
liefert eine Anzeige darüber, in welchem Bereich der tatsächliche Blutalkoholgehalt liegt Die elektrische
Schaltung dieser Einrichtung ist jedoch kompliziert und aufwendig, denn die Leuchtdioden sind diskret geschaltet,
die Eichung ist schwierig durchzuführen und erfordert ein besonderes Netzwerk und es müssen
mehrere Betriebsspannungsquellen vorgesehen sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfachere, aber genau und zuverlässig arbeitende Einrichtung anzugeben.
Eine Einrichtung eingangs genannter An ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet,
daß eine aus TTL-Elementen aufgebaute logische Schaltung die Leuchtdioden selektiv abhängig von Jem
genannten Vergleichsergebnis direkt steuert, welche Schaltung wenigstens zwei jeweils aus zwei NAND-Gliedern
aufgebaute SR-Flip-Flops umfaßt, die je an den Ausgang einer der Vergleichsvorrichtungen angeschlossen
sind, daß das Ausgangssignal des Sensors an einem mit dem Sensor in Reihe geschalteten Potentiometer
abgegriffen ist und daß die Spannungsquelle über eine Regelschaltung, die eine vom Zustand der
Spannungsquelle unabhängige konstante Ausgangsspannung abgibt allein alle für die Speisung des Sensors,
der Vergleichsvorrichtungen, der logischen Schaltung und der Leuchtdioden erforderlichen Spannungen
liefert.
Durch Verwendung einer aus Transistoren aufgebauten logischen Schaltung, also der sogenannten TTL-Technik
anstelle einer nach CMOS-Technologie aufgebauten Schaltung, wie sie z. B. im schwedischen Patent
73 17 279-3 beschrieben wird, und durch direkte Ansteuerung der Leuchtdioden mit einer solchen
logischen Schaltung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß eine besondere Spannungsquelle zur
Speisung der Leuchtdioden nicht erforderlich ist, denn eine aus Transistoren aufgebaute TTL-Logik ermöglicht
einen wesentlich stärkeren Stromfluß als CMOS-Schaltungen. Ferner wird das Ausgangssignal des Sensors an
einem mit ihm in Reihe geschalteten Potentiometer abgegriffen, wodurch eine sehr einfache Eichung der
Einrichtung möglich ist Es ist eine einzige geregelte Spannungsquelle vorgesehen, die alle erforderlichen
Betriebsspannungen liefert und die einfache Art der Eichung ermöglicht Deshalb ist eine Einrichtung nach
der Erfindung wesentlich billiger als die bekannten Einrichtungen, arbeitet aber zuverlässig bei sehr hoher
Genauigkeit.
Die Erfindung wird im folgenden anband eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben. In
der in der Figur gezeigten Schaltung ist ein Sensor 2 vorgesehen, der ein sogenannter Gassensor des Typs
Figaro TGS 812 ist Wenn der Sensor durch Alkohol in der Atemluft einer Testperson beeinflußt wird, ändert er
seinen Widerstand. Dadurch ändert sich der Stromfiuß zwischen den Elektroden 4 und 6 des Sensors 2, so daß
an jinem Potentiometer 8 eine Ausgangsspannung auftritt, die sich entsprechend dem Alkoholgehalt der
Atemluft ändert
ίο Zur genauen Funktion der Einrichtung muß der
Sensor 2 vor der Inbetriebnahme erwärmt werden. Dies geschieht durch eine eingebaute Heizwicklung 10.
Bevor der Sensor 2 seine Betriebstemperatur erreicht, fällt sein Widerstand zunächst ab, wonach er wieder
ansteigt Hat der Widerstand dann einen vorbestimmten Wert erreicht, so ist der Sensor 2 betriebsbereit
Der Widerstand zwischen den Elektroden 4 und 6 des Sensors 2 fällt ab, wenn er Luft ausgesetzt wird, die
Alkohol enthält Diese Widerstandsänderung zeigt sich als Spannungsänderung am Potentiometer 8. Ein
abfallender Sensorwiderstand verursacht eine ansteigende Spannung am Potentiometer 8. Wenn die
Speisespannung des Sensors 2 konstantgehalten wird, ist es möglich, den Sensor 2 durch Messung der
2r> Spannungen zu eichen, die bei vorgegebenen Blutalkoholwerten
(beispielsweise 0,3 Promille und 0,5 Promille) am Potentiometer 8 während eines Atemtests auftreten.
Diese Sparnungen seien beispielsweise V0J und VOj.
Alle Speisespannungen der Einrichtung werden von
Alle Speisespannungen der Einrichtung werden von
jo einer Spannungsquelle 12 geliefert. Diese kann aus acht
Zellen zu jeweils 1,5 Volt bestehen. Die Spannung der Spannungsquelle 12 wird über einen Schalter 14 als
Eingangsspannung an eine Regelschaltung 16 abgegeben. Durch einem Einstellwiderstand 18 kann die
■Γ) Ausgangsspannurig der Regelschaltung 16 auf einen
vorbestimmten genauen Wert von beispielsweise 5,0VoIt eingestellt werden. Diese Ausgangsspannung
wird dann konstant gehalten, und zwar unabhängig von dem jeweiligen Zustand der Spannungsquelle 12. Dies
4« ist sehr wichtig für die genaue Arbeitsweise des
Gassensors 2.
Die Einrichtung enthält ferner zwei Steuerschaltungen. Die erste Steuerschaltung stellt die Ausgangsspannung
der Regelschaltung 16 fest und zeigt deren Abfall
4r> unter einen vorbestimmten Wert an. Sie umfaßt eine
Zenerdiode 20, Widerstände 22 und 24, ein Potentiometer 26 und einen Vergleicher 28 sowie eine Leuchtdiode
32. Wenn die Regelschaltung 16 auf eine Ausgangsspannung von 5,OVoIt (T0,05 Volt) eingestellt ist, so wird
jo der Schaltpunkt des Vergleichers 28 mit dem Potentiometer
26 so eingestellt, daß die Leuchtdiode 32 gezündet wird, wenn die von der Regelschaltung 16 abgegebene
Spannung auf 4,95 Volt abgefallen ist. Dies bedeutet ein Warnsignal für den Benutzer der Einrichtung, daß die
Batterien auszuwechseln sind, um eine genaue Funktion zu gewährleisten. Die Referenzspannung für diese
Steuerschaltung wird durch die Zenerdiode 20 vorgegeben.
Eine zweite Schaltung zeigt an, wenn der Sensor 2 auf
Eine zweite Schaltung zeigt an, wenn der Sensor 2 auf
bo die Betriebstemperatur erwärmt ist. Diese Schaltung
umfaßt zwei Widerstände 30 und 34, einen Vergleicher 36 und eine Leuchtdiode 40. Eine geringe Spannung von
beispielsweise 0,5 Volt wird dem invertierenden Eingang des Vergleichers 36 zugeführt. Wenn der Sensor 2
br> auf seine Betriebstemperatur erwärmt ist und die
Spannung am Potentiometer 8 unter die voreingestellte niedrige Spannung von beispielsweise 0,5 Volt abgefallen
ist, so wird die Leuchtdiode 40 gezündet und zeigt an,
daß sich das Gerät im Betriebszustand befindet.
Da die Knickspannung der Leuchtdiode 32 niedriger als die Spannung der Leuchtdiode 40 ist, können diese
Dioden über einen gemeinsamen Widerstand 38 an die Speisespannung angeschaltet werden. Die Kathoden
der Leuchtdioden 32 und 40 sind dann direkt mit dem jeweiligen Vergleicherausgang verbunden. Normalerweise wird nur die Diode 40 gezündet Wird die Diode
32 gezündet, so wird die Diode 40 gelöscht oder leuchtet schwächer.
Die Einrichtung umfaßt ferner zwei weitere Vergleicher 42 und 44, die das Ausgangssignal des Sensors 2 mit
voreingestellten Referenzspannungen vergleichen. Spannungsteiler 46,47 und 48,49 sind so bemessen, daß
an ihren Abgriffen die bereits beschriebenen Spannungen V03 und V05 auftreten. Diese Spannungen werden
jeweils einem Eingang eines Vergleichers 42 und 44 zugeführt Die Ausgangsspannung des Sensors 2 wird
dem jeweiligen zweiten Eingang der Vergleicher 42 und 44 zugeführt Wenn sie die Spannung Voj überschreitet,
ändert sich das Ausgangssignal des Vergleichers 42 von hohem zu niedrigem Pegel. Oberschreitet sie die
Spannung Vga 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 Blutalkoholgehalte von 03 und 0,5 Promille R03 bzw. R0^
ist und das Potentiometer 8 auf den Widerstand
und der Spannungsteiler 48. 49 wird so bemessen,
10
20
25
eingestellt ist, so wird der Spannungsteiler 46,47 so r>
bemessen, daß
gen 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 die Anzeigeelemente darstellen.
Die vollständige logische Schaltung wird vorzugsweise in Form einer integrierten Anordnung verwirklicht.
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 V03
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 V0.5 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 mit TTL- Elementen
aufgebaut ist, so daß die Ausgangssignale der SR-Fiip-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 Anzeigeelemente 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:
1 +
Hierbei ist Ucc die von der Regelschaltung 16
abgegebene Speisespannung. ->o
Wenn der Quotient Ro3ZRoS für unterschiedliche
Exemplare des Sensors konstant ist so sind die Spannungen V0J und Vfo 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 Konstantspannungsquelle
abgeleitet werden. Der Einsatz von Zenerdioden zu wi
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 bs
Einstellwiderstand !8
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 Ohm
5kOhm
1,2 kOhm + 5%
330 Ohm + 5%
33 kOhm + 5%
10 kOhm + 5%
330 Ohm + 5%
10 kOhm + 5%
10 kOhm + 5%
100 Ohm + 5%
Xi kOhm + 5%
100 Ohm + 5%
1,2 kOhm + 5%
7,5kOhm + 1%
9,1 kOhm T 1%
9,1 kOhm + 1%
7,5kOhm T 1%
330 Ohm + 5%
33 kOhm + 5%
10 kOhm + 5%
330 Ohm + 5%
10 kOhm + 5%
10 kOhm + 5%
100 Ohm + 5%
Xi kOhm + 5%
100 Ohm + 5%
1,2 kOhm + 5%
7,5kOhm + 1%
9,1 kOhm T 1%
9,1 kOhm + 1%
7,5kOhm T 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.
Claims (10)
1. Einrichtung zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts, mit einem Sensor zur Abgabe eines den
Alkoholanteil von einer Testperson ausgeatmeter Luft: angebenden Signals, mit mindestens zwei
Ver.gleichsvorrichtungen zum Vergleich dieses Signaiis
mit mindestens zwei voreingestellten Referenzwerten, mit durch das Vergleichsergebnis
betitigten Leuchtdioden zur Anzeige des Blutalkoholgjehalts,
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 wenigstens zwei jeweils aus zwei NAND-Gliedern aufgebaute SR-Flip-Flops (50, 52; 54, 56)
urafaßt, die je an den Ausgang einer der Vergleichsvorrichtungen (42, 44) angeschlossen sind, daß das
Ausgangssignal des Sensors (2) an einen 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, allein alle für die
Speisung des Sensors (2), der Vergleichsvorrichtungen, der logischen Schaltung und der Leuchtdioden
erforderlichen Spannungen liefert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollschaltung vorgesehen ist,
die eine Vergleichsvorrichtung (28) umfaßt, der über einen Spannungsteiler (24, 26) die Ausgangsspannung
der Regelschaltung (16) und eine von einer Zenerdiode (20) vorgegebene Referenzspannung a
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 logische Schaltung zwei SR-Flip-Flops
(50, 52; 54, 56) umfaßt, die 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 4r>
Referenzwert (V0S) 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 Referenzwert (V03, Vas) liegt und daß die dritte Leuchtdiode (58)
>o betätigt und die zweite Leuchtdiode gelöscht ist, wenn das Ausgangssignal des Sensors (2) den
zweiten Referenzwert (Vo,s) überschreitet.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (50, 52,
54, 56) insgesamt 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 μ
Form von Referenzspannungen so eingestellt sind, daß der erste Referenzwert einem Blutalkoholgehalt
von 0.3 Promille und der zweite Referenzwert einem
Blutalkoholgehalt von 04 Promille entspricht
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) ein
Gassensor ist, dessen Widerstand durch den Alkoholgehalt ausgeatmeter Luft veränderbar ist
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kontrollschaltung (30,34,
36, 40) zur Anzeige der Erwärmung des Sensors (2) auf eine vorgegebene Betriebstemperatur vorgesehen
ist
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontrollschaltung (30, 34, 36, 40) eine Vergleichsvorrichtung (36) enthält
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vergleichsvorrichtungen
(28, 36, 42, 44) in integrierter Technik aufgebaut sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8227 | New person/name/address of the applicant |
Free format text: HOLMBERG, LARS-ERIK MATTSSON, THOMAS, MALMOE, SE NILSSON, RUNE, HESTRA, SE OLSSON, BO, LUND, SE |
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8228 | New agent |
Free format text: SCHAUMBURG, K., DIPL.-ING. SCHULZ-DOERLAM, W., INGENIEUR DIPLOME/E.N.S.I., GRENOBLE THOENES, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |