DE2928433A1 - Alcohol content breath analyser - has control selecting alveolar breath measurement and derives control signal from pressure or constituent reference comparison - Google Patents
Alcohol content breath analyser - has control selecting alveolar breath measurement and derives control signal from pressure or constituent reference comparisonInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zum -Steuern eines Atemalkohol- Device for controlling breath alcohol
meßgeräts Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines die Alkoholkonzentration der tiefen Lungenluft (Alveolarluft) messenden Atemalkoholmeßgeräts mittels eines den Alveolarluftanteil der Aus atemluft kennzeichnenden Steuersignals. measuring device The invention relates to a device for controlling a the alcohol concentration of the deep lung air (alveolar air) measuring breath alcohol measuring device by means of a control signal characterizing the alveolar air content of the exhaled air.
Die Bestimmung der Alkoholkonzentration des Bluts durch Messen der Alkoholkonzentration der Aus atemluft setzt voraus, daß die Messung an tiefer Lungenluft (Alveolarluft) vorgenommen wird, da lediglich zur Alveolarluft die Alkoholkonzentration des Bluts in einem konstanten Gleichgewicht zur Alkoholkonzentration der Atemluft steht. Bei einem- bekannten Atemalkoholmeßgerät wird mit Beginn des Ausatmens ein Zeitglied gesetzt, welches nach Ablauf seiner Zeitkonstante das Meßgerät zur Messung der Alkoholkonzentration freigibt. Die Zeitkonstante des Zeitglieds ist so bemessen, daß bei kontinuierlichem Ausatmen die Totraumluft aus Mund und Rachen abgeatmet ist und die Messung an Alveolarluft durchgeführt werden kann. Hierbei werden jedoch physiologische Unterschiede zwischen den Menschen nur unzureichend berücksichtigt.The determination of the alcohol concentration of the blood by measuring the The alcohol concentration of the exhaled air assumes that the measurement is carried out on deep lung air (Alveolar air) is carried out, since the alcohol concentration is only related to the alveolar air of the blood in a constant equilibrium to the alcohol concentration in the breath stands. In a known breath alcohol measuring device, inhalation takes place at the beginning of exhalation Time element is set which, after its time constant has elapsed, the measuring device to measure the alcohol concentration releases. The time constant of the timer is dimensioned so that with continuous exhalation the dead space air from the mouth and Throat is exhaled and the measurement can be carried out on alveolar air. Here however, physiological differences between people become insufficient considered.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie auf konstruktiv einfache Weise ein den Alveolarluftanteil der Aus atemluft kennzeichnendes Steuersignal für ein Atemalkoholmeßgerät erzeugt werden kann.The object of the invention is to show a way on how to constructively simply a control signal characterizing the alveolar air content of the exhaled air can be generated for a breath alcohol meter.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: eine Fühlerstufe, welche auf etwa mit der menschlichen Pulsfrequenz auftretende Druckschwankungen der Ausatemluft oder auf etwa mit der menschlichen Pulsfrequenz auftretende Konzentrationsschwankungen einer Gaskomponente der Aus atemluft anspricht und ein der Amplitude dieser Druckschwankungen entsprechendes Signal erzeugt, einen ein Bezugssignal erzeugenden Bezugssignalgeber und eine das Steuersignal erzeugende Komparatorstufe, die das Signal der Fühlerstufe mit dem Bezugssignal vergleicht.The inventive solution to this problem is through the following features characterized: a sensor stage, which is approximately with the human pulse rate occurring pressure fluctuations of the exhaled air or on about with the human Pulse frequency occurring concentration fluctuations of a gas component of the off respiratory air responds and a corresponding to the amplitude of these pressure fluctuations Signal generated, a reference signal generator generating a reference signal and a das Control signal generating comparator stage, which the signal of the sensor stage with the Compares reference signal.
Der Erfindung liegt der physiologische Effekt zugrunde, daß dem Druck der Ausatemluft und der.Sonzentration eine Reihe von Gaskomponenten der Aus atemluft Druck-bzw. Konzentrationsschwankungen überlagert sind, deren Schwankungsamplitude im Verlauf des Ausatemvorgangs zunimmt. Derartige Druck- bzw. Konzentrationsschwankungen werden durch die Herzpulsation hervorgerufen und treten etwa mit der menschlichen Pulsfrequenz auf.The invention is based on the physiological effect that the pressure the exhaled air and the concentration of a number of gas components in the exhaled air Pressure or Concentration fluctuations are superimposed, their fluctuation amplitude increases in the course of the exhalation. Such fluctuations in pressure or concentration are caused by the heart pulsation and occur roughly with the human Pulse rate.
In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird ein der Schwankungsamplitude entsprechendes Signal erzeugt und mit einem Bezugssignal verglichen. Durch geeignete Wahl der Größe des Bezugssignals wird sichergestellt, daß Alveolarluft für die Messung zur Verfügung steht, wenn das Signal der Fühlerstufe den Wert des Bezugssignals erreicht.In the device according to the invention, one becomes the fluctuation amplitude corresponding signal generated and compared with a reference signal. Through suitable Choosing the size of the reference signal ensures that alveolar air is available for the measurement is available when the signal from the sensor stage exceeds the value of the reference signal achieved.
Die Fühlerstufe umfaßt bevorzugt einen im Strömungsweg eines Beatmungskanals des Atemalkoholmeßgeräts angeordneten Luftdruckfühler. In Strömungsrichtung hinter -dem Luftdruckfühler kann im Beatmungskanal eine Strömungsdrossel angeordnet sein, so daß der Druck im Beatmungskanal geringfügig erhöht wird, um Druckschwankungen besser erfassen zu können. Anstelle des Luftdruckfühlers kann die Fühlerstufe jedoch auch einen im Strömungsweg des Beatmungskanals angeordneten Co2-Fühler oder 02-Fühler aufweisen.The sensor stage preferably comprises one in the flow path of a ventilation duct the breath alcohol measuring device arranged air pressure sensor. Behind in the direction of flow -The air pressure sensor can be arranged in the ventilation duct, a flow throttle, so that the pressure in the ventilation duct is increased slightly to avoid pressure fluctuations to be able to grasp better. Instead of the air pressure sensor, however, the sensor level can also a Co2 sensor or O2 sensor arranged in the flow path of the ventilation duct exhibit.
Die Fühlerstufe spricht frequenzselektiv auf Druck- bzw.The sensor stage speaks frequency-selective to pressure resp.
Konzentrationsschwankungen an. Um dies zu erreichen, kann sie ein Filter aufweisen, dessen untere Durchlaßgrenzfrequenz etwa gleich der niedrigsten menschlichen Pulsfrequenz ist, uni Schwankungen des statischen Drucks zu eliminieren. Bei dem Filer kann es sich um ein Hochpaßfilter handeln; bevorzugt wird jedoch ein Bandpaßfilter benutzt, dessen Durchlaß-Frequenzbereich etwa zwischen o,7 und 1,8 Hz liegt.Fluctuations in concentration. To do this, she can use a Have filters, the lower cut-off frequency of which is approximately equal to the lowest human pulse rate is to eliminate fluctuations in static pressure. The filer can be a high-pass filter; however, one is preferred Bandpass filter is used, the pass frequency range between approximately 0.7 and 1.8 Hz lies.
Der Bezugssignalgeber kann so ausgebildet sein, daß er ein fest vorgegebenes, jedoch gegebenenfalls einstellbares Bezugssignal abgibt. Von wesentlicher Bedeutung sind jedoch Ausführungsformen, bei welchen der Bezugssignalgeber einen Maximalwertspeicher für ein der Schwankungsamplitude des Signals der Fühlerstufe entsprechendes Signal aufweist, wobei eine auf das Signal der Fühlerstufe ansprechende Lesesteuerung des Maximalwertspeicher gegen den Beginn des Ausatemvorgangs verzögert für einen Zeitraum begrenzter Dauer zum Lesen freigibt und im übrigen sperrt. Das in dem Naximalwertspeicher gespeicherte Bezugssignal ist damit von den physiologischen Gegebenenheiten abhängig, während das von der Komparatorstufe abgegebene Steuersignal frei von Fehlern aufgrund physiologischer Effekte ist. Da die Lesesteuerung den Maximalwertspeicher gegen den Beginn des Ausatemvorgangs verzögert zum Lesen freigibt, bleiben zu Beginn des Ausatemvorgangs auftretende Druck- bzw. Konzentrationsschwankungen außer Betracht. Der Lesezeitraum ist vorzugsweise so bemessen, daß er zumindest eine Halbperiode der Amplitudenschwankung des Signals der Fühlerstufe umfaßt.The reference signal transmitter can be designed in such a way that it has a fixed, predetermined, however, if necessary, emits an adjustable reference signal. Essential however, are embodiments in which the reference signal generator has a maximum value memory for a signal corresponding to the fluctuation amplitude of the signal of the sensor stage having one on the signal responsive to the sensor level Read control of the maximum value memory delayed towards the beginning of the exhalation process enables reading for a limited period of time and otherwise blocks. That The reference signal stored in the maximum value memory is therefore from the physiological Conditions dependent, while the control signal emitted by the comparator stage is free from errors due to physiological effects. Since the read control uses the Releases maximum value memory for reading with a delay towards the beginning of the exhalation process, there are fluctuations in pressure or concentration that occur at the beginning of the exhalation process disregarded. The reading period is preferably dimensioned so that it at least comprises a half period of the amplitude fluctuation of the signal of the sensor stage.
In einer besonders einfachen Ausführungsform weist die Lesesteuerung einen über einen Impulsformer an die Fühlerstufe angeschlossenen, die Zahl der Signalschwankungen zählenden Zähler auf, welcher an wenigstens einem Zählausgang für einen Zählerstand größer als eins ein Lese-Freigabesignal für den Maximalwertspeicher erzeugt. Auf diese Weise wird zumindest der durch den Anblasvorgang zu Beginn des Ausatmens von der Impulsformerstufe erzeugte erste Impuls unberücksichtigt gelassen und lediglich die Amplitude einer der nachfolgenden Amplitudenschwankungen in den Maximalwertspeicher eingelesen. Bei dem Zähler kann es sich um einen Dezimalzähler handeln, der das Lesefreigabesignal am Zählausgang des Zählerstands "2" erzeugt.In a particularly simple embodiment, the read control one connected to the sensor stage via a pulse shaper, the number of signal fluctuations counting counter, which is connected to at least one counter output for a counter reading greater than one generates a read enable signal for the maximum value memory. on this way, at least that caused by the blowing process at the beginning of the exhalation of the first pulse generated by the pulse shaper stage is ignored and only the amplitude of one of the following amplitude fluctuations in the maximum value memory read in. The counter can be a decimal counter that uses the Read release signal generated at the counter output of counter reading "2".
Das der Amplitudenschwankung proportionale Signal der Fühlerstufe kann dem Maximalwertspeicher bzw. der Komparatorstufe unmittelbar zugeführt werden, so daß die Komparatorstufe Amplitudenwerte dieses Signals miteinander vergleicht. Um zu verhindern, daß bei kurzzeitig auftretenden- Störimpulsen der Komparator eine Überschreitung des Bezugssignals feststellt, kann an die Fühlerstufe eine Impulsformerstufe angeschlossen sein, die das der Schwankungsamplitude entsprechende Signal der Fühler stufe in Rechteckmimpulse mit konstanter Amplitude und einer der Schwankungsamplitude entsprechenden Impulsbreite umwandelt, wobei dieKomparatorstufe und der Maximalwertspeicher über eine gemeinsame Integrationsstufe mit der Impulsformerstufe verbunden sind. Die Impulsformerstufe kann hierzu einen Komparator aufweisen, der abhängig von einem gegen-die -Schwankungsamplitude des Signals der Fühlerstufe vernachlässigbaren Schwellensignal zwischen zwei Ausgangsamplituden umschaltet. Die Impulsbreite ist hierbei im wesentlichen unabhängig von kurzzeitigen Störimpulsen, die während der erzeugten Rechteckimpulse auftreten.The signal of the sensor stage proportional to the amplitude fluctuation can be fed directly to the maximum value memory or the comparator stage, so that the comparator stage compares amplitude values of this signal with one another. To prevent at short-term interfering pulses the comparator detects that the reference signal has been exceeded can be sent to the sensor stage a pulse shaper must be connected, which corresponds to the fluctuation amplitude Signal from the sensor stage in square-wave pulses with constant amplitude and one of the Fluctuation amplitude converts corresponding pulse width, the comparator stage and the maximum value memory via a common integration stage with the pulse shaper stage are connected. For this purpose, the pulse shaper stage can have a comparator which depending on a negligible against-the-fluctuation amplitude of the signal of the sensor stage Threshold signal switches between two output amplitudes. The pulse width is here essentially independent of brief glitches that occur during the generated square-wave pulses occur.
Mit Hilfe der Integrationsstufe wird ein Signal erzeugt, dessen Amplitude proportional der Impulsbreite ist.With the help of the integration stage, a signal is generated whose amplitude is proportional to the pulse width.
Dieses. Signal wird, wie vorstehend erläutert, in dem Maximalwertspeicher gespeichert und nachfolgend mit dem gespeicherten Wert in der Komparatorstufe verglichen.This. Signal is, as explained above, in the maximum value memory stored and then compared with the stored value in the comparator stage.
Die Schwankungsamplitude des Signals der Fühlerstufe nimmt im Verlauf des Ausatemvorgangs zu. Um den Wert des dem Komparator zugeführten Signals mit dem im Maximalwertspeicher gespeicherten Wert direkt vergleichen zu können, muß entweder das dem Komparator zugeführte Signal um einen vorgegebenen. Anteilsfaktor geschwächt oder der im Maximalwertspeicher gespeicherte Wert um einen vorbestimmten Faktor verstärkt werden.The amplitude of fluctuation in the signal from the sensor stage increases over time of the exhalation. To compare the value of the signal fed to the comparator with the To be able to directly compare the value stored in the maximum value memory, either the signal fed to the comparator by a predetermined. Share factor weakened or the value stored in the maximum value memory by a predetermined factor be reinforced.
Die letztgenannte Möglichkeit wird bevorzugt, da hierzu der in aller Regel- ohnehin vorhandene Verstärker des Maximalwertspeichers mit ausgenutzt werden kann.The latter option is preferred because it is the most common As a rule, amplifiers of the maximum value memory that are already present can also be used can.
Um zu Fehlmessungen führende Atemmanipulationen des Probanden erfassen zu können, kann die Komparatorstufe einen Komparator aufweisen, an dessen Ausgang über ein UND-Gatter ein das Steuersignal erzeugende Flipflop angeschlossen ist, wobei das UND-Gatter die Koinzidenz des den Alveolarluftanteil kennzeichnenden Ausgangssignals des Komparators und eines eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit der Ausatemluft repräsentierenden Signals eines auf die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft ansprechenden Strömungsdetektors feststellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das den Alveolarluftanteil kennzeichnende Steuersignal nur dann erzeugt wird, wenn der Proband mit der Mindestströmungsgeschwindigkeit ausatmet.In order to record respiratory manipulations of the test person leading to incorrect measurements to be able to, the comparator stage can have a comparator at its output A flip-flop generating the control signal is connected via an AND gate, wherein the AND gate is the coincidence of the output signal characterizing the proportion of alveolar air of the comparator and a predetermined minimum speed of the exhaled air a signal representing the flow velocity of the exhaled air responsive flow detector detects. This ensures that that the control signal characterizing the alveolar air portion is only generated when the subject exhales at the minimum flow rate.
Der Proband kann beispielsweise die Ausatmung kurzfristig absetzen oder aber versuchen, durch pulsierende Atmung den Meßablauf zu manipulieren, bevor das Flipflop das den Alveolarluftanteil kennzeichnende Steuersignal erzeugt. Um dies zu verhindern, kann der Setzeingang eines zweiten Flipflops über ein Differenzierglied an den Strömungsdetektor angeschlossen sein, wobei der Rücksetzeingang des zweiten Flipflops mit dem Steuersignalausgang des erstgenannten Flipflops verbunden ist. Das zweite Flipflop und der Strömungsdetektor sind ferner mit einer Koinzidenz stufe verbunden, die bei Koinzidenz des ab Beginn des Ausatmens erzeugten Signals des zweiten Flipflops und des bei Unterschreiten der vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit erzeugten Signals des Strömungsdetektors ein Fehlersignal abgibt. Das Fehlersignal kann eine Anzeigeeinrichtung auslösen oder auch den Lesebetrieb des Maximalwertspeichers sperren. Zur Speicherung des Fehlersignals kann gegebenenfalls ein drittes Flipflop vorgesehen sein.The test person can, for example, stop exhaling for a short time or try to manipulate the measuring process by pulsating breathing before the flip-flop generates the control signal characterizing the proportion of alveolar air. Around This can be prevented by the set input of a second flip-flop via a differentiator be connected to the flow detector, the reset input of the second Flip-flops is connected to the control signal output of the first-mentioned flip-flop. The second flip-flop and the flow detector are also stage with a coincidence connected, the coincidence of the signal generated from the beginning of exhalation of the second flip-flops and when falling below the predetermined minimum speed generated signal of the flow detector emits an error signal. The error signal can trigger a display device or the read mode of the maximum value memory lock. A third flip-flop can optionally be used to store the error signal be provided.
Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 ein schematisches Diagramm des Drucks der Ausatemluft im Beatmungskanal eines Atemalkoholmeßgeräts, abhängig von der Zeit; Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Atemalkoholmeßgeräts mit einer ersten Ausführungsform einer Steuerung; Fig. 3 und 4 den zeitlichen Verlauf von an unterschiedlichen Stellen der Schaltung nach Fig. 2 auftretenden Signalen; Fig. 5 eine in der Schaltung nach Fig. 2 verwendbare Schaltungsvariante und Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der C02-Konzentration und der 02-Konzentration in der Aus atemluft im Verlauf eines Atemzugs.In the following, embodiments of the invention will be based on Drawings are explained in more detail. It shows: Fig. 1 a schematic diagram the pressure of the exhaled air in the ventilation duct of a breath alcohol measuring device from the time; 2 shows a block diagram of a breath alcohol measuring device with a first one Embodiment of a controller; 3 and 4 show the course over time of different ones Set the circuit of Figure 2 occurring signals; Fig. 5 shows one in the circuit according to FIG. 2 usable circuit variant and FIG. 6 the time course of the C02 concentration and the 02 concentration in the exhaled air in the course of a Breath.
Fig. 1 zeigt für denAusatemvorgang den Luftdruck p abhängig von der Zeit t. Der Luftdruck der Ausatemluft steigt zu Beginn des Ausatemvorgangs an und fällt am Ende des Ausatemvorgangs wieder ab. Aufgrund der Volumenpulsation des Herzens ist dem Luftdruck der Ausatemluft eine periodische Druckschwankung mit der Pulsfrequenz des Herzens überlagert. Da das Luftvolumen in der Lunge sich im Verlauf des Ausatemvorgangs verringertr die Volumenpulsation des Herzens jedoch näherungsweise konstant bleibt, nimmt die Amplitude der überlagerten Druckschwankung im Verlauf des Ausatemvorgangs zu. Dieser physiologische Effekt ist in Fig. 1 durch zwei gestrichelt eingezeichnete Einhüllende der Druck- schwankung verdeutlicht.Fig. 1 shows the air pressure p as a function of the exhalation process Time t. The air pressure of the exhaled air increases at the beginning of the exhalation process and drops again at the end of the exhalation process. Due to the volume pulsation of the heart the air pressure of the exhaled air is a periodic pressure fluctuation with the pulse frequency of the heart superimposed. Because the volume of air in the lungs increases as you exhale reduces the volume pulsation of the heart but remains approximately constant, takes the amplitude of the superimposed pressure fluctuation in the course of the exhalation process to. This physiological effect is shown in Fig. 1 by two dashed lines Envelope of the pressure fluctuation illustrated.
Die Blutalkoholkonzentration kann durch Messen der Atemalkoholkonzentration bestimmt werden, wenn sichergestellt ist, daß die Messung an tiefer Lungenluft (Alveolarluft) erfolgt. Für Alveolarluft steht die Alkoholkonzentration der Atemluft in einem konstanten, stets yleichbleibenden Verhältnis zur Alkoholkonzentration des Bluts. Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Atemalkoholmeßgeräts, dessen Steuerung den vorstehend anhand der Fig. 1 erläuterten physiologischen Effekt zur Kennzeichnung des Alveolarluftanteils ausnutzt. Der Proband, dessen Atemalkoholkonzentration bestimmt werden soll, atmet in Richtung eines Pfeils 1 in einen Beatmungskanal 3 ab. In dem Beatmungskanal 3 ist ein Alkoholsensor 5 angeordnet, der über einen Analog/ Digital-Wandler 7 an eine digitale Maximalwert-Anzeigeeinrichtung 9 angeschlossen ist. Die Maximalwert-Anzeigeeinrichtung 9 umfaßt einen nicht näher dargestellten Maximalwertspeicher, der im Verlauf des Ausatemvorgangs den maximalen Wert der Atemalkoholkonzentration ermittelt und speichert, sowie ein ebenfalls nicht näher dargestelltes hell/dunkel-steuerbares Anzeigegerät zur visuellen Anzeige des gespeicherten Werts der Alkoholkonzentration. Das Anzeigegerät ist im Normalzustand dunkel-gesteuert und wird von der nachfolgend näher erläuterten Steuerung hell-gesteuert, wenn die Messung als richtig erkannt wird.The blood alcohol concentration can be determined by measuring the breath alcohol concentration can be determined if it is certain that the measurement in deep lung air (alveolar air) he follows. For alveolar air, the alcohol concentration in the breath is constant, constant relation to the alcohol concentration in the blood. Fig. 2 shows the circuit diagram of a breath alcohol meter, the control of which is based on the above the physiological effect explained in FIG. 1 for characterizing the alveolar air fraction exploits. The subject whose breath alcohol concentration is to be determined is breathing in the direction of an arrow 1 into a ventilation duct 3. In ventilation channel 3 an alcohol sensor 5 is arranged, which via an analog / digital converter 7 on a digital maximum value display device 9 is connected. The maximum value display device 9 includes a maximum value memory not shown in detail, which in the course of The exhalation process determines and saves the maximum value of the breath alcohol concentration, as well as a light / dark controllable display device, also not shown in detail for visual display of the stored value of the alcohol concentration. The display device is dark-controlled in the normal state and is explained in more detail below Control light-controlled if the measurement is recognized as correct.
Der Beatmungskanal 3 enthält eine Strömungsdrossel 11, die der Ausatemströmung einen geringen Strömungswiderstand entgegensetzt. In Strömungsrichtung oberhalb der Strömungsdrossel 11 enthält der Beatmungskanal 3 einen Luftdruckfühler 13, der den Luftdruck der Ausatemluft mißt. Das Ausgangssignal des Luftdruckfühlers 13 ist proportional dem in Fig. 1 dargestellten zeitlichen Luftdruckverlauf. An den Luftdruckfühler 13 ist ein Bandpaßfilter 15 mit einer unteren Durchlaß-Grenzfrequenz von °r7 Hz- und einer oberen Durchlaß-Grenzfrequenz von 1,8 Hz angeschlossen. Dieser Durchlaßfrequenzbereich entspricht etwa dem Bereich menschlicher Pulsfrequenzen. Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausgangssignal U1 des Bandpaßfilters 15 umfaßt abgesehen von einer Störung 17 zu Beginn des Ausatemvorgangs und gegebenenfalls einer weiteren Störung am Ende des Ausatemvorgangs lediglich ein periodisch schwankendes Signal 19-, dessen Schwankungsamplitude entsprechend der Druckschwankung des Ausatemluftdrucks mit der Zeit t zunimmt. Das Signal U1 wird dem nicht invertierenden Eingang (+) eines Komparators 21 zugeführt, - der es mit einem Bezugssignal vergleicht, das an seinem invertierenden Eingang (-) anliegt. Die Größe des Bezugssignals ist so bemessen, daß mit Sicherheit Alveolarluft abgeatmet wird, wenn der Wert des Signals U1 den Wert des Bezugssignals überschreitet. Der Komparator 21 gibt in diesem Fall ein "1"-Signal ab, welches über ein UND-Gatter 23 ein Flipflop 25 setzt. Der bei gesetztem Flipflop 25 auf "O"-Pegel sich befindende Q-Ausgang des Flipflops 25 steuert die Maximalwert-Anzeigeeinrichtung 9 hell. Das Flipflop 25 speichert somit die den Alveolarluftanteil kennzeichnende und damit die Gültigkeit der Alkoholmessung repräsentierende Information. An den a-Ausgangdes Flipflops 25 ist eine Signalleuchte 27 angeschlossen, die bei gesetztem Flipflop 25 auf leuchtet und hierdurch den Zustand "Messung richtig" kennzeichnet.The ventilation duct 3 contains a flow throttle 11, the expiratory flow opposed a low flow resistance. Above in the direction of flow the flow throttle 11 contains the ventilation duct 3 an air pressure sensor 13, the measures the air pressure of the exhaled air. The output signal of the air pressure sensor 13 is proportional to the time shown in Fig. 1 Air pressure curve. To the air pressure sensor 13 is a bandpass filter 15 with a lower cut-off frequency of ° r7 Hz and an upper cut-off frequency of 1.8 Hz. This Pass frequency range corresponds roughly to the range of human pulse frequencies. The output signal U1 of the bandpass filter 15 shown schematically in FIG. 3 comprises apart from a disturbance 17 at the beginning of the exhalation process and possibly a further disturbance at the end of the exhalation process only a periodically fluctuating Signal 19-, the fluctuation amplitude of which corresponds to the pressure fluctuation of the exhaled air pressure increases with time t. The signal U1 is applied to the non-inverting input (+) a comparator 21 - which compares it with a reference signal which is applied to its inverting input (-). The size of the reference signal is like this measure that alveolar air is exhaled with certainty if the value of the signal U1 exceeds the value of the reference signal. The comparator 21 is in this case a "1" signal, which sets a flip-flop 25 via an AND gate 23. The at With the flip-flop 25 set to "O" level, the Q output of the flip-flop 25 controls the maximum value display device 9 bright. The flip-flop 25 thus stores the Alveolar air percentage characterizing and thus representing the validity of the alcohol measurement Information. A signal light 27 is connected to the a output of the flip-flop 25, which lights up when the flip-flop 25 is set and thereby the status "measurement correct" indicates.
Das Bezugssignal wird aus einem Maximalwertspeicher 29 zugeführt, dessen Leseeingang über einen Analogsignalschalter 31 an den Ausgang des Bandpaßfilters 15 angeschlossen ist. Der Analogsignalschalter 31 ist normalerweise geöffnet und wird nach Abklingen des zu Beginn des Ausatemvorgangs auftretenden Störsignals 17 (Fig. 3) für einen begrenzten Zeitraum geschlossen, so daß der tatsächliche Wert der Schwankungsamplitude einer oder mehrerer Perioden des Signals 19 als Bezugssignal in den Maximalwert speicher 29 eingelesen werden kann. Der Maximalwertspeicher 29 enthält einen Verstärker, der den eingelesenen Wert der Schwankungsamplitude um einen gleichbleibenden Faktor, beispielsweise von 4 bis 5, verstärkt. Das Ausgangssignal des Maximalwertspeichers 29 kann somit unmittelbar mit dem Signal U1 des Bandpaßfilters 15 verglichen werden.The reference signal is supplied from a maximum value memory 29, its read input via an analog signal switch 31 to the output of the bandpass filter 15 is connected. The analog signal switch 31 is normally open and will after subsiding at the beginning of the exhalation occurring Interference signal 17 (Fig. 3) closed for a limited period of time, so that the actual Value of the fluctuation amplitude of one or more periods of the signal 19 as a reference signal can be read into the maximum value memory 29. The maximum value memory 29 contains an amplifier that converts the read-in value of the fluctuation amplitude a constant factor, for example from 4 to 5, is increased. The output signal of the maximum value memory 29 can thus directly with the signal U1 of the bandpass filter 15 can be compared.
-Alternativ kann in die vom Bandpaßfilter 15 zum nicht invertierenden Eingang des Komparators 21 führende Leitung ein Dämpfungsglied geschaltet sein. Um zu verhindern, daß der Komparator 21 bereits auf das Störsignal 17 anspricht, kann vor Beginn der Messung ein Signal ausreichender Größe in den Maximalwertspeicher 29 eingeschrieben werden.-Alternatively, in the band pass filter 15 to the non-inverting Input of the comparator 21 leading line can be connected to an attenuator. In order to prevent the comparator 21 already responding to the interference signal 17, Before starting the measurement, a signal of sufficient size can be stored in the maximum value memory 29 can be enrolled.
Der Analogsignalschalter 31 wird von einem Dezimalzähler 33 gesteuert, dessen Zähleingang über eine Impulsformerstufe 35 an den Ausgang des Bandpaßfilters 15 angeschlossen ist. Die Impulsformerstufe 35 besteht beispielsweise aus einer im Sättigungsbetrieb arbeitenden Komparatorschaltung, welche das Ausgangssignal U1 des Bandpaßfilters 15 mit einer vergleichsweise kleinen Bezugsspannung vergleicht. Die Impulsformerstufe 35 erzeugt damit das in Fig. 4 dargestellte Rechteckimpulssignal U2, dessen Impulse konstante Amplitude haben, deren Breite sich jedoch abhängig von der Schwankungsamplitude des Signals U1 (Fig. 3) ändert. Der Dezimalzähler 33 wird durch die Impulse der Impulsformerstufe 35 fortgezählt. Der Steuereingang des Analogsignalschalters 31 ist über ein ODER-Gatter 37 an den Dezimalzählerausgang "2" des Dezimal- zählers 33 angeschlossen, so daß der Analogsignalschalter 31 vom zweiten Impuls der Impulsformerstufe 35 geschlossen und vom dritten Impuls wieder geöffnet wird.The analog signal switch 31 is controlled by a decimal counter 33, its counting input via a pulse shaper stage 35 to the output of the bandpass filter 15 is connected. The pulse shaper stage 35 consists, for example, of one in the saturation operating comparator circuit, which the output signal U1 of the bandpass filter 15 compares with a comparatively small reference voltage. The pulse shaping stage 35 thus generates the square-wave pulse signal shown in FIG U2, whose pulses have a constant amplitude, but whose width is dependent on the fluctuation amplitude of the signal U1 (Fig. 3) changes. The decimal counter 33 is counted up by the pulses of the pulse shaper stage 35. The control input of the Analog signal switch 31 is connected to the decimal counter output via an OR gate 37 "2" of the decimal counter 33 connected so that the analog signal switch 31 closed by the second pulse of the pulse shaper stage 35 and by the third pulse is opened again.
Der Maximalwertspeicher 29 speichert somit den maxirr.alen Amplitudenwert des zwischen diesen beiden Impulsen auftretenden Signals U1. Der dem Störsignal 17 (Fig. 3) entsprechende erste Impuls der Impulsformerstufe- 35 wird auf diese Weise ausgeblendet.The maximum value memory 29 thus stores the maximum amplitude value of the signal U1 occurring between these two pulses. The interfering signal 17 (Fig. 3) corresponding first pulse of the pulse shaper stage 35 is on this Way hidden.
Der Proband könnte versuchen, durch Atemmanipulationen Druckschwankungen der Ausatemluft zu simulieren, was zu Fehlmessungen führen würde. Um dem vorzubeugen, ist in dem Beatmungskanal 3 ein Strömungssensor, beispielsweise in Form eines geheizten, der Atemluftströmung ausgesetzten Heißleiters angeordnet, der ein der Strömungsgeschwindigkeit entsprechendes Signal abgibt. An den Strömungssensor 39 ist eine Schwellwertstufe 41 angeschlossen, die ein '21"-Signal abgibt, wenn das Signal des Strömungssensors und damit die Strömungsgeschwindigkeit über einem vorgegebenen Wert liegt. Der Ausgang der Schwellwertstufe 41 ist mit dem UND-Gatter 23 verbunden, womit das Flipflop 25 lediglich dann gesetzt wird, wenn sowohl der Komparator 21 das den Alveolarluftanteil der Aus atemluft kennzeichnende Signal abgibt, als auch die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft über dem vorgegebenen Mindestwert liegt. Ferner sind Vorkehrungen getroffen, um erkennen zu können, ob der Proband die Ausatmung kurzfristig absetzt oder versucht, durch pulsierende Atmung denMeßablauf zu manipulieren, bevor der Komparator 21 das den Alveolarluftanteil kennzeichnende Signal abgegeben hat. Hierzu ist der Setzeingang S eines Flipflops 43 über ein zum Beispiel aus einem Serienkondensator 45 und einem Querwiderstand 47bestehendes Differenzierglied 49 an den Ausgang der Schwellwertstufe 41 angeschlossen. Das Flipflop 43 wird damit gesetzt, wenn die Ausatemströ- mung zum ersten Mal den vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Der Rücksetzeingang R des Flipflops 43 ist mit dem Ausgang Q des Flipflops 25 verbunden, womit-das rlipflop 43 zurückgesetzt wird, sobald der Komparator 21 über das den Alveolarluftanteil kennzeichnende Signal das Flipflop 25 setzt. Mittels eines UND-Gatters 51, welches it seinem einen Eingang 51 an den Q-Ausgang des Flipflops 43 und mit seinem anderen Ausgang über einen Inverter 53 an den Ausgang der Schwellwertstufe 41 angeschlossen ist, wird erfaßt, ob die Strömungsgeschwindigkeit nach dem erstmaligen Überschreiten des Mindestwerts wieder unter den Mindestwert absinkt, bevor das den Alveolarluftanteil kennzeichnende Signal am Ausgang des Flipflops 25 auftritt. Das bei dieser Bedingung am Ausgang des UND-Gatters 51 auftretende "1"-Signal setzt ein Flipflop 55, an dessen Q-Ausgang eine die Information "Messung falsch" anzeigende Signalleuchte 57 angeschlossen ist. Das bei "Messung falsch" auftretende Signal des Q-Ausgangs des Flipflops 55 hält über das ODER-Gatter 37 den Analogsignalschalter 31 unabhängig vom Zählerstand des Dezimalzählers 33 geschlossen. Dadurch wird ein zu Beginn vor der Manipulation richtig eingeschriebener Amplitudenwert durch die folgenden höheren Amplitudenwerte überschrieben. Da aber eine "Richtig"-Erkennung nur erfolgen kann, wenn am "+Eingang des Komparators 21 ein mindestens um den Verstärkungsfaktor des analogen Maximalwertspeichers 29, d. h. ein um den Faktor 4 bis 5 höheres Signal anliegen muß, als im Maximalwertspeicher 29 gespeichert ist, kann während dieses Meßzyklus kein "Richtig"-Signal mehr erzielt werden. Die Flipflops 25 und 55 sowie der Zähler 33 werden zu Seginn der Messung über in nicht näher erläuterter Weise ihren Rücksetzeingängen R zugeführte Signale rückgesetzt, ebenso kann der Maximalwertspeicher 29 auf einen geeigneten Anfangswert voreingestellt werden.The test person could try to control pressure fluctuations by manipulating the breath to simulate the exhaled air, which would lead to incorrect measurements. To prevent this is in the ventilation duct 3 a flow sensor, for example in the form of a heated, The thermistor exposed to the breathing air flow is arranged, the one of the flow velocity emits the corresponding signal. A threshold value stage is applied to the flow sensor 39 41 connected, which emits a '21 'signal when the signal from the flow sensor and thus the flow velocity is above a predetermined value. The exit the threshold stage 41 is connected to the AND gate 23, whereby the flip-flop 25 is only set if both the comparator 21 and the alveolar air proportion which emits a signal identifying the exhaled air, as well as the flow velocity the exhaled air is above the specified minimum value. There are also precautions taken in order to be able to recognize whether the subject stops exhaling for a short time or tries to manipulate the measuring process by pulsating breathing before the Comparator 21 has emitted the signal characterizing the alveolar air fraction. For this is the set input S of a flip-flop 43 via a series capacitor, for example 45 and a transverse resistor 47 existing differentiating element 49 to the output of Threshold level 41 connected. The flip-flop 43 is set when the Exhalation flow measurement exceeds the specified minimum value for the first time. The reset input R of the flip-flop 43 is connected to the output Q of the flip-flop 25, whereby the rlipflop 43 is reset as soon as the comparator 21 has the Alveolar air percentage signal that sets flip-flop 25. Using an AND gate 51, which it has one input 51 to the Q output of the flip-flop 43 and with its other output via an inverter 53 to the output of the threshold stage 41 is connected, it is detected whether the flow rate after the first Exceeding the minimum value falls below the minimum value again before the Alveolar air component characterizing signal occurs at the output of the flip-flop 25. That in this condition at the output of the AND gate 51, the "1" signal is set a flip-flop 55, at the Q output of which the information "incorrect measurement" is displayed Signal light 57 is connected. The signal that occurs in the event of "incorrect measurement" of the Q output of the flip-flop 55 holds the analog signal switch via the OR gate 37 31 closed regardless of the count of the decimal counter 33. This becomes a at the beginning before the manipulation correctly written amplitude value by the the following higher amplitude values are overwritten. But there is a "correct" recognition can only take place if at least the gain factor at the "+" input of the comparator 21 of the analog maximum value memory 29, d. H. a signal that is 4 to 5 times higher must be present than is stored in the maximum value memory 29, can during this Measurement cycle, no "correct" signal can be achieved. The flip-flops 25 and 55 as well the counter 33 are used to start the measurement in a manner that is not explained in detail signals fed to their reset inputs R are reset, as can the maximum value memory 29 can be preset to a suitable initial value.
Fig. 5 zeigt ein Detail einer anderen Ausführungsform der Steuerung, die in dem Atemalkoholmeßgerät nach Fig. 2 alternativ benutzt werden kann. Gleichwirkence Teile sind mit um die Zahl 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet. Zur näheren Erläuterung wird deshalb auf die Beschreibung der Fig. 2 Bezug genommen.Fig. 5 shows a detail of another embodiment of the control, the ones in the breath alcohol meter Fig. 2 can be used alternatively can. Identical parts are denoted by reference numbers increased by 100. Reference is therefore made to the description of FIG. 2 for a more detailed explanation.
Die Schaltungsvariante betrifft wiederum die Kennzeichnung des Alveolarluftanteils und umfaßt einen Luftdruckfühler 113, anoden ein Bandpaßfilter 115 sowie eine Impulsformerstufe 135 angeschlossen ist. An den invertierenden Eingang (-) eines Komparators 1-21 ist ein Maximalwertspeicher 129 angeschlossen, dessen Leseeingang mittels eines Analogsignalschalters 131 freigegebenbzw. gesperrt wird. Der Analogsignalschalter 131 wird entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 von einem die Impulse der Impulsformerstufe 135 zählenden Dezimalzähler 141 gesteuert, wobei der Steuereingang des Analogsignalschalters 131 an- den Dezimalzählausgang "2" des Dezimalzählers 141 angeschlossen ist.The circuit variant in turn relates to the identification of the alveolar air fraction and comprises an air pressure sensor 113, anodes a band pass filter 115 and a pulse shaper stage 135 is connected. To the inverting input (-) of a comparator 1-21 a maximum value memory 129 is connected, the read input of which by means of a Analog signal switch 131 enabled or is blocked. The analog signal switch 131 is according to the embodiment of FIG. 2 of one of the pulses of Pulse shaper 135 counting decimal counter 141 controlled, the control input of the analog signal switch 131 to the decimal counter output "2" of the decimal counter 141 is connected.
Die Impulsformerstufe 135 erzeugt ähnlich der Impulsformerstufe 35 der Ausführungsform nach Fig. 2 Impulse konstanter Amplitude, deren Impulsbreite abhängig von der Amplitude des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 115 ist. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 2 vergleicht der Komparator 121 jedoch nicht die Amplituden des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 115, sondern der Impulsbreite der von der Impulsformerstufe 135 abgegebenen Impulse entsprechende Signale. An die Impulsformerstufe 135 ist zu diesem Zweck eine Integrationsstufe 161 angeschlossen, die zu Beginn jedes der Impulse der Impulsformerstufe 135rücksetzbar ist.The pulse shaper stage 135 generates similarly to the pulse shaper stage 35 the embodiment of FIG. 2 pulses of constant amplitude, the pulse width is dependent on the amplitude of the output signal of the bandpass filter 115. In contrast in relation to the embodiment according to FIG. 2, however, the comparator 121 does not compare the amplitudes of the output signal of the bandpass filter 115, but the pulse width of the Pulse shaper 135 emitted pulses corresponding signals. To the pulse shaper stage 135 an integration stage 161 is connected for this purpose, which at the beginning each of the pulses of the pulse shaper stage 135 can be reset.
Da die Impulse konstante Amplitude haben, ist das Ausgangssignal der Integrationsstufe 161 bei Impulsende proportional der Impulsbreite. Das Ausgangssignal der Integrationsstufe 161 wird über den Analogsignalschalter 131 dem Maximalwertspeicher 129 sowie dem nicht invertierenden Eingang (+) des Komparators 121.zugeführt.Since the pulses have constant amplitude, the output signal is the Integration stage 161 at the end of the pulse proportional to the pulse width. The output signal of the integration stage 161 becomes the maximum value memory via the analog signal switch 131 129 as well as not inverting input (+) of the comparator 121th delivered.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen wurden zur Kennzeichnung des Alveolarluftanteils Luftdruckschwankungen der Ausatemluft gemessen und ausgewertet. Ähnliche periodische Änderungen treten auch in der Konzentration von Gaskomponenten der Ausatemlu-ft, insbesondere der C02-Konzentration, aber auch der 02 Konzentration auf. Der C02-Konzentration ist, wie Fig. 6 strichpunktiert zeigt, nach einem anfänglichen relativ starken Anstieg eine mit der Pulsfrequenz auftretende, periodische Zunahme überlagert. Die °2-Konzentration nimmt nach Beginn des Ausatmens relativ stark ab und zeigt im weiteren Verlauf des Ausatemvorgangs ebenfalls eine überlagerte pulsfrequente Amplitudenänderung. Die periodischen Änderungen der 002-Konzentration und der 02-Konzentration sind auf die Blutpulsation der Lunge zurückzuführen. Die Schwankungen der C02-Konzentration und der 02-Konzentration können mit den vorstehend erläuterten Schaltungen erfaßt werden, sofern anstelle der Druckluftfühler 13 bzw. 113 geeignete C02-Sensoren oder 02-Sensoren benutzt werden.In the embodiments explained above, for identification purposes of the proportion of alveolar air, air pressure fluctuations in the exhaled air are measured and evaluated. Similar periodic changes also occur in the concentration of gas components the exhaled air, especially the C02 concentration, but also the 02 concentration on. The CO 2 concentration is, as FIG. 6 shows, dash-dotted lines, after an initial relatively strong increase a periodic increase occurring with the pulse rate superimposed. The ° 2 concentration decreases relatively sharply after the beginning of exhalation and also shows a superimposed pulse frequency in the further course of the exhalation process Change in amplitude. The periodic changes in the 002 concentration and the 02 concentration are due to the pulsation of the blood in the lungs. The fluctuations in the CO2 concentration and the O 2 concentration can be detected with the circuits explained above if, instead of the compressed air sensors 13 or 113, suitable C02 sensors or 02 sensors can be used.
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