一种用于预防酒驾新型呼气酒精检测仪的研究
摘要：
为驾驶员开发了一种新型呼气酒精检测仪。检测器不需要吹嘴，因为驾驶员的呼吸样本被检测器的电动吸风扇捕获。使用与酒精含量同时测量的驾驶员呼气呼吸的氧气水平，通过酒精浓度的校准极大地减少了驾驶员呼气任意稀释的影响。与当前呼气酒精检测器相比，该检测器能够快速轻松地测量呼气酒精浓度，这需要通过吹嘴吹气。在醉酒的受试者的实验中已经证明了很高的准确性。
发表于：车载电子和安全，2008. 2008年ICVES IEEE国际会议
第一节
介绍
在日本，自2002年修订“道路交通法”以来，酒后驾驶造成的一些致命事故开始减少。此外，由于安全性的提高，2007年由酒后驾驶造成的致命事故大大减少意识和对酒后驾驶的定罪的严厉处罚（DUI），这是在2006年日本福冈三名婴儿死亡的悲惨事故后开始的。
然而，2007年，因酒后驾车造成的致命事故仍占整体死亡事故的8％以上，故DUI造成的事故死亡率仍高于其他交通事故的9.4倍[。因此，需要采取更广泛的方法来预防酒后驾驶。
此外，在美国，2004年有100万人因DUI被捕。此外，由于与酒精有关的机动车事故造成16,694人死亡，酒精相关机动车死亡人数占所有机动车辆的39％相关的死亡[3]。在美国的大多数州，呼吸酒精点火联锁装置（BAIID）已用于DUI罪犯十多年，并且在减少DUI再犯方面已经发现了一定的效果。 BAIID是一种呼气酒精测试技术，可用于评估血液酒精浓度（BAC）。 BAIID是一种硬件连接到车辆点火电路的设备，可防止车辆启动，直到呼气样品发出，并且发现乙醇含量分析结果低于设定的极限值。每次驾驶员试图启动车辆时，驾驶员都必须深呼吸，并通过喉舌将长时间硬呼吸样品吹入酒精检测器。目前的联锁是二级联锁，这是执行DUI进攻。另一方面，无论先前的驾驶历史如何，都为所有用户设计了主联锁。因此，作为主要的互锁装置，不仅要求准确性，而且要求方便 - 只需很少的努力或浪费时间就能进行酒评估。
这项研究的目标是开发一种设备，作为主要互锁功能足够和不显眼。为此目的，已经研究了一种呼吸式酒精检测器，其不需要通过吹口长时间地将检测器吹向检测器。测量的准确性通过对醉酒对象的实验来验证。
第二节
方法
A.呼吸式酒精检测仪的结构和问题
目前使用的互锁装置需要通过吹嘴吹气，但由于两种限制，在便利性方面存在限制：
1.喉舌的要求。
2.要求持续5秒以上的长时间猛吹。
要求1）对于防止呼气被环境空气稀释并使呼气肯定到达探测器是必要的。
要求2）对于从肺部，肺泡空气深处获得呼出空气样品是必要的，这对于精确估计BAC是必需的。由于气体与血液交换，呼气酒精浓度（BrAC）与肺泡中的BAC相关。由于呼出空气是残留在气道中的肺泡空气和气管空气的混合物，因此BAC的准确估计需要空气样本深入肺部，因此驾驶员必须深呼吸并吹出长而硬的呼出空气。
图1显示了一种新型呼气酒精检测仪的示意图，该呼吸酒精检测仪是一种不带吹口的呼吸型酒精检测仪。它由一个电动吸风扇，一个酒精传感器和一个安装在立方体金属外壳上的氧气传感器组成，并带有空气通道。为了测量呼吸酒精浓度，驾驶员呼气到探测器1-2秒。驾驶员的呼吸样本被捕获，并通过电动吸风扇通过风洞到达传感器。使用氧化锡半导体醇传感器和限流型氧化锆固体电解质氧传感器。这些传感器通过A / D转换器连接到个人计算机，如图2所示。
呼吸方法中最重要的问题是，即使由于前面提到的两个限制而导致呼气中的酒精浓度不变，酒精传感器输出也会波动。由于呼气样本（肺泡空气）被环境空气稀释，有必要对测得的酒精传感器水平进行校准，以便估计的呼气酒精浓度不受稀释比率的影响。
B.校准方法
在呼吸式酒精检测仪中，为了校正用环境空气稀释后用酒精传感器测量的酒精（乙醇）水平，驾驶员呼吸的氧气水平与酒精含量同时测量。由于气体交换，肺中的氧气浓度几乎不变，已知人体呼气的氧气水平在760毫米汞柱时约为15％ - 氧气分压（PO2）在呼气时为115毫米汞柱，约70 ％来自肺泡空气（PO2 = 100 mmHg），30％来自气管空气（PO2 = 150 mmHg）[4]，而环境空气氧含量约为20％。
其中，[O2]呼吸是呼气中的氧气浓度，[O2]碱是环境空气中的氧气浓度，[O2]峰值是用稀释后的氧气传感器测量的氧气浓度降低的峰值与周围的空气
如上所述，已知呼气中的氧浓度（[O2]呼吸）在760mmHg时约为15％，因此呼气中的乙醇浓度（[EtOH]呼吸）可以通过以下方式计算：1）乙醇传感器测量，它由环境空气水平（[EtOH]碱）和峰值水平（[EtOH]峰）组成;和2）由环境空气水平（[O2]基准）和峰值水平（[O2]峰值）组成的氧气传感器测量。
使用图2所示的建议系统，呼气乙醇浓度的计算在呼气到检测器之后3秒内完成。
而且，即使在呼吸未被稀释的情况下（3）也适用，在当前呼气酒精检测器需要通过吹口吹气的情况下。在这种情况下，（3）变成（4），因为（[O2]呼吸 - [O2]碱基）等于（[O2]峰值] - [O2]碱基）。
也就是说，（3）适用于任何呼吸稀释率，包括呼吸未稀释的情况。
Taguchi等人（1994）报道了一种类似的校准方法，使用湿度传感器测量的呼吸中的水蒸汽水平而不是氧气水平[5]。使用氧气水平代替水蒸汽水平有一些优点。首先，呼吸中的氧气成分即使在非常低的温度条件下也能够到达检测器。其次，车辆中的环境氧气水平比环境湿度水平具有更好的稳定性。因此，预计氧气水平校准方法比水蒸气水平方法具有更好的准确性。
C.实验证明
吸入型酒精检测器的实验验证是在醉酒者的呼吸下进行的。 36名健康男性和14名23-61岁健康女性（50名受试者，平均年龄39.3岁）参加了实验;所有受试者都事先对皮肤进行了乙醇测试（ASK Non-profit Corporation），以检查饮酒的安全性。他们被告知研究的目的，并表示同意参加。
实验过程如下。受试者在吃零食时喝了大约两个小时的酒精饮料。他们在饮酒前每隔大约15厘米的距离呼出酒精探测器2-3秒，每饮用30分钟;每个科目进行了五次测量。他们被告知停止饮酒，等待10分钟后再呼气，以确保口含酒精已经消散。他们还呼入气体采样袋（Tedlar Bag，由聚氟乙烯制造，GL Sciences Inc.）中，采用Agilent Technologies 6890GC气相色谱仪测定取样袋中呼气的乙醇浓度作为准确度乙醇浓度的呼气。此外，为了将检测性能与当前的呼气酒精检测器进行比较，还使用带有吹嘴（ACS ALERT J4X.ec）的电化学（燃料电池）型检测器测量呼气酒精浓度。建议的呼吸型酒精检测仪的测量准确度通过统计学方法使用SPSS 13.0软件包进行估算。
第三节。
结果
图3显示了酒精传感器和氧气传感器的响应曲线的一个例子。由于呼气时间为2-3秒，酒精传感器输出增加，氧气传感器输出暂时降低。
图4示出了来自50名受试者的250次测量的气相色谱分析和酒精传感器输出之间的相关性，以及图5示出了气相色谱分析和用呼吸样品中的氧校准的酒精传感器输出之间的相关性， 250次测量。如图4所示，由酒精传感器输出计算的酒精浓度与由气相色谱法测得的乙醇浓度没有足够的相关性，相关系数（r）= 0.672，因为呼气被任意的环境空气稀释。相比之下，图5显示用呼吸氧校准的酒精浓度与通过气相色谱法测量的乙醇浓度显着相关，r = 0.934。用呼吸氧校正的酒精浓度预测均方根误差（RMSEP）为0.047 mg / L。相比之下，目前的燃料电池式呼气酒精检测仪导致r = 0.992和RMSEP为0.017mg / L的相关性。
这些结果表明，使用驾驶员呼气呼吸的氧气水平的酒精浓度校准方法对于减少由驾驶员呼气的任意稀释引起的酒精传感器输出的波动是有效的。虽然所提出的吸气式酒精检测仪的精确度低于当前的燃料电池型检测仪，但这种新型检测仪可能用于船上便利的呼吸酒精检测装置。已知金属氧化物半导体型醇传感器（固态传感器）对除乙醇以外的几种挥发性有机化合物起反应[3]。通过提高酒精传感器的选择性可以提高建议的酒精检测器的准确度。
第四节。
结论
已经提出了一种新型的呼吸酒精检测仪，一种呼吸型酒精检测仪。它由安装在风洞中的电动吸风扇，酒精传感器和氧传感器组成。检测器不需要咬嘴，因为驾驶员的呼吸样本被捕获并通过电动抽风扇引导通过风洞到达传感器。驾驶员呼气的任意稀释导致的酒精传感器输出的波动通过使用与酒精含量同时测量的驾驶员呼出呼吸的氧气水平来校准酒精浓度而大大降低。与目前需要通过吹嘴吹气的呼气酒精检测器相比，该检测器能够快速方便地测量呼气酒精浓度。在醉酒的受试者的实验中已经证明了很高的准确性。虽然进一步的调查对于实施这种装置是必要的，但这种呼吸酒精检测器将有助于在不久的将来预防酒精不足驾驶。
呼气酒精浓度测量的统计推断
摘要：
本文根据在呼气酒精质量浓度测量期间收集的数据，介绍使用统计推断工具绘制的结论。通过重量法制备的八种不同标准溶液进行了测量。这些乙醇在水溶液中的浓度涵盖了呼气酒精分析仪的标准测量范围：（0 ... 3,00）mg / L。根据OIML R126，用于验证酒精质量浓度标准的模拟系统基于OIML R126，包括三个恒温烧瓶，Mark II A Type和校准的呼气酒精分析仪，Alcotest 9510型和Alcotest 7110类型。为了处理原始数据，使用Grubbs测试从测量数据中去除异常值。两个分析仪的校准曲线都有所提高。同时进行了一项稳定性研究，证明100次测量后酒精的质量浓度有明显的损失。
发表于：电气和动力工程（EPE），2012年国际会议和博览会
第一节
介绍
国家计量学院的主要目标是确保罗马尼亚使用的所有标准计量单位的可追溯性，特别是确保质量酒精浓度的可追溯性。在研究和计量日常活动方面，呼气酒精测量是一个开拓性的领域，涉及将酒精单位传送给罗马尼亚市场最近出现的呼气酒精分析仪。
警察部门和不同公司的工作和安全部门使用这种非侵入性方法来测试受影响的驾驶员或其身体内有一定程度酒精的员工。由于新法律与欧洲法律协调[1]，近年来酒精浓度测量的重要性日益提高，欧洲法律接受高准确度和可追踪测量值作为法庭证据。本章介绍了INM使用的模拟系统，用于制定和验证用于呼出气测量的酒精的质量浓度标准。该系统由三个主要功能块[2]组成：a）制备系统，用于通过重量法生成标准溶液; b）根据OIML R 126#39;Evidential Breath Analyzers#39;[3]，基于“气泡列车”原理的模拟系统，由三个恒温烧瓶，Mark II A型和c）呼吸酒精分析仪组成 - Alcotest 9510型和Alcotest 7110型。
第二节
数据处理中使用的推理和统计工具的基本概念
本章介绍用于对线性回归中获得的回归系数进行假设检验的统计工具以及对测量数据进行回归的显着性。 统计推断基于概率法则，并允许分析人员根据观察或测量
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