一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于現有酒精檢測裝置的改進，設計一種內置于換擋桿的人體酒精無損檢測裝置。
【背景技術】
[0002]飲酒駕車的危害觸目驚心，已成為交通事故發生的主要原因，如何防范和監督酒后駕車，成為一個迫在眉睫的問題。
[0003]當前，交通部門采用三種方法來判定駕駛員是否存在飲酒駕車行為，這三種方法分別是:單腿直立試驗、呼氣酒精含量檢驗和血液酒精含量檢驗。單腿直立試驗室依據駕駛員在試驗種的身體表現來判斷駕駛員是否屬于酒后駕車，這種方法主觀性較強，很難成為執法依據。呼氣酒精含量測試儀測量的是被測者呼出氣體中酒精的含量，當被測者深吸氣后以中等力度呼氣達3s以上時，測得駕駛員血液中的酒精含量最為準確，但在實際測量時，很難達到這一點。且這些儀器使用時必須由被測者用嘴含著吹管向測試儀吹氣，為保證衛生每次使用后都應該更換吹管或對吹管進行消毒，但在實際使用時并未達到此要求。如果被測者拒絕配合，就無法使用呼氣法進行酒精含量檢測。血液酒精含量檢測是現場采集駕駛員的血液，經實驗室檢驗血樣中酒精的含量來判斷駕駛員是否屬于酒后駕車或醉酒駕車，這種方法最為準確，但是從血樣采集到送實驗室檢驗并出具結果的整個過程較為繁瑣，時間較長，成本高，對每一名疑似酒后駕車的駕駛員都做血液酒精含量檢驗是不現實的。
[0004]汽車內的輔助裝置能在客觀上阻止酒后駕駛行為的發生，將極大的降低酒后駕駛違法行為及交通事故的發生率。瑞典紳寶開發了帶酒精測試器的引擎鑰匙和瑞典沃爾沃開發了與汽車引擎啟動相關的酒精測試器，此種裝置要求駕駛者在發動汽車前進行吹氣測試，由測試結果決定汽車可否發動，其缺陷在于:檢測準確度低、可靠性差并且存在代檢測的問題。如:駕駛者飲酒后讓未飲酒者代替測試，汽車就能啟動，然后由駕駛者駕駛；頻繁的吹起測試將給未飲酒或不飲酒的駕駛者造成極大的麻煩。
【發明內容】
[0005]針對上述檢測方法存在的檢測成本高、準確度低、可靠性差和代為檢測等問題，本人設計了一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置，它是一種非接觸的測定駕駛員血液酒精含量的檢測裝置。
[0006]本次發明使用的原理是:利用近紅外探頭采集駕駛員手腕部皮膚的光譜，通過近紅外光譜與人體酒精含量的關系來判斷駕駛員是否飲酒。
[0007]近紅外光對生物組織有較強的穿透性，其穿透度可達5mm，穿過皮膚表皮到真皮層(內有豐富血管，待檢測酒精在該部位)。酒精中主要成分為乙醇和水。乙醇在近紅外光譜區的吸收光譜大部分是含氧基團(如0H，C0，CH2和CH3)伸縮振動能級躍迀所引起的倍頻和合頻的吸收。基團的吸收頻譜表征了其化學結構，且隨濃度變化呈現規律性的變化。因此，根據這些基團的近紅外吸收頻譜出現的位置、吸收強度等信息特征，通過檢測血液中酒精的吸收譜，確定乙醇的濃度是可行的。
[0008]酒精的主要成分是乙醇，并且乙醇的C-0基團在1200-1030cm-l處有吸收峰，因此可以通過測定C-0基團的吸收峰值確定其透過率，如圖1所示。現有的研究已經可以通過測定乙醇的C-0基團對光譜的吸收度測定酒精的濃度，并對酒精濃度與吸收度建立了線性回歸模型，如圖2所示。其中吸光度與透射率兩者存在對數關系。
[0009]A = -logT(1)
[0010]Y = 0.0198+0.4984X(2)
[0011]其中A為吸光度，T為透射率，Y為酒精濃度，X為吸光度。因此只要利用近紅外光譜測定出酒精C-0基團的透光度就可以通過計算測定出乙醇的濃度。
[0012]本次發明酒精檢測裝置，原理簡單，安裝方便，非接觸無損傷檢測，適用于各種預防酒后駕車裝置中。
[0013]本發明的工作原理是在換擋桿上安裝基于光譜的酒精檢測模塊，在短時間內，采集駕駛員手部皮膚的光譜，通過分析光譜與人體酒精含量的關系來判斷駕駛員是否飲酒。若飲酒，則警報系統提醒駕駛員已屬酒后駕車，且此時換擋桿鎖死，無法換檔，阻止駕駛員繼續駕駛車輛；若未飲酒，則換擋桿解鎖，可以進行換擋駕駛操作。
[0014]近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置主要包括:
[0015](1)光譜酒精檢模塊，包括近紅外探頭和光譜分析元件，安放在換擋桿前面板左下角。
[0016](2)電子鎖裝置，包括電機、齒條和鎖扣盒。
[0017](3)報警指示燈，由紅色和綠色兩個指示燈。
[0018](4)單片機，用于酒精濃度的計算、分析和控制電機的轉動。
[0019]本發明的突出特點:安裝方便、檢測精度高、檢測時間短、非接觸。
【附圖說明】
[0020]圖1是乙醇光譜圖。
[0021]圖2是酒精濃度測定圖。
[0022]圖3是上表面原件安裝示意圖。
[0023]圖中的標記分別表示:1、指示燈2、齒條3、電機4、單片機5、光譜分析元件6、換擋桿7、鎖扣盒8、近紅外探頭11、酒精檢測模塊。
[0024]圖4是電子鎖、酒精檢測模塊、單片機與電源連接示意圖
[0025]圖中的標記分別表示:4、單片機9、電源10、電子鎖11、酒精檢測模塊
[0026]酒精檢測裝置主要通過嵌套的方式安裝在原有的換擋桿箱體內部上表面，各個部件通過螺釘固定在面板上，如圖3所示，圖3為內部上表面元件安裝圖。在原車的換擋桿的箱體右下方開一個圓形空，并將酒精檢測探頭8固定在這里，探頭8后面連接著光譜分析原件5，檢測探頭8垂直向上以檢測駕駛者的皮膚。酒精檢測探頭5將分析結果傳給單片機4，單片機4通過對數運算和線性回歸分析，計算出駕駛者體內的酒精含量，并將計算結果與單片機4的閾值進行對比，若酒精含量超過閾值，單片機4向電機3輸出高電壓，此時電機3正轉帶動齒條2向右運動，齒條2插入鎖扣盒7內部此時指示燈1紅燈亮，換擋桿鎖死無法進行換擋操作；若駕駛者酒精含量未超過閾值，則單片機4向電機3輸出低電壓，電機3反轉帶動齒條2向左運動，齒條2離開鎖扣盒7，此時指示燈1的綠燈亮，換擋桿解鎖可以自由運動。
[0027]光譜分析元件5接收近紅外探頭8的光譜數據，并將分析結果發送至單片機4，單片機4對數據進行處理分析，并控制電機3的正反轉及指示燈1的顯示，電源使用車載電源，電源連接示意圖如圖4所示。
[0028]下面根據附圖，發明人給出本次發明詳解。
【具體實施方式】
[0029]本次發明的基于近紅外光譜的酒精檢測裝置，其技術特點是采用了近紅外光譜法，通過近紅外探頭接收人體反射光線，光譜分析元件對特定波段的光譜值分析，測得人體酒精透射率，并通過計算測定酒精濃度，從而分析駕駛員是否為醉酒駕車。在駕駛員準備啟動車輛，手放在換擋桿上時，近紅外探頭8開始接收手部光線，對駕駛者的酒精含量進行光譜信息采集。光譜分析元件5對采集的光譜信息進行分析，并通過單片機4進行數據分析。單片機4中已設定人體酒精含量閾值，對人體酒精含量進行判斷。如果駕駛員酒精含量未超標，則單片機4向電機3發送低電壓，則控制電機3反轉，帶動齒條2運動，離開鎖扣盒7，此時電子鎖處于打開狀態，指示燈1的綠燈亮，駕駛員可以正常啟動駕駛。若駕駛員酒精含量超標，則單片機4向電機3發送高電壓，電機3正轉，帶動齒條2向右運動，齒條2插入鎖扣盒7，此時電子鎖為鎖定狀態，指示燈1的紅燈亮，換擋桿6被鎖死，無法換檔，阻止駕駛員繼續駕駛車輛。
【主權項】
1.一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置，其特征在于，包括: 酒精檢測模塊(11)接收人體的透射光線，對光線進行光譜分析，將分析結果轉換為數字信號，傳輸至單片機(4)，單片機(4)根據接收信號，進行運算處理，并將計算結果與閾值進行對比，并控制電機(3)的正反運轉，并由電機(3)帶動齒條(2)往復運動，接近與遠離鎖扣盒(7)，實現換擋桿的鎖閉與打開狀態。2.如權利要求1所述的一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置，其特征在于酒精檢測模塊(11)集近紅外探頭(8)和光譜分析元件(5)于一體。3.如權利要求1所述的一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置，其特征在于電機(3)的正反轉由單片機⑷控制，單片機(4)、酒精檢測模塊(11)、電子鎖(10)使用電源為車載電源。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于近紅外光譜的人體酒精無損檢測裝置，通過固定在箱體中的近紅外檢測探頭，檢測駕駛員手部透射光線，對透射光線進行特定波段內的光譜分析，得出駕駛員體內酒精透射率，將結果以數字信號形式發送至單片機，單片機根據接收信號，計算分析駕駛者酒精含量，并與自己閾值進行對比，控制鎖頭狀態，從而控制汽車的啟動。本實用新型設計科學合理，結構簡單，克服了已有檢測裝置檢測過程繁瑣，時間較長，成本高等缺點。可用于汽車啟動前駕駛員酒精檢測裝置中。
【IPC分類】B60K20/02
【公開號】CN205113006
【申請號】CN201520305879
【發明人】陳香維, 劉文帥
【申請人】西北農林科技大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年5月7日