Brevet FR2506022A1 — publié le 19821119

La présente invention concerne un appareil de mesure de la concentration d'alcool dans l'air expiré, comportant un circuit de mesure, qui détermine la concentration d'alcool dans un canal respiratoire à l'aide d'un capteur et, dans un dispositif indicateur, affiche un signal correspondant à la concentration d'alcool mesurée, et un circuit de commande, qui réagit à ce signal et en produit un autre, indiquant que la mesure est valable, lorsque la modification du signal de concentration au cours d'un espace de temps donné est inférieure à une valeur donnée. On connait déjà un appareil de mesure de ce type par la description qui en est faite dans la demande de brevet en R. F. A. DE-OS 28 53 628. I1 utilise le fait qu'à chaque respiration le signal de concentration d'alcool indique le comportement de la saturation: la concentration d'alcool de l'air expiré augmente lors de l'expulsion de l'air de 1' espace mort de l'arrière-bouche et, lorsque l'air venant du plus profond des poumons (air alvéolaire) est expulse, il atteint une valeur constante qui est proportionnelle à la concentration d'alcool dans le sang. Le circuit de commande de cet appareil connu produit le signal indiquant que la mesure est valable lorsque la plage de-saturation du signal de concentration est atteinte, donc lorsque l'air alvéolaire est expulsé. Les capteurs d'alcool n'émettent le plus souvent un signal proportionnel à la concentration avec une précision acceptable que lorsque la mesure a lieu dans de l'air immobile ou dans de l'air expiré circulant à une vitesse constante. Pour la production du signal indiquant la vali dité de la mesure, la concentration d'alcool doit être mesurée de façon continue au cours d'une respiration. Mais, pendant la phase expiratoire de cette dernière, la vitesse d'écoulement de l'air peut subir de fortes variations et, en faussant le résultat des mesures, conduire à une indication inexacte de la concentration d'alcool. L'invention a donc pour objet de fournir un moyen simple de compenser cette influence de la vitesse d'écou- lement de l'air expiré sur la précision du capteur d'un appareil de mesure de la concentration d'alcool. A cet effet, dans l'appareil selon l'invention, 1' signal de concentration d'alcool est envoyé au circuit de commande et/ou au dispositif indicateur par l'intermédiaire d'un étage de correction dont la facteur de transmission est commande' au moyen d'un débitmètre en fonction de la vitesse d'écoulement de l'air dans le canal respiratoire. L'étage de correction, qui est de préférence un amplificateur dont le facteur d'amplification peut être commandé, modifie la grandeur du signal de concentration d' alcool en fonction de la caractéristique d'écoulement. L' amplitude de ce signal augmente habituellement avec la vitesse d'écoulement de l'air expiré, de sorte que dans ce cas le débitmètre diminuerait le gain de l'aimplficateur. On fait avantageusement fonctionner le capteur d'alcool dans une zone de sa caractéristique, dans laquelle le signal de concentration est en relation linéaire avec la vitesse d'écoulement. Dans ce cas, on peut alors obtenir avec des moyens simples une compensation très précise. Le débitmètre est de préférence un thermistor. Dans une forme d'exécution préférée de l'appareil selon l'invention, le circuit de commande réagit à un signal de concentration d'alcool émis de façon continue par un premier capteur et le dispositif indicateur affiche un signal de concentration d'alcool émis par un second cap- teur, lequel mesure la concentration d'alcool dans un chantillon d'air que prélève un dispositif approprié commandé par le circuit de commande dans le canal respiratoire lors de l'émission d'un signal indiquant que la mesure est valable. Dans cette forme d'exécution, la mesure destinée à être affichée a lieu sur l'air immobile de l'échantillon. De plus, la mesure de la concentration d'alcool a lieu sur un volume d'air toujours constant, ce qui augmente sa précision. Au moins le second capteur est conformé en cellule de mesure électrochimique, qui contient un électrolyte muni d'électrodes et exposé à de l'air contenant de l'alcool, dont la résistance électrique varie en fonction de la quantité d'alcool qui s'y est diffusée. Les deux capteurs sont de préférence des cellules électrochimiques de ce type. Pour la mesure de la concentration d'alcool dans de l'air immobile, des capteurs ainsi conformés donnent des résultats très précis. Si la résistance d'entrée du circuit raccordé aux électrodes de la cellule électrochimique est d'une valeur élevée, il peut en résulter entre les électrodes des effets d'accumulation de charge qui, lors de la mesure continue de la concentration d'alcool provoquent une augmentation de la grandeur du signal de sortie du premier capteur. Il peut en résulter une augmentation linéaire de la grandeur du signal de concentration d'alcool au lieu du comportement de saturation de l'air alvéolaire expulsé. I1 est donc préférable de prévoir en aval du premier capteur un tage différentiateur, qui convertit l'augmentation linéaire de la grandeur du signal de sortie du premier capteur, lors de l'expulsion de l'air alvéolaire, en un signal d'une grandeur constante, qui correspond au comportement de saturation du signal de concentration d'alcool. Le canal respiratoire peut contenir en aval d'un embout buccal une bifurcation, les deux capteurs communiquant avec les branches du canal. On peut ainsi mesurer individuellement l'écoulement de l'air au niveau des deux capteurs. De toute façon, l'invention sera bien comprise à aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil: Fig. i est un graphique représentant l'évolution dans le temps du signal de sortie d'un capteur pour diverses vitesses d'écoulement, les autres conditions restant les mêmes; Fig. 2 est une vue fortement schématisée de la tête de mesure de l'appareil selon l'invention; Fig. 3 est un schéma-bloc de cet appareil. Dans la graphique de la figure -1, la courbe a montre comment évolue dans le temps le signal de sortie A d' un capteur qui mesure la concentration d'alcool au cours de la phase expiratoire d'une respiration. Au début de 1' expiration, la concentration d'alcool augmente et se rapproche d'une valeur de saturation à laquelle elle ne varie plus ou seulement très peu.La grandeur du signal de sortie est en outre fonction de la vitesse d'écoulement de l'air expiré. Comme le montre la courbe b, cette grandeur augmente avec cette vitesse. Ceci est indiqué à la figure i par une flèche V, pointée en direction de l'augmentation de la vitesse. La courbe c montre l'évolution effective de la concentration d'alcool à l'expiration, les variations de la grandeur du signal étant dues à celles de la vitesse d' écoulement de l'air expiré. Une série de capteurs, notamment ceux constitués par des cellules électrochimiques, fournissent des résul- tats exacts lorsque la mesure de la concentration d'alcool a lieu sur de l'air respiratoire immobile ou circulant à une vitesse constante. Les figures 2 et 3 montrent un appareil qui, dans la détermination de la présence d'air alvéolaire et celle de la concentration d'alcool dans 1' air expiré, ne commet pratiquement aucune erreur de mesure due à la vitesse d'écoulement de l'air. La tête de mesure représentée à la figure 2 forme un canal respiratoire, dans lequel on expire de l'air par un embout buccal i dans une bifurcation en T dont les deux branches sont désignées par les références 2 et 5. Un embout buccal approprié est celui décrit par exemple dans la demande de brevet en R.F*A. DE-OS 28 20 916. L'embout 1 communique avec les branches 2 et 5 par des orifices 7 et 9 de grandeurs différentes. L'orifice 7 est plus grand que l'orifice 9 de sorte que la plus grande partie de l'air expiré s'écoule dans la branche 2 du canal. Cette branche 3 communique avec l'orifice d'entrée li d'un capteur d'alcool 13, à la sortie 15 duquel est raccordé un dispositif de prélèvement d'échantillon 17. Sur un signal de commande, ce dispositif 17 prélève par aspiration un volume d'air d'une grandeur donnée dans une chambre de mesure du capteur 13. I1 peut être constitué, par exemple, par un piston 19 coulissant dans un cylindre, ou encore par un soufflet, actionné au moyen d' un électro-aimant 21. A la branche 5 est raccordé un autre capteur 23, traversé en permanence par un courant secondaire d'air expiré. On ne peut déduire le taux d'alcoolémie de la concentration d'alcool dans l'air expiré par un sujet que lorsque la mesure est effectuée sur de l'air alvéolaire. Un circuit de commande 25 (fig. 3) surveille la variation dans le temps d'un signal de concentration d'alcool tiré du signal de sortie du capteur 23. Lorsque la zone de saturation est atteinte, ce circuit 25 produit un signal de commande indiquant que l'air expulsé est maintenant de l'air alvéolaire. Ce signal confirme la validité de la mesure de concentration d'alcool et déclenche le dispositif de prélèvement d'échantillon 17 associé au capteur 13. De ce fait, ce dernier se remplit d'air alvéolaire; Le résultat de la mesure.est affiché, par exemple de façon numérique, par un dispositif indicateur 27.Le signal indiquant la validité de la mesure commande en même temps la luminosité dans ce dispositif 27 de façon que seule soit affichée la valeur maximale correcte du signal de concentration d'alcool émis par le capteur 13. Le circuit de commande 25 a de préférence la forme décrite dans la demande de brevet en R.F.A. DE-OS 28 53628. Dans ce circuit, un comparateur comporte le signal de concentration d'alcool avec celui émis par un générateur de valeur de seuil et il commande ce dernier de façon qu'il augmente la grandeur du signal qu'il émet par incréments donnés, lorsque le signal de concentration devient supérieur à la valeur de seuil. A chaque augmentation de la grangeur de la valeur de seuil, un étage de temporisation se déclenche. Après expiration de la période d'attente fi xée par cet étage, un compteur est mis en marche et, après une séquence de comptage donnée, émet Ie signal de commande qui confirme la validité de la mesure. Pour compenser les variations du signal de sortie du capteur 13 dues au'celles qui se produisent dans la vitesse d'écoulement, un amplificateur 29, dont le gain peut être commandé, est monté entre le capteur 23 et l'entrée du si gnal de concentration dans le circuit de commande 25. Un débitmètre 31, qui détermine la vitesse d'écoulement de 1' air expire dans une des branches, en l'occurrence la branche 3 de la tête de mesure,commande le gain de l'amplificateur 29 de façon à compenser les modifications du signal de sortie dues aux variations de la vitesse d'écoulement. Le capteur 23 est par ailleurs utilisé dans une zone de sa caractéristique dans laquelle son signal de sortie varie de façon linéaire avec la vitesse d'écoulement. Le détecteur du débitmètre li peut être un thermiistor ou autre élément similaire. Comme le montre la figure 3, le débitmètre 3icommande en même temps le circuit 25 en remettant à zéro les compteurs ou autres éléments similaires utilisés dans ce circuit de commande 25 et en détectant le début de la phase expiratoire. Les capteurs 13 et 23 sont de préférence des cellules électrochimiques comme celles fabriquées, par exemple, par la société Lion Laboratories, à Cardiff. Ce type de cellule est décrit entre autres dans M.T. Dhrrum "Un procédé spécifique pour le dosage de l'alcool éthylique dans des vapeurs et des liquides"; GIT Fachschrift f. Lab. 22ème année 8/78. I1 comporte deux chambres juxtaposées, reliées l'une à l'autre par un système électrolytique. Celui-ci comprend un électrolyte dans un matériau support poreux et, dans chaque chambre une électrode appliquée par sa surface sur le matériau support et perméable aux gaz. Une des deux chambres est remplie d'air et sert de chambre de référence, tandis que l'autre chambre présente un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour l'air expiré. Le courant qui se produit entre les deux électrodes ou la charge qui s'établit dans la cellule, suivant le cas, constitue une mesure de la quantité d'alcool qui se trouve dans la chambre de mesure. Si les électrodes sont raccordées à un circuit ayant une forte impédance d'entrée, il peut en résulter entre les électrodes des effets d'accumulation de charge qui, dans la mesure continue de la concentration d'alcool, peuvent simuler une augmentation de concentration qui n' existe pas. Cette augmentation est constante. lorsque la concentration d'alcool est constante dans le temps, comme c'est le cas lorsque la mesure s'effectue sur de l'air al alvéolaire. Pour pouvoir mesurer cependant de façon continue la concentration d'alcool à l'aide d'un tel capteur, un circuit différentiateur 33 est interposé entre le capteur 23 et le circuit de commande 25. Ce circuit différentiateur 33 compense l'effet d'accumulation de charge dans le capteur-du type qui vient d'être décrit. A la figure 3, un dispositif indicateur 27 est raccordé directement au capteur t3 Si, dans le circuit de commande 25, on utilise déja pour la détection du signal de commande qui confirme la validité de la mesure des mé- moires à valeur maximale ou des convertisseurs analogiquesnumériques, le signal de concentration d'alcool émis par le capteur 13 peut être aussi, au moyen d'un commutateur, être envoyé alternativement au circuit 25 à la place du signal de sortie du capteur 23. Le commutateur peut être basculé au moyen du signal qui indique la validité de la mesure. Le dispositif indicateur est alors raccordé à un point approprié du circuit de commande 25. - REVENDICATIONS i.- Appareil de mesure de la concentration d'aI- cool dans l'air expiré, comportant un circuit de mesure, qui détermine la concentration d'alcool dans un canal respiratoire à l'aide d'un capteur et, dans un dispositif indicateur, affiche un signal correspondant à la concentration d'alcool me-surée, et un circuit de commande, qui re- agit à ce signal et en produit un autre, indiquant que la mesure est valable, lorsque la modification du signal de concentration au cours d'un espace de temps donné est inférieure à une valeur donnée, caractérisé en ce que le signal de concentration d'alcool peut être envoyé au circuit de commande (25) et/ou dispositif indicateur par l'lntermé- diaire d'un étage de correction (29) dont le facteur de transmission peut être commandé au moyen d'un débitmètre (31) en fonction de la vitesse d'écoulement de l'air expiré dans le canal respiratoire (i, 3, 5). 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de correction est conformé en amplificateur (29) dont le coefficient d'amplification peut être commandé. 3.- Appareil selon la revendication i ou 1t revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (25) réagit à un signal de concentration d'alcool emis de façon continue par un premier capteur (23) et le dispositif indicateur (27) affiche un signal de concentration d' alcool émis par un second capteur (13), et en ce que ce second capteur (13) mesure la concentration d'alcool dans un échantillon d'air que prélève un dispositif approprié (17) commandé par le circuit de commande lors de l'émission d'un signal indiquant la validité de la mesure. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins le second capteur (13) est conformé en cellule de mesure électrochimique, qui contient un parcours électrolytique muni d'électrodes et exposé à de 1' air contenant de l'alcool, dont la résistance électrique varie en fonction de la quantité d'alcool qui s'y trouve diffusée. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier capteur (23) est aussi conformé en cellule électrochimique. 6.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal respiratoire comporte en aval d'un em- bout buccal (i) une bifurcation et en ce que les deux capteurs (13, 23) communiquent avec les deux branches (3, 5) du canal. 7.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étage de correction (29) est interposé entre le premier capteur (23) et le circuit de commande (25 > .