(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサを用いたガス混合物中のガス状物質を検出する方法（１００）であって、
ガス混合物の第１の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第１の測定量（Ｋ１）が、第１のセンサ素子（４）によって検出される第１の検出ステップ（１０１）と、
前記第１の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の第２の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第２の測定量（Ｍ）が、第２のセンサ素子（５）によって検出される第２の検出ステップ（１０２）と、
前記第１の測定量（Ｋ１）の時間微分の値が第１の所定の閾値（ＳＷ１）を超えるか、および前記第２の測定量（Ｍ）の時間微分の値が第２の所定の閾値（ＳＷ２）を超えるかが比較される第１の比較ステップ（１０３）と、
前記比較（１０３）が正である場合、前記第１の化学的および／または物理的パラメータの開始時刻（ｔｓ）と、前記開始時刻（ｔｓ）に対応する開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）とが設定される第１の設定ステップ（１０４）と、
少なくとも１つのさらなる第１の測定量（Ｋ２）が検出される第３の検出ステップ（１０５）と、
前記少なくとも１つのさらなる第１の測定量（Ｋ２）が前記開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）に対応するかどうか比較される第２の比較ステップ（１０６）と、
前記第２の比較（１０６）が正である場合、終了時刻（ｔＥ）が設定される第２の設定ステップ（１０７）と、
前記終了時刻（ｔＥ）と前記開始時刻（ｔｓ）との差の値が、所定の最小時間幅（ｔｍｉｎ）よりも大きいかどうか比較される第３の比較ステップ（１０８）と、
前記第３の比較（１０８）が正である場合、出力信号（１０）が生成される信号生成ステップ（１０９）と、を有する方法（１００）。
【請求項２】
前記ガス状物質がエタノールであり、前記第１の化学的および／または物理的パラメータがエタノール濃度であることを特徴とする請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記第２の化学的および／または物理的パラメータが温度、圧力または湿度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記第２の検出ステップ（１０２）では、さらに、前記第１および第２の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第３の測定量（Ｎ）が、第３のセンサ要素（６）によって検出され、
前記第１の比較ステップ（１０３）では、前記第３の測定量（Ｎ）の時間微分の値が第３の所定の閾値（ＳＷ３）を超えるかさらに比較されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記第２の検出ステップ（１０２）では、さらに、前記第１、第２および第３の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第４の測定量（Ｏ）が、第４センサ素子（７）によって検出され、
前記第１の比較ステップ（１０３）では、前記第４の測定量（Ｏ）の時間微分の値が第４の所定の閾値（ＳＷ４）を超えるかどうかさらに比較されることを特徴とする請求項４に記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の測定量（Ｋ２）と開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）との間の値の相対偏差が第５の所定の閾値（ＳＷ５）よりも小さい場合、前記第２の比較ステップ（１０６）は正であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の測定量（Ｋ２）と開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）との間の値の相対偏差が５％未満である場合、前記第２の比較ステップ（１０６）は正であることを特徴とする、請求項６に記載の方法（１００）。
【請求項８】
ガスセンサを用いたガス混合物中のガス状物質を検出する請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法（１００）を実行する制御装置（１）であって、演算装置（２）と、メモリユニット（３）とを備えるものにおいて、前記演算装置（２）は、
第１の検出ステップ（１０１）において、ガス混合物の第１の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第１の測定量（Ｋ１）が、第１のセンサ素子（４）によって検出され、
第２の検出ステップ（１０２）において、前記第１の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の第２の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第２の測定量（Ｍ）が、第２のセンサ素子（５）によって検出され、
第１の比較ステップ（１０３）において、前記第１の測定量（Ｋ１）の時間微分の値が第１の所定の閾値（ＳＷ１）を超えるか、および前記第２の測定量（Ｍ）の時間微分の値が第２の所定の閾値（ＳＷ２）を超えるかどうか比較され、
第１の設定ステップ（１０４）において、前記比較（１０３）が正である場合、前記第１の化学的および／または物理的パラメータの開始時刻（ｔｓ）と、前記開始時刻（ｔｓ）に対応する開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）とが設定され、
第３の検出ステップ（１０５）において、少なくとも１つのさらなる第１の測定量（Ｋ２）が検出され、
第２の比較ステップ（１０６）において、前記少なくとも１つのさらなる第１の測定量（Ｋ２）が前記開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）に対応するかどうか比較され、
第２の設定ステップ（１０７）において、前記第２の比較（１０６）が正である場合、終了時刻（ｔＥ）が設定され、
第３の比較ステップ（１０８）において、前記終了時刻（ｔＥ）と前記開始時刻（ｔｓ）との差の値が、所定の最小時間幅（ｔｍｉｎ）よりも大きいかどうか比較され、
信号生成ステップ（１０９）において、前記第３の比較（１０８）が正である場合、出力信号（１０）が生成されるために構成されている制御装置（１）。
【請求項９】
前記演算装置（２）は、
前記第２の検出ステップ（１０２）において、さらに、前記第１および第２の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第３の測定量（Ｎ）が、第３のセンサ要素（６）によって検出され、
前記第１の比較ステップ（１０３）において、前記第３の測定量（Ｎ）の時間微分の値が第３の所定の閾値（ＳＷ３）を超えるかどうかさらに比較されるために構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の制御装置（１）。
【請求項１０】
前記演算装置（２）は、
前記第２の検出ステップ（１０２）において、さらに、前記第１、第２および第３の化学的および／または物理的パラメータとは異なるガス混合物の化学的および／または物理的パラメータを表す少なくとも１つの第４の測定量（Ｏ）が、第４センサ素子（７）によって検出され、
前記第１の比較ステップ（１０３）において、前記第４の測定量（Ｏ）の時間微分の値が第４の所定の閾値（ＳＷ４）を超えるかどうかさらに比較されるために構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の制御装置（１）。
【請求項１１】
前記演算装置（２）は、
前記少なくとも１つの第１の測定量（Ｋ２）と開始測定量（Ｋｓｔａｒｔ）との間の値の相対偏差が第５の所定の閾値（ＳＷ５）よりも小さい場合、前記第２の比較ステップ（１０６）において正の比較であると判断するために構成されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の制御装置（１）。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の制御装置（１）、ならびに第１のセンサ素子（４）および第２のセンサ素子（５）を有するガスセンサ。
【請求項１３】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の制御装置（１）、ならびに第１のセンサ素子（４）および第２のセンサ素子（５）を有する呼吸ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立形式請求項の上位概念に記載の方法、制御装置および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼吸ガス分析器は、化学センサまたは物理センサを介して、呼吸ガスの組成物、特に臭いを分析できる。呼吸ガス分析器では、とりわけ、呼吸ガスのアルコール含有量に関心がもたれている。
【０００３】
米国特許出願公開第２００４／００８１５８２号明細書から、携帯電話のユーザに、自分の呼吸の質を表示するための呼吸ガスセンサを備えた携帯電話が知られている。
米国特許出願公開第２０１４／０３５７９６３号明細書は、呼吸ガスのアルコール濃度を検出できる視覚センサを備えた携帯用電子機器を開示している。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０１５２０３７１９号明細書から、呼吸ガス凝縮量内の少なくとも１つの分析物を検出するためのセンサ素子を備えた呼吸ガス分析装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００８１５８２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０３５７９６３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１５２０３７１９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この背景に対して、ガス混合物中のガス状物質、特にエタノールをガスセンサを用いて検出する方法、この方法を実行するための制御装置、およびガスセンサが、ここに提示されるアプローチによって提示される。ここで、ガスセンサは、ユーザが自分の呼吸のアルコール濃度またはエタノール濃度を測定できる携帯型の手持ち機器として構成することができる。このために、ガスセンサは、好ましくはユーザが息を吹き込んだり吐いたりすることができる開口部を有することができる。
【０００７】
ここで、この方法では、最初に少なくとも１つの第１の測定量が第１のセンサ素子によって検出され、少なくとも１つの第２の測定量が第２のセンサ素子によって検出される。ここで、第１の測定量は、ガス混合物の第１の化学的および／または物理的パラメータ、特にエタノール濃度を表す。ここで、第１のセンサ素子は、ガスセンサ、特に抵抗性ガスセンサ、容量性ガスセンサ、電位差ガスセンサおよび／または電流測定ガスセンサとして実施することができる。第２の測定量は、ガス混合物の第１の化学的および／または物理的パラメータとは異なる第２の化学的および／または物理的パラメータ、特に温度、湿度または圧力を表す。ここで、第２のセンサ素子は、温度センサ、湿度センサおよび／または圧力センサとして構成することができる。代替的または付加的に、第１および／または第２のセンサ素子を、少なくとも２つの異なる測定量を検出するように構成することが可能であり、２つの異なる測定量は、それぞれガス混合物の２つの異なる化学的および／または物理的パラメータを表す。
【０００８】
測定の開始時刻を決定するために、検出された第１の測定量の時間微分を形成し、第１の所定の閾値と比較することができる。検出された第２の測定量の時間微分を形成し、第２の所定の閾値と比較することにより、測定の開始時刻を決定する精度を有利な方法で高めることができる。これにより、測定が全体として、例えば混合ガスの組成変化など外部の影響因子に対してより確実で信頼できるものになる。
【０００９】
開始時刻の決定および保存と同時に、開始時刻に検出された第１の測定量が保存される。続いて、さらなる第１の測定量が、好ましくは連続して検出される。検出されたさらなる第１の測定量の１つが、開始時刻に保存された第１の測定量に略対応する時、さらなる第１の測定量に対応する終了時刻を保存することにより、測定は終了する。
【００１０】
ここで、終了時刻と開始時刻との差が形成され、この差の値が所定の最小時間幅と比較される。ここで、差は、第１の測定量によって表される混合ガスの化学的および／または物理的パラメータの定量的表示に対応する。差が所定の最小時間幅に対応する場合、または差が最小時間幅を超える場合、ガス混合物の第１の化学的および／または物理的パラメータを表す第１の測定量が所定の閾値を超えていることを警告する出力信号が生成される。
【００１１】
任意で第３の測定量が、または付加的に第４の測定量が検出される場合、第３の測定量および第４の測定量はそれぞれ、ガス混合物のさらなる化学的および／または物理的パラメータ、特に温度、湿度または圧力を表し、第１の測定量、第２の測定量、第３の測定量、第４の測定量によって表されるパラメータが区別され、付加的に検出された測定量ごとに時間微分が形成され、時間微分はそれぞれのさらに所定の閾値と比較され、それによって測定の開始時刻を決定する正確性をさらに高めることができる。
【００１２】
任意で、少なくとも１つのさらなる第１の測定量と開始時刻に検出される第１の測定量との間の値の相対偏差が所定の閾値よりも小さく、好ましくは５％未満、特に好ましくは１％未満、非常に特に好ましくは０．１％未満である場合に、測定を終了することを企図することもできる。
【００１３】
前述の利点は、方法を実行するための制御装置およびガスセンサにも対応して当てはまる。
さらなる利点は、実施例の以下の説明または引用形式請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】制御装置のブロック図を概略的に示す。
【図２】ガスセンサの概略図を示す。
【図３】フローチャートを用いて方法を説明する。
【図４】ガス混合物の温度、湿度、およびエタノール濃度を表す測定量の時間経過をグラフで表す。
【図５】図３に示された測定量の時間微分の時間経過をグラフで表す。
【図６】ユーザが事前にアルコールを消費しなかった場合の呼吸ガス中のエタノール濃度の測定を経時的にグラフで表す。
【図７】ユーザが事前にアルコールを消費した場合の呼吸ガス中のエタノール濃度の測定を経時的にグラフで表す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
既に上述したように、本発明は、ガス混合物、特にエタノール中の少なくとも１つのガス状物質の測定時に開始時刻を決定する際の精度を高め、それによって測定精度を全体的に改善する方法、制御装置、および装置を説明する。この方法を実行するために、図１に概略的に示されるように、制御装置１が設けられている。この制御装置１は、第１のセンサ素子４により呼吸ガス中のエタノール濃度を表す第１の測定量Ｋを検出し、第２のセンサ素子５により呼吸ガスのさらなる物理的および／または化学的パラメータ、例えば温度を表す第２の測定量Ｍを検出する。
【００１６】
任意選択で、制御装置１は、第３のセンサ素子６により呼吸ガスのさらなる物理的および／または化学的パラメータ、例えば湿度を表す第３の測定量Ｎ、および／または第４のセンサ素子７により呼吸ガスのさらなる物理的および／または化学的パラメータ、例えば圧力を表す第４の測定量Ｏを検出することを企図することができる。
【００１７】
検出された測定量Ｋ、Ｍ、Ｎ、およびＯは、必要に応じて、装置１のメモリユニット３に保存できる。
ここで、第１のセンサ素子４は、ガスセンサとして、特に抵抗性ガスセンサ、容量性ガスセンサ、電位差ガスセンサおよび／または電流測定ガスセンサとして実施することができる。ここで、第２のセンサ素子５は、温度センサとして構成することができる。ここで、第３のセンサ素子６は、湿度センサとして実施することができる。ここで、第４のセンサ素子７は、圧力センサとして構成することができる。代替的または付加的に、センサ素子４，５，６，７の１つは、少なくとも２つの異なる測定量を検出するように設定することが可能であり、２つの異なる測定量はそれぞれ、ガス混合物の２つの異なる化学的および／または物理的パラメータを表す。
【００１８】
ここで、図２に概略的に示されるように、制御装置１ならびに第１のセンサ素子４および第２のセンサ素子５はガスセンサ２０を形成することができる。任意で、ガスセンサが第３のセンサ素子６および／または第４のセンサ素子７をさらに有することもできる。さらに、センサ素子４，５，６，７をガスセンサに配置または組み込むことを企図することができる。
【００１９】
検出された測定量ＫおよびＭ、および任意に検出された測定量ＮおよびＯを踏まえて、制御装置１の演算装置２は、以下に説明する方法１００を実行し、検出された測定量Ｋ、Ｍ、ＮおよびＯに応じて、例えば音響信号発生器８を駆動制御する出力信号１０を生成する。任意で、視覚信号発生器９を駆動制御するさらなる出力信号１１を生成することができる。ここで、音響信号発生器８は、スピーカーとして実施することができる。視覚信号発生器９は、発光ダイオードおよび／またはディスプレイとして構成することができる。
【００２０】
好ましい実施例における方法１００は、図３のフローチャートを参照して説明される。最初に、第１の検出ステップ１０１において、呼吸ガス中のエタノール濃度を表す第１の測定量Ｋが検出される。
【００２１】
検出ステップ１０１の前、最中または後に、呼吸ガスの温度が第２の測定量Ｍとして検出される第２の検出ステップ１０２が行われる。任意で、検出ステップ１０１において、呼吸ガスの湿度を第３の測定量Ｎとして、および／または圧力を第４の測定量Ｏとして付加的に検出することができる。
【００２２】
ここで、続く第１の比較ステップ１０３において、検出された第１の測定量Ｋの時間微分の値が閾値ＳＷ１と比較され、検出された第２の測定量Ｍの時間微分の値が閾値ＳＷ２と比較される。
【００２３】
任意で、比較ステップ１０３において、検出された第３の測定量Ｎの時間微分の値が閾値ＳＷ３と付加的に比較される。任意選択で、比較ステップ１０３において、検出された第４の測定量Ｏの時間微分の値が閾値ＳＷ４と付加的に比較される。
【００２４】
第１の測定量Ｋの時間微分の値が第１の閾値ＳＷ１を超え、第２の測定量Ｍの時間微分の値が第２の閾値ＳＷ２を超える場合、第１の設定ステップ１０４で、開始時刻ｔｓおよび開始時刻ｔｓに対応する開始測定量Ｋｓｔａｒｔが設定される。
【００２５】
任意で、付加的に第３の測定量Ｎの時間微分の値が第３の閾値ＳＷ３を上回り、かつ／または第４の測定量Ｏの時間微分の値が第４の閾値ＳＷ４を上回ると、第１の設定ステップ１０４を行うことを企図することができる。
【００２６】
第１の測定量Ｋの時間微分の値が第１の閾値ＳＷ１を超えない場合、または第２の測定量Ｍの時間微分の値が第２の閾値ＳＷ２を超えない場合、第１の検出ステップ１０１が再び行われる。
【００２７】
任意で、代替的にまたは付加的に第３の測定量Ｎの時間微分の値が第３の閾値ＳＷ３を超えない場合、または第４の測定量Ｏの時間微分の値が第４の閾値ＳＷ４を超えない場合、第１の検出ステップ１０１を行うことができる。
【００２８】
第１の設定ステップ１０４後、少なくとも１つのさらなる第１の測定量Ｋ２が検出される第３の検出ステップ１０５が行われ、第２の比較ステップ１０６において、少なくとも１つのさらなる第１の測定量Ｋ２が開始測定量Ｋｓｔａｒｔに略対応するかどうか比較される。この場合、終了時刻ｔＥは、後続の第２の設定ステップ１０７で設定される。少なくとも１つのさらなる第１の測定量Ｋ２と開始測定量Ｋｓｔａｒｔとの間の値の相対偏差が第５の所定閾値ＳＷ５より小さく、特に５％未満である場合、任意で終了時刻ｔＥを設定することができる。本発明の代替的な実施形態では、終了時刻ｔＥを、開始時刻ｔｓ後の所定時間幅後に設定することを企図することができる。第２の比較ステップ１０６での比較が負である場合、再度第３の検出ステップ１０５が行われる。
【００２９】
第２の設定ステップ１０７の後、第３の比較ステップ１０８が行われ、このステップでは、終了時刻ｔＥと開始時刻ｔｓとの差の値が所定の最小時間幅ｔｍｉｎよりも大きいかどうか比較される。代替的または付加的に、第３の比較ステップ１０８において、開始時刻ｔｓからの既に経過した時間の値が所定の最小時間幅ｔｍｉｎよりも大きいかどうかを比較することを企図することができる。また、代替的または付加的に、第３の比較ステップ１０８において、所定の最小時間幅ｔｍｉｎの後、少なくとも１つのさらなる第１の測定量Ｋ２が開始測定量Ｋｓｔａｒｔより小さいかどうか比較される。そうでない場合、測定は終了し、任意で新しい測定を実行できる。しかしながら、比較ステップ１０８が正である場合、例えばスピーカーによって信号音に変換できる出力信号１０が後続の信号生成ステップ１０９で生成される。任意選択で、例えばＬＥＤによって視覚信号に変換されるさらなる出力信号１１を生成することを企図することができる。この音響または視覚信号は、ガスセンサ２０のユーザに、呼吸ガス混合物中の、すなわちユーザの呼気中のエタノール濃度が、所定の設定値以上であることを指示する。
【００３０】
図４は、様々な測定量の時間経過のグラフを示す。ここで、上の図は呼吸ガスの温度を表す測定量Ｍの時間経過ｔを表す。中央の図は呼吸ガスの湿度を表す測定量Ｎの時間経過ｔを表す。下の図は呼吸ガス中のエタノール濃度を表す測定量Ｋの時間経過ｔを表す。
【００３１】
時間ｔ１において、測定量Ｍ、ＮおよびＫの時間経過における変化が略同時であることがわかる。この変化は、ユーザがガスセンサに息を吹き込むことに起因する。測定量Ｍ、ＮおよびＫの時間経過における変化の正確な開始時刻ｔｓｔａｒｔを決定するために、すなわち、測定の開始を算出するために、測定量Ｍ、ＮおよびＫの時間微分
【００３２】
【数１】
0006910468.tif 000002
【００３３】
【数２】
0006910468.tif 000003
【００３４】
および
【００３５】
【数３】
0006910468.tif 000004
【００３６】
が形成される。
測定量Ｍ、ＮおよびＫのこれらの時間微分
【００３７】
【数４】
0006910468.tif 000005
【００３８】
【数５】
0006910468.tif 000006
【００３９】
および
【００４０】
【数６】
0006910468.tif 000007
【００４１】
は、図５にグラフで示されている。測定量Ｍ、Ｎ、Ｋの３つの時間微分
【００４２】
【数７】
0006910468.tif 000008
【００４３】
【数８】
0006910468.tif 000009
【００４４】
および
【００４５】
【数９】
0006910468.tif 000010
【００４６】
の全てで、時間経過の変化がほぼ同時に起こることが明確にわかる。したがって、呼吸ガスのさらなる化学的および／または物理的パラメータを表すさらなる測定量を含めることにより、測定の開始時刻ｔｓｔａｒｔの決定を著しく改善することができる。
【００４７】
図６では、ユーザが事前にアルコールを消費しなかった場合の呼吸ガス中のエタノール濃度を表す測定量Ｋの測定を経時的にグラフで表す。測定量Ｋの時間微分
【００４８】
【数１０】
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【００４９】
と、例えば呼吸ガスの温度を表す測定量Ｍの少なくとも１つのさらなる時間微分を形成することにより、測定の開始時刻ｔｓｔａｒｔは、図５を参照して説明したように正確に決定することができる。この開始時刻ｔｓｔａｒｔに検出された測定量Ｋは、対応する開始測定量Ｋｓｔａｒｔとしてメモリユニット３に保存される。測定量Ｍは最小値ＫＥまで減少し、その後再び上昇することがわかる。ここで、最小値ＫＥは、ユーザがもはやガスセンサに息を吹き込まなくなる時点であって、その時点から呼吸ガス混合物中のエタノール濃度を検知するセンサ素子４が再生する時点での測定量Ｋの１つの値のみを表す。センサ素子４は、さらなる第１の測定量Ｋ２が開始測定量Ｋｓｔａｒｔに略対応する場合に完全に生成される。さらなる第１の測定量Ｋ２に対応する終了時刻ｔＥが設定され、メモリユニット３に保存される。ｔＥとｔｓｔａｒｔとの時間差は、ユーザの呼吸ガス中のエタノール濃度の程度である。
【００５０】
比較のために、図７では、さらにユーザが事前にアルコールを消費した場合の呼吸ガス中のエタノール濃度を表す測定量Ｋの測定を経時的に同じ尺度で、グラフで表す。ここで、ｔＥとｔｓｔａｒｔとの間の時間差は、図６のユーザが事前にアルコール消費しない場合の測定よりも大きいことが明確にわかる。メモリユニット３に事前に保存された所定の最小時間幅ｔｍｉｎに応じて、ガスセンサ２０がユーザに信号１０，１１を出力して、これによってユーザの呼気中のエタノール濃度が最小時間幅ｔｍｉｎで表される閾値を超えていることをユーザに知らせることを企図することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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