ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПАРОВ ЭТАНОЛА

Заявляемое техническое решение относится к области оптических измерений и может быть использовано в устройствах для выявления паров алкоголя в салоне движущегося автомобиля, для обеспечения безопасности дорожного движения.
Как известно, пьянство за рулем является одной из серьезнейших проблем в обеспечении безопасности дорожного движения. Для борьбы с этим опасным социальным явлением сотрудники ГИБДД оснащены приборами экспресс-контроля содержания паров этанола в выдыхаемом воздухе (алкомерами или алкотестерами). Однако эти приборы нацелены на выборочный контроль и предполагают остановку транспортного средства для обнаружения у водителей признаков алкогольного опьянения.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является оптическая система по патенту US 2003160173, включающая полупроводниковый лазер, просвечивающий салон автомобиля через боковые стекла, ретрорефлектор, стоящий по другую сторону дороги от лазера и отражающий его излучение через салон автомобиля (в обратную сторону) на приемник, находящийся рядом с лазером. Основным недостатком данной схемы является ее сложность, обусловленная обязательным наличием специального зеркального ретрорефлектора устанавливаемого на другой стороне дороги, что, в свою очередь, связано с невозможностью использования диффузно рассеивающих поверхностей в салоне автомобиля из-за малой мощности используемого полупроводникового лазера. Существенными недостатками также являются стационарность оптической системы, невозможность в кратчайший срок менять направление сканирования. При движении автомобилей в несколько рядов и (или) наличии встречного движения на пути зондирования одновременно могут присутствовать два и более автомобиля не позволяет осуществлять
сканирование нужного автомобиля. Возможно так же экранирования луча оптической системы при определенном положении пассажиров. Данная оптическая система работает только через боковые стекла, что не всегда позволяет получать информацию о состоянии водителя, так как зондирование салона автомобиля с тонированными боковыми стекла затруднено из-за высокой степени поглощения излучения лазеров в используемом спектральном диапазоне. Кроме того, разные автомобили имеют различную высоту боковых стекол, что может затруднить зондирование.
Указанные недостатки не позволяют применять оптическую систему в условиях движущегося многорядного потока транспортных средств, снижают надежность идентификации и одновременно обуславливают высокую вероятность ложного срабатывания.
Технический результат предлагаемого устройства выражается в том, что оно обеспечивает регистрацию в приемной части оптической системы, диффузно отраженного лазерного сигнала.
Задачей заявляемого технического решения является создание компактной, безопасной для глаз оптической системы для выявления паров этанола, позволяющей дистанционно выявлять водителей в стадии алкогольного опьянения в движущемся потоке транспортных средств.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая оптическая система, включающая излучающую часть, содержащую опорный и сигнальный лазеры, работающие на разных длинах волн, блок управления лазерами, приемную систему и систему обработки электрического сигнала, согласно полезной модели, излучающая часть снабжена блоком сведения световых каналов опорного и сигнального лазеров, соединенным с коллиматором, обеспечивающим возможность формирования пучка лазерного излучения с апертурой не менее 2 мм, а приемное устройство выполнено в виде телескопа по двухзеркальной схеме, включающей вогнутое зеркало диаметром не менее 100 мм,
выпуклое зеркало, расположенное над поверхностью вогнутого зеркало и фотоприемник, расположенный в центре вогнутого зеркала.
Принцип действия оптической системы основан на диодной лазерной спектроскопии молекул этилового спирта. Используются две длины волны: одна сигнальная, попадающая в линию поглощения этилового спирта, а другая опорная, лежащая вне линии поглощения этилового спирта. По возникающей разнице в принимаемой фотоприемником мощности опорного и сигнального лазеров делается вывод о наличии или отсутствии спирта, а по уровню возникающей разницы - о его концентрации. Наличие опорного сигнала необходимо для определения неактивного поглощения по трассе зондирования.
При работе оптической системы пучки излучения опорного и сигнального лазеров одинаковой мощности, работающих на разных длинах волн, сводятся в один пучок. При этом за счет блока сведения обеспечивается соосное распространение излучения обоих лазеров. Излучение из блока сведения направляется в коллиматор с апертурой диаметром не мене 2 мм для формирования лазерного пучка с интенсивностью, безопасной для глаза человека, и угловой расходимостью не более 3 мрад. Далее излучение направляется на салон автомобиля и рассеянное назад поступает в двухзеркальный телескоп, включающий вогнутое зеркало диаметром не менее 100 мм и выпуклое зеркало, расположенное над поверхностью первого зеркала, отражаясь от которого сигнал фокусируется в фотоприемнике, расположенным в центре вогнутого зеркала, преобразующим его в электрический сигнал. Использование вогнутого зеркала диметром не менее 100 мм обеспечивает необходимый уровень усиления оптического сигнала для срабатывания фотоприемника. Затем электрический сигнал усиливается усилителем, после чего поступает в систему обработки сигнала.
Система обработки сигнала служит для получения сигнала, представления его в цифровом виде и последующей обработки.
Система обработки сигнала при обнаружении разницы принимаемой фотоприемником мощности опорного и сигнального лазеров выдает информацию о наличии или отсутствии спирта, а по уровню возникающей разницы - о его концентрации в салоне анализируемого автомобиля.
В качестве системы обработки сигнала может выступать специальный контроллер обеспечивающий цифроаналоговое преобразование сигнала и обработку поступающей информации.
Возможности системы обработки сигнала могут быть расширены путем использования ЭВМ с платами ЦАП-АЦП и программным обеспечением для дополнительного анализа поступающей информации, например для целей статистики.
Информация из системы обработки сигнала может поступать на индикатор, обеспечивающий визуализацию результатов измерений и позволяющий сотруднику ГИБДД получить объективную оценку состояния людей находящихся в салоне движущегося автомобиля.
С целью повышения оперативности принятия решения, например остановки автомобиля с «подозрительным» водителем злоупотребившим алкоголем, полученная система обработки сигнала информация может быть передана по специальным каналам связи на посты ГИБДД и в другие службы обеспечения безопасности дорожного движения.
Новым в заявляемом устройстве является:
- использование для анализа наличия паров алкоголя излучения диффузно рассеянного от элементов салона или людей, находящихся в салоне, без применения дополнительных зеркал, устанавливаемых на другой стороне дороги.
- компактность системы, позволяющей в кратчайший срок менять направление сканирования и осуществлять зондирование через любые стекла салона автомобиля.
- использование коллиматора с апертурой диаметром не мене 2 мм для формирования лазерного пучка с интенсивностью, безопасной для глаза человека.
- использование приемного двухзеркального телескопа, построенного по схеме Максутова и включающего вогнутое зеркало диаметром не менее 100 мм и выпуклое зеркало, расположенное над поверхностью первого зеркала, служащий для увеличения количества энергии рассеянного сигнала, поступающего на фотоприемник и позволяющего повысить надежность приема сигнала.
Оптическая система для выявления паров этанола поясняется чертежом фиг.1. Схема управления оптической системой показана на фиг.2.
Оптическая система для выявления паров этанола состоит из трех основных частей: излучающей, приемной и системы обработки сигнала.
Излучающая часть включает в себя блок управления лазерами 1 и два полупроводниковых перестраиваемых лазера, опорный лазер 2 работающий на длине волны λ1 вне линий поглощения этилового спирта и сигнальный лазер 3, работающий на длине волны λ2, соответствующей спектру поглощения этилового спирта. Также в излучающей части предусмотрен блок сведения 4 излучения лазеров 1, 2 и коллиматор 5 для получения излучения нужного диаметра.
Приемная часть включает в себя приемный телескоп 6, содержащий вогнутое зеркало 7 и выпуклое малое зеркало 8, расположенное над поверхностью зеркала 7, ПИН фотоприемник 9, согласующий усилитель 10, предназначенный для усиления сигнала от фотоприемника 9.
Система обработки сигнала представляет собой контролер 11 включающий в себя АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) 12, процессор 13, ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) 14, модулятор включения, выключения лазеров 15.
Оптическая система для выявления паров этанола работает следующим образом: в блоке управления лазерами 1 задается необходимая температура и токи накачки для лазеров 2, 3. Излучение лазеров 2, 3 собирается блоком сведения 4 и направляется через коллиматор 5 на лобовое стекло 16 проезжающего автомобиля, попадая на элементы салона или находящихся в нем людей 17. Полученный отраженный сигнал поступает на главное зеркало 7 приемного телескопа 6, и выпуклым малым зеркалом 8 фокусируется на фотоприемник 9, где оптический сигнал преобразуется в электрический. Усилителем 10 сигнал усиливается и поступает в контроллер 11, в котором происходит обработка результатов измерения. АЦП 12 контроллера 11 производит преобразование сигнала из аналогового в цифровую форму, после чего он попадает в процессор 13. После обработки сигнала с помощью специальной программы процессором 13 контроллера 11, на экран индикатора 18 высвечивается результат проверки в виде указания на наличие/отсутствие спирта и значения его концентрации. С помощью АЦП 12 также возможно контролировать и выводить на экран индикатора 18 значение тока накачки и температуру обоих лазеров. Управляющая ЦАП 14 с помощью специальной программы позволяет управлять мощностью лазеров посредством изменения тока накачки и их температурой. Модулятор 15 дает возможность управлять включением-выключением опорного и сигнального лазеров.
Испытания опытного образца показали, что предлагаемая оптическая система позволяет выявить наличие паров этанола и установить их концентрацию в салоне движущегося автомобиля.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемой полезной модели, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.