Анализатор паров этанола в выдыхаемом воздухе

[01] Область техники
[02] Полезная модель относится к приборостроению, а именно к анализатору состава выдыхаемого воздуха по спектральным характеристикам газовой смеси и может использоваться в конструкциях систем контроля управления доступом для мгновенного бесконтактного определения содержания паров этилового спирта в выдыхаемом воздухе, идентификации факта и степени опьянения и блокировки доступа.
[03] Уровень техники
[04] Анализаторы состава выдыхаемого воздуха (алкотестеры), использующие инфракрасное излучение, обладают рядом преимуществ по отношению к аналогам с электрохимическими датчиками. Устройства имеют ресурс около 100000 часов, не зависят от количества измерений (определяется ресурсом свето- и фотодиодов) и не подвержены деградации чувствительности в процессе работы.
[05] При использовании алкотестеров для осуществления доступа на различные объекты их работа осуществляется в потоковом режиме, что требует большой скорости работы прибора.
[06] Наиболее близким аналогом полезной модели является анализатор для определения содержания паров этанола в выдыхаемом воздухе, описанный в публикации заявки США US 2011283770, 24.11.2011. Анализатор имеет корпус с проемом для подачи входящего газа. Внутри корпуса анализатора размещен инфракрасный спектрофотометр, включающий корпус спектрофотометра (измерительную ячейку), образующий канал для прохождения входящего газа, а также оптический узел для подачи инфракрасного излучения в измерительную ячейку и приема указанного излучения. Кроме того, устройство содержит модуль обработки сигналов (микропроцессор), подключенный к инфракрасному спектрофотометру.
[07] Недостатком указанного аналога и других подобных устройств является низкая скорость работы. Указанный недостаток является основной технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель.
[08] Раскрытие сущности полезной модели
[09] Техническим результатом полезной модели является повышение скорости контроля состава выдыхаемого воздуха множества пользователей.
[010] Указанная проблема решается, а технический результат достигается в полезной модели за счет того, анализатор выдыхаемого воздуха содержит корпус и установленные в корпусе инфракрасный спектрофотометр и модуль обработки сигналов. Инфракрасный спектрофотометр включает корпус спектрофотометра, выполненный с возможностью прохождения через него входящего газа, а также оптический узел для подачи и приема инфракрасного излучения. При этом корпус анализатора снабжен двумя лицевыми панелями, ориентированными под углом друг к другу, а в каждой лицевой панели выполнен проем для входящего газа, совмещенный с корпусом инфракрасного спектрофотометра.
[011] Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации полезной модели за счет того, что
[012] - корпус спектрофотометра выполнен в виде кюветы, установленной с возможностью прохождения через ее внутреннее пространство инфракрасного излучения, при этом кювета имеет два боковых входа совмещенные с проемами корпуса анализатора и два выходных газохода, совмещенные с выходными отверстиями, выполненными на задней панели корпуса анализатора;
[013] - кювета выполнена вертикальной, с удлиненными боковыми входами, при этом стенки кюветы выполнены из печатных плат и снабжены нагревателями;
[014] - оптический узел инфракрасного спектрофотометра имеет канал воды (14), образованный светодиодом, фотоприемником, светофильтром и линзой, а также канал спирта, образованный светодиодом, двумя фотоприемниками, двумя светофильтрами, двумя линзами и светоделительной пластиной;
[015] - в каждом проеме корпуса анализатора дополнительно установлен модуль подогрева входящего газа, включающий рамку, в которой размещен нагреватель с термистором и газопроницаемый теплообменник, выполненный в форме гироида или сетки;
[016] - модуль подогрева входящего газа выполнен съемным с возможностью замены на сквозное обрамление;
[017] - модуль обработки сигналов выполнен в виде печатной платы, на которой установлен датчик температуры и влажности;
[018] - на каждой лицевой панели корпуса установлен графический дисплей,
[019] - анализатор дополнительно включает установленные в корпусе, световой и звуковой индикаторы и модуль взаимодействия с системой контроля и управления доступом.
[020] В отличие от аналогов, в заявленной конструкции анализатора используется корпус с двумя проемами для входящего газа (выдыхаемого воздуха), расположенными на разных лицевых панелях, ориентированных под углом друг к другу. Это повышает удобство и скорость контроля состава выдыхаемого воздуха пользователей при работе с большими потоками людей. Так, анализатор позволяет легко контролировать как прямой, так и встречный потоки людей, движущихся по проходу (сбоку от которого установлен прибор). При проходе мимо прибора в обе стороны пользователи осуществляют выдох либо направо-вперед в направлении первой лицевой панели, либо налево-вперед по направлению ко второй лицевой панели. Это значительно ускоряет проверку содержания паров этанола по отношению к устройствам с одним входным проемом.
[021] Кроме того, в конструкции за счет средств подогрева входящего газа и корпуса (кюветы) спекрофотометра расширяется диапазон рабочих температур. Конструкция кюветы повышает вибростойкость устройства и скорость его срабатывания, а также упрощает техническое обслуживание прибора. При этом конструкция оптической системы обеспечивает точные измерения. Все это также оказывает положительное влияние на скорость контроля пользователей.
[022] Краткое описание чертежей
[023] Полезная модель поясняется фигурами, где:
На фиг. 1 показан общий вид анализатора с передней и задней сторон,
На фиг. 2 показан анализатор в разрезе,
На фиг. 3 показана конструкция спектрофотометра с кюветой,
На фиг. 4 показана конструкция модуля подогрева и сменного обрамления,
[024] Элементы конструкции обозначены на фигурах следующими позициями:
1 - корпус,
2, 3 - лицевые панели (стекла) корпуса,
4, 5 - проемы корпуса для подачи входящего газа,
6 - модуль подогрева входящего газа,
7 - инфракрасный спектрофотометр,
8 - кювета (корпус) спектрофотометра,
9 - боковой вход кюветы,
10 - выходной газоход кюветы,
11, 12 - выходные отверстия корпуса,
13 - задняя панель корпуса,
14 - канал воды,
15 - светодиод канала воды,
16 - фотоприемник канала воды,
17 - светофильтр канала воды,
18 - линза канала воды,
19 - канал спирта,
20 - светодиод канала спирта,
21, 22 - фотоприемники канала спирта,
23, 24 - светофильтры канала спирта,
25, 26 - линзы канала спирта,
27 - светоделительная пластина канала спирта,
28 - рамка лицевой панели,
29 - рамка модуля подогрева,
30 - нагреватель,
31 - теплообменник
32 - контакты нагревателя
33 - обрамление,
34, 35 - информационные графические дисплеи.
[025] Осуществление полезной модели
[026] Заявленный анализатор (см. фиг. 1), включает вертикальный корпус (1) с боковыми стенками в виде панелей: двух лицевых панелей (2, 3) и одной задней панели (13). Лицевые панели (2) и (3) имеют проемы (4, 5) для подачи в корпус (1) выдыхаемого воздуха (входящего газа). В указанных проемах (4, 5) размещено по одному модулю подогрева входящего газа (6).
[027] Внутри корпуса (1) за модулями подогрева (6) размещен инфракрасный спектрофотометр (7), включающий корпус и оптический узел (см. фиг. 1). Корпус спектрофотометра выполнен в виде кюветы (8), которая, предпочтительно, имеет форму призмы и приспособлена для прохождения через нее поперечного потока входящего газа (см. фиг. 2). На стенках кюветы (8) выполнено два боковых входа (9), расположенных напротив проемов (4, 5) корпуса (1), а также два выходных газохода (10), расположенных напротив двух выходных отверстий (11, 12), выполненных на задней панели (13) корпуса (1) анализатора.
[028] Стенки кюветы (8) изготовлены по стандартной технологии печатных плат с термисторами и снабжены нагревательными элементами, препятствующими конденсации воды при низких температурах.
[029] Оптический узел спектрофотометра (7) (см. фиг. 2) включает канал воды (14), состоящий из светодиода (15), фотоприемника (16), светофильтра (17), и линзы (18), а также канал спирта (19), состоящего из светодиода (20) с элементом Пельтье, двух фотоприемников (21, 22) с элементом Пельтье, двух светофильтров (23, 24), двух линз (25, 26), светоделительной пластины (27). Каналы воды (14) и спирта (19) оптического узла проходят вдоль кюветы (8) перпендикулярно потоку входящего газа. Линзы (18, 25, 26) могут быть снабжены нагревателями, препятствующими конденсации воды.
[030] Модуль подогрева входящего газа (6) (см. фиг. 3, 4) устанавливается в рамку (28), закрепляемую в проеме (4, 5) на лицевой панели (2, 3) корпуса (1). Модуль (6) включает пластиковую рамку (29), а также установленные в рамке нагреватель (30) и теплообменник (31). Нагреватель (30) изготовлен по технологии печатных плат и снабжен термистором (не показан) и контактами (32), обеспечивающими нагрев теплообменника (31). Теплообменник (31) выполнен газопроницаемым и может быть изготовлен по технологии селективного лазерного спекания (СЛС) в форме гироида или путем штамповки из металлической сетки, или другим способом, обеспечивающим достаточно малое сопротивление входному потоку газа при достаточном его нагреве. При работе анализатора в условиях положительных (плюсовых) температур модуль подогрева входящего газа (6) может быть снят пользователем и заменен сквозным обрамлением (33) проема.
[031] В корпусе (1) анализатора также установлен модуль обработки сигналов (не показан), подключенный к спектрофотометру. Этот модуль представляет собой печатную плату с датчиком окружающей температуры и влажности. Модуль обработки сигналов также может быть снабжен узлом термостабилизации для более устойчивой работы устройства.
[032] К модулю обработки сигналов подключено два информационных графических дисплея (34, 35), установленные на лицевых панелях (2, 3) корпуса (1). Дисплеи (34, 35) повышают комфорт наблюдения команд и результатов анализа, появляющихся на дисплеях, людьми, проходящими мимо прибора с разных сторон.
[033] В конструкции анализатора также могут быть предусмотрены модуль взаимодействия с системой контроля и управления доступом (СКУД), а также световым и звуковым индикаторами обнаружения заданной концентрации паров этанола (не показаны).
[034] Устройство работает следующим образом.
[035] Описываемый анализатор устанавливается на устойчивое основание сбоку, справа или слева, от прохода, по которому передвигаются контролируемые на содержание алкоголя люди. Возможна установка прибора прямо на автоматизированный или механизированный турникет. Возможна установка таким образом, чтобы прибор находился в поле зрения лиц, контролирующих порядок доступа на объект. Прибор устроен таким образом, что производить анализ возможно при выдохе в одно из двух приемных окон как справа, так и слева, что удобно при контроле персонала как при входе, так и при выходе при установке прибора с одной стороны прохода.
[036] Подключенный к сети и средствам связи со СКУД-системой предприятия (при наличии таковой и при необходимости) через примерно 5 минут после включения прибор прогревает стенки и защитные стекла кюветы, проходной теплообменник до заданных температур и подает сигнал о готовности в СКУД-систему. Контролируемая персона, проходя мимо стойки с установленным на ней прибором, останавливается и делает выдох в одно из приемных окон прибора (кюветы). Прибор в течение примерно 0,5-1 секунды проводит анализ и, в зависимости от величины концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе, производит следующие действия:
[037] При концентрации паров алкоголя меньше заданной - подает звуковой сигнал, включает световую индикацию зеленого цвета, высвечивает на дисплее измеренную концентрацию, передает данные в СКУД-систему, разблокирует турникет, при наличии такового.
[038] При концентрации паров алкоголя выше заданной подает громкий прерывистый звуковой сигнал, включает световую индикацию красного цвета, высвечивает на дисплее измеренную концентрацию, передает данные в СКУДА-систему, блокирует турникет, при наличии такового, передает сигнал на пост охраны, при необходимости и наличии такового.
[039] Через 1 секунду после измерения прибор готов к следующему.