专利名称：手持式酒气检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体检测和模式识别技术领域，特别是手持式酒气检测仪，适用于现场检测机动车驾驶人员是否酒后驾车。
背景技术：
现有的酒气检测装置大多使用单个酒敏传感器作为敏感单元，只利用了传感器的稳态响应信号而忽略了传感器含有丰富信息的动态信号，使得这些酒气检测装置对酒精灵敏度低、选择性和可靠性差。通过改善敏感材料、使用过滤膜等办法可以提高传感器及检测装置的性能，但在检查机动车驾驶人员是否酒后驾车的场合中，汽油、香水等常见气体(味)还会对检测结果造成较大影响。有人提出使用多个传感器进行某种气氛检测，如中国专利00127299，但只是简单地将各个传感器的输出信号与预先设置的阈值分别进行比较，整个系统的性能仍不能令人满意。
实用新型内容为了克服现有酒气检测仪的不足，本实用新型的目的是提供一种基于低功耗微型气敏传感器阵列和模式识别技术的手持式酒气检测仪，它具有体积小、功耗低、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是提供一种手持式酒气检测仪，由低功耗微型气敏传感器阵列，气室，抽气管，泵，微控制器及存储电路，LCD显示器，键盘，PC接口及外壳组成。其中，微控制器及存储电路置于外壳内；微控制器及存储电路分别与低功耗微型气敏传感器阵列，泵，LCD显示器，键盘，PC接口电连接；气室置于外壳的上表面外，传感器阵列置于气室的下侧内壁上，气室通过置于外壳内的抽气管与泵连接；本实用新型中所使用的低功耗微型气敏传感器阵列是由微电机械系统(MEMS)技术制备的集成化气敏传感器阵列。
所述的手持式酒气检测仪，其所述微控制器及存储电路由气体取样模块，信号处理模块，控制模块、输入输出模块、通讯模块和电源及电源管理模块组成，其中，气体取样模块包括气室、抽气管和泵以及相应的电路部分；微型气敏传感器阵列与气体取样模块中的气室相固接；输入输出模块和通讯模块相固接；控制模块分别与微型气敏传感器阵列，气体取样模块，信号处理模块，通讯模块和电源及电源管理模块电连接；信号处理模块分别与微型气敏传感器阵列和输入输出模块电连接；输入输出模块与LCD显示器，键盘电连接；通讯模块与PC接口电连接；电源及电源管理模块与气体取样模块中的泵电连接。
所述的手持式酒气检测仪，其信号处理模块使用了人工神经网络技术。
所述的手持式酒气检测仪，其通讯模块通过PC接口可与其它信号处理单元电连接。
所述的手持式酒气检测仪，其所述其它信号处理单元为计算机。
所述的手持式酒气检测仪，其所述其它信号处理单元为另外一个同样的手持式酒气检测仪。
本实用新型适用于需要半定量或定性检测酒精浓度的场合如现场检测机动车驾驶人员是否酒后驾车。


图1是本实用新型结构示意图；图2(a)、(b)分别是本实用新型中两种低功耗微型气敏传感器阵列的示意图；图3是本实用新型中信号处理模块的功能示意图；图4是本实用新型具体实例的结构示意图；图5是本实用新型具体实施例的外形示意图。
具体实施方式
本实用新型由低功耗微型气敏传感器阵列1、气体取样模块2、信号处理模块3、控制模块4、输入输出模块5、通讯模块6和电源及电源管理模块7组成。工作时，待测气体通过气体取样模块2接触传感器阵列1，阵列的响应信号由信号处理模块3完成采集、预处理及识别工作，排除其它气体(味)干扰并给出酒精的浓度信息。此信息可以由输入输出模块5以声光电等形式输出酒精浓度信息或者直接控制外部设备，如当酒精浓度大于设定值时控制汽车发动机停止运转。
本实用新型中的低功耗微型气敏传感器阵列1是微电机械系统(MEMS)技术制备的集成化气敏传感器阵列，其功耗低、灵敏度高、响应速度快、受外界环境影响小，工作温度可以根据阵列各单元敏感薄膜的要求精确控制。
本实用新型中的信号处理模块3使用人工神经网络的模式识别技术。信号处理模块3在传感器阵列2的响应信号进行特征提取等预处理后，使用人工神经网络技术进行模式识别，给出酒精浓度信息，精度高且可以有效排除其它气体干扰，如图3所示。由于人工神经网络训练时运算量比较大，本实用新型利用通讯模块6将训练所需数据传送到运算能力比较强的其它信号处理单元如个人计算机，利用其强大的运算能力进行人工神经网络的训练，训练完成后再将网络参数传回本实用新型的信号处理模块3。
本实用新型的控制模块4可以控制传感器阵列各单元的工作温度、气体取样模块2以及信号处理模块3以完成整个检测过程。
本实用新型使用低功耗的传感器阵列及电子元器件，系统总功耗大大降低，可以利用电池作为电源。本实用新型的电源及电源管理模块7包括一组可充电电池、稳压电路、充电电路及系统中电子元器件的电源管理电路。
现结合附图对本实用新型进行进一步的描述如图4所示，本实用新型手持式酒气检测仪由低功耗微型气敏传感器阵列1，气室15，抽气管9，微控制器及存储电路8，LCD显示器11，键盘12，PC接口13及外壳14组成。其中，微控制器及存储电路8置于外壳14内；微控制器及存储电路8分别与微型气敏传感器阵列1、泵10，LCD显示器11，键盘12，PC接口13电连接；气室15置于外壳14的上表面外，传感器阵列1置于气室15的下侧内壁上，气室15通过置于外壳14内的抽气管9与泵10连接。
本实用新型的微控制器及存储电路8，由气体取样模块2，信号处理模块3，控制模块4，输入输出模块5，通讯模块6和电源及电源管理模块7组成。其中，气体取样模块2包括气室15、抽气管9和泵10以及相应的电路部分；微型气敏传感器阵列1与气体取样模块2中的气室15相固接；输入输出模块5和通讯模块6相固接。控制模块4分别与微型气敏传感器阵列1，气体取样模块2，信号处理模块3，通讯模块6和电源及电源管理模块7电连接。信号处理模块3分别与微型气敏传感器阵列1和输入输出模块5电连接。
微控制器及存储电路8的输入输出模块5与LCD显示器11，键盘12电连接；通讯模块6与PC接口13电连接；电源及电源管理模块7与气体取样模块2中的泵10电连接，并向系统其它部分提供电源。
低功耗微型气敏传感器阵列1是由微电机械系统(MEMS)技术制备的集成化气敏传感器阵列，其结构如图2所示。其中，图2(a)为单膜片结构的微型气敏传感器阵列1，图2(b)为组合膜片结构的微型气敏传感器阵列1。微型气敏传感器阵列1为复层结构，上层是隔离层，其中间部分为气敏薄膜区域，中层是支撑膜，其中间部分为加热单元，下层是硅托架，其中间部分为通孔。在上层的隔离层中间部分，也可为复数个膜片单元，这时，中、下层作相应的变动，如图2(b)所示。
本实用新型手持式酒气检测仪的外形如图5所示。
工作时，操作键盘12通过输入输出模块5输入开始检测的指令，控制模块4输出加热电压控制传感器阵列1各膜片单元的工作温度，一段时间后进入工作状态，通过气体取样模块2启动泵10输送待测气体，当待测气体通过抽气管9中段的气室15时与传感器阵列1接触，信号处理模块3根据传感器阵列1的响应信号经预处理、识别后向输入输出模块5、通讯模块6提供待测气体中酒精浓度的信息，由输入输出模块5、通讯模块6输出酒精浓度信息并控制外部设备，完成一次检测工作。
本实用新型的信号处理模块3使用人工神经网络技术进行信号处理，需要定期进行网络训练。由于人工神经网络训练时运算量比较大，本实用新型利用通讯模块6将数据传送到运算能力比较强的其它信号处理单元(如个人计算机)，利用其强大的运算能力进行人工神经网络的训练，训练完成后再将网络参数传送到本实用新型的信号处理模块。
实验表明，本实用新型“手持式酒气检测仪”可以用于检测司机是否酒后驾车。在样品气体中汽油浓度小于1000ppm时，无论汽油浓度为多大，“手持式酒气检测仪”都可以正确区分酒精浓度大于200ppm的样品和小于200ppm的样品。
权利要求1.一种手持式酒气检测仪，由低功耗气敏传感器阵列、气室、抽气管，微控制器及存储电路，LCD显示器，键盘，PC接口及外壳组成，其中，微控制器及存储电路置于外壳内；微控制器及存储电路分别与微型气敏传感器阵列、泵，LCD显示器，键盘，PC接口电连接；气室置于外壳的上表面外，传感器阵列置于气室的下侧内壁上，气室通过置于外壳内的抽气管与泵连接；其特征在于，低功耗微型气敏传感器阵列是由微电机械系统(MEMS)技术制备的集成化气敏传感器阵列。
2.如权利要求1所述的手持式酒气检测仪，其特征在于，所述微控制器及存储电路由气体取样模块，信号处理模块，控制模块、输入输出模块、通讯模块和电源及电源管理模块组成，其中，气体取样模块包括气室、抽气管和泵以及相应的电路部分；微型气敏传感器阵列与气体取样模块中的气室相固接；输入输出模块和通讯模块相固接；控制模块分别与微型气敏传感器阵列，气体取样模块，信号处理模块，通讯模块和电源及电源管理模块电连接；信号处理模块分别与微型气敏传感器阵列和输入输出模块电连接；输入输出模块与LCD显示器，键盘电连接；通讯模块与PC接口电连接；电源及电源管理模块与气体取样模块中的泵电连接。
3.如权利要求1所述的手持式酒气检测仪，其特征在于，信号处理模块使用人工神经网络技术。
4.如权利要求1所述的手持式酒气检测仪，其特征在于，通讯模块通过PC接口可与其它信号处理单元电连接。
5.如权利要求4所述的手持式酒气检测仪，其特征在于，所述其它信号处理单元为计算机。
6.如权利要求4所述的手持式酒气检测仪，其特征在于，所述其它信号处理单元为另外一个同样的手持式酒气检测仪。
专利摘要本实用新型涉及气体检测和模式识别技术领域，特别是手持式酒气检测仪。本实用新型由低功耗微型气敏传感器阵列，气室，抽气管，微控制器及存储电路，LCD显示器，键盘，PC接口及外壳组成，其中，微控制器及存储电路置于外壳内；微控制器及存储电路分别与低功耗微型气敏传感器阵列，泵，LCD显示器，键盘，PC接口电连接；气室置于外壳的上表面外，传感器阵列置于气室的下侧内壁上，气室通过置于外壳内的抽气管与泵连接；其特征在于，低功耗微型气敏传感器阵列是由微电机械系统(MEMS)技术制备的集成化气敏传感器阵列。本实用新型可用于现场检测机动车驾驶人员是否酒后驾车。
文档编号G01N27/14GK2658750SQ20032010090
公开日2004年11月24日 申请日期2003年10月13日 优先权日2003年10月13日
发明者何秀丽, 贾建, 李建平, 高晓光 申请人:中国科学院电子学研究所