ПОРТАТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР ПАРОВ ЭТАНОЛА НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ КОМПОНЕНТАХ

PORTABLE ETHANOL VAPOR ANALYZER ON DOMESTIC COMPONENTS

Ilya Sebelev

master's student, Sevastopol State University,

Russia, Sevastopol

АННОТАЦИЯ

В данной статье проведен обзор современных анализаторов паров этанола в выдыхаемом воздухе (алкотестеров), рассмотрены методы выявления алкоголя в крови и в дыхании человека, описан принцип работы разрабатываемого прибора на отечественных компонентах.

Целью статьи является обзор существующих приборов на рынке, описание разработки анализатора, исследование работы датчика реагирования на наличие паров этанола.

Ключевые слова: анализатор паров этанола, алкотестер, контроль содержания алкоголя в выдыхаемом воздухе

В современности очень серьезно регулируется вопрос с нахождением в нетрезвом виде за рулем. По статистике ГИБДД от 2020 года – каждое десятое ДТП случалось с участием нетрезвого водителя. [1]

Определение содержания алкоголя в крови — одно из наиболее частых исследований в судебной медицине. Чаще используют три методики обнаружения этанола в крови: методика шведского химика Видмарка, анализ выявления определенных ферментов, определение при помощи хроматографа. [1, 2]

Во всех видах этих исследований для анализа берется кровь пациента. Но если сотрудникам ГАИ и логистическим фирмам необходимо вовремя находить девиантов, чтоб не допустить их на дороги общего пользования, им необходимо прямо на месте проводить анализ. ГИБДД не может позволить возить с собой лабораторию с медицинским сотрудником, также как и фирмы, и анализ проходит не менее 20 минут. В этом случае и необходимо использовать портативный анализатор паров этанола. [3, 4]

Существует огромное количество различных анализаторов паров этанола на рынке. Примерами таких анализаторов являются: Дельта АТ-500 (внешне напоминает небольшой пульт дистанционного управления, есть два ЖК экранчика, четыре кнопки, питается от батареек типа ААА), Inspector AT850 (имеет откидную крышку, которая защищает от повреждений и пыли экран и сенсор, есть небольшая наклейка с краткой информацией об устройстве), Динго Е010 (является профессиональным и высокоточным, имеет одну кнопку, два режима продувания). [5, 1]

Разрабатываемый анализатор паров этанола будет иметь звуковой сигнал, минимум кнопок и отображение в мг/л, что дает ему схожесть со всеми рассматриваемыми устройствами.

На рисунке 1 изображена структурная схема разрабатываемого прибора.

Рисунок 1. Структурная схема

Микроконтроллер Arduino UNO необходимо запитать от батареи напряжением 9 В. Микроконтроллер платы должен принимать напряжение питания в 5 В. В схему встроен стабилизатор напряжения чтобы понизить напряжение до рабочего. Для понимания аналоговых сигналов с термистора и датчика паров в системе необходим аналогово-цифровой анализатор. Терморезистор необходим для чтения температуры с поверхности датчика паров - рабочая температура для качественных показаний датчика значительно выше температуры окружающей среды.

В датчик паров этанола выдыхаемый воздух доходит от биологического объекта через мундштук. Результаты анализа выводятся на ЖКИ дисплей. При результатах исследования выше допустимой нормы алкоголя за рулем установленной ГИБДД, будут выведены 3 коротких звуковых сигналов.

В качестве датчика реагирования на наличие паров этанола был выбран модуль MQ-3. Согласно паспортным данным датчика MQ-3, определение концентрации алкоголя производится по отношению сопротивления датчика с измеряемой концентрацией паров алкоголя Rs к базовой Ro, полученной при 0.4 мг/л алкоголя в воздухе. Датчик реагирует и на другие газы (особенно бензин), но в меньшей степени, это можно увидеть на рисунке 2:

Рисунок 2. График реакции датчика на разные вещества

Результаты измерений представлены в графическом виде на рисунке 3:

Рисунок 3. Визуализация зависимости напряжения от температуры в отсутствии алкоголя

Графики температуры и выходного напряжения в безалкогольной среде от времени нагрева датчика на рисунке 4:

Рисунок 4. Зависимость параметров от времени нагрева

Если показать зависимость параметров от времени, то наблюдается сильные изменения на первых секундах нагрева и последующий спад темпов изменения параметров. Данный процесс хорошо описывается экспоненциальным законом, поэтому можно представить графики в логарифмической шкале.

Также на рисунке 6 можно увидеть, как отличаются значения при работе датчика в течении 10 минут, начиная с комнатной температуры, где регистрируется выходное напряжение c помощью монитора порта Arduino UNO, где оранжевый график – это чистый воздух, а синий – с примесью 0,16 мг/л паров этанола. [6,7]

Рисунок 6. Разница выходного напряжения с парами и без паров этанола

Таким образом, в ходе исследований была описана работа разрабатываемого анализатора паров этанола в выдыхаемом воздухе и его применение.

Список литературы:

1. Арутюнов В.О. (ред.), Блехштейн Л.И., Жаржевский З.Л., Лек П.Т. Атлас конструкций электроизмерительных приборов непосредственной оценки - Москва, 2017. – 217 с.
2. https://helper1.ru/blog/kak-pererabatyvaetsya-alkogol-v-organizme
3. https://psyclinic-center.ru/biblioteka-kliniki/alkogolnaya_zavisimost/metody-opredeleniya-alkogolya-v-vydyhaemom-vozduhe
4. https://stopz.ru/informaciya/alkogolizm/analiz-krovi-na-alkogol/
5. https://labdata.ru/article/issledovanie-progreva-datchika-alkogolja-mq-3
6. https://www.joyta.ru/12467-vzaimodejstvie-lcd-1602-s-arduino-opisanie-raspinovka-podklyuchenie/
7. https://роботехника18.рф/алкотестер-ардуино/