1、毕业论文文献综述 电子信息工程 酒精浓度检测器件及应用综述 摘要 :可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型 ,分别是 :燃料电池型 (电化学 );半导体型 ;红外线型 ;气体色谱分析型和比色型。 由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用。所以本文主要介绍上面两种以及未来的发展方向。 关键词： 单片机 ；酒精传感器 ； 转换器；微动开关； 模数转换芯片 引言 酒精饮料是现代社会流行。然而酒精的摄入会损害人的能力和降低 人的行为能力 1。 各行各业的工作，例如机动车驾驶员酗酒后开车以及
2、从事危险工作行业的人员酗酒后操作，都会造成严重的事故。用简便、准确、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒的血醇含量的试验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的即时检测，有助于社会各方面的安全 ，特别是交通的安全。 现有气体酒精浓度检测的设备有五种基本类型 ,分别是 :燃料电池型 (电化学 );半导体型 ;红外线型 ;气体色谱分析型和比色型。本
3、文主要对燃料电池型和半导体型检测方法的特点及应用进行论述。 1.燃料电池型 燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。但作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化 剂，它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上。此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比，这就是燃料电池型呼气酒精测试仪的基本工作原理 2。 但与半导体型相比，燃料电池型呼气酒
4、精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的明显优点。但遗憾的是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前世界上只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产。因为其材料成本高（相当于半导体酒精传感器的几十倍），所以价格相当昂贵，导致燃料电池型酒精测试仪的价格是半导体型 酒精测试仪好几倍的事实。 2.半导体型 半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现为电阻值就降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件。
5、把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。 以下为半导体型酒精浓度检测仪器 对人体酒精信号进行检测的几个应用。 2.1 应用一 李宗睿在北华航天工业学院学报发表的关于 主动呼气式酒精探测仪的文章。该应用以单片机为核心，利用传感器对人体酒精信号进行检测。系统需要驾驶员主动呼气，以判断驾驶员是否是酒后开车。该系统可放置在汽车方向盘位置，当司机在准备发动汽车时，报警装置将会提醒驾驶员主动进行酒精含量检测，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。系统采用快速预热的酒精传感器，当预热工作完成后，系统指示模块提示驾驶员呼气。本设计最大特点是为防止驾驶员逃避检测，系统设置一个话筒及
6、一个温度传感器作为呼气检测模块。呼气时，话筒电流会发生变化，同时口腔呼出的气体应比环境温度高少许，温度传感器 会检测到温度上升。只有这两个条件全部满足，才可被视为呼气确认，单片机发送触发信号，开始对酒精传感器探测的气体信号进行检测。由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。检测信号经过放大、检波电路，利用 89C2051 自带的电位比较器对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，达标指示灯亮起，发动机控制继电器闭合，汽车可以启动；反之，超标指示灯亮起，报警喇叭同时响起，说明不能行驶，若司机强行启动，控制继电器切断点火装置电源，使汽车无法行驶
7、，从而实现控制酒后驾车的功 能 3。 2.2 应用二 杨文斌提出若能开发一种车辆内置的酒精检测系统，在驾驶员位于驾驶座时，能主动检测驾驶员呼气中的酒精含量，若超过规定含量，自动锁定车辆，无法启动的车载酒精锁。从而有效防止酒后驾车的行为 4。这个思想主要由常温型酒精传感器、微动开关、 A/D 转换器、单片机处理单元、继电器提示单元以及辅助电路等部分组成。本系统的工作流程：微动开关感受到驾驶员就坐，启动系统，触发酒精传感器进行检测，检测数据通过 A/D 转换器把信号传递到单片机处理单元，通过运算得出酒精浓度是否符合要求，控制继电器工作，断开或接 通汽车启动电路并通过提示单元提醒驾驶员 5。 3.未
8、来的发展方向 主要介绍碳纳米管（ CNT）为基础的方法，其中酒精浓度与环境碳纳米管电阻的变化。相对于其他两种方法的基础上的酒精传感器，碳纳米管的酒精传感器有潜力实现灵敏度超高， 反应快速， 测量范围大，尺寸紧凑和能耗低。这些功能是必不可少的去监测人类健康和人类的生物活性炭性能。从理论上讲，以利用碳纳米管来衡量酒精蒸气酒精浓度 有三种模式 ：（ 1）纯碳纳米管模型监察纯碳纳米管阻力。纯酒精的碳纳米管传感器可以恢复使用干燥氮气或加热；（ 2）特别碳纳米管模型监察所交存的碳 纳米管特殊的化学分子（如羧基）的阻力。特殊的碳纳米管可以被回收酒精传感器加热；（ 3）混合碳纳米管模型，监测了与酶结合碳纳米管
9、阻力。这些酶是用来转换成从而改变碳纳米管的抵抗酒精等物质 7。 纯碳纳米管的酒精传感器是最简单的。特种碳纳米管的酒精传感器具有较高的灵敏度纯碳纳米管的酒精气体传感器和更好的选择。混合醇碳纳米管模型具有良好的气体传感器，选择需要严酷的工作条件。因此，特别碳纳米管模型酒精传感器的性能更适合人类健康监测 8。 4.总结 酒后驾车是导致交通事故的一个主要因素，为了防止机动车辆驾驶人员酒后驾 车，现场实时对人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视，酒精浓度测试仪逐渐得到广泛应用。此外，酒精测试仪也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。由此可见，酒精测试仪具有巨大的潜在用户群，市场前景十分广
10、阔。 参考文献 1 Kim, H., Yang, C., Lee, B., Yang, Y., Hong, S.: Alcohol effects on navigational ability using ship handling simulator. International Journal of Industrial Ergonomics 37(9-10), 733 743 (2007) 2 贾铮， 电化学测量方法 M. 化学工业出版社 ,2007. 3 李宗睿，许振忠，王俊红。主动呼气式酒精探测仪 J. 北华航天工业学院学报，2009，第 5期第 19卷 . 4 杨文斌，车载酒精锁
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