具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种酒驾检测方法，包括：

将激光射入待检测的驾驶室；以及

探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光，由此定量确定所述待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。

可选的，将激光经挡风玻璃射入待检测的驾驶室；探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光，由此定量确定所述待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。当然，并不仅限于挡风玻璃。

可见，本发明酒驾检测方法是透过正常行进的汽车的前挡风玻璃，激光打进驾驶室，探测到漫反射回来的光，就可以定量得知酒精气体的浓度(ppm量级，parts permillion)，无须交警设卡拦停车检查。而且，本发明酒驾检测方法无需合作目标，实施非常便利，只需要设在道路上方即可，和监控摄像头类似。本发明可以在近红外波段实施，相比于中红外波段的方法，光源和探测器的成本能够降低8～10倍。

具体的，探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光，由此定量确定所述待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度，包括：

通过射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光确定所述待检测的驾驶室内水蒸气的第一吸收峰的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值V₁，以及水蒸气的第二吸收峰的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值V₂；

基于波长调制光谱技术确定所述酒精路径积分浓度C_eL_e与所述V₁、V₂的函数关系式；

通过标定确定所述酒精路径积分浓度函数关系式参数k_w1、k_w2以及

基于所述酒精路径积分浓度函数关系式，所述V₁以及V₂，以及所述函数关系式参数k_w1、k_w2、定量确定所述待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度；

其中，所述酒精路径积分浓度函数关系式为

本发明基于波长调制光谱技术进行酒驾检测，确定所述酒精路径积分浓度，灵敏度高、选择性强、时间分辨率高。

在实际酒驾检测时，酒精路径积分浓度C_eL_e为所述关系式中的待求解量即未知量；由函数关系式可见其与V₁、V₂、k_w1、k_w2、有关，所述k_w1、k_w2、可通过标定得到，即可成为已知量；所述V₁、V₂可通过探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光测得，即也可成为已知量，由函数关系式中的这些已知量即可得到酒精路径积分浓度C_eL_e。

更具体而言，通过标定确定所述酒精路径积分浓度函数关系式参数k_w1、k_w2以及包括：

利用标准浓度梯度水蒸气进行标定(简称水蒸气标定)，确定函数关系式参数k_w1、k_w2：通过在气体池中充入一系列浓度梯度的水蒸气，分别确定水蒸气的第一吸收峰处的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值-水蒸气路径积分浓度的标准线、以及水蒸气的第二吸收峰处的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值-水蒸气路径积分浓度的标准线，两条标准线的斜率分别为函数关系式参数k_w1、k_w2。

利用标准浓度梯度的乙醇气体进行标定(简称乙醇标定)，确定函数关系式参数通过在气体池(标定在气体池中进行以控制气体浓度与光的光程)中充入一系列浓度梯度的乙醇气体，分别确定水蒸气的第一吸收峰处的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值、以及水蒸气的第二吸收峰处的二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值，并结合已确定的函数关系式参数k_w1、k_w2，得到与C_eL_e之间的关系，由此确定

在乙醇气体标定(酒驾检测之前做标定)时，利用标准浓度梯度的乙醇气体进行标定，此时利用的是已知浓度的乙醇气体，也即酒精路径积分浓度C_eL_e为已知量；所述V₁、V₂可通过探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光测得，也为已知量；所述k_w1、k_w2在水蒸气标定过程中已经得到，也为已知量，乙醇标定过程的待求解量为

通过斜率法或插值法确定所述酒精路径积分浓度。关于插值，其原理简单而言，即在乙醇标定过程中得到和C_eL_e的多个数据点(x-y坐标系内)，那么在实际测量中，就可以根据(可由实测的V₁、V₂和标定的k_w1、k_w2得到)，在数据点之间做插值得到C_eL_e。

本发明还提供了一种酒驾检测系统，包括：

可调谐半导体激光器，用于将激光射入待检测的驾驶室；以及

光电探测器，用于探测所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射回来的光；

其中，所述酒驾检测系统利用所述漫反射回来的光定量确定待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。

进一步的，所述的酒驾检测系统还包括：上位机，用于根据所述光电探测器探测的信号确定所述待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。

本发明方法及系统是基于波长调制光谱技术进行酒驾检测，波长调制光谱技术(Wavelength Modulation Spectroscopy，WMS)是可调谐激光器吸收光谱技术(TDLAS)的一个分支。本发明基于波长调制光谱技术进行酒驾检测，具有灵敏度高、选择性强、时间分辨率高等诸多优势。

本发明先利用标准浓度梯度水蒸气进行标定，再用标准浓度梯度的乙醇气体进行标定，标定完成之后，即可用于实现酒精浓度遥感，进而实现酒驾的遥感。由此，本发明可以实现遥测酒精浓度，而不会受到空气中水蒸气的干扰。空气中水蒸气的浓度通常为1％量级，遥测酒驾时，积分路径通常为6～8m，待测酒精气体(也称酒精蒸气、乙醇气体)的浓度通常为100ppm量级，积分路径仅为1m左右，可见酒精的积分浓度远远小于空气中的干扰的水蒸气，但是本发明通过可解决这个问题，有效排除水蒸气(也称水气)的干扰，这也是实现酒驾(酒精浓度)遥测的关键。

为便于理解，下面先介绍波长调制技术基本原理和标定过程。

1.波长调制：

光的频率调制和强度调制分别可以表示为：

(对光的频率调制)

(对光的强度调制)

ν(t)是随时间变化的频率，是中心频率，Δν是调制深度，I₀(t)是激光强度，是中心频率强度，i₁是光强线性调制幅度，ω是调制信号的角频率，ψ是频率调制和光强调制之间的相移。

朗伯比尔定律：

I_t(t)＝I₀(t)exp[-CLα(ν)]

其中I_t(t)是出射光强，I₀(t)是入射光强，α是吸收系数(单位cm^-1)，L是光在气体中的传播长度，C为气体的物质的量浓度(体积分数)。在弱吸收下，有一阶近似：

I_t(t)＝I₀(t)·[1-CLα(v)]

进而得到：

根据傅立叶展开：

对I_t锁相放大，在弱吸收近似下，二次谐波(2ω)最大值为：二次谐波最大值对应位置的一次谐波值(1ω)为所以2f/1f＝H₂/i₁，可见2f/1f与光强无关，所以可以消除光强(因此适用于遥测，无需固定反射率的合作目标，只要收集自然表面漫反射的光信号即可)，与积分浓度(CL)成正比。因此可以通过一系列浓度梯度的标准气体标定，之后即可根据2ff1f反演待测气体的积分浓度。

波长调制法多用于在近红外或中红外有独立、窄吸收峰的(吸收峰半高全宽～0.1cm^-1，水蒸气的吸收特征符合这个特点)，由于酒精气体在近红外区域多为宽谱吸收，而且有很多水蒸气吸收线的干扰(要想遥测酒驾，就一定会受到空气中水蒸气吸收的严重干扰，因为待测酒精气体的浓度C和光通过其的路径L都要比水蒸气小的多，C大约相差2个数量级，L大概相差近十倍)。也就是说排除水蒸气的干扰得到酒精气体的浓度是难点，这也是本发明要解决的问题之一。

本发明酒驾检测方法是基于波长调制光谱技术。如图1所示，w代表水蒸气的吸收(1％，1m)曲线，e代表乙醇气体吸收(10ppm，1m)曲线。可见，乙醇气体吸收会受到水蒸气严重干扰，乙醇气体是一个宽谱吸收。对于水的两个吸收峰1、2，中心频率分别为ν₁、ν₂。

水蒸气两个吸收峰1、2，V₁、V₂(如上所述，调制过程除了对频率调制还会对光强调制)分别是水的两个吸收峰二次谐波最大值与该二次谐波最大值处的一次谐波值的比值(2f/1f值)：k≥1

式中，下标w为水，e为乙醇，上标(1)和(2)分别代表吸收峰1和2，α_w1、α_w2分别表示水蒸气在ν₁和ν₂处的吸收系数，相应的，α_e1 and α_e2分别表示酒精蒸气在ν₁和ν₂处的吸收系数。

令：

则：

V₁＝k_w1C_wL_w+k_e1C_eL_e

V₂＝k_w2C_wL_w+k_e2C_eL_e

解之得：

k_w1、k_w2通过改变水蒸气浓度标定得到(无酒精)，通过改变酒精浓度(不需要控制水蒸气浓度，至于原因可以参考图2所示仿真结果，其中横坐标是乙醇蒸积分浓度，纵坐标是水蒸气积分浓度为1％，积分路径为1m到10m(以1m为间隔)，可见不会受到水蒸气的干扰)获得。α(ν)单位为cm^-1。C_eL_e的反演结果与水无关。综上所述，容易看到水蒸气不会对乙醇气体浓度的测定产生影响。

2.标定

标定时除了需要常规的波长调制系统，还需要光程已知的气体池。标定的具体过程如下：

第一步，充入一系列浓度梯度的水蒸气(要保证气体池中无乙醇气体)，分别得到水吸收峰1和2处的2f/1f值-水蒸气积分浓度的标准线(直线y1＝f(x)和y2＝g(x))，它们的斜率就是k_w1、k_w2。此外，本步骤中，也可以在各个浓度标准水蒸气之中混入一定浓度的酒精气体，这样就相当于为拟合的标准直线提供了一个正的偏置。

第二步，充入一些列浓度梯度的乙醇，分别测得V₁和V₂。的计算方法有多种，例如：利用上述的斜率k_w1、k_w2来计算；通过插值求解；利用拟合得到的关系式解出：若V₁＝f(x1)和V₂＝g(x2)，那么就可以表示为x1-x2。如此标定即可得到C_eL_e与的线型关系直线。

3.标定完成之后，系统即可用来测酒精气体的积分浓度，测到V₁和V₂，进而求出便可求酒精气体的路径积分浓度C_eL_e。

在一具体实施例中，如图3所示，所述酒驾检测系统包括：可调谐半导体激光器1、激光器尾纤2、光纤准直器3、半导体激光器驱动单元和温控单元4、函数信号发生单元5、上位机6、模拟-数字转换单元7、光电探测器电流-电压转换单元和信号放大单元8、光电探测器9及收光透镜10。当然本发明酒驾检测系统的结构组成并不仅限于此，本领域技术人员可以根据需要适当调整。

其中，所述激光器1通过激光器尾纤2与光纤准直器3连接，所述激光器1用于发射激光并经激光器尾纤2传输至所述光纤准直器3，所述光纤准直器3用于将所述激光器1输出的激光进行准直后发送至待检测驾驶室；

所述上位机6用于控制所述函数信号发生单元5产生函数信号；所述半导体激光器驱动单元和温控单元4用于接收所述函数信号发生单元5产生的函数信号并驱动所述激光器1发射激光；

所述收光透镜10，用于接收所述射入待检测的驾驶室的激光经在漫反射后经由所述挡风玻璃透射回来的光；

所述光电探测器9用于探测经所述受光透镜出射的所述射入待检测的驾驶室的激光漫反射后经所述挡风玻璃回来的光；

所述光电探测器电流-电压转换单元和信号放大单元8用于接收所述光电探测器9输出的电流信号将其转换为电压信号，并放大后输出；

所述模拟-数字转换单元7用于接收所述光电探测器电流-电压转换单元和信号放大单元8输出的放大后的信号并进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号后输出；

所述上位机6(其包括锁相放大器(例如数字锁相放大器)或其他解调器件)用于接收所述模拟-数字转换单元7输出的数字信号产生一次谐波和二次谐波，并处理得到待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。

所述酒驾检测系统利用所述漫反射回来的光定量确定待检测的驾驶室内的酒精路径积分浓度。

至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

当然，根据实际需要，本发明还可以包含其他的部分，由于同本发明的创新之处无关，此处不再赘述。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。