專利名稱：基于電容傳感器的信封內(nèi)危險物品的測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電容傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種信封內(nèi)危險物品的測量裝置及測量方 法。
背景技術(shù)：
在國外，信件成了我們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚臇|西。去銀行開戶，需要通信地址，賬 戶信息和銀行卡通過多封信分別寄給你。每個月，水電氣、銀行等各種賬單通過信件紛至踏 來；你還可以收到每學期學校對孩子的評語、網(wǎng)上定的廉價車票、各個超市和商家的打折信 息等等。在國內(nèi)信件雖然沒有像國外這么重要，但寄信這種方式依舊很受歡迎。2001年，自美國證實有人通過信件傳播炭疽熱細菌，截止10月18日至少13人 被證實感染了炭疽熱，這是美國自9月11日發(fā)生恐怖襲擊事件以來遭受的又一次致命打 擊，同時也引起了世界各國的驚慌。雖然這些年來，通過信封傳播炭疽熱而導致人感染的事 件沒有再發(fā)生，但是這也給我們敲響了反恐的警鐘，即使普通到平時用來寄信的信封也可 能被恐怖分子利用，所以在信件分揀裝置上安裝一個信封內(nèi)部危險物品檢測的儀器意義重 大。目前，國內(nèi)專門用來檢測信封內(nèi)危險物品的儀器還沒有，一股是檢查人員通過看、 摸來檢查，而平信一股是不檢查的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種信封內(nèi)危險物品測量裝置。 本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種基于電容傳感器的信封內(nèi)危險物品的測量裝置，用于測量信封內(nèi)有無金屬危 險物品，包括電容傳感器、多路模擬開關(guān)、電容測量儀和上位計算機，所述的電容傳感器包 括分布在同一個平面上的MXN電極陣列(M，N均為大于或等于2的整數(shù))，由上位計算機 控制多路模擬開關(guān)選通其中的一個電極，并分兩種情況依次選通該電極的各個相鄰電極， 利用電容測量儀分情況測量該電極與各個相鄰電極之間的電容值，一種情況是，所述信件 為正常信件，測量該電極與各個相鄰電極之間的標定電容值；另一種情況是，所述信封為被 測信封，測量該電極與各個相鄰電極之間的測量電容值，對于該電極與其每個相鄰電極，均 進行以下的判斷設(shè)定一個足夠小的閾值，根據(jù)該電極與相鄰電極之間的標定電容值和測 量電容值兩者的差值與該標定電容值的比值是否大于閾值，判斷該電極與相鄰電極之間是 否存在金屬危險物品；作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的信封內(nèi)危險物品測量裝置，所述的電容傳感器 由均勻排布的電極陣列組成，電極的數(shù)量4-40000個，電極是由金屬片制成，厚度為 0. 0001-lmm，其尺寸根據(jù)電極的數(shù)量和被測信封的大小而定。本發(fā)明同時提供一種采用上述的測量裝置測量信封內(nèi)危險物品的方法，包括下列 步驟
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(1)將電容傳感器置于分揀裝置上，(2)將正常信件通過該電容傳感器，當模擬開關(guān)的一端選中電容傳感器其中一個 電極時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，使模擬開關(guān)的另一端依次選通與該電極相鄰的 電極，利用電容測量儀分別測量各個標定電容值，并送入上位計算機；(3)對于被測信件，用同樣的方法測得相應的各個測量電容值，并送入上位計算 機；(4)判斷該電極的某個標定電容值和與相應的測量電容值之間的差值與該標定電 容值的比值是否大于閾值，若大于閾值，則判斷該電極與相應的相鄰電極之間存在金屬危 險物品；(5)對于電容傳感器的每對相鄰電極重復步驟⑵至⑷。本發(fā)明提出的裝置和方法，利用由電容陣列構(gòu)成的電容傳感器，通過測量電容和 標定電容的比對，實現(xiàn)信封內(nèi)金屬危險物品的快速檢測。較為較實用，簡單，方便，是最具可 行性的信封內(nèi)危險物品的檢測工具之一。


圖1是本發(fā)明的基于電容傳感器的信封內(nèi)危險物品的測量系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2是分布在同一個平面上的3X3電極陣列電容傳感器的示意圖。具體實施方法圖1是按照本發(fā)明一個實施例畫出的測量裝置結(jié)構(gòu)框圖。它由電容傳感器1、多路 模擬開關(guān)2、電容測量儀3和上位計算機4四個主要部分構(gòu)成。電容傳感器1為MXN電極陣列(M，N均為大于或等于2的整數(shù))，所包含的電極 的數(shù)量可以是4-40000個，每個電極都處于同一平面上，每個電極是由鈦合金制成的，厚度 為0.01-lmm，其尺寸根據(jù)電極的數(shù)量和被測信封大小確定。例如圖1中，有2X2共4個電 極，則尺寸可以為40mmX25mm。根據(jù)被測信封的尺寸，以及合理的電極數(shù)量，使電極均勻的 分布于整個信封，利用一層很薄的環(huán)氧樹脂將電極封住。電容測量儀3可以使用商用的阻抗分析儀(例如安捷倫4284等)；測量時，可以將 此類電容傳感器置于分揀裝置上，先測量正常信封(里面為紙張)，當模擬開關(guān)2的一端選 中電容傳感器1其中一個電極時，利用上位計算機4來控制模擬開關(guān)2，使模擬開關(guān)2的另 一端依次選通與該電極相鄰的電極片，利用電容測量儀3分別測量其電容值，例如圖1中， 一個電極有3個相鄰電極，它與這三個相鄰電極之間的標定電容值為C01、C02、C03，通過 USB數(shù)據(jù)線將3個電容值導入上位計算機4，作為標定值。對于被測信件，用同樣的方法測得該電極與其他三個相鄰電極的測量電容值為 CI、C2、C3，通過USB數(shù)據(jù)線將3個電容值導入上位計算機4，上位計算機4通過C01-C1與 C01是否一致來判斷信封內(nèi)有無危險物品。判斷時，預設(shè)一個閥值，該閾值可以由實驗獲得，
如0.01，不妨取第一對電極為例，當^大于閥值時，信封內(nèi)這一電極之間有金屬危險
物品，當小于閥值，越接近零，則說明信封這一電極之間只有紙張，這樣，上位計算
機4通過計算每個相鄰電極之間的比值，即可判斷信封內(nèi)部有無危險金屬物品。圖2為本發(fā)明可以采用的3X3電極陣列電容傳感器，電極25的相鄰電極為其他8個電極，電極21的相鄰電極為電極22，24，25。相鄰電極之間的行間距相等，列間距也相寸。
模擬開關(guān)2的電流承受值應為IOmA至IA之間。模擬開關(guān)2采用MAXIUM公司的 大電流開關(guān)芯片(如MAX4656)。測量方法具體包括以下步驟(1)將此類電容傳感器置于分揀裝置上，先將正常信件通過該電容傳感器，當模擬 開關(guān)2的一端選中電容傳感器1其中一個電極時，利用上位計算機4來控制模擬開關(guān)2，使 模擬開關(guān)2的另一端依次選通與該電極相鄰的電極，利用電容測量儀3分別測量其電容值， 例如圖1中，假設(shè)測得標定電容值為C01、C02、C03，通過USB數(shù)據(jù)線將3個電容值導入上位 計算機4，作為標定值。(2)對于被測信件，用同樣的方法測得測量電容值為C1、C2、C3，通過USB數(shù)據(jù)線將 3個電容值導入上位計算機4;(3)不妨取第一對電極為例，上位計算機4通過COl-Cl與COl是否一致來判斷信
封內(nèi)有無危險物品。判斷時，預設(shè)一個閥值，如0.01，當·大于閥值時，信封內(nèi)這一電
「ΟΙ — Γ
極之間有金屬危險物品，當小于閥值，越接近零，則說明信封這一電極之間只有紙
張，這樣，上位計算機4通過計算每個相鄰電極之間的比值，即可判斷信封內(nèi)部有無危險金 屬物品。
權(quán)利要求
一種基于電容傳感器的信封內(nèi)危險物品的測量裝置，用于測量信封內(nèi)有無金屬危險物品，包括電容傳感器、多路模擬開關(guān)、電容測量儀和上位計算機，其特征在于，所述的電容傳感器包括分布在同一個平面上的M×N電極陣列(M，N均為大于或等于2的整數(shù))，由上位計算機控制多路模擬開關(guān)選通其中的一個電極，并分兩種情況依次選通該電極的各個相鄰電極，利用電容測量儀分情況測量該電極與各個相鄰電極之間的電容值，一種情況是，所述信件為正常信件，測量該電極與各個相鄰電極之間的標定電容值；另一種情況是，所述信封為被測信封，測量該電極與各個相鄰電極之間的測量電容值，對于該電極與其每個相鄰電極，均進行以下的判斷設(shè)定一個足夠小的閾值，根據(jù)該電極與相鄰電極之間的標定電容值和測量電容值兩者的差值與該標定電容值的比值是否大于閾值，判斷該電極與相鄰電極之間是否存在金屬危險物品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容傳感器的信封內(nèi)危險物品測量裝置，其特征在于，所述 的電容傳感器由均勻排布的電極陣列組成，電極的數(shù)量4-40000個，電極是由金屬片制成， 厚度為0. 0001-lmm，其尺寸根據(jù)電極的數(shù)量和被測信封的大小而定。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的測量裝置測量信封內(nèi)危險物品的方法，包括下列步驟(1)將電容傳感器置于分揀裝置上，(2)將正常信件通過該電容傳感器，當模擬開關(guān)的一端選中電容傳感器其中一個電極 時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，使模擬開關(guān)的另一端依次選通與該電極相鄰的電極， 利用電容測量儀分別測量各個標定電容值，并送入上位計算機；(3)對于被測信件，用同樣的方法測得相應的各個測量電容值，并送入上位計算機；(4)判斷該電極的某個標定電容值和與相應的測量電容值之間的差值與該標定電容值 的比值是否大于閾值，若大于閾值，則判斷該電極與相應的相鄰電極之間存在金屬危險物m ；(5)對于電容傳感器的每對相鄰電極重復步驟(2)至(4)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電容傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電容傳感器的信封內(nèi)危險物品的測量裝置，包括由電極陣列構(gòu)成的電容傳感器、多路模擬開關(guān)、電容測量儀和上位計算機，由上位計算機控制多路模擬開關(guān)選通其中的一個電極，并分兩種情況依次選通該電極的各個相鄰電極，利用電容測量儀分情況測量該電極與各個相鄰電極之間的電容值，根據(jù)某個標定電容值和與相應的測量電容值之間的差值與該標定電容值的比值是否大于閾值，判斷該電極與相應的相鄰電極之間是否存在金屬危險物品。本發(fā)明同時提供一種采用上述測量裝置實現(xiàn)的危險物品測量方法。本發(fā)明較為實用，簡單，方便，是最具可行性的信封內(nèi)危險物品的檢測工具之一。
文檔編號G01R27/22GK101865954SQ20101020458
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者尹武良, 王奔 申請人:天津大學