CN105301528A - 虚拟霍尔效应传感器 - Google Patents

Abstract

虚拟霍尔效应传感器。在多个霍尔效应传感器中的每个霍尔效应传感器适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于相应第二预定阈值S_i时，检测到存在的生成强度大于第一预定阈值T_src的磁场的磁源。一种监测设备，所述监测设备获得(301)分别由所述霍尔效应传感器得到的磁场测量结果；并且在由每个霍尔效应传感器测量到的磁场具有在绝对值上小于或等于所述相应第二预定阈值S_i的强度的同时，当所获得的测量结果的线性组合的值H在绝对值上高于第三预定阈值S_tot时，检测到(304)生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。

Description

虚拟霍尔效应传感器

技术领域

本发明涉及通过多个霍尔效应传感器检测磁源的存在。

背景技术

已知诸如永久磁铁或电磁铁的磁源会干扰装置的性能。例如，已知的是，磁铁会篡改由诸如电计量表的计量装置得到的测量结果。该原理已被广泛用于电力消耗量的欺诈情况中：实际上，心怀恶意之人可能有意地将磁铁放置在电计量表上，以篡改由该电计量表得到的测量结果，使得所得到的测量结果反映比实际消费的电力消耗量低得多的电力消耗量。这种技术还被心怀恶意的人用在关于新一代电计量表(称作智能电计量表)中。实际上，根据美国记者和安全专家BrianKrebs在2012年4月发表的报道，几乎普遍存在的智能电计量表都仅能胜任以下频率，通过该频率可仿制所述智能电计量表。BrianKrebs引证了一篇FBI(联邦调查局)于2010年公开的报道，其中指出，通过将非常强的磁铁放置在电计量表上，有可能篡改由该电计量表生成的电力消耗测量结果。一些恶意的消费者使用这种技术以在夜间篡改测量结果，从而使空调设备一直运行到第二天以享受整个凉爽的夜晚。然后，当消费者在白天工作时，就将磁铁拿开。

在智能电计量表的情况下，这种类型的欺诈更难以检测，这是因为智能电计量表的一个吸引之处在于能够远程地收集电力消耗测量结果，而无需员工去现场。由此期望的是，能够检测出附接到智能电计量表的这种磁铁的存在，并且能够向中央监测设备发送对应的警报。

为了检测这种磁铁的存在，已知的是使用磁场探测器，诸如，磁簧开关(ReedSwitch)或霍尔效应传感器。磁簧开关是包括通常经由金和锌层来保护的两个镍铁触点的磁性开关。该触点是弹性的、被磁化的并且被放置在通常容纳分子氮的玻璃气泡中。在存在磁场时，该触点彼此吸引，彼此靠近并接触，从而允许电流通过。当磁场停止时，该触点由于它们的弹性特性而彼此分开，这阻止了电流通过。由于这个电流通道，从而可以检测到磁场的存在。在霍尔效应传感器的情况下，在存在磁场的情况下，线圈产生电流，从而能够检测到磁场的存在。

然而，使用霍尔效应传感器引发可靠性和检测的问题，尤其是，即便存在多个霍尔效应传感器，依赖于磁场的方向，也可能检测不到不期望的磁源的存在。实际上，空间的限制不允许将霍尔效应传感器布置在期望检测出这种不期望的磁源存在的任何地方。

期望克服现有技术的这些各种缺陷。

概括地说，期望提供一种以下解决方案，其扩展通过多个霍尔效应传感器检测在将被监测的装置附近存在的磁源的能力，无论该磁源根据该装置的使用环境来说是否是不期望的。

尤其期望提供一种以低成本简单实施的解决方案。

发明内容

本发明涉及一种用于监测一种装置的方法，该装置包括多个霍尔效应传感器，每个霍尔效应传感器适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于相应第二预定阈值S_i时，检测到生成强度大于第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。所述方法使得其包括以下步骤：获得分别由所述霍尔效应传感器得到的磁场测量结果；并且在由每个霍尔效应传感器测量的磁场具有在绝对值上小于或等于所述相应预定阈值S_i的强度的同时，当所获得的测量结果的线性组合的值H在绝对值上高于第三预定阈值S_tot时，检测到生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。因此，虽然独立采用的霍尔效应传感器均不能检测到磁源的存在，但是由所述霍尔效应传感器得到的测量结果的线性组合创建了能够检测到所述磁源的存在的虚拟霍尔效应传感器。

根据特定实施方式，所述方法包括由以下组成的步骤：当所获得的测量结果的线性组合的值H高于第三预定阈值S_tot时，生成警报。

根据特定实施方式，所述方法包括以下步骤，对于每个霍尔效应传感器：将所获得的测量结果与相应第二预定阈值S_i进行比较；并且所述方法进一步包括以下步骤：当所获得的测量结果中的至少一个高于所述相应第二预定阈值S_i时，生成所述警报。

根据特定实施方式，所述第三预定阈值S_tot根据下面的算式来定义：

$S_{\mathrm{tot}}=L.\sqrt{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{S_i}^2}$

其中，i是表示多个霍尔效应传感器中的一个霍尔效应传感器的索引，并且其中L是等于的系数，确保当所有第二预定阈值S_i相等时，第三预定阈值S_tot也等于各个第二预定阈值S₁，N表示霍尔传感器的数量。

根据特定实施方式，所获得的测量结果的线性组合的值H由下式确定：

$H=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·H_i$

其中，H_i表示由索引i表示的霍尔效应传感器得到的测量结果，a_i表示对从由索引i标识的霍尔效应传感器获得测量结果进行加权的预定系数，每个加权系数a_i根据下面的算式来预先定义：

$a_i=K\·\frac{S_{\mathrm{tot}}}{S_i}$

其中，K是调整系数。

本发明还涉及一种用于监测包括多个霍尔效应传感器的装置的设备，每个霍尔效应传感器适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于相应第二预定阈值S_i时，检测到生成强度大于第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。所述设备使得其包括：用于获得分别由所述霍尔效应传感器得到的磁场测量结果的装置；以及用于在由每个霍尔效应传感器测量的磁场具有在绝对值上小于或等于所述各个预定阈值S_i的强度的同时，当所获得的测量结果的线性组合的值H在绝对值上高于预定第三阈值S_tot时，检测到生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源存在的装置。

本发明还涉及一种电计量表，该电计量表适用于测量由供电网络提供的用电设备的电力消耗量，并且包括前述监测设备，所述电计量表是包括所述霍尔效应传感器的装置。

根据特定实施方式，所述电计量表包括：用于适用于经由所述供电网络进行通信的电力线通信接口；用于当所获得的测量结果的线性组合的值H高于第三预定阈值S_tot时，生成警报的装置；以及用于经由所述电力线通信接口发送表示所述警报的消息的装置。

附图说明

本发明的上述特征以及其它特征将根据阅读示例实施方式的下列描述更清楚，所述描述与附图相关地给出，其中：

图1示意性例示包括多个霍尔效应传感器并且可以实现本发明的装置；

图2示意性例示适用于关于在所述装置附近存在的磁源对所述装置进行监测的设备的硬件架构；

图3示意性例示根据本发明的第一实施方式的由用于检测在所述装置附近存在的不期望的磁源的所述设备实现的算法；以及

图4示意性例示根据本发明的第二实施方式的由用于检测在所述装置附近存在的不期望的磁源的所述设备实现的算法。

具体实施方式

下面将陈述详细的说明，以在设置有多个霍尔效应传感器的电计量表的背景环境下，更具体地，在智能电计量表的背景环境下，描述本发明的各个实施方式。然而，本发明的原理广泛地应用于对磁场敏感的计量的背景环境，或更一般地，应用于其功能受到装置附近存在的磁源干扰的装置的背景环境，因此，必须检测到存在的这种磁源。本发明的原理还应用于以下一般情况，其中将被监测的装置包括多个霍尔效应传感器，并且存在生成强度高于预定阈值T_src的磁场的磁源，无论这种磁源的存在是否是不期望的。

图1示意性例示包括多个霍尔效应传感器110、111、112和113并且可以实施本发明的装置100。

霍尔效应传感器意在使得监测设备130能够监测所述装置100关于在所述装置100附近生成强度高于预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。

每个霍尔效应传感器适用于进行磁场测量，并且适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上大于相应预定阈值S_i时(i表示所述多个霍尔效应传感器中的一个霍尔效应传感器的索引，该相应预定阈值S_i与每个霍尔效应传感器相关联)，检测到生成其强度高于预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。其原理是，如果所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于与所述霍尔效应传感器相关联的预定阈值S_i，则认为在装置100附近有不期望的磁源。这个磁源可能正在生成其强度稍大于预定阈值T_src的磁场，并且在地理位置上非常接近所述装置100，或甚至与所述装置100的外壁相抵靠设置，并且被认为不期望在装置100的附近。所述磁源还可生成其强度明显高于预定阈值T_src的磁场，并且在地理位置上远离所述装置100，并且被认为不期望在装置100的附近。这依赖于由所述霍尔效应传感器以绝对值测量的、意味着所感知的磁场强度。

认为由于生成低于或等于预定阈值T_src的磁场的磁源被认为不会干扰所述装置100，所以在装置100的附近的这种磁源的存在将不被霍尔效应传感器110、111、112和113检测到。

通常通过实验来限定每个阈值S_i。实际上，霍尔效应传感器通常被机械保护件所围绕，这限制了将磁源移动以接近所述霍尔效应传感器的可能性。然后通过实验确定每个阈值S_i，以将与相应霍尔效应传感器110、111、112和113相对于装置100的布置相关的物理限制考虑在内。所述实验可使用具有不同引力、不同形式以及不同材料的磁源(诸如磁铁)，因此实验将包括由各个霍尔效应传感器110、111、112和113进行的不同的磁场测量。

这些预定阈值S_i可用于由相应霍尔效应传感器110、111、112和113单独生成警报，检测生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在，如下面关于图4所描述的。

当霍尔效应传感器110、111、112和113的排列工作时，也可能发生如下情况，由于霍尔效应传感器110、111、112和113可能处于仅感知到由所述磁源生成的磁场的强度小于或等于预定阈值T_src的情形，所以通过霍尔效应传感器110、111、112和113不能单独检测到在装置100附近的生成强度高于预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。实际上，正如已经提到过的，装置100的尺寸会妨碍将霍尔效应传感器110、111、112和113设置在期望检测出会干扰装置100的运行的不期望的磁场存在的任何地方。监测设备130的任务就是克服该缺陷，如下面关于图3或图4所描述的。

为此，装置100适用于经由通信链路140向监测设备130提供由霍尔效应传感器110、111、112和113产生的测量结果。

在图1中，监测设备130被描绘为与装置100分离，并经由通信链路140连接到装置100。另一实施方式中，监测设备130集成在装置100中；换句话说，在这种情形下，装置100实现监测设备130的性能和功能。

在特定实施方式中，装置100是适用于测量由供电网络提供的用电设备的电力消耗量的电计量表。

在特定实施方式中，装置100是一种智能电计量表，该智能电计量表适用于测量由供电网络提供的用电设备的电力消耗量，并且具有适用于经由所述供电网络，尤其是中央监测设备通信的电力线通信接口。然后监测设备130可以被集成在所述智能电计量表之中，并且适用于经由所述电力线通信接口向中央监测设备发送警报消息。根据另一实施方式，监测设备130位于中央监测设备处，并且智能电计量表适用于经由所述电力线通信接口向监测设备130发送由所述霍尔效应传感器得到的测量结果。

图2示意性例示监测设备130的硬件架构的示例。当所述装置100实现监测设备130的性能和功能时，所述硬件架构可由此被包括在装置100中。

根据图2中描绘的硬件架构的示例，由通信总线210连接的监测设备130包括处理器或CPU(中央处理单元)201、随机存取存储器RAM202、只读存储器ROM203、存储单元或存储介质读取器(诸如SD(安全数字)卡读取器204)、以及至少一个通信接口205，所述至少一个通信接口205使得监测设备130能够接收由霍尔效应传感器110、111、112和113得到的测量结果，并且可选择地使得能够直接或间接地与中央监测设备进行通信，以发送警报消息。

处理器201能执行从ROM203、从外部存储器(未示出)、从存储介质(诸如SD卡)或从通信网络加载到RAM202的指令。当监测设备130加电时，处理器201能够从RAM202读取指令并执行读取的指令。这些指令形成计算机程序，所述计算机程序使得下面关于图3和4描述的算法和步骤中的全部或一些将由处理器201实现。

下面关于图3和4描述的算法和步骤中的全部或一些可以通过由可编程机器(例如，DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令以软件形式来实现，或通过机器或专用组件(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))以硬件形式来实现。

图3示意性例示根据本发明的第一实施方式的由监测设备130实现以检测在所述装置附近的不期望的磁源的存在的算法。图3中的算法从步骤300开始。

在步骤301中，监测设备130获得由霍尔效应传感器110、111、112和113得到的测量结果。该测量结果可能带符号，所述监测设备130则保留绝对值。所述测量结果可以是由霍尔效应传感器110、111、112和113得到的瞬时测量结果，也可以是由霍尔效应传感器110、111、112和113得到的瞬时测量结果在预定的周期D内的积分。

在步骤302中，监测设备130确定在步骤301处获得的测量结果的线性组合的值H。换句话说，根据以下算式确定所述获取的测量结果的线性组合的值H：

$H=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·H_i$

其中，N表示测量结果被考虑的霍尔效应传感器的数量，H_i表示由索引i表示的霍尔效应传感器得到的测量结果，并且a_i表示每个测量结果的预定加权系数。每个加权系数a_i可实验性地限定，尤其根据霍尔效应传感器110、111、112和113的相对几何布置来限定。

在步骤303中，监测设备130将所确定的线性组合的值H与预定阈值S_tot进行比较。阈值S_tot的值可以根据预定阈值T_src和霍尔效应传感器110、111、112和113的相对几何布置来预先确定。

在特定实施方式中，根据下述算式，通过对预定阈值S_i的均方值由系数L进行加权来限定预定阈值S_tot：

$S_{\mathrm{tot}}=L.\sqrt{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{S_i}^2}$

其中，L是等于的系数，其确保当所有的预定阈值S_i相同时，预定阈值S_tot也等于每个预定阈值S_i。

根据特定实施方式，每个加权系数a_i可以根据下面的算式限定：

$a_i=K\·\frac{S_{\mathrm{tot}}}{S_i}$

其中，K表示调整系数，例如，等于0.75。

在步骤304中，监测设备130根据在步骤301处获得的测量结果的线性组合的值H，确定是否检测到生成强度大于所述预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。当在步骤301处获得的测量结果的线性组合的值H大于预定阈值S_tot时，检测到这种磁源的存在。如果检测到这种磁源的存在，则执行步骤305；否则在步骤306中结束图3中的算法。

在步骤305中，监测设备130生成表示检测到生成强度大于所述预定阈值T_src的磁场的磁源存在的警报，意味着磁源被认为能够干扰装置100的运行。该警报可由于专用指示灯，或经由监测设备130屏幕上的显示，或经由通过监测设备130接入的通信网络所发送的消息来生成。更具体地，在集成监测设备130的智能电计量表情况下，该警报可由经由对由智能电计量表监测电力消耗量的用电设备供电的供电网络发送的电力线通信消息生成。然后图3中的算法结束。

可根据需要，或持续地或周期地执行图3中的算法。

图4示意性例示根据本发明的第二实施方式的由监测设备130执行以检测在该装置附近的不期望的磁源的存在的算法。图4中的算法从步骤400开始。

在步骤401中，监测设备130获得由霍尔效应传感器110、111、112和113得到的测量结果。该步骤401与图3的算法的步骤301相同。

在步骤402中，监测设备130确定在步骤401获得的测量结果的线性组合的值H。步骤402与图3的算法的步骤302相同。

在步骤403中，监测设备130将所确定的线性组合的值H与预定阈值S_tot进行比较。步骤403与图3的算法的步骤303相同。

在步骤404中，对于由索引i标识的每个霍尔效应传感器而言，监测设备130将测量结果H_i与对应的预定阈值S_i进行比较。

在步骤405中，监测设备130确定通过霍尔效应传感器110、111、112和113是否检测到生成强度大于该预定阈值T_src的磁场的磁源的存在，无论这是单独地还是共同地进行检测。当在步骤401获得的所述测量结果的线性组合的值H大于预定阈值S_tot时，共同地检测到这种磁源的存在。当在步骤401获得的测量结果H_i大于对应的预定阈值S_i时，由索引i标识的霍尔效应传感器单独地检测到这种磁源的存在。如果检测到这种磁源的存在，无论单独地还是共同地，则执行步骤406；否则在步骤407结束图4的算法。

在步骤406中，监测设备130生成表示检测到生成强度高于该预定阈值T_src的磁场的磁源存在的警报，意味着磁源被认为能够干扰装置100的运行。该警报可通过专用的指示灯，或经由监测设备130屏幕上的显示，或经由监测设备130接入的通信网络所发送的消息来生成。该警报能够区别出所述磁源是由霍尔效应传感器110、111、112和113单独检测到还是共同检测到的事实。更具体地，在集成监测设备130的智能电计量表的情况下，该警报可通过经由对由智能电计量表监测电力消耗量的用电设备供电的供电网络发送的电力线通信消息生成。然后图4中的算法结束。

可根据需要，或持续地或周期地执行图4中的算法。

因此，根据上述内容，本发明能够检测到生成强度高于该预定阈值T_src的磁场的磁源的存在，反之，由于由每个霍尔效应传感器得到的测量结果小于或等于与该霍尔效应传感器相关联的预定阈值S_i，所以采用的霍尔效应传感器均不能单独检测该磁源的存在。然后该霍尔效应传感器的测量结果的线性组合使得能够产生虚拟霍尔效应传感器。

Claims (10)

1.一种用于监测包括多个霍尔效应传感器(110、111、112、113)的装置(100)的方法，每个霍尔效应传感器适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于相应第二预定阈值S_i时，检测到生成强度大于第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在，所述方法的特征在于包括以下步骤：

-获得(301、401)分别由所述霍尔效应传感器得到的磁场测量结果；以及

-在由每个霍尔效应传感器测量的磁场具有在绝对值上小于或等于所述相应预定阈值S_i的强度的同时，当所获得的测量结果的线性组合的值H在绝对值上高于预定第三阈值S_tot时，检测到(304、405)生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括由以下组成的步骤：

当所获得的测量结果的线性组合的值H高于所述第三预定阈值S_tot时，生成(305、406)警报。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，对于每个霍尔效应传感器：

-将所获得的测量结果与所述相应第二预定阈值S_i比较(404)；

并且所述方法的特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

-当所获得的测量结果中的至少一个高于所述相应第二预定阈值S_i时，生成(406)所述警报。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据下述算式限定所述第三预定阈值S_tot：

$S_{\mathrm{tot}}=L.\sqrt{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{S_i}^2}$

其中，i是表示所述多个霍尔效应传感器中的一个霍尔效应传感器的索引，并且其中L是等于的系数，确保当所有的第二预定阈值Si相等时，所述第三预定阈值S_tot也等于各个第二预定阈值S_i，N表示霍尔传感器的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所获得的测量结果的线性组合的值H由下式确定：

$H=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·H_i$

其中，H_i表示由索引i表示的霍尔效应传感器得到的测量结果，并且α_i表示对从由索引i标识的霍尔效应传感器获得的测量结果进行加权的预定系数，每个加权系数α_i根据下面的算式来预先定义：

$a_i=K.\frac{S_{\mathrm{tot}}}{S_i}$

其中，K是调整系数。

6.一种用于监测包括多个霍尔效应传感器的装置(100)的设备(130)，每个霍尔效应传感器(110、111、112、113)适用于当所述霍尔效应传感器测量到磁场强度在绝对值上高于相应第二预定阈值S_i时，检测到生成强度大于第一预定阈值T_src的磁场的磁源的存在，所述设备的特征在于包括：

-用于获得(301、401)分别由所述霍尔效应传感器得到的磁场测量结果的装置；以及，

-用于在由每个霍尔效应传感器测量的磁场具有在绝对值上小于或等于所述相应第二预定阈值S_i的强度的同时，当所获得的测量结果的线性组合的值H在绝对值上高于第三预定阈值S_tot时，检测到(304、405)生成强度高于所述第一预定阈值T_src的磁场的磁源存在的装置。

7.一种电计量表，该电计量表适用于测量由供电网络提供的用电设备的电力消耗量，其特征在于，所述电计量表包括根据权利要求6所述的监测设备，所述电计量表是包括所述霍尔效应传感器的装置。

8.根据权利要求7所述的电计量表，其特征在于，所述电计量表包括：

-用于适用于经由所述供电网络进行通信的电力线通信的接口；

-用于在所获得的测量结果的线性组合的值H高于所述第三预定阈值S_tot时，生成(305；406)警报的装置；以及

-用于经由所述电力线通信接口发送表示所述警报的消息的装置。

9.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括用于当所述程序由监测设备的处理器执行时，通过所述监测设备实现根据权利要求1至5中任一项所述的方法的指令。

10.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置存储计算机程序，所述计算机程序包括用于当所述程序由监测设备的处理器执行时，通过所述监测设备实现根据权利要求1至5中任一项所述的方法的指令。