CN105637372A - 振动传感器 - Google Patents

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Abstract

公开的是一种振动传感器(1)，该振动传感器用于检测装配有所述振动传感器(1)的设备所受到的攻击，所述振动传感器包括：微处理器(3)；微机电系统(2)，所述微机电系统与所述微处理器(3)通信，所述微机电系统(2)集成有振动感测装置和微芯片，所述振动感测装置适于感测任何方向上的由所述攻击产生的振动，所述微芯片适于接收并存储来自所述微处理器(3)的至少一个参数并适于基于所述至少一个参数分析由所述振动产生的振动信号；以及输出装置(4)，所述输出装置与所述微处理器(3)连接并适于基于所述振动信号的分析结果输出信息。振动传感器(1)能够可靠地检测任何攻击并具有简单的电路布置。

Description

振动传感器
技术领域
本发明涉及一种振动传感器，该振动传感器用于检测对装配有该振动传感器的设备的攻击。
背景技术
随着社会和技术进步的发展，越来越多的便利性设备、如汽车、摩托车、自动取款机(ATM)等出现在我们的日常生活中。这些设备通常需要装配对抗攻击的警报装置，并且当这些设备遭受攻击时，警报装置可感测攻击并发出对应的警报、如声音警报。
目前，警报装置通常是振动传感器。也就是，根据由振动传感器感测到的振动信号来确定设备是否遭受攻击。为此，已知的振动传感器设置有用于感测振动信号的感测装置。在现有技术中，通常将双压电晶片用作感测装置。由双压电晶片感测到的振动信号被传输至处理器并被该处理器分析。
众所周知，双压电晶片属于一种模拟元件并且只能在一个方向上感测振动。在操作中，双压电晶片将其应变转换成作为输出信号的模拟电压。因此，由双压电晶片实际感测到的振动信号可能并不是真实的振动信号并且不能够反映真实攻击，这是因为由攻击产生的真实振动信号通常具有三个维度分量。此外，所述输出信号容易受到多种因素、如噪音、用于对双压电晶片供电的电源等的干扰。
振动传感器还由于双压电晶片而需要复杂的模拟电路，由此导致振动传感器不稳定。
已知的振动传感器主要执行如下检测方法。预设阈值，比较由振动传感器检测到的振动信号的振幅与所述阈值，并且超过阈值意味着设备遭受了攻击并且由此发出对应的警报。在一些情况下，除了比较由振动传感器检测到的振动信号的振幅与阈值之外，还需要满足一个或多个判定条件，以便进一步减小误报或漏报。然而，如上所述，由双压电晶片感测到的振动信号可能不能真实反映攻击，由此会增加误报和漏报，从而导致振动传感器不灵。
因此，期待提供一种简单且可靠的、适于检测能够真实反映攻击的振动信号并由此根据振动信号准确地发出警告的振动传感器。
发明内容
基于现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种更简单且可靠的振动传感器，该振动传感器用于检测装配有该振动传感器的设备上的攻击。
为了实现该目的，在一个方面，本发明提供了一种振动传感器，所述振动传感器用于检测装配有所述振动传感器的设备所受到的攻击，所述振动传感器包括：
微处理器；
微机电系统，所述微机电系统与所述微处理器通信，所述微机电系统集成有振动感测装置和微芯片，所述振动感测装置适于感测任何方向上的由所述攻击产生的振动，所述微芯片适于接收并存储来自所述微处理器的至少一个参数并适于基于所述至少一个参数分析由所述振动产生的振动信号；以及
输出装置，所述输出装置与所述微处理器连接并适于基于所述振动信号的分析结果输出信息。
根据本发明的一优选实施例，所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的灵敏度调节装置，并且所述振动传感器的灵敏度能够借助于所述灵敏度调节装置来调节。
根据本发明的一优选实施例，所述微芯片设置有串行外围接口，并且所述微处理器设置有与所述微芯片的所述串行外围接口连接的对应的串行外围接口；或者所述微芯片以无线方式与所述微处理器通信。
根据本发明的一优选实施例，所述振动感测装置是加速度感测装置；和/或所述振动感测装置以大约2kHz、优选2kHz的采样频率对所述振动信号采样；和/或所述输出装置是警报装置。
根据本发明的一优选实施例，所述微芯片是可编程的并包括用于存储从所述微处理器接收的所述至少一个参数的第一寄存器、用于存储从所述振动感测装置接收的所述振动信号的第二寄存器、用于存储用来分析所述振动信号的程序序列的存储器、以及片上中断控制器，所述片上中断控制器至少适于基于所述振动信号的分析结果向所述微处理器发送中断指令。
根据本发明的一优选实施例，所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的模式设定装置，并且所述振动传感器能够借助所述模式设定装置被设定成灵敏度确定模式；并且所述振动传感器的灵敏度通过下述步骤来确定：a)借助所述模式设定装置将所述振动传感器设定成所述灵敏度确定模式并使所述振动传感器通电；b)在预定时间段内模拟期望的攻击并在所述预定时间段内借助所述微机电系统记录由所述期望的攻击产生的所述振动信号的振幅；并且c)至少基于所述振动信号的振幅确定所述振动传感器的灵敏度。
根据本发明的一优选实施例，当确定出所述振动传感器的灵敏度时，所述振动传感器从所述灵敏度确定模式切换成另外的模式，在所述另外的模式中，允许借助所述灵敏度调节装置来设定确定出的灵敏度。
根据本发明的一优选实施例，所述灵敏度调节装置包括第一DIP(doublein-linepackage)开关和电位计(POT)，所述第一DIP开关适于为所述振动传感器选取灵敏度范围，所述电位计适于在所选取的灵敏度范围内设定所述振动传感器的灵敏度；和/或所述模式设定装置包括第二DIP开关。
根据本发明的一优选实施例，所述振动传感器还包括：与所述微处理器连接的附加调节装置、尤其是第三DIP开关，其中，能够借助所述附加调节装置来设定对应的附加参数，并且在分析所述振动信号时考虑所述对应的附加参数；和/或防拆开关，所述防拆开关用于所述振动传感器的自我保护并与所述输出装置连接。
根据本发明的一优选实施例，所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的指示装置、尤其是LED(发光二极管)；所述输出装置包括光学警报装置和声音警报装置；并且所述指示装置能够用来帮助设定所述振动传感器的灵敏度并用作所述光学警报装置。
附图说明
本发明及其优点将通过参看附图阅读对一些优选示范实施例的详细说明而被进一步理解。所述附图为：
图1是示出振动传感器的一优选示范实施例的基本部件的框图，该振动传感器用于感测装配有该振动传感器的设备所受到的攻击。
图2是示出振动传感器的MEMS的一优选示范实施例的示意图。
图3是示出与振动传感器的微处理器连接的一些部件的优选示范实施例的示意图。
具体实施方式
现在将参考图1来说明根据本发明的一优选示范实施例的振动传感器。如上所述，所述振动传感器通常安装在一些重要设备上以感测设备可能受到的攻击并在确定攻击属于可能破坏设备和/或可能导致任何财产损失的真实攻击时发出警报。
如图1所示，振动传感器1主要包括MEMS2、适于与MEMS2通信的微处理器3、用于在检测到真实攻击时以任何合适的方式(优选以光学和/或声音的方式)发出警报的警报装置4、以及至少用于对MEMS2和微处理器3供电的电源5，其中，所述MEMS2至少适于对传输至所述MEMS2的振动信号进行采样。
进一步如图1所示，警报装置4连接至微处理器3并借助于微处理器3控制。
例如，电源5可以是3VDC电源。
优选的是，如图1所示，微处理器3的串行外围接口(SPI)6与MEMS2的SPI7电连接，由此以有线的方式在微处理器3与MEMS2之间建立通信。
优选的是，如图2所示，MEMS2至少集成有用于感测振动信号的所有三个维度分量的振动感测装置8、以及至少适于接收并存储来自微处理器3的至少一个参数并基于所述至少一个参数分析振动信号的微芯片9。
例如，振动感测装置8以2kHz的采样频率对振动信号采样。
优选的是，微芯片9是可编程的并且预编程的第一程序序列存储在微芯片9中以分析振动信号。此外，微芯片9至少包括数字接口(如SPI7)、用于存储从微处理器3传输的所述至少一个参数的第一寄存器、用于存储从振动感测装置8接收的振动信号的第二寄存器、用于存储第一程序序列的存储器、以及片上中断控制器，所述片上中断控制器至少适于根据振动信号的分析结果向微处理器3发送中断指令。
替代地，MEMS2也可以以无线的方式与微处理器3通信。在这种情况下，微芯片9设置有无线收发器并且微处理器3设置有对应的无线收发器。
优选的是，振动感测装置8是加速度感测装置。本领域技术人员应当理解的是，振动感测装置8可以是任何其它合适的感测装置，只要由振动感测装置8所感测的振动信号能够真实反映攻击即可。
优选的是，中断指令是用来表明通过分析振动信号而将攻击确定为真实攻击的指令，并且当确定为真实攻击时该指令被立即发送给微处理器3。
优选的是，预编程的第二程序序列存储在微处理器3的存储器中，以至少根据从MEMS2的片上中断控制器接收的中断指令来控制警报装置4。当微处理器3接收到中断指令时，微处理器3向警报装置4发送控制信号以发出警报。
本领域技术人员可以理解的是，当振动传感器1被用在不同的应用场合和地点时，通常需要来调节振动传感器1的灵敏度。一般而言，如上所述，振动传感器1的灵敏度对应于某一阈值，在操作中将对振动信号的振幅与所述阈值进行比较。例如，通过比较由攻击产生的振动信号的振幅与所述阈值(并且还可以附加地比较攻击时长与预定时长)，微芯片9分析振动信号并在确定攻击为真实攻击时发出警报。
为此，如图1所示，振动传感器1还包括用于调节振动传感器1的灵敏度的灵敏度调节装置10。灵敏度调节装置10与微处理器3连接。
如图3所示，例如，灵敏度调节装置10包括至少一个第一DIP开关11和电位计12，所述至少一个第一DIP开关11和电位计12均与微处理器3连接。第一DIP开关11用来根据需要为振动传感器1选取不同的灵敏度等级(范围)，电位计12用来在所选取的灵敏度范围内精确地设定振动传感器1的灵敏度。也就是说，第一DIP开关11和电位计12彼此协作以设定振动传感器1的灵敏度。一旦将第一DIP开关11和电位计12调节好，微处理器3就可以在振动传感器1通电时根据第一DIP开关11和电位计12的调节位置来确定振动传感器1的灵敏度。在这种情况下，振动传感器1的灵敏度可被保持，直至第一DIP开关11和/或电位计12被再次调节。
振动传感器1优选具有四个不同的灵敏度等级。在这种情况下，所述至少一个第一DIP开关11包括两个DIP开关11，如图3所示。每个第一DIP开关11具有两个设定位置并且由此两个DIP开关11能够彼此协作以提供四种不同的灵敏度等级。
当微处理器3确定出振动传感器1的灵敏度后，与确定出的灵敏度对应的阈值作为参数借助微处理器3配属给微芯片9的第一寄存器。然后，微芯片9可以至少基于确定出的灵敏度、利用第一程序序列来分析振动信号。
优选的是，如图1所示，振动传感器1还包括至少用于帮助调节灵敏度的指示装置13，该指示装置13与微处理器3连接并借助于微处理器3控制。更优选的是，指示装置13还具有其它功能、例如在确定攻击为真实攻击时发出光学警报。
根据本发明的一优选实施例，指示装置13可以是或可包括LED、尤其是彩色LED。
如图1所示，为了帮助调节灵敏度，振动传感器1还优选地包括与微处理器3连接的模式设定装置14。振动传感器1可以借助所述模式设定装置1设定成正常工作模式或灵敏度确定模式。
优选的是，模式设定装置14是第二DIP开关，如图3所示。
在正常工作模式中，振动传感器1正常工作以检测攻击。优选的是，当振动传感器1安装在设备上并借助模式设定装置14设定为正常工作模式时，振动传感器1可以与设备的控制系统(未示出)通信。
优选的是，在灵敏度确定模式中，振动传感器1的灵敏度可以被智能地确定，如下所述。具体地，用来确定振动传感器1的灵敏度的过程包括下述步骤：
a)借助模式设定装置14将振动传感器1设定成灵敏度确定模式并使振动传感器1通电；
b)在预定时间段内模拟期望的攻击并在所述预定时间段内借助MEMS2记录由期望的攻击产生的振动信号的振幅；并且
c)至少基于振动信号的振幅确定振动传感器1的灵敏度。
优选的是，在微芯片9中执行用来确定振动传感器1的灵敏度的过程。当然，该过程也可以在微处理器3中执行。
一旦确定出灵敏度，就将振动传感器1设定成非灵敏度确定模式并且最后在指示装置13的帮助下通过灵敏度调节装置10将振动传感器1的灵敏度调节成确定出的灵敏度。
在操作中，除了比较振动信号的振幅与阈值之外，还需要比较振动信号的附加特征值与对应的附加阈值以进一步减少误报和漏报。为此，振动传感器1还包括附加设定装置，所述附加设定装置与微处理器3连接并适于设定对应的附加阈值。优选的是，附加设定装置用来从多个预定值选取一个附加阈值。在这种情况下，附加设定装置优选为第三DIP开关15，如图3所示。
进一步如图3所示，两个第一DIP开关11、第二DIP开关14和第三DIP开关15优选地集成为单个模块并且该模块可以从市场获得。
优选的是，振动传感器1还包括用于自我保护的防拆开关。该防拆开关与警报装置4连接并在振动传感器1遭受破坏时发出警报。
尽管一些实施例已经被说明，但是这些实施例仅仅以示例方式呈现，不是旨在限定本发明的范围。所附的权利要求和它们的等同替换旨在覆盖落在本发明的范围和精神内的所有改型、替代和变化。

Claims (10)

1.一种振动传感器，所述振动传感器用于检测装配有所述振动传感器的设备所受到的攻击，所述振动传感器包括：
微处理器；
微机电系统，所述微机电系统与所述微处理器通信，所述微机电系统集成有振动感测装置和微芯片，所述振动感测装置适于感测任何方向上的由所述攻击产生的振动，所述微芯片适于接收并存储来自所述微处理器的至少一个参数并适于基于所述至少一个参数分析由所述振动产生的振动信号；以及
输出装置，所述输出装置与所述微处理器连接并适于基于所述振动信号的分析结果输出信息。
2.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，
所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的灵敏度调节装置，并且所述振动传感器的灵敏度能够借助于所述灵敏度调节装置来调节。
3.根据权利要求1或2所述的振动传感器，其特征在于，
所述微芯片设置有串行外围接口，并且所述微处理器设置有与所述微芯片的所述串行外围接口连接的对应的串行外围接口；或者
所述微芯片以无线方式与所述微处理器通信。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的振动传感器，其特征在于，
所述振动感测装置是加速度感测装置；和/或
所述振动感测装置以大约2kHz的采样频率对所述振动信号采样；和/或
所述输出装置是警报装置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的振动传感器，其特征在于，
所述微芯片是可编程的并包括用于存储从所述微处理器接收的所述至少一个参数的第一寄存器、用于存储从所述振动感测装置接收的所述振动信号的第二寄存器、用于存储用来分析所述振动信号的程序序列的存储器、以及片上中断控制器，所述片上中断控制器至少适于基于所述振动信号的分析结果向所述微处理器发送中断指令。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的振动传感器，其特征在于，
所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的模式设定装置，并且所述振动传感器能够借助所述模式设定装置被设定成灵敏度确定模式；并且
所述振动传感器的灵敏度通过下述步骤来确定：
a)借助所述模式设定装置将所述振动传感器设定成所述灵敏度确定模式并使所述振动传感器通电；
b)在预定时间段内模拟期望的攻击并在所述预定时间段内借助所述微机电系统记录由所述期望的攻击产生的所述振动信号的振幅；并且
c)至少基于所述振动信号的振幅确定所述振动传感器的灵敏度。
7.根据权利要求6所述的振动传感器，其特征在于，
当确定出所述振动传感器的灵敏度时，所述振动传感器从所述灵敏度确定模式切换成另外的模式，在所述另外的模式中，允许借助所述灵敏度调节装置来设定确定出的灵敏度。
8.根据权利要求7所述的振动传感器，其特征在于，
所述灵敏度调节装置包括第一DIP开关和电位计，所述第一DIP开关适于为所述振动传感器选取灵敏度范围，所述电位计适于在所选取的灵敏度范围内设定所述振动传感器的灵敏度；和/或
所述模式设定装置包括第二DIP开关。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的振动传感器，其特征在于，所述振动传感器还包括：
与所述微处理器连接的附加调节装置、尤其是第三DIP开关，其中，能够借助所述附加调节装置来设定对应的附加参数，并且在分析所述振动信号时考虑所述对应的附加参数；和/或
防拆开关，所述防拆开关用于所述振动传感器的自我保护并与所述输出装置连接。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的振动传感器，其特征在于，
所述振动传感器还包括与所述微处理器连接的指示装置、尤其是LED；
所述输出装置包括光学警报装置和声音警报装置；并且
所述指示装置能够用来帮助设定所述振动传感器的灵敏度并用作所述光学警报装置。
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