一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統及方法。該系統包括一防揭保護裝置、一安全檢測電路；所述防揭保護裝置包括導電觸頭與安全觸點，所述導電觸頭與恒壓源連接，所述安全觸點連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭與安全觸點分體設置，以構成一感應電容；所述安全檢測電路用于對安全觸點進行充放電以及充放電時間檢測，以判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。本發明利用電容檢測開關原理替代傳統的機械式檢測開關原理，既可實現防揭的目的，又能克服現有裝置易誤觸發，同時對結構結合精度要求較高的缺點。
【專利說明】
一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 作為金融信息化產業中的重要一環，用于金融交易的計算機及P0S產品等電子設 備，其內部電路板中往往需要存儲類似于密鑰及密碼這樣具有高度敏感性的數據。隨著電 子工業及計算機產業的高速發展，金融IT化已經深入到社會的各個領域。因此敏感數據被 竊取的問題，已越來越引起全社會的高度重視。
[0003] 近些年來，安全電子設備行業內已經開始普及一種可有效檢測侵入式攻擊的方 法，該檢測方法的基本原理是:在電子設備內部設置機械式安全檢測開關，機械式安全檢測 開關由安全觸點與導電觸頭構成。正常情況下，由于安全觸點與導電觸頭在機械結構上緊 密壓合，安全觸點上的信號可正常通過導電觸頭保持連接。當入侵者打開電子設備時，安全 觸點與導電觸頭的電氣連接被破壞，安全觸點上的信號斷開。于是設備檢測到機械式安全 開關被觸發，并激活對應操作，如銷毀設備中的敏感數據，記錄侵入相關信息等。
[0004] 該檢測方法簡單有效，但存在一個難題，即無法有效避免機械式安全開關引起的 誤觸發。無論導電觸頭是采用導電炭粒還是鍋仔等器件，均要求導電觸頭與安全觸點之間 保持緊密連接。因此設備在使用、存儲、運輸過程中，均有可能由于振動、環境溫濕度變化等 原因，導致導電觸頭與安全觸點之間出現短暫分離，進而導致設備銷毀密鑰且無法繼續工 作，為用戶帶來意外且不必要的經濟損失，也增加了廠家的維護工作。
[0005] 業內為了降低機械式開關誤觸發引起的風險，目前主要解決方案有兩種： 一種是在機械結構設計上，增大導電觸頭及安全觸點之間的連接應力。即通過緊配合， 將導電觸頭死死按在安全觸點上。這樣即便是遇到較激烈的磕碰，也無法使導電觸頭與安 全觸點脫離。但這種設計由于刻意增大了電路板上的結構應力，最終會提高設備在長期使 用過程中的失效概率，此外由于該方案對組裝結構精度很敏感，也對生產一致性和產線管 控能力提出了一定要求。
[0006] 另一種是在硬件電路設計上，對安全觸點上的信號做濾波處理，通過控制濾波時 間長度，一般可以避免絕大多數由于振動（如磕碰和跌落）引起的誤觸發。但是由于該方案 無法區分由振動引起的意外情況以及由入侵者主動拆機引起的信號中斷，實際上在降低誤 觸發風險的同時，也降低了設備的安全防護能力。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統及方法，本發明利 用電容檢測開關原理替代傳統的機械式檢測開關原理，既可實現防揭的目的，又能克服現 有裝置易誤觸發，同時對結構結合精度要求較高的缺點。
[0008] 為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統， 包括一防揭保護裝置、一安全檢測電路;所述防揭保護裝置包括導電觸頭與安全觸點，所述 導電觸頭與恒壓源連接，所述安全觸點連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭與安全觸 點分體設置，以構成一感應電容;所述安全檢測電路用于對安全觸點進行充放電以及充放 電時間檢測，以判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。
[0009] 在本發明一實施例中，所述安全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充 放電電路，所述控制電路通過充放電電路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通 過對安全觸點的充放電時間進行檢測，從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。
[0010] 在本發明一實施例中，所述導電觸頭為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點為一覆銅 焊盤。
[0011] 在本發明一實施例中，所述充放電電路包括回滯比較電路及推挽放大電路，所述 回滯比較電路的控制端與控制電路連接，所述回滯比較電路的輸入端與安全觸點、推挽放 大電路的輸出端連接，所述回滯比較電路的輸出端與推挽放大電路的輸入端連接，以構成 RC振蕩回路。
[0012] 在本發明一實施例中，所述控制電路判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體 方式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的門限電壓V1、V2,并根據滯比較器的門限電壓VI、 V2,以及RC振蕩回路的振動頻率
，設置計數器報警閾值其中C 為安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的振蕩周期數N，并與計數器報警閾值進 行比較， 若，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。
[0013]本發明還提供了一種基于電容檢測原理的防揭檢測方法，包括如下步驟， S1:提供一防揭保護裝置、一安全檢測電路，所述防揭保護裝置包括導電觸頭與安全觸 點，所述導電觸頭與恒壓源連接，所述安全觸點連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭與 安全觸點分體設置，以構成一感應電容； S2:通過所述安全檢測電路對安全觸點進行周期性充放電，并對安全觸點進行充放電 時間檢測； S3:根據對安全觸點的充放電時間檢測，得出充放電周期，通過與控制電路設置的預定 安全周期閾值進行比較，若充放電周期超出預定安全周期閾值范圍，則判斷導電觸頭與安 全觸點接觸情況有異常，最后重新執行步驟S2。
[0014] 在本發明一實施例中，所述導電觸頭為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點為一覆銅 焊盤。
[0015] 在本發明一實施例中，所述安全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充 放電電路，所述控制電路通過充放電電路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通 過對安全觸點的充放電時間進行檢測，從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。
[0016] 在本發明一實施例中，所述充放電電路包括回滯比較電路及推挽放大電路，所述 回滯比較電路的控制端與控制電路連接，所述回滯比較電路的輸入端與安全觸點、推挽放 大電路的輸出端連接，所述回滯比較電路的輸出端與推挽放大電路的輸入端連接，以構成 RC振蕩回路。
[0017] 在本發明一實施例中，所述步驟S3判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體方 式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的門限電壓V1、V2,并根據滯比較器的門限電壓VI、 V2,以及RC振蕩回路的振動頻率
，設置計數器報警閾值其中C 為安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的周期變化值，即振蕩周期數N，并與計數器報警 閾值進行比較， 若，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若~< ，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。
[0018] 相較于現有技術，本發明具有以下有益效果： 本發明降低了安全開關誤觸發的風險，同時還可不降低設備的安全保護能力，本發明 檢測方法利用電容檢測開關原理替代傳統的機械式檢測開關原理，既可實現防揭的目的， 又能克服現有裝置易誤觸發，同時對結構結合精度要求較高的缺點。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明基于電容檢測原理的防揭保護裝置結構示意圖。
[0020] 圖2為圖1的俯視圖。
[0021] 圖3為圖1的立體圖。
[0022] 圖4為本發明安全檢測電路拓撲示意圖。
[0023]圖5為本發明一實施例RC振蕩電路在防揭保護裝置連接時振蕩波形示意圖。
[0024] 圖6為本發明一實施例RC振蕩電路在防揭保護裝置斷開時振蕩波形示意圖。
[0025] 圖中：1為PCB板，2為連接恒壓源信號的焊盤，3為導電觸頭，4為安全觸點。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0027] 本發明的一種基于電容檢測原理的防揭檢測系統，包括一防揭保護裝置、一安全 檢測電路;所述防揭保護裝置包括導電觸頭3與安全觸點4,所述導電觸頭3與連接恒壓源信 號的焊盤2(恒壓源信號一般是電源信號或地信號)連接，所述安全觸點4連接至所述安全檢 測電路，所述導電觸頭3與安全觸點4分體設置，以構成一感應電容;所述安全檢測電路用于 對安全觸點進行充放電以及充放電時間檢測，以判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。所 述安全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充放電電路，所述控制電路通過充放 電電路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通過對安全觸點的充放電時間進行檢 測，從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。
[0028] 所述導電觸頭3為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點4為一覆銅焊盤。
[0029] 所述充放電電路包括回滯比較電路及推挽放大電路，所述回滯比較電路的控制端 與控制電路連接，所述回滯比較電路的輸入端與安全觸點、推挽放大電路的輸出端連接，所 述回滯比較電路的輸出端與推挽放大電路的輸入端連接，以構成RC振蕩回路。所述控制電 路判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體方式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的門限電壓V1、V2,并根據滯比較器的門限電壓VI、 V2,以及RC振蕩回路的振動頻率
，設置計數器報警閾值獲^^，其中C 為安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的振蕩周期數N，并與計數器報警閾值進 行比較， 若則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。
[0030] 本發明還提供了一種基于電容檢測原理的防揭檢測方法，包括如下步驟， S1:提供一防揭保護裝置、一安全檢測電路，所述防揭保護裝置包括導電觸頭3與安全 觸點4,所述導電觸頭3與連接恒壓源信號的焊盤2(恒壓源信號一般是電源信號或地信號） 連接，所述安全觸點4連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭3與安全觸點4分體設置，以 構成一感應電容； S2:通過所述安全檢測電路對安全觸點4進行周期性充放電，并對安全觸點4進行充放 電時間檢測； S3:根據對安全觸點4的充放電時間檢測，得出充放電周期，通過與控制電路設置的預 定安全周期閾值進行比較，若充放電周期超出預定安全周期閾值范圍，則判斷導電觸頭3與 安全觸點4接觸情況有異常，最后重新執行步驟S2。
[0031] 所述導電觸頭為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點為一覆銅焊盤。
[0032] 所述安全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充放電電路，所述控制電 路通過充放電電路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通過對安全觸點的充放電 時間進行檢測，從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。所述充放電電路包括回滯比較 電路及推挽放大電路，所述回滯比較電路的控制端與控制電路連接，所述回滯比較電路的 輸入端與安全觸點、推挽放大電路的輸出端連接，所述回滯比較電路的輸出端與推挽放大 電路的輸入端連接，以構成RC振蕩回路。
[0033] 所述步驟S3判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體方式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的門限電壓V1、V2,并根據滯比較器的門限電壓VI、 V2,以及RC振蕩回路的振動頻率
，設置計數器報警閾值遲^_，其中C 為安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的周期變化值，即振蕩周期數N，并與計數器報警 閾值進行比較， 若，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。
[0034]以下為本發明的具體實施例。
[0035] 實施例一:如圖1-6所示，基于電容檢測原理的防揭檢測系統，由防揭保護裝置、安 全檢測電路(圖4所示)構成;如圖1-3所示，防揭保護裝置包括導電觸頭(本實施例中采用導 電炭粒)與安全觸點（本實施例中為布放在電路板內層的覆銅焊盤），導電觸頭與安全觸點 之間由電路板基材隔開，以構成一感應電容;導電觸頭與地信號連接，安全觸點連接至安全 檢測電路； 假設該感應電容的容值為t以導電觸頭為導電炭粒為例，由于導電炭粒底面為平面， 且安全觸點同樣為一平面，則該感應電容可近似視為一平行板電容器。則根據平行板電容 器的定義，該感應電容的容值C為：
其中，s為安全觸點與導電觸頭之間介質的介電常量，由于正常情況下，該介質由PCB板 的絕緣部分(FR4基材及阻焊油墨）以及空氣構成，故可視為恒定值，故該感應電容的容值?：， 只和導電觸頭與安全觸點的等效面積Α以及二者間距??相關。任何改變安全觸點與導電觸頭 相對位置的動作，最后都會體現在容值C的變化上。
[0036] 檢測容值的方法目前有很多種，本實施例中采用利用感應電容器與電阻，組成一 個RC振蕩電路。通過測量RC振蕩電路的頻率來間接得到容值。具體如下： 將安全觸點連接至回滯比較電路輸入端，回滯比較電路輸出端接推挽放大電路，推挽 放大電路輸出端接回回滯比較電路輸入端，從而構成一個正反饋振蕩回路。
[0037] 則該振蕩回路的振蕩頻率Ρ為：
其中，?為該振蕩回路上的靜態電流，為回滯比較電路的門限電壓衿和垮的差值。由 于回滯比較電路的門限電壓衿和％已經確定，所以可尋找一中間值< 作 為統計振蕩頻率的門限電壓。
[0038] 通過一個標準時鐘源驅動一個計數器，對統計振蕩器的周期數If進行統計，經標準 時鐘源頻率換算后，即可得到振蕩回路上的振蕩頻率F，從而反推出靜電容檢測開關的 等效電容值e 5以獲取其接觸情況。
[0039] 相反的，通過對標準時鐘源頻率，回滯比較電路的門限值矜和以及計數器報 警閾值#等參數的配置，即可對靜電容檢測開關的檢測靈敏度進行定制，從而實現在不降 低設備安全防護能力的前提下，降低檢測開關誤觸發的風險。
[0040] 上述基于電容檢測原理的防揭檢測系統的具體檢測方法如下： 首先通過對軟硬件進行調節，設置好安全檢測電路的標準時鐘源頻率，回滯比較電路 的門限電壓&和玲，以及中間值，計數器報警閾值然后啟動 檢測。
[0041 ]檢測時，首先使能由安全觸點、回滯比較電路、以及推挽放大電路構成的RC振蕩回 路，待RC振蕩回路上振蕩穩定后，開始對RC振蕩回路的頻率進行統計。統計時既可統計一個 周期的時間，也可統計多個周期的時間。最后將RC振蕩器振蕩周期數#，與預設的計數器 報警閾值 進行比較： 若RC振蕩電路波形如圖5所示，采樣結果Ν>1_，則說明安全觸點接觸情況良好； 若RC振蕩電路波形如圖6所示，采樣結果，則說明安全觸點接觸情況有異。 [0042]該實施例的優點是，由于基于靜電容原理的安全檢測方法屬于非接觸式檢測，因 此對導電觸頭與安全觸點之間的接觸壓力并不敏感，即便由于受到外部環境的影響，導電 觸頭與安全觸點之間產生了微小的間隙，也不會導致安全檢測電路的誤觸發。且由于該防 揭保護裝置的電容量與導電觸頭和安全觸點間的投影重疊面積呈線性變化關系，相比導電 觸頭和安全觸點間的垂直間距更不敏感，因此也能容忍一定裝配上的誤差。
[0043]以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作 用未超出本發明技術方案的范圍時，均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于電容檢測原理的防掲檢測系統，其特征在于:包括一防掲保護裝置、一安全 檢測電路;所述防掲保護裝置包括導電觸頭與安全觸點，所述導電觸頭與恒壓源連接，所述 安全觸點連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭與安全觸點分體設置，W構成一感應電 容;所述安全檢測電路用于對安全觸點進行充放電W及充放電時間檢測，W判斷安全觸點 與導電觸頭的接觸情況。2. 根據權利要求1所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測系統，其特征在于:所述安 全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充放電電路，所述控制電路通過充放電電 路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通過對安全觸點的充放電時間進行檢測， 從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。3. 根據權利要求1所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測系統，其特征在于:所述導 電觸頭為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點為一覆銅焊盤。4. 根據權利要求2所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測系統，其特征在于:所述充 放電電路包括回滯比較電路及推挽放大電路，所述回滯比較電路的控制端與控制電路連 接，所述回滯比較電路的輸入端與安全觸點、推挽放大電路的輸出端連接，所述回滯比較電 路的輸出端與推挽放大電路的輸入端連接，W構成RC振蕩回路。5. 根據權利要求4所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測系統，其特征在于:所述控 制電路判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體方式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的口限電壓VI、V2,并根據滯比較器的口限電壓VI、 V2，W及RC振蕩回路的振動頻羣設置計數器報警闊其中C為 安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的振蕩周期數N，并與計數器報警闊值進 行比較， 若貝懐明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。6. -種基于電容檢測原理的防掲檢測方法，其特征在于:包括如下步驟， S1:提供一防掲保護裝置、一安全檢測電路，所述防掲保護裝置包括導電觸頭與安全觸 點，所述導電觸頭與恒壓源連接，所述安全觸點連接至所述安全檢測電路，所述導電觸頭與 安全觸點分體設置，W構成一感應電容； S2:通過所述安全檢測電路對安全觸點進行周期性充放電，并對安全觸點進行充放電 時間檢測； S3:根據對安全觸點的充放電時間檢測，得出充放電周期，通過與控制電路設置的預定 安全周期闊值進行比較，若充放電周期超出預定安全周期闊值范圍，則判斷導電觸頭與安 全觸點接觸情況有異常，最后重新執行步驟S2。7. 根據權利要求6所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測方法，其特征在于:所述導 電觸頭為導電炭粒或鍋仔，所述安全觸點為一覆銅焊盤。8. 根據權利要求6所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測方法，其特征在于:所述安 全檢測電路包括控制電路及與該控制電路連接的充放電電路，所述控制電路通過充放電電 路周期性對安全觸點進行充放電，同時控制電路通過對安全觸點的充放電時間進行檢測， 從而判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況。9. 根據權利要求8所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測方法，其特征在于:所述充 放電電路包括回滯比較電路及推挽放大電路，所述回滯比較電路的控制端與控制電路連 接，所述回滯比較電路的輸入端與安全觸點、推挽放大電路的輸出端連接，所述回滯比較電 路的輸出端與推挽放大電路的輸入端連接，W構成R訝辰蕩回路。10. 根據權利要求9所述的一種基于電容檢測原理的防掲檢測方法，其特征在于:所述 步驟S3判斷安全觸點與導電觸頭的接觸情況的具體方式如下： 通過控制電路設置回滯比較電路的口限電壓VI、V2,并根據滯比較器的口限電壓VI、 V2，W及RC振蕩回路的振動頻弓設置計數器報警闊值，其中C為 安全觸點與導電觸頭所構成的感應電容容值;而后，啟動安全檢測電路； 待安全觸點、回滯比較電路及推挽放大電路構成的RC振蕩回路振蕩穩定后，對RC振蕩 回路的頻率進行統計； 根據頻率統計結果，得到RC振蕩回路的周期變化值，即振蕩周期數N，并與計數器報警 闊值進行比較， 若N>-?w&??，貝懐明安全觸點與導電觸頭的接觸情況良好； 若，則表明安全觸點與導電觸頭的接觸情況有異。
【文檔編號】G06F21/86GK106096463SQ201610400135
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】夏曉昊, 肖鋒, 吳冬周
【申請人】福建聯迪商用設備有限公司