音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法及裝置的制作方法

專利名稱：音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于控制技術領域，涉及一種電磁場干擾無源無線耳機的方法及其裝置， 特別是干擾、抑制作為作弊工具的微型(或者稱為隱形)音頻無線耳機的方法以及電磁場
產生裝置。
背景技術：
市場上的隱形無線耳機，包括強磁耳塞、音頻放大器、項圈式電磁場發送天線線 圈、電池和音頻線幾部分組成。隨著技術的進步，稀土材料使得永磁材料的磁場十分強大， 制作的“無源稀土耳機(耳塞)”結構更小巧，隱蔽性更好，除被用于廣播等特殊需要場合， 常常被人利用作為作弊工具。這類“耳機”無源，即不使用電源，放在耳道內靠發射線圈產 生的較高強度電磁場信號驅動而振動，可通過耳骨傳導聲音。配套的功率發射設備——線 圈套戴在人的頭頸部將聲音信息傳送出，但作用距離不遠。為了接收到作弊信息，作弊者往 往帶上處于靜音狀態的各種類型的手機，如全球通GSM、碼分多址CDMA或者第3代移動通信 的3G手機、小靈通、對講機作為遠距離通信工具，甚至可利用各種市售的語音播放器、錄音 筆預先錄制下作弊信息作為播放信號源。隱形無線耳機完全置于耳道內，極為隱蔽，體積小巧，方便隨身攜帶，聲音清晰，其 便攜性、隱蔽性成為各類考試的公害器具。國內還有ZL200620120305. 7隱形無線耳機等。 這一類器材的共同點為無線連接的隱形耳機(耳塞)，耳塞外型如黃豆般大小，無需使用物 理引線，佩帶不易被旁人察覺。手機干擾器或者手機屏蔽器可以屏蔽各種類型的手機。各類手機屏蔽/干擾器 的信號帶寬和頻段不同，如碼分多址CDMA 869 894MHz，2110 2170MHz，全球通GSM 925 960MHz，DCS 1805 1880MHz，小靈通 PHS 1900 1990MHz，第 3 代移動通信 3G 2015 2105MHz等。有的干擾器可以覆蓋3G的2010 2025MHz，2110 2125MHz，2130 2145MHz。3G手機處于新出現的通信頻段，而且基于CDMA技術，早期的考場使用的手機屏 蔽器均不含3G頻段，引起了作弊者及相關產業鏈對3G手機的關注。隱形無線耳機作弊工 具制作簡單，只要將連接好的作弊無線耳機信號輸入端插入手機耳機輸出孔即可。傳統的 高頻干擾、屏蔽留有不少頻段的空擋，還有對講機的頻段、調頻發射機與調頻接收機/收音 機頻段、Wi-Fi通信及Wi-Fi手機均可被不守法分子利用。近年來通過的第4種3G標準 WiMAX及其手機，以及該技術采用的頻率不確定性，已有生產商提供3. 7GHz的基站，個別電 信運營商在ISM頻段試驗使用；還有藍牙裝置具有10 20米的通信距離。這種采用高頻 傳送階段阻斷的方法由于頻段多，新技術不斷涌現，防不勝防。目前，即使普通的民用技術 也大量采用具有抗干擾性的碼分多址(CDMA)技術，需要加大干擾信號能量才能抑制傳送 性能。而干擾抑制性能直接與頻譜能量密度有關，需要干擾的頻段越多，能分配到的頻譜能 量越低，直接降低了防范效果。市售的手機屏蔽器的覆蓋半徑較小，只有10 20米，使得 大規模的考試防作弊工作非常困難。

發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種切斷作弊途徑的技術手段和對 應的可實施的技術裝置。本發明方法具體是采用音頻電磁場直接驅動無源無線耳機，發出干擾信號對無源 無線耳機進行干擾。所述的干擾信號包括同時發送的有序波和噪聲。所述的有序波為交替 發送的跳頻正負脈沖波、方波和正弦波；所述的跳頻正負脈沖波的頻率為20 200Hz ；所述的方波的頻率為400士 Δ fHz, Δ f = 50 IOOHz ；所述的正弦波的頻率為900士 Δ fHz, Δ f = 50 IOOHz ；正弦波與無源無線耳機傳送的信息產生的拍頻。所述的噪聲的平坦頂部為600 1200Hz，600Hz以下及1200Hz以上部分每個倍頻 衰減1. 8dB。音頻電磁場干擾無源無線耳機裝置包括音頻和噪聲發生裝置、功率放大器和功率 線圈。音頻和噪聲發生裝置包括單片機、D/A轉換模塊、濾波模塊，第一輸入電阻R1、第 二輸入電阻R2、第三輸入電阻R7、第一電阻R3、第二電阻R4、第三電阻R5、反饋電阻R6，比 較器OPl、加法器0P2。單片機的一個I/O 口中的一個I/O引腳與第一輸入電阻Rl的一端連接、另一個I/ 0引腳與第二輸入電阻R2的一端連接，單片機的另一個I/O 口與D/A轉換模塊的輸入端連 接；比較器OPl的正輸入端與第一輸入電阻Rl的另一端連接、負輸入端與第二輸入電阻R2 的另一端連接，比較器OPl的輸出端與第一電阻R3的一端連接；D/A轉換模塊的輸出端分 成兩路，其中一路與第二電阻R4的一端連接、另一路與濾波模塊1-3的輸入端連接，濾波模 塊的輸出端與第三電阻R5的一端連接；第一電阻R3的另一端、第二電阻R4的另一端、第三 電阻R5的另一端、反饋電阻R6的一端與加法器0P2的負輸入端連接，加法器0P2的正輸入 端與第三輸入電阻R7的一端連接，第三輸入電阻R7的另一端接地，反饋電阻R6的另一端 與加法器0P2的輸出端連接，加法器0P2的輸出端為音頻和噪聲發生裝置的輸出端。音頻和噪聲發生裝置的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的左、右 聲道輸出端分別通過音頻功率線與兩個功率線圈連接。本發明方法能提供極強的磁場，變動的電磁場經過無線耳機內的磁性材料的富 集，直接推動耳機簧片發聲。本發明采用遠比作弊用微型隱形無線耳機本身自帶的音頻驅 動項圈產生的電磁場范圍大得多，利用該類隱形無線耳機具有極高的富集磁力線的能力， 從而富集到的強度變化比普通音頻耳機更大的變動電磁場磁力線；驅動隱形無線耳機發出 噪聲，或者利用物理與聲學中的混疊特性——基波與(高次)諧波的關系，及“拍”現象，或 者競爭性地驅動隱形無線耳機簧片運動，特別是采用沖擊脈沖形式驅動簧片運動到接近極 限位置，抑制作為作弊工具的隱形耳機簧片運動范圍與永磁體內的磁飽和狀況，達到干擾 作弊者的聽力和抑制器材傳送作弊信息。本發明采用音頻大功率電磁場直接驅動隱形無線耳機發聲，干擾和抑制用作作弊 工具的無源微型無線耳機傳送作弊信息，工作原理成熟可靠、設備容易獲得和安裝，可以直 接利用音頻語音教室或者實驗室場地設施，易于操作；音頻的頻帶窄，頻譜功率密度高，技術手段變化少，是一種高效的反作弊方法。可替代手機屏蔽器等設備反作弊，或者與其聯合 使用，彌補其難以高頻全頻帶覆蓋，容易遺留通訊通道的弊端。


圖1為本發明的音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法示意圖；圖2為本發明的裝置結構示意圖；圖3為圖2中音頻和噪聲發生裝置的結構示意圖；圖4為跳頻正負脈沖波波形圖；圖5為方波波形圖；圖6為噪聲的曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步對本發明說明。圖1給出的音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法示意圖中，線圈A、線圈B通以交 變電流，在兩線圈的中間產生了交變電磁場C。圖示中標記了電流朝一個方向流動時的磁感 應方向。放置在大面積的變動電磁場中的無線耳機D會按驅動電磁場信號發聲，抑制隱形 無線耳機的簧片隨作弊語音的振動，無關信息的聲音強烈干擾作弊者，使其無法聽清作弊 的信息。該方法就是采用音頻電磁場直接驅動無源無線耳機，發出干擾信號對無源無線耳 機進行干擾。所述的干擾信號包括同時發送的有序波和噪聲。所述的有序波為交替發送的跳頻正負脈沖波、方波和正弦波；所述的方波的頻率為400士 Δ fHz, Δ f = 50 IOOHz ；所述的正弦波的頻率為900士 Δ fHz, Δ f = 50 IOOHz ；正弦波與無源無線耳機傳送的信息產生的拍頻。所述的噪聲的平坦頂部為600 1200Hz，600Hz以下及1200Hz以上部分每個倍頻 衰減1. 8dB。圖2給出本發明的裝置結構示意圖。音頻電磁場干擾無源無線耳機裝置包括音頻和噪聲發生裝置1、功率放大器2和 功率線圈4。音頻和噪聲發生裝置的結構如圖3所示包括單片機1_1、D/A轉換模塊1-2、濾波 模塊1-3，第一輸入電阻R1、第二輸入電阻R2、第三輸入電阻R7、第一電阻R3、第二電阻R4、 第三電阻R5、反饋電阻R6，比較器OPl、加法器0P2。單片機1-1的一個I/O 口中的一個I/O引腳與第一輸入電阻Rl的一端連接、另一 個I/O引腳與第二輸入電阻R2的一端連接，單片機1-1的另一個I/O 口與D/A轉換模塊1-2 的輸入端連接；比較器OPl的正輸入端與第一輸入電阻Rl的另一端連接、負輸入端與第二 輸入電阻R2的另一端連接，比較器OPl的輸出端與第一電阻R3的一端連接；D/A轉換模塊 1-2的輸出端分成兩路，其中一路與第二電阻R4的一端連接、另一路與濾波模塊1-3的輸入 端連接，濾波模塊1-3的輸出端與第三電阻R5的一端連接；第一電阻R3的另一端、第二電 阻R4的另一端、第三電阻R5的另一端、反饋電阻R6的一端與加法器0P2的負輸入端連接，加法器0P2的正輸入端與第三輸入電阻R7的一端連接，第三輸入電阻R7的另一端接地，反 饋電阻R6的另一端與加法器0P2的輸出端連接，加法器0P2的輸出端為音頻和噪聲發生裝 置的輸出端。其中單片機、D/A轉換模塊和濾波模塊均采用成熟的技術，可以購買取得。例如單 片機采用80C51、AVR或PIC等8位單片機；D/A轉換模塊采用DAC0832芯片；濾波模塊控制 輸出噪聲的頻率_幅度關系，采用成熟的RLC濾器電路。音頻和噪聲發生裝置1的輸出端與功率放大器2的輸入端連接，功率放大器采用 成熟產品，能夠將音頻和噪聲發生裝置產生的幾毫瓦的干擾信號放大到幾百瓦的音頻信 號，例如使用100瓦或者200瓦的DF-A音頻發射機或擴音機。功率放大器2的左、右聲道 輸出端分別通過音頻功率線3與兩個功率線圈4連接。應注意功率放大器的輸出阻抗與作 為音頻電磁場發送的功率線圈的阻抗匹配，根據功率線圈的阻抗決定采用串、并聯接法。
通過多路音頻輸入插孔輸入各種選定頻率與頻譜的音頻信號，經過功率放大器內 部放大，功率放大后的信號由音頻功率輸出口輸出；音頻功率線的一端接音頻功率輸出口， 另一端接功率線圈。功率線圈采用大型線圈，可以將線圈嵌入室內的墻面。為提高電磁場產生效果，可 以在線圈中心放置鐵磁物質如鐵氧體。這幾部分的設備組合與音頻聽力教室的設備與安 裝、使用相近。圖4提供了脈沖沖擊波形及其構成正脈沖持續時間tl，迫使簧片運動到該脈沖 電磁場能使其達到的最大行程；正向脈沖消失時間間隔t2，簧片在回復力的作用下，回復 運動；負脈沖持續時間t3，迫使簧片反方向運動到極限位置；選擇tl = t3。t4為正負脈沖 之后的間隔時間，tl+t2+t3+t4的總時間τ為一個周期時間，其倒數1/τ =頻率f。選擇 脈沖沖擊波形的頻率20-200HZ，采用隨機方法生成每次沖擊脈沖的周期時間。附圖5為脈沖方波波形，其中t5是正向波形的時間，t6是負向波形時間，t5 = t6。 脈沖方波的周期τ 1 = t5+t6。方波富含高次諧波成分，選擇方波頻率400士 Af Hz, Af = 50 IOOHz。附圖6給出了高音段按每倍頻衰減1. SdB和中低音段每倍頻增加1. SdB的噪聲幅 度曲線。單片機1-1的一個I/O 口中的兩個I/O引腳按程序設置時序輸出高低電平，通過 比較器OPl輸出正負電平，比較器OPl可以輸出如圖4的波形或圖5的方波，形成正負脈沖。 單片機1-1的另一個I/O 口與D/A轉換模塊1-2的輸入端連接，控制D/A轉換模塊1_2，形 成正弦波和白噪聲，產生的白噪聲經過濾波器模塊產生特定的音頻噪聲。各器材的參考參數如下功率線圈采用多匝，埋在墻面內或者單獨放置在需要屏蔽作弊用無線耳機可能出 現的場地；功率放大器的頻率響應20 15000Hz，功率大于等于100瓦，注意其輸出阻抗要 與功率線圈的阻抗匹配；音頻和噪聲發生裝置選擇發出20 20000Hz的聲音，具有白噪聲 發生功能。可直接利用功率線圈、功率放大器組成的音頻聽力教室的設備產生干擾專用音 頻電磁場，只要增加一臺音頻和噪聲發生裝置即可。音頻和噪聲發生裝置產生圖4的脈沖沖擊波形正脈沖持續時間tl < 1. 5ms,正 反向脈沖之間的時間間隔t2 < 0. 5ms,負脈沖持續時間t3 = tl，正負脈沖之后的間隔時間t4隨機方法生成，一個周期總時間τ = tl+t2+t3+t4, 5ms ( τ ( 50ms ；能隨機跳頻；圖5 的方波正半周t5 =負半周t6，頻率自動變換。
權利要求
音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法，其特征在于該方法采用音頻電磁場直接驅動無源無線耳機，發出干擾信號對無源無線耳機進行干擾；所述的干擾信號包括同時發送的有序波和噪聲；所述的有序波為交替發送的跳頻正負脈沖波、方波和正弦波；正弦波與無源無線耳機傳送的信息產生的拍頻；所述的跳頻正負脈沖波的頻率為20～200Hz；所述的方波的頻率為400±ΔfHz，Δf＝50～100Hz；所述的正弦波的頻率為900±ΔfHz，Δf＝50～100Hz；所述的噪聲的平坦頂部為600～1200Hz，600Hz以下及1200Hz以上部分每個倍頻衰減1.8dB。
2.音頻電磁場干擾無源無線耳機的裝置，包括音頻和噪聲發生裝置、功率放大器和功 率線圈，其特征在于所述的音頻和噪聲發生裝置包括單片機、D/A轉換模塊、濾波模塊，第一輸入電阻R1、 第二輸入電阻R2、第三輸入電阻R7、第一電阻R3、第二電阻R4、第三電阻R5、反饋電阻R6， 比較器0P1、加法器0P2 ；單片機的一個I/O 口中的一個I/O引腳與第一輸入電阻R1的一端連接、另一個I/O引 腳與第二輸入電阻R2的一端連接，單片機的另一個I/O 口與D/A轉換模塊的輸入端連接； 比較器0P1的正輸入端與第一輸入電阻R1的另一端連接、負輸入端與第二輸入電阻R2的 另一端連接，比較器0P1的輸出端與第一電阻R3的一端連接；D/A轉換模塊的輸出端分成 兩路，其中一路與第二電阻R4的一端連接、另一路與濾波模塊1-3的輸入端連接，濾波模塊 的輸出端與第三電阻R5的一端連接；第一電阻R3的另一端、第二電阻R4的另一端、第三電 阻R5的另一端、反饋電阻R6的一端與加法器0P2的負輸入端連接，加法器0P2的正輸入端 與第三輸入電阻R7的一端連接，第三輸入電阻R7的另一端接地，反饋電阻R6的另一端與 加法器0P2的輸出端連接，加法器0P2的輸出端為音頻和噪聲發生裝置的輸出端；音頻和噪聲發生裝置的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的左、右聲道 輸出端分別通過音頻功率線與兩個功率線圈連接。
全文摘要
本發明涉及一種音頻電磁場干擾無源無線耳機的方法及裝置。目前大規模的考試防作弊工作非常困難。本發明采用音頻電磁場直接驅動無源無線耳機，發出干擾信號對無源無線耳機進行干擾；干擾信號包括同時發送的有序波和噪聲，有序波為交替發送的跳頻正負脈沖波、方波和正弦波，正弦波與無源無線耳機傳送的信息產生的拍頻。實現該方法的裝置包括音頻和噪聲發生裝置、功率放大器和功率線圈。音頻和噪聲發生裝置包括單片機、D/A轉換模塊、濾波模塊、三個輸入電阻、比較器OP1、加法器OP2，加法器OP2的輸出端為音頻和噪聲發生裝置的輸出端。本發明方法成熟可靠、易于操作，可以直接利用音頻語音教室或者實驗室場地設施。
文檔編號H04B1/10GK101873145SQ20101018067
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者胡建人 申請人:杭州電子科技大學