一种基于气压检测的防拆结构及其控制方法与流程

本发明涉及防拆检测技术领域，具体涉及一种基于气压检测的防拆结构及其控制方法。

背景技术：

现有的防拆装置会内置气压传感器，并根据气压传感器的测试结果判断周围环境是否发生剧烈变化，进而启动相应的防拆保护功能。但是该防拆设备有明显的缺陷：如果破坏者将防拆设备置于和防拆设备内部相同气压的环境中进行拆除，气压传感器的检测信号并不能判断出周围环境发生了剧烈变化，进而不能有效实现防拆检测。

因此，如何提高防拆结构的防拆检测能力，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于气压检测的防拆结构及其控制方法，以提高防拆结构的防拆检测能力。

为达到上述目的，本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种基于气压检测的防拆结构，包括气密封的刚性壳体，所述刚性壳体中设有气压波动发生装置、气压传感器和控制器；

所述气压波动发生装置，包括：刚性活塞缸体、活塞和活塞驱动结构；其中，所述活塞与所述刚性活塞缸体的缸壁滑动气密封配合；所述活塞驱动结构的驱动端连接所述活塞，以驱动所述活塞在所述刚性活塞缸体中作往复运动；

所述控制器分别连接所述气压传感器的输出端和所述活塞驱动结构的控制端。

在一种可能的实施例中，所述气压传感器设置在所述刚性活塞缸体开口处的端面上。

在一种可能的实施例中，所述活塞驱动结构，包括：伺服电机、转盘、连杆、滑杆和滑轨；

所述伺服电机的驱动端与所述转盘的中心固定连接；所述滑杆的一端铰接在所述转盘的盘面上；所述滑杆的相对另一端与所述连杆的一端铰接；所述连杆的相对另一端连接所述活塞；所述连杆与所述滑轨滑动配合连接。

在一种可能的实施例中，所述刚性壳体中还设有温度补偿装置和温度传感器；

所述温度补偿装置，包括：半导体制冷片和电加热器；

所述控制器还分别连接所述温度传感器的输出端、所述半导体制冷片的控制端和所述电加热器的控制端。

在一种可能的实施例中，所述滑杆为电动伸缩杆；

所述控制器还连接所述电动伸缩杆的控制端。

在一种可能的实施例中，所述刚性壳体中还设有气压补偿装置；

所述气压补偿装置，包括：导轨滑块、丝杠导轨和驱动电机；

所述导轨滑块的固定部连接所述刚性活塞缸体的外壁；所述导轨滑块的滑动部与所述丝杠导轨滑动配合连接；所述驱动电机的驱动端驱动连接所述丝杠导轨的一端，以驱动所述导轨滑块在所述丝杠导轨上作线性移动；

所述控制器还连接所述驱动电机的控制端。

在一种可能的实施例中，所述刚性壳体中密封的气体为惰性气体。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于第一方面中任一所述防拆结构的控制方法，所述方法包括：

控制活塞驱动结构带动活塞在刚性活塞缸体中作往复运动；

根据气压传感器的检测信息，获取刚性壳体的当前动态气压信息；

判断所述当前动态气压信息与基准动态气压信息的差异是否超过第一阈值；

若是，则认定所述刚性壳体被拆开。

在一种可能的实施例中，所述控制活塞驱动结构带动活塞在刚性活塞缸体中作往复运动之前，所述方法还包括：

在基准环境下，控制活塞驱动结构带动活塞在刚性活塞缸体中作往复运动；其中，所述基准环境下，所述刚性壳体中的气压和气温分别为设定气压和设定温度；

根据气压传感器的检测信息，获取所述刚性壳体在所述基准环境下的基准动态气压信息。

在一种可能的实施例中，所述判断所述当前动态气压信息与基准动态气压信息的差异是否超过第一阈之前，所述方法还包括：

根据设于所述刚性活塞缸体内部的气压检测器的检测信号，获取所述刚性活塞缸体内部的缸体动态气压信息；

对所述缸体动态气压信息进行反相处理，获得所述基准动态气压信息。

在一种可能的实施例中，所述控制活塞驱动结构带动活塞在刚性活塞缸体中作往复运动之前，所述方法还包括：

获取所述刚性壳体中的当前气温；

若所述当前气温与所述设定温度不相同，则调整所述刚性壳体中的气温，以使所述当前气温等于所述设定温度。

在一种可能的实施例中，所述控制活塞驱动结构带动活塞在刚性活塞缸体中作往复运动之前，所述方法还包括：

获取所述刚性壳体中的当前气压；

若所述当前气温与所述设定气压不相同，则调整所述活塞在往复运动中到所述刚性活塞缸体的缸底的最小距离，以使所述当前气压等于所述设定气压。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明在工作中，刚性壳体能够形成刚性的密闭空间，当活塞在刚性活塞缸体中进行往复运动时，会周期性改变刚性壳体内的空间体积，使刚性壳体内的气压呈周期性改变，此时控制器可以通过气压传感器获得刚性壳体中有规律的动态气压信息，而一旦刚性壳体被破坏或拆除，刚性壳体内外的空间连通，活塞的往复运动对刚性壳体内外的空间体积变化的影响较小，气压传感器检测到的气压信息将不会包含原有的有规律的变化信息，从而灵敏地检测出防拆结构是否被拆开，解决了现有基于气压检测的防拆结构的缺陷，提高了防拆结构的防拆检测能力。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于气压检测的防拆结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种刚性活塞缸体的内部气压、刚性壳体的内部气压和伺服电机旋转角度的关系曲线图；

图3是本发明实施例提供的一种基于气压检测的防拆方法的流程图。

附图标记说明：100为刚性壳体，210为刚性活塞缸体，220为活塞，230为活塞驱动结构，231为伺服电机，232为转盘，233为连杆，234为滑杆，300为气压传感器，400为控制器，500为气压检测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

结构实施例

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种基于气压检测的防拆结构的结构示意图，该防拆结构包括：气密封的刚性壳体100；该刚性壳体100中设有气压波动发生装置、气压传感器300和控制器400。

刚性壳体100，用于提供存储密封气体的密闭空间，可以由二个或多个壳体组件拼接密封组成，也可以采用一体式设计，由一个壳体组件密封组成。“刚性”可以理解为，在一定气压范围内，该种结构的表面形变量差异在阈值以内。在工作中，刚性壳体100会形成密封结构，提供一个密闭空间，存储密封气体，密封气体可以选择低于常压（小于1个大气压）或高于常压（大于1个大气压）的空气，当然为了提高防拆结构的防拆检测精度，密封气体还可以采用低于常压或高于常压的惰性气体，在此不予以限制。采用惰性气体，可以消除内部气体和内部电子器件、金属部件等发生化学反应，造成内部气体总分子数发生变化。另外，惰性的扩散性一般也比其他气体要低很多，尤其是在金属中的渗透性基本可以忽略，这样可以大大减小内部气体在使用过程中向外界的扩展。

气压波动发生装置，包括：刚性活塞缸体210、活塞220和活塞驱动结构230；其中，活塞220与刚性活塞缸体210的缸壁滑动气密封配合；活塞驱动结构230的驱动端连接活塞220，以驱动活塞220在刚性活塞缸体210中作往复运动。

活塞220能够沿刚性活塞缸体210轴线方向上下滑动，并与刚性活塞缸体210的缸壁滑动气密封配合。

活塞220将刚性活塞缸体210的内腔分为内腔体和外腔体；内腔体由刚性活塞缸体210的侧壁、缸底和靠近缸底的活塞220一侧密封形成；外腔体则由刚性活塞缸体210的侧壁和远离缸底的活塞220一侧形成开放式的结构，与刚性壳体100的内空间连通。这样，当活塞220对内腔体的气体进行压缩时，外腔体的体积就会增大，进而增加刚性壳体100内部总的空间体积，使得刚性壳体100内的气压减小；当活塞220对内腔体的气体进行拉伸时，外腔体的体积就会减小，进而减小刚性壳体100内部总的空间体积，使得刚性壳体100内的气压增大。

活塞驱动结构230的驱动端可以经传动结构连接活塞220，以带动活塞220在刚性活塞缸体210中作往复运动，这样使刚性壳体100内的气压反复增大减小，导致刚性壳体100内部的气压发生波动。

在活塞220往复运动的过程中，活塞驱动结构230用来提供活塞220往复运动的驱动力，可以采用电机、内燃机等来实现；传动结构用于将活塞驱动结构230提供的驱动力由转动力转换为线性力，可以采用曲轴连杆233、固定滑杆234等结构来实现；这样，即可实现活塞220在刚性活塞缸体210中进行往复运动。

气压传感器300，位于刚性壳体100内，用于检测刚性壳体100中的气压信息。具体可以采用绝压式压力传感器或差压式压力传感器。由于本实施例中在刚性壳体100中设置了气压波动发生装置，气压传感器300检测到的气压信息可以为动态气压信息。当然，为了检测刚性活塞缸体210内部的气压，还可以在刚性活塞缸体210的内部设置气压检测器500，该气压检测器500可以采用与气压传感器300相同或相类似的方式来实现。

控制器400，连接活塞驱动结构230的控制端，用于控制活塞220在刚性活塞缸体210中作往复运动。

控制器400，还连接气压传感器300的输出端，通过气体传感器输出的检测信息，可以获取刚性壳体100中的当前动态气压信息。

在实际应用中，控制器400可以使用st公司的stm32系列的单片机，当然还可以采用其他具有控制和采样功能的处理器芯片，在此不予以限制。控制器400在判断出刚性壳体100被拆开时，可以产生相应的保护动作，如清除敏感数据等。另外，在正常工作中，该控制器400还可以负责对外部通信接口中的数据加解密功能。

本实施例在工作中，刚性壳体100能够形成刚性的密闭空间，当活塞220在刚性活塞缸体210中进行往复运动时，会周期性改变刚性壳体100内的空间体积，使刚性壳体100内的气压呈周期性改变，此时控制器400可以通过气压传感器300获得刚性壳体100中有规律的动态气压信息。若刚性壳体100被破坏，刚性壳体100的内部密封空间就与外界空间实现了连通，此时气压传感器300输出的检测信号即为刚性壳体100的内部密封空间与外界空间的连通空间中的气压。而活塞220的往复运动对连通空间体积的影响较小可以，气压传感器300检测到的气压信息将不会包含原有的有规律的变化信息，以此解决了现有基于气压检测的防拆结构的缺陷，提高了防拆结构的防拆检测能力。

本实施例中，气压传感器300可以设置在刚性活塞缸体210开口处的端面上，当活塞220在进行往复运动时，气压传感器300能够快速检测到气压的变化，提高防拆检测的响应度。

这里，本实施例还提供了一种上述防拆结构中活塞驱动结构230的实现方案，该活塞驱动结构230，包括：伺服电机231、转盘232、连杆233、滑杆234和滑轨。

伺服电机231的驱动端与转盘232的中心固定连接；滑杆234的一端铰接在转盘232的盘面上；滑杆234的相对另一端与连杆233的一端铰接；连杆233的相对另一端连接活塞220；连杆233与滑轨滑动配合连接。

在实际应用中，伺服电机231、滑轨和刚性活塞缸体210均可以固定在同一个支架或固定板上，也可以固定在不同的支架或固定板上但要保持三者位置相对固定，这样伺服电机231的驱动端能够驱动转盘232转动，转盘232随即带动连杆233运动，最终利用滑杆234带动活塞220在刚性活塞缸体210内部作线性往复运动。如图2所示为本发明实施例提供的一种刚性活塞缸体210的内部气压、刚性壳体100的内部气压和伺服电机231旋转角度的关系曲线图。

由于环境温度的变化会影响到刚性壳体100的气温变化，进而影响到刚性壳体100的动态气压信息，为了提高防拆精度，本实施例在上文的结构基础上，还提供了一种温度补偿方案。

本实施例的刚性壳体100中还设有温度补偿装置和温度传感器；温度补偿装置，包括：半导体制冷片和电加热器；控制器400还分别连接温度传感器的输出端、半导体制冷片的控制端和电加热器的控制端。

本实施例可以通过温度传感器获得刚性壳体100内的当前气温，若当前气温与基准环境中的设定温度不相同，则控制温度补偿装置，对刚性壳体100内加热或冷却，调整刚性壳体100内的当前气温，使当前气温与基准环境中的设定温度相同。

在布设温度传感器时，可以进行悬空安装，保证和内部的密封气体充分接触，并且远离外壳结构件和内部的电子器件等部位。同时可以在刚性壳体100内部设置多个温度传感器，较少因内部气体对流不充分，热扩散较慢，导致受热不均匀时，单点测量结果不能反映气体的整体温度变化。因此，温度传感器要尽量均匀分布在内部空间，以便能够反映密封气体的整体温度。另外，对多个温度传感器的测量结果，进行卡尔曼滤波，也可以消除随即干扰，并提高测量结果的精度。

为了提高防拆精度，本实施例在上文的结构基础上，还提供了一种气压补偿校准方案。

本实施例的活塞驱动结构230中的滑杆234可以选用电动伸缩杆，控制器400还连接该电动伸缩杆的控制端。

这样，当刚性壳体100内部的当前气压不为基准环境的设定气压时，可以通过调整滑杆234的长度，以调整活塞220在往复运动中到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压，实现气压补偿校准的功能，提高防拆检测的精度。

当然，还可以在刚性壳体中设置气压补偿装置，该气压补偿装置可以包括：导轨滑块、丝杠导轨和驱动电机。

导轨滑块的固定部连接刚性活塞缸体的外壁；导轨滑块的滑动部与丝杠导轨滑动配合连接；第二驱动电机的驱动端驱动连接丝杠导轨的一端，以驱动导轨滑块在丝杠导轨上作线性移动；控制器还连接第二驱动电机的控制端。

这样，当刚性壳体100内部的当前气压不为基准环境的设定气压时，可以通过沿轴线方向移动刚性活塞缸体，从而调整活塞220在往复运动中到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压，实现气压补偿校准的功能，提高防拆检测的精度。

方法实施例

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种基于气压检测的防拆方法，该方法可以应用在上文所述的防拆结构中，具体可以由上文所述的防拆结构中的控制器400来执行，如图3所示为该方法实施例的流程图，包括步骤11至步骤14。

步骤11，控制活塞驱动结构230带动活塞220在刚性活塞缸体210中作往复运动。

具体的，控制器400连接活塞驱动结构230的控制端，通过下发指令，实现本步骤的执行。

步骤12，根据气压传感器300的检测信息，获取刚性壳体100的当前动态气压信息。

具体的，控制器400连接气压传感器300的输出端，能够根据气压传感器300的检测信息，获取刚性壳体100的当前动态气压信息。

步骤13，判断所述当前动态气压信息与基准动态气压信息的差异是否超过第一阈值。

具体的，若实际采集的当前动态气压信息与该基准动态气压信息差异较大（幅值、周期和/或压强等相差较大），超过了第一阈值，即认定刚性壳体100被拆开，进而进行下一步的报警和/或数据清除操作。

具体的，基准动态气压信息可以在基准环境中事先测试获得。

这里在步骤11之前，本实施例还提供了一种基准动态气压信息的获取方案，具体包括步骤21至步骤22。

步骤21，在基准环境下，控制活塞驱动结构230带动活塞220在刚性活塞缸体210中作往复运动。

其中，所述基准环境下，所述刚性壳体100中的气压和气温分别为设定气压和设定温度。

在实际应用中，可以实现将上述防拆结构置于基准环境中，并使其达到热平衡。

步骤22，根据气压传感器300的检测信息，获取所述刚性壳体100在所述基准环境下的基准动态气压信息。

由于步骤21至步骤22所描述的基准动态气压信息的获取方案，需要通过提前测试来获取，对于要求较高的设备，其实时性较差，为此本实施例还提供了一种实时性较好的基准动态气压信息的获取方案，具体包括步骤31至步骤32。

步骤31，根据设于所述刚性活塞缸体内部的气压检测器500的检测信号，获取所述刚性活塞缸体内部的缸体动态气压信息。

具体的，本实施例可以在上述防拆结构的刚性活塞缸体内部设置气压检测器500，这里，刚性活塞缸体内部是指由刚性活塞缸体210的侧壁、缸底和靠近缸底的活塞220一侧密封形成的内腔体。由于活塞在刚性活塞缸体中作往复运动，气压检测器500检测到的气压信号也是一种动态信号。

步骤32，对所述缸体动态气压信息进行反相处理，获得所述基准动态气压信息。

具体的，如图2所示，由于在刚性壳体未拆开之前，刚性活塞缸体内部的气压变化与刚性壳体内部的气压变化是成反比例变化的，且刚性活塞缸体和刚性壳体处于同一外界环境中，其受到外界环境温度的影响也是相对应的，因此可以将缸体动态气压信息的反相信号作为基准动态气压信息，对刚性壳体内部的动态气压信息进行对比判断，从而实现实时的防拆检测。

步骤14，若是，则认定所述刚性壳体100被拆开。

本实施例在工作中，刚性壳体100能够形成刚性的密闭空间，当活塞220在刚性活塞缸体210中进行往复运动时，会周期性改变刚性壳体100内的空间体积，使刚性壳体100内的气压呈周期性改变，此时控制器400可以通过气压传感器300获得刚性壳体100中有规律的动态气压信息。而一旦刚性壳体100被破坏或拆除，刚性壳体100内外的空间连通，活塞220的往复运动对刚性壳体100内外的空间体积变化的影响较小，气压传感器300检测到的气压信息将不会包含原有的有规律的变化信息，以此解决了现有基于气压检测的防拆结构的缺陷，提高了防拆结构的防拆检测能力。

一般的，刚性壳体100被破坏，可以分为被人为的恶意破坏和自然破损。人为的恶意破坏会导致刚性壳体100出现较大的缺口，刚性壳体100内部的气压变化速率较大，直至与外部大气压相同。刚性壳体100自然破损出现缝隙，刚性壳体100内部的气压变化速率较小，因此，当实际气压变化速率小于预设气压变化速率时，此时刚性壳体100内部气压变化较慢，就可以确定刚性壳体100出现自然破损情形，发出报警信息，通知后台人员快速查看和检修，在刚性壳体100出现自然破损情形时，控制器400可以不执行自毁操作，待后台人员对刚性壳体100进行修复后，该控制器400可以重复使用，节约了生产成本。

当然，控制器400还可以接收输入的身份信息和自毁暂停指令，当控制器400验证通过身份信息后，就执行自毁暂停指令，当确定刚性壳体100被打开时，停止执行自毁操作，以便操作人员打开刚性壳体100对装置内部器件进行检修维护。当操作人员完成检修维护之后，输入恢复正常工作指令至控制器400，控制器400在判断刚性壳体100被打开后，执行自毁操作。

由于环境温度的变化会影响到刚性壳体100的气温变化，进而影响到刚性壳体100的动态气压信息，为了提高防拆精度，本实施例在上文的结构基础上，还提供了一种温度补偿方案。

上述防拆结构中的刚性壳体100中可以设有温度补偿装置和温度传感器；温度补偿装置，包括：半导体制冷片和电加热器；控制器400还分别连接温度传感器的输出端、半导体制冷片的控制端和电加热器的控制端。

这样，本实施例可以通过步骤41至步骤42，实现温度补偿。

步骤41，获取所述刚性壳体100中的当前气温。

步骤42，若所述当前气温与所述设定温度不相同，则调整所述刚性壳体100中的气温，以使所述当前气温等于所述设定温度。

具体的，若当前气温小于设定温度，则控制电加热器对刚性壳体100内的气体进行加热，以使当前气温等于设定温度；若当前气温大于设定温度，则控制半导体制冷片对刚性壳体100内的气体进行降温冷却，以使当前气温等于设定温度。

上述防拆结构的活塞驱动结构230中的滑杆234可以选用电动伸缩杆，控制器400还连接该电动伸缩杆的控制端，在此基础上，本实施例还提供了一种气压校准方案，以减少环境温度对于气压检测的影响，具体包括步骤51至步骤52。

步骤51，获取所述刚性壳体100中的当前气压。

步骤52，若所述当前气温与所述设定气压不相同，则调整所述活塞220在往复运动中到所述刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使所述当前气压等于所述设定气压。

具体的，若当前气温小于设定气压，则调整电动伸缩杆的长度，增大活塞220到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压；若当前气温大于设定气压，则调整电动伸缩杆的长度，减小活塞220到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压。

当然，还可以通过刚性壳体中的气压补偿装置，沿轴线方向控制刚性活塞缸体移动，若当前气温小于设定气压，则增大活塞220到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压；若当前气温大于设定气压，则减小活塞220到刚性活塞缸体210的缸底的最小距离，以使当前气压等于设定气压。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例在工作中，刚性壳体能够形成刚性的密闭空间，当活塞在刚性活塞缸体中进行往复运动时，会周期性改变刚性壳体内的空间体积，使刚性壳体内的气压呈周期性改变，此时控制器可以通过气压传感器获得刚性壳体中有规律的动态气压信息，而一旦刚性壳体被破坏或拆除，刚性壳体内外的空间连通，活塞的往复运动对刚性壳体内外的空间体积变化的影响较小，气压传感器检测到的气压信息将不会包含原有的有规律的变化信息，以此解决了现有基于气压检测的防拆结构的缺陷，提高了防拆结构的防拆检测能力。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。