一种可防御共振的MEMS传感器及其防御共振方法技术

本发明专利技术涉及一种可防御共振的MEMS传感器及其防御共振方法，所述传感器包括可变电容、变节距弹性元件、量化模块和电流补偿模块，还包括分别与所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚，所述弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚之间接收刚性控制电流，以改变所述变节距弹性元件的刚性；所述电流补偿模块的输入端接收所述量化模块的量化值，并进行电流补偿后输出，所称补偿是根据所述变节距弹性元件所接收的刚性控制电流的电流值进行对应的补偿，输出最终的补偿后的校正值。本发明专利技术采用变节距弹性元件，可以有效的预防共振的发生，保障了数据的安全性，同时采用的电流补偿模块可以确保测量精度。

A defense resonance MEMS sensor and its defense resonance method

【技术实现步骤摘要】
一种可防御共振的MEMS传感器及其防御共振方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种可防御共振的MEMS传感器及其防御共振方法。
技术介绍
MEMS传感器因其高精度，重量轻，尺寸小，高效能的特点已被广泛应用到各种控制领域，例如车辆通过MEMS加速度传感器判断是否产生急刹碰撞，从而自动呼叫车联网中心请求远程救援；车辆通过MEMS陀螺仪传感器判断车辆是否出现急转弯从而启动车身稳定系统等。MEMS传感器输出的数据，已经成为许多控制系统正确执行的重要依据。因此传感器数出数据的安全性就显的十分重要，如果传感器输出的数据遭受到黑客的攻击或篡改，就有可能导致控制系统功能的错误启动或关闭，重则造成重大的安全事故。目前，已经出现了利用特定频率的声波攻击MEMS传感器，使其输出错误数据的方法。其原理是使声波的频率达到MEMS传感器中的弹性元件的共振频率，从而引起弹性元件的共振。这样就可以操纵传感器内部弹性元件振动，并通过共振强弱控制其振幅。由于MEMS传感器就是靠弹性元件的弹性位移来转换成相应的电子测量值，然后对测量值进行量化转换完成输出，因此黑客完全可以用声波来控制传感器的数据输出，达到破坏的目的。为保护MEMS免受声波攻击，相应的方法有在MEMS传感器外围加上吸音材料，或在内部软件采用一些滤波算法抵消声波的影响。但是加上吸音材料的方式，只能针对声波攻击，如果有其它类型的物理共振源或高强度的声波吸音材料无法应对，而软件处理对共振抵消效果也很有限。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种可防御共振的MEMS传感器及其防御共振方法，可以有效的预防共振的发生，保障了数据的安全性。具体方案如下：一种可防御共振的MEMS传感器，包括可变电容、变节距弹性元件、量化模块和电流补偿模块，还包括分别与所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚，所述弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚之间接收刚性控制电流，以改变所述变节距弹性元件的刚性；所述电流补偿模块的输入端接收所述量化模块的量化值，并进行电流补偿后输出，所称补偿是根据所述变节距弹性元件所接收的刚性控制电流的电流值进行对应的补偿，输出最终的补偿后的校正值。进一步的，所述补偿是根据刚性控制电流的电流大小查找到对应的补偿值，根据对应补偿值进行补偿。进一步的，所述电流补偿模块中存有一补偿表，所述补偿表中包括两栏，分别为弹性元件电流大小栏和补偿值栏。进一步的，所述补偿表中的两栏中的每一项均一一对应。一种MEMS传感器防御共振方法，基于本专利技术实施例一所述的可防御共振的MEMS传感器，包括以下步骤：步骤一：输出一刚性控制电流的电流值至所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚；步骤二：量化模块采集可变电容输出的电容值，并将该电容值转换为量化值后输出给电流补偿模块，电流补偿模块根据所述变节距弹性元件的输入引脚和弹性元件输出引脚之间输入的所述刚性控制电流的电流值进行补偿，得到校正值，所述电流补偿模块将所述校正值作为结果输出。进一步的，所述电流补偿模块中存有一补偿表，所述补偿表中包括两栏，分别为弹性元件电流大小栏和补偿值栏，所述补偿是对根据刚性控制电流的电流大小查找补偿表中对应的补偿值，根据对应补偿值进行补偿。进一步的，步骤一中所述输出一刚性控制电流的电流值为随机选择补偿表中弹性元件电流大小栏中的任一项作为刚性控制电流的电流值进行输出。进一步的，所述补偿表中的两栏中的每一项均一一对应。一种补偿值计算方法，基于本专利技术实施例一所述的可防御共振的MEMS传感器，包括：在相同的外界条件下，计算所述可防御共振的MEMS传感器未施加刚性控制电流时和施加刚性控制电流时的输出的差值，设定该差值为该刚性控制电流的电流大小对应的补偿值。本专利技术采用如上技术方案，采用变节距弹性元件，通过控制电流动态变化来改变弹性元件的刚性大小，可以有效的预防共振的发生，保障了数据的安全性，同时采用的电流补偿模块可以确保测量精度。附图说明图1所示为本专利技术实施例一的结构示意图。图2所示为传统MEMS传感器的结构示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。实施例一：本专利技术提供了一种可防御共振的MEMS传感器，参考图1所示，图1中虚线框内为本专利技术所述可防御共振的MEMS传感器的结构示意图，包括可变电容1、变节距弹性元件2、量化模块和电流补偿模块，还包括分别与所述变节距弹性元件2的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚(图中未示出)，所述弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚之间接收刚性控制电流，以改变所述变节距弹性元件2的刚性。传统的MEMS传感器主要包括可变电容、弹性元件和量化模块，如图2所示，以单轴加速度传感器为例，其通过加速度和方向角速度等外部力的作用，使MEMS传感器内部的弹性元件即弹簧产生伸缩，从而使可变电容的电容值发生改变，将电容值的变化进行量化输出，即可得到MEMS传感器输出的X方向上速度的变化数值。本专利技术中所述的传统的MEMS传感器为通过可变电容和弹性元件实现传感功能的MEMS传感器，如加速度传感器。由于普通的弹性元件均具有固定的共振频率，因此当遇到同频率声波的攻击时，就会引起震动，进而影响可变电容值，因此攻击者可以操纵最终输出的MEMS传感器的值。当将普通弹性元件改为变节距弹性元件2时，如图1所示，该实施例中所述的MEMS传感器具有如下技术特点：1、弹性元件采用变节距弹性元件2。变节距弹簧可以有效防止共振。所述节距是指弹簧相邻两圈的轴向距离，变节距弹簧的有效圈数会随着弹簧受力增加引起的弹簧并圈而减少，而且有效圈数逐渐减少的过程也是弹簧刚性逐渐增大的过程，也正是因为变节距弹性元件2的特性使其具有了可变刚性的特性。我们知道弹簧受力以后会变形，而变节距的弹簧的特殊之处就在于：当受力逐渐增大时，变节距弧形弹簧会从小节距到大节距逐渐并紧，刚性也会逐渐增大。由于弹簧的共振频率是由自身刚性决定的，因此采用变节距弹性元件2可以使传感器弹性元件的刚性可变，即共振频率可变，这样攻击者较难采用声波共振攻击传感器。2、刚性控制电流。由于传感器感知的量一般是比较微小的量，比如重力加速度、角速度等，因此这些感知量本身力量不足以大到能使变节距弹性元件2因受力而并圈，引起刚性变化。这时，需要外部施加以一个贯穿变节距弹性元件2的电流，来主动改变变节距弹性元件2的刚性。该实施例中，所述变节距弹性元件2为弹簧，当弹簧通电以后，相邻两圈流过同向电流，由于同向电流相互吸引，弹簧会收缩，引起刚性变大。3、电流补偿模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：包括可变电容、变节距弹性元件、量化模块和电流补偿模块，还包括分别与所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚，所述弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚之间接收刚性控制电流，以改变所述变节距弹性元件的刚性；/n所述电流补偿模块的输入端接收所述量化模块的量化值，并进行电流补偿后输出，所称补偿是根据所述变节距弹性元件所接收的刚性控制电流的电流值进行对应的补偿，输出最终的补偿后的校正值。/n

【技术特征摘要】
1.一种可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：包括可变电容、变节距弹性元件、量化模块和电流补偿模块，还包括分别与所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚，所述弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚之间接收刚性控制电流，以改变所述变节距弹性元件的刚性；
所述电流补偿模块的输入端接收所述量化模块的量化值，并进行电流补偿后输出，所称补偿是根据所述变节距弹性元件所接收的刚性控制电流的电流值进行对应的补偿，输出最终的补偿后的校正值。


2.根据权利要求1所述的可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：所述补偿是根据刚性控制电流的电流大小查找到对应的补偿值，根据对应补偿值进行补偿。


3.根据权利要求2所述的可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：所述电流补偿模块中存有一补偿表，所述补偿表中包括两栏，分别为弹性元件电流大小栏和补偿值栏。


4.根据权利要求3所述的可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：所述补偿表中的两栏中的每一项均一一对应。


5.一种MEMS传感器防御共振方法，基于权利要求1所述的可防御共振的MEMS传感器，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：输出一刚性控制电流的电流值至所述变节距弹性元件的两端电性连接的弹性元件输入引脚和弹性元件输出引脚；
步骤二：量化模块采集可变电容输出的电容值，并将该电容值转...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂岩恺，罗明宇，吕伟煌，
申请(专利权)人：厦门雅迅网络股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35