本發(fā)明涉及防盜器材，具體是一種內(nèi)置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖。
背景技術(shù)：
：防盜門和保險(xiǎn)箱(柜)是保障公民生命健康和財(cái)產(chǎn)安全的重要屏障?，F(xiàn)有的提高防盜鎖的安全系數(shù)的主要方法有：增加防盜鑰匙的齒的數(shù)量或改變鑰匙齒的種類，例如雙邊鑰匙、十字鑰匙、平板鑰匙等。但是竊賊利用萬(wàn)能鑰匙或者針、細(xì)鐵絲等其他專業(yè)開(kāi)鎖工具多次試探，仍然能輕易地打開(kāi)。于是市場(chǎng)上出現(xiàn)了少量全新的防盜鎖，如授權(quán)號(hào)為cn204571520u的實(shí)用新型專利“一種防盜鎖”，該防盜鎖的鑰匙桿上設(shè)置有壓電陶瓷電池和紅外線發(fā)射管，鎖芯的鎖孔內(nèi)設(shè)置有紅外線接收管和電動(dòng)推桿。鑰匙插入的過(guò)程中壓電陶瓷電池受到擠壓產(chǎn)生電勢(shì)能，驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線接收管收到信號(hào)傳給電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿將插班拉出，從而完成開(kāi)鎖過(guò)程。但是這種方法造價(jià)高昂，且是被動(dòng)防盜，竊賊在反復(fù)試探時(shí)不能及時(shí)主動(dòng)的報(bào)警。又如授權(quán)號(hào)為cn203947896u的實(shí)用新型專利“霍爾安全鎖”，該防盜鎖的鑰匙桿上設(shè)置有磁極和突起模塊，鎖體上分別設(shè)有對(duì)應(yīng)的霍爾元件和壓電陶瓷感應(yīng)裝置。鑰匙插入后，霍爾元件產(chǎn)生霍爾電壓，壓電陶瓷感應(yīng)裝置生成壓電電壓，霍爾電壓和壓電電壓分別通過(guò)電壓比較器轉(zhuǎn)換成高低電平(即0、1數(shù)字信號(hào))送至密碼識(shí)別電路完成密碼的識(shí)別，識(shí)別正確后開(kāi)啟門鎖，錯(cuò)誤后報(bào)警。但是這種方法不夠精確，因?yàn)殡妷罕容^器只能轉(zhuǎn)換成高低電平，容易造成虛警誤報(bào)，導(dǎo)致正確鑰匙卻開(kāi)不了門，多有不便。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種內(nèi)置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖，在普通鎖的彈簧下面增加超聲壓電振子和信號(hào)處理電路。鑰匙插入的過(guò)程中，超聲壓電振子陣列受到彈簧的壓力形變產(chǎn)生壓電電壓，壓電電壓經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路后或開(kāi)啟門鎖，或聲光報(bào)警。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的。這種內(nèi)置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖，包括鑰匙和鎖芯，鑰匙可插入鎖芯內(nèi)驅(qū)動(dòng)鎖芯在鎖體3內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖體內(nèi)有鎖腔，鎖腔內(nèi)有與鑰匙上的齒一一對(duì)應(yīng)的彈子，彈子下連接有彈簧，彈簧下連接有超聲壓電振子，超聲壓電振子通過(guò)屏蔽導(dǎo)線與信號(hào)處理電路連接；鑰匙插入的過(guò)程中，超聲壓電振子受到彈簧的壓力形變產(chǎn)生壓電電壓，壓電電壓經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路后或開(kāi)啟門鎖，或聲光報(bào)警。所述的超聲壓電振子是由一片壓電陶瓷圓片和一片金屬圓片經(jīng)導(dǎo)電膠粘結(jié)起來(lái)做成彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子，壓電陶瓷圓片的負(fù)極和金屬圓片粘結(jié)起來(lái)，金屬圓片的另一面與支撐金屬環(huán)粘結(jié)。所述的壓電陶瓷圓片選用接收型p14壓電材料，金屬圓片選用殷鋼。信號(hào)處理電路包括功率放大電路，功率放大電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13與密碼檢測(cè)電路電連接，密碼檢測(cè)電路與聲光報(bào)警電路電連接，同時(shí)，功率放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc、密碼檢測(cè)電路、聲光報(bào)警電路均與電源電連接；超聲壓電振子形成的陣列產(chǎn)生的壓電電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入密碼檢測(cè)電路，密碼檢測(cè)電路檢測(cè)收到的信號(hào)與已存入的密碼進(jìn)行比對(duì)，看是否一致，一致的話開(kāi)鎖，否則開(kāi)啟聲光報(bào)警電路。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明一種內(nèi)置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖，使用方便、精度高，鎖本身的可靠性強(qiáng)，可有效防止竊賊試探、防盜效果好。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的開(kāi)鎖結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的鑰匙圖。圖3為本發(fā)明的超聲壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的信號(hào)處理電路流程圖。圖中：1-鑰匙、2-鎖芯、3-鎖體、4-鎖腔、5-彈子、6-彈簧、7-超聲壓電振子、8-壓電陶瓷圓片、9-金屬圓片、10-支撐金屬環(huán)、11-屏蔽導(dǎo)線、12-功率放大電路、13-模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc、14-密碼檢測(cè)電路、15-聲光報(bào)警電路、16-電源、17-鑰匙第一齒、18-鑰匙第二齒、19-鑰匙第三齒、20-鑰匙桿、21-鑰匙柄、22-鑰匙孔。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：本發(fā)明所述的這種內(nèi)置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖，以單邊齒為例，如圖1所示，包括鑰匙1、鎖芯2、鎖體3、鎖腔4、彈子5、彈簧6、超聲壓電振子7和信號(hào)處理電路。所述鑰匙1包括鑰匙孔22、鑰匙柄21和鑰匙桿20，鑰匙桿上有高低不平的鑰匙齒，如圖2所示，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅畫(huà)了三個(gè)齒(17-鑰匙第一齒、18-鑰匙第二齒、19-鑰匙第三齒)，且從前到后依次設(shè)三個(gè)齒的高度分別為h1，h2，h3。鑰匙1可插入鎖芯2內(nèi)驅(qū)動(dòng)鎖芯2在鎖體3內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖體3內(nèi)有鎖腔4，鎖腔4內(nèi)有與鑰匙1上的齒一一對(duì)應(yīng)的彈子5，彈子5下連接有彈簧6，彈簧6下連接有超聲壓電振子7，超聲壓電振子7通過(guò)屏蔽導(dǎo)線11與信號(hào)處理電路連接；鑰匙插入的過(guò)程中，超聲壓電振子7受到彈簧6的壓力形變產(chǎn)生壓電電壓，壓電電壓經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路后或開(kāi)啟門鎖，或聲光報(bào)警。所述每一個(gè)鎖腔內(nèi)都有一只彈子、一只彈簧和一套超聲壓電振子。彈子連接彈簧，彈簧連接超聲壓電振子。所有彈子高度一致，所有彈簧都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試并精挑細(xì)選出來(lái)的，以保證彈簧的勁度(倔強(qiáng))系數(shù)k幾乎一致。所述的超聲壓電振子7是由一片壓電陶瓷圓片8和一片金屬圓片9經(jīng)導(dǎo)電膠粘結(jié)起來(lái)做成彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子，壓電陶瓷圓片8的負(fù)極和金屬圓片9粘結(jié)起來(lái)，金屬圓片9的另一面與支撐金屬環(huán)10粘結(jié)，如圖3所示，壓電陶瓷圓片和金屬圓片必須足夠平整才能粘結(jié)牢靠。彎曲振動(dòng)頻率fr取決于振子的徑厚比、材料性質(zhì)以及邊界支撐條件。式中a為邊界支撐條件決定的常數(shù)：波節(jié)固定時(shí)a＝0.467；周邊固定時(shí)a＝0.233。本發(fā)明采用周邊固定法，故a取0.233。t為復(fù)合振子厚度，r1、r、r2分別為壓電陶瓷圓片的半徑、支撐周邊圓的半徑和金屬圓片的半徑，且r1≤r≤r2，壓電陶瓷片的半徑r1與金屬片的半徑r2之比x＝r1/r2＞0.7，才能使振子的阻抗比較低，當(dāng)x＝1時(shí)最佳。y為兩片材質(zhì)的合成楊氏模量，ρ為兩片材質(zhì)的合成密度，σ為兩片材質(zhì)的合成泊松比。在邊界條件固定的情況下，頻率的變化與t/r2成正比。在可聞聲域內(nèi)，這類振子直徑多在φ10～φ50mm，總厚度在0.4～0.5mm的范圍內(nèi)。本發(fā)明彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子的最佳直徑為φ3mm，即r＝1.5mm，復(fù)合振子總厚度最佳為t＝0.45mm，其中壓電陶瓷圓片的厚度t1＝0.2mm。振子頻率成為超出人耳聽(tīng)力范圍的超聲波，既可以防止噪聲污染，又能有效防止竊賊利用聽(tīng)診器偷聽(tīng)。金屬圓片宜選擇線性膨脹系數(shù)與壓電陶瓷最接近的金屬為好。壓電陶瓷的平均線性膨脹系數(shù)約為αl≈2.5×10-6/℃(20℃)，經(jīng)查并驗(yàn)證，牌號(hào)為4j36的殷鋼(invarsteel)在居里溫度tc(230℃)以下平均線性膨脹系數(shù)約為αl≈1.5×10-6/℃(20℃)，且殷鋼堅(jiān)硬，導(dǎo)電性能好，故本發(fā)明的金屬圓片9材料選用殷鋼。已知壓電陶瓷的密度ρ1＝7.6×103kg/m3，殷鋼的密度ρ2＝8.1×103kg/m3，體積幾乎相等，則合成密度ρ≈7.9×103kg/m3。本發(fā)明的壓電陶瓷圓片8選用接收型p14壓電材料，因?yàn)樵撔筒牧暇哂休^高的壓電應(yīng)變常數(shù)d33＝6.4×10-10c/n，意味著用它制作的超聲壓電振子接收靈敏度較高。該型材料的自由相對(duì)介電常數(shù)為式中，ε0為真空(或自由空間)的介電常數(shù)，ε0＝8.85×10-12(f/m)，ε為絕對(duì)介電常數(shù)，其中，f表示電容ct的單位法拉。絕對(duì)介電常數(shù)ε與元件的電容ct，電極面積s和電極間距t1之間的關(guān)系為式中s為電極面積m2，t1為電極間距m，ct為諧振電容f。下面以一個(gè)齒為例分析，當(dāng)鑰匙插入鎖芯后，依據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力f1＝-k△h(n)(式4)依據(jù)牛頓力學(xué)力的相互作用，則彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子受到壓力f＝-f1＝k△h(n)(式5)則彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子產(chǎn)生電荷q＝fd33＝k△hd33(c)(式6)對(duì)于本發(fā)明的彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子采用的是單片元件，則彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子產(chǎn)生電壓式3代入，得式2代入，并假設(shè)本發(fā)明的彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子的元件是全電極，則代入已知，得u≈0.6018k△h(v)(式10)式中，△h為鑰匙齒高度的變化m。假設(shè)本發(fā)明的功放電路電壓放大倍數(shù)為β，則e＝βu＝0.6018β·kδh(v)(式11)令b＝0.6018β·k，則e＝b△h(v)(式12)由此可見(jiàn)，本發(fā)明的電壓e僅與鑰匙齒的高度變化△h有關(guān)。所述信號(hào)處理電路如圖4所示，包括功率放大電路12，功率放大電路12與模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13與密碼檢測(cè)電路14電連接，密碼檢測(cè)電路14與聲光報(bào)警電路15電連接，同時(shí)，功率放大電路12、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13、密碼檢測(cè)電路14、聲光報(bào)警電路15均與電源16電連接；超聲壓電振子7形成的陣列產(chǎn)生的壓電電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入密碼檢測(cè)電路14，密碼檢測(cè)電路14檢測(cè)收到的信號(hào)與已存入的密碼進(jìn)行比對(duì)，看是否一致，一致的話開(kāi)鎖，否則開(kāi)啟聲光報(bào)警電路15。彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子產(chǎn)生的電壓u非常微弱，先經(jīng)過(guò)功放放大β倍為e后，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入密碼檢測(cè)電路與已存密碼進(jìn)行比對(duì)，匹配的話開(kāi)鎖，不匹配的話聲光報(bào)警。整個(gè)電路需要電源供電，電源一方面接消防應(yīng)急電路上，另一方面接獨(dú)立直流電池上。以防斷電造成無(wú)法開(kāi)門，或者竊賊故意斷電造成聲光報(bào)警電路失效后再慢慢試探開(kāi)鎖。在具體實(shí)施時(shí)，如圖3所示，超聲壓電振子7是由一片壓電陶瓷圓片8和一片金屬圓片9經(jīng)導(dǎo)電膠粘結(jié)起來(lái)做成彎曲圓盤(pán)式復(fù)合振子，壓電陶瓷圓片8的負(fù)極和金屬圓片9粘結(jié)起來(lái)，金屬圓片9的另一面與支撐金屬環(huán)10粘結(jié)。壓電陶瓷圓片8和金屬圓片9必須足夠平整才能粘結(jié)牢靠。壓電陶瓷圓片8選用接收型p14壓電材料，金屬圓片9選用殷鋼。超聲壓電振子7通過(guò)屏蔽導(dǎo)線11與信號(hào)處理電路連接。開(kāi)鎖時(shí)，鑰匙1插入鎖芯2內(nèi)，如圖1、圖2所示，鑰匙1上的鑰匙第一齒17、鑰匙第二齒18、鑰匙第三齒19依次壓下彈子5，依據(jù)公式12，超聲壓電振子陣列7產(chǎn)生的壓電電壓如下表1所示：表1三齒振子電壓二齒振子電壓一齒振子電壓鑰匙進(jìn)一齒e31＝bh1e21＝0e11＝0鑰匙進(jìn)二齒e32＝b(h2-h1)e22＝bh1e12＝0鑰匙進(jìn)三齒e33＝b(h3-h2+h1)e23＝b(h2-h1)e13＝bh1由此表可見(jiàn)，開(kāi)鎖時(shí)，三齒振子產(chǎn)生的壓電電壓變化過(guò)程為：e31→e32→e33，同時(shí)二齒振子產(chǎn)生的壓電電壓變化過(guò)程為：0→e22→e23，一齒振子產(chǎn)生的壓電電壓變化過(guò)程為：0→0→e13。密碼檢測(cè)電路14就是檢測(cè)收到的信號(hào)與已存入的表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，看是否一致，一致的話開(kāi)鎖，否則開(kāi)啟聲光報(bào)警電路15。本發(fā)明超聲壓電振子陣列7產(chǎn)生的壓電電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc13轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入密碼檢測(cè)電路14進(jìn)行比對(duì)，精度高，防竊賊試探效果非常理想。同時(shí)，原裝鑰匙精度高，有心之人惡意配的鑰匙加工相對(duì)粗糙，本發(fā)明也能及時(shí)識(shí)別并聲光報(bào)警，防盜效果極佳。可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12