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电磁攻击检测装置、检测方法及其制成的电能表.pdf

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电磁 攻击 检测 装置 方法 及其 制成 电能表
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摘要
申请专利号:

CN201611089460.1

申请日:

2016.12.01

公开号:

CN106483371A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 22/06申请日:20161201|||公开
IPC分类号: G01R22/06 主分类号: G01R22/06
申请人: 威胜集团有限公司
发明人: 胡环; 任智仁; 黄杰; 邹强
地址: 410205 湖南省长沙?#24615;?#40595;区长沙高新技术开发区桐梓坡西路468号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 长沙永星专利商标事务所(普通合伙) 43001 代理人: 周咏;米中业
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611089460.1

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种电磁攻击检测装置,包括控制器模块、电源模块、通信模块、数据转换模块、脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模块;电源模块供电;脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模块通过数据转换模块连接控制器模块;通信模块连接控制器模块。本发明还提供了所述电磁攻击检测装置的检测方法,包括获取典型攻击场景下的输出波形和对应的攻击强度值?#25442;?#21462;数据转换通道的通道号;根据通道号和上传的采样数据判断和记录攻击数据。本发明还提供了应用所述电磁攻击检测装置和检测方法制成的电能表。本发明能检测多类型电磁攻击,进行攻击信号采集和类型判定,使用方便,适用面广。

权利要求书

1.一种电磁攻击检测装置,其特征在于包括控制器模块、电源模块、通信模块、数据转
换模块、脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模块;电
源模块给所述电磁攻击检测装置供电;脉冲磁场攻击检测模块用于检测环?#25345;?#30340;脉冲磁场
的攻击,并输出检测到的脉冲磁场攻击信号;瞬变电场和电磁场攻击检测模块用于检测环
?#25345;?#30340;瞬变电厂和电磁场攻击,并输出检测到的瞬变电场和电磁场攻击信号;磁传感器检
测模块用于检测环?#25345;?#30340;磁场信息,并输出检测到的磁场信号;所述的脉冲磁场攻击检测
模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模块均通过数据转换模块与控制器
模块连接;通信模块与控制器模块连接,用于控制器模块与外部进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的控制器电路为具有∑-
△型AD转换功能的控制器电路。
3.根据权利要求1所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的磁传感器检测模块包
括1维磁传感器检测电路和3维磁传感器检测电路。
4.根据权利要求1所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的电磁攻击检测装置还
包括显示模块;显示模块与控制器模块连接,用于将所述电磁攻击检测装置的工作信息进
行显示。
5.根据权利要求1~4之一所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的脉冲磁场攻击
检测模块包括检测电感、保护二极管、积分电容、限流电阻、第一箝位二极管、第二箝位二极
管和分压电路;检测电感与保护二极管串联后与积分电容并联;第一箝位二极管和第二箝
位二极管串接在电源和地之间?#25442;?#20998;电容的正极通过限流电阻连接到第一箝位二极管的阳
极,同时还通过分压电路输出检测信号;所述第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的
阴极短接。
6.根据权利要求5所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的脉冲磁场攻击检测模
块还包括抗混叠电路,抗混叠电路连接在脉冲磁场攻击检测模块的输出端与控制器模块之
间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信号在时域叠加。
7.根据权利要求1~4之一所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的瞬变电场和电
磁场攻击检测模块包括检测电感、保护二极管、积分电容、限流电阻、电磁场检测二极管、瞬
变电场检测二极管和采样电路,且所述的瞬变电场和电磁场攻击检测模块的所有电路器件
集中布置在PCB板上,且电路器件下方要覆铜;电磁场检测二极管和瞬变电场检测二极管串
接在电源正极和地之间?#25442;?#20998;电容的正极通过限流电阻连接到电磁场检测二极管的阳极,
同时还通过采样电路输出检测信号;所述瞬变电场检测二极管的阳极与瞬变电场检测二极
管的阴极短接。
8.根据权利要求7所述的电磁攻击检测装置,其特征在于所述的瞬变电场和电磁场攻
击检测模块还包括抗混叠电路,抗混叠电路连接在瞬变电场和电磁场攻击检测模块的输出
端与控制器模块之间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信号在时域叠加。
9.一种根据权利要求1~8所述的电磁攻击检测装置所采用的电磁攻击检测方法,包括
如下步骤:
S1. 获取脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块在各自典型攻击场
景下的输出波形和对应的攻击强度值;
S2. 控制器模块获取数据转换通道的通道号;
S3. 控制器模块依据如下规则进?#20449;?#26029;:
若数据转换通道号为脉冲磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的波形数据是
否符合典型场景下的输出波形特征:若符合,则根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事
件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记录;
若数据转换通道号为瞬变电场和电磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的数
据是否符合典型场景下的瞬变电场攻击的输出波形或电磁场攻击的输出波形:若符合,则
根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记
录;
若数据转换通道号为磁传感器检测模块所在的通道,则记录所述磁传感器检测模块输
出的数据,并计算磁感应强度值。
10.一种智能电能表,其特征在于采用如权利要求1~9所述的电磁攻击检测装置和检测
方法进行电磁攻击的检测。

说明书

电磁攻击检测装置、检测方法及其制成的电能表

技术领域

本发明属于测控领域,具体涉及一种电磁攻击检测装置、检测方法及其制成的电
能表。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高,智能电能表已经广泛应用于人
们的生产和生活之中,给人们带来了极大的便利。

智能电能表主要的功能是对电能进行计量及结算。但是,智能电能表是属于电子
设备,因此其极?#36164;?#30005;磁辐射干扰影响。在强电磁攻击环境下,智能电能表可能会工作不稳
定,同时计量功能也会受?#25509;?#21709;,不法分子利用智能电能表这一特性对其施加电磁攻击,以
达到窃电的目的。虽然智能电能表需要根据相关标准要求,经过严格EMC试验,但也无法保
证其在超常规电磁攻击条件下稳定运行。

当前窃电手段日趋高科技化,大量专业窃电设备造成电能表运行?#25910;希?#20854;中电磁
窃电?#24418;?#30001;于其隐?#20013;裕?#26080;明显窃电痕迹,强电磁攻撤除后,智能电能表恢复正常运行,供
电方无法获取窃电情况,?#19968;?#26597;和取证滞后,相关的电量追补也无有效数据支撑。目前,针
对智能电能表防强磁攻击的窃电?#24418;?#27809;有相关有效解决方案及设备支持。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够检测多类型电磁攻击的、并且能够对攻击信
号进行采集和完成攻击类型判定、能够方便接入各类型智能电能表的电磁攻击检测装置。

本发明的目的之二在于提供一种所述电磁攻击检测装置所采用的电磁攻击检测
方法。

本发明的目的之三在于提供一种应用所述电磁攻击检测装置和检测方法进行电
磁攻击检测的智能电能表。

本发明提供的这种电磁攻击检测装置,包括控制器模块、电源模块、通信模块、数
据转换模块、脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模
块;电源模块给所述电磁攻击检测装置供电;脉冲磁场攻击检测模块用于检测环?#25345;?#30340;脉
冲磁场的攻击,并输出检测到的脉冲磁场攻击信号;瞬变电场和电磁场攻击检测模块用于
检测环?#25345;?#30340;瞬变电厂和电磁场攻击,并输出检测到的瞬变电场和电磁场攻击信号;磁传
感器检测模块用于检测环?#25345;?#30340;磁场信息,并输出检测到的磁场信号;所述的脉冲磁场攻
击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块和磁传感器检测模块均通过数据转换模块与
控制器模块连接;通信模块与控制器模块连接,用于控制器模块与外部进行数据通信。

所述的控制器电路为具有∑-△型AD转换功能的控制器电路。

所述的磁传感器检测模块包括1维磁传感器检测电路和3维磁传感器检测电路。

所述的电磁攻击检测装置还包括显示模块;显示模块与控制器模块连接,用于将
所述电磁攻击检测装置的工作信息进行显示。

所述的脉冲磁场攻击检测模块,包括检测电感、保护二极管、积分电容、限流电阻、
第一箝位二极管、第二箝位二极管和分压电路;检测电感与保护二极管串联后与积分电容
并联;第一箝位二极管和第二箝位二极管串接在电源和地之间?#25442;?#20998;电容的正极通过限流
电阻连接到第一箝位二极管的阳极,同时还通过分压电路输出检测信号;所述第一箝位二
极管的阳极和第二箝位二极管的阴极短接。

所述的脉冲磁场攻击检测模块还包括抗混叠电路,抗混叠电路连接在脉冲磁场攻
击检测模块的输出端与控制器模块之间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信号在时域叠加。

所述的瞬变电场和电磁场攻击检测模块包括检测电感、保护二极管、积分电容、限
流电阻、电磁场检测二极管、瞬变电场检测二极管和采样电路,且所述的瞬变电场和电磁场
攻击检测模块的所有电路器件集中布置在PCB板上,且电路器件下方要覆铜;电磁场检测二
极管和瞬变电场检测二极管串接在电源正极和地之间?#25442;?#20998;电容的正极通过限流电阻连接
到电磁场检测二极管的阳极,同时还通过采样电路输出检测信号;所述瞬变电场检测二极
管的阳极和瞬变电场检测二极管的阴极短接在一起。

所述的瞬变电场和电磁场攻击检测模块还包括抗混叠电路,抗混叠电路连接在瞬
变电场和电磁场攻击检测模块的输出端与控制器模块之间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信
号在时域叠加。

本发明还提供了一种所述电磁攻击检测装置所采用的电磁攻击检测方法,包括如
下步骤:

S1. 获取脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块在各自典型攻击场
景下的输出波形和对应的攻击强度值;

S2. 控制器模块获取数据转换通道的通道号;

S3. 控制器模块依据如下规则进?#20449;?#26029;:

若数据转换通道号为脉冲磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的波形数据是
否符合典型场景下的输出波形特征:若符合,则根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事
件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记录;

若数据转换通道号为瞬变电场和电磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的数
据是否符合典型场景下的瞬变电场攻击的输出波形或电磁场攻击的输出波形:若符合,则
根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记
录;

若数据转换通道号为磁传感器检测模块所在的通道,则记录所述磁传感器检测模块输
出的数据,并计算磁感应强度值。

本发明还提供了一种应用上述电磁攻击检测装置和检测方法制成的电能表。

本发明提供的这种电磁攻击检测装置和检测方法,通过多类型的检测电路对检测
装置所安装的环境进行电磁检测,因此能够检测多类型电、磁攻击、并且能够进行攻击信号
采集、攻击强度的判断和攻击类型判定,而且能够方便接入各类型智能电能表或其他电子
产品;此外,本发明所提供的电磁攻击检测装置和检测方法,不仅能够用于智能电能表,还
能够用于其他各类型的计量仪表,?#28909;?#30005;能表、水表、?#35745;?#34920;、热量表等,也可用于其他任何
需要进行瞬变电场、电磁场或脉冲磁场检测的电子设备,包括电能管理终端、配电终端、电
能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表手抄器?#21462;?br />

附图说明

图1为本发明的检测装置的功能模块图。

图2为本发明的脉冲磁场攻击检测模块的电路原理图。

图3为本发明的瞬变电场和电磁场攻击检测模块的电路原理图。

图4为本发明的脉冲磁场攻击检测模块的典型波形输出示意图。

图5为本发明的瞬变电场和电磁场攻击检测模块在检测到瞬变电场攻击时的典型
波形输出示意图。

图6为本发明的瞬变电场和电磁场攻击检测模块在检测到电磁场攻击时的典型波
形输出示意图。

图7为本发明的检测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的检测装置的功能模块图:本发明提供的这种电磁攻击检测
装置,包括控制器模块、电源模块、通信模块、数据转换模块、脉冲磁场攻击检测模块、瞬变
电场和电磁场攻击检测模块、磁传感器检测模块和显示模块;电源模块给所述电磁攻击检
测装置供电;脉冲磁场攻击检测模块用于检测环?#25345;?#30340;脉冲磁场的攻击,并输出检测到的
脉冲磁场攻击信号;瞬变电场和电磁场攻击检测模块用于检测环?#25345;?#30340;瞬变电厂和电磁场
攻击,并输出检测到的瞬变电场和电磁场攻击信号;磁传感器检测模块用于检测环?#25345;?#30340;
磁场存在信息,并输出检测到的磁场信号;所述的脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁
场攻击检测模块和磁传感器检测模块均通过数据转换模块与控制器模块连接;通信模块与
控制器模块连接,用于控制器模块与外部进行数据通信;显示模块与控制器模块连接,用于
将所述电磁攻击检测装置的工作信息进行显示。控制器电路为具有∑-△型AD转换功能的
控制器电路。磁传感器检测模块包括1维磁传感器检测电路和3维磁传感器检测电路。

如图2所示为本发明的脉冲磁场攻击检测模块的电路原理图:脉冲磁场攻击检测
模块,包括检测电感、保护二极管、积分电容、限流电阻、第一箝位二极管、第二箝位二极管
和分压电路;检测电感与保护二极管串联后与积分电容并联;第一箝位二极管和第二箝位
二极管串接在电源和地之间?#25442;?#20998;电容的正极通过限流电阻连接到第一箝位二极管的阳
极,同时还通过分压电路输出检测信号;所述第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的
阴极短接在一起;此外,脉冲磁场攻击检测模块的后端还连接有抗混叠电路,抗混叠电路连
接在脉冲磁场攻击检测模块的输出端与控制器模块之间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信号
在时域叠加。

当检测电感L1受垂直方向脉冲磁场攻击,其会产生阻尼振荡信号,经过保护二极
管类半波整流处理后,半波信号由积分电容C1进行积分,积分电容C1上的电压在短时间内
不断累加升高,该电压信号通过分压电路(图中标示R3和R4)进行分压,该电压信号最终进
入模拟采样AD中,当脉冲磁场攻击施加干扰间隙,积分电容C1上的电压通过电阻回路缓慢
释放,因此脉冲磁场攻击干扰产生的模拟信号采样数据序列呈?#24178;?#32531;降的波形特征(如图4
所示),利用该特征可以判定利用脉冲磁场干扰实施的窃电?#24418;?br />

如图3所示为本发明的瞬变电场和电磁场攻击检测模块的电路原理图:瞬变电场
和电磁场攻击检测模块包括检测电感、保护二极管、积分电容、限流电阻、电磁场检测二极
管、瞬变电场检测二极管和采样电路,且所述的瞬变电场和电磁场攻击检测模块的所有电
路器件集中布置在PCB板上,且电路器件下方要覆铜,且所述电路器件下方的覆铜区域为所
述瞬变电场和电磁场攻击检测模块的检测部分,用于耦合空间中瞬变电场或电磁场的信
号;电磁场检测二极管和瞬变电场检测二极管串接在电源正极和地之间?#25442;?#20998;电容的正极
通过限流电阻连接到电磁场检测二极管的阳极,同时还通过采样电路输出检测信号;所述
瞬变电场检测二极管的阳极和瞬变电场检测二极管的阴极短接在一起;此外,瞬变电场和
电磁场攻击检测模块的后端还连接有抗混叠电路,抗混叠电路连接在瞬变电场和电磁场攻
击检测模块的输出端与控制器模块之间,用于防止频?#39135;时?#25968;关系的信号在时域叠加。

检测电感L1、保护二极管D1、积分电容C1,用于采集脉冲磁场电磁攻击干扰信号,
该攻击干扰作用于此电路过程中有明显特征,采样值非常大,该电路的目的是排除此类电
磁攻击干扰对瞬变电场与电磁场电磁攻击干扰的判断。瞬变电场检测二极管D3受瞬变电场
攻击干扰后,其内部电荷分布发生变化,其内部反向势垒发生变化,该变化经采样电路(图
中标示R2和R4)将该变化输出至模拟输出口。瞬变电场攻击干扰产生的模拟信号采样数据
序列?#30465;?#23574;峰特性”、“两端分布较少”的波形特征(如图5所示)。

电磁场检测二极管D2受电磁场攻击干扰后,其内部电荷分布发生变化,其内部反
向势垒发生变化,该变化经采样电路(图中标示R2和R4)将该变化输出至模拟输出口。另外
受PCB覆铜影响,电磁场检测二极管D2漏电流加大,该电流流经采样电路并产生分压,该部
分电压输出至模拟输出口。电磁场攻击干扰产生的模拟信号采样数据序列?#30465;?#23574;峰特性”、
“两端少量分布”、“中间大量分布”的波形特征(如图6所示)。

如图7所示为本发明的检测方法的流程图:本发明提供的这种电磁攻击检测方法,
包括如下步骤:

S1. 获取脉冲磁场攻击检测模块、瞬变电场和电磁场攻击检测模块在各自典型攻击场
景下的输出波形和对应的攻击强度值;

S2. 控制器模块获取数据转换通道的通道号;

S3. 控制器模块依据如下规则进?#20449;?#26029;:

若数据转换通道号为脉冲磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的波形数据是
否符合典型场景下的输出波形特征:若符合,则根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事
件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记录;

若数据转换通道号为瞬变电场和电磁场攻击检测模块所在的通道,则判定检测到的数
据是否符合典型场景下的瞬变电场攻击的输出波形或电磁场攻击的输出波形:若符合,则
根据波形数据记录攻击强度值,并对攻击事件进行记录;若?#29615;?#21512;,则仅对攻击事件进行记
录;

若数据转换通道号为磁传感器检测模块所在的通道,则记录所述磁传感器检测模块输
出的数据,并计算磁感应强度值。

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