本發明涉及防盜器材，具體是一種內置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖。
背景技術：
：防盜門和保險箱(柜)是保障公民生命健康和財產安全的重要屏障。現有的提高防盜鎖的安全系數的主要方法有：增加防盜鑰匙的齒的數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。但是竊賊利用萬能鑰匙或者針、細鐵絲等其他專業開鎖工具多次試探，仍然能輕易地打開。于是市場上出現了少量全新的防盜鎖，如授權號為cn204571520u的實用新型專利“一種防盜鎖”，該防盜鎖的鑰匙桿上設置有壓電陶瓷電池和紅外線發射管，鎖芯的鎖孔內設置有紅外線接收管和電動推桿。鑰匙插入的過程中壓電陶瓷電池受到擠壓產生電勢能，驅動紅外線發射管發射紅外線，紅外線接收管收到信號傳給電動推桿，電動推桿將插班拉出，從而完成開鎖過程。但是這種方法造價高昂，且是被動防盜，竊賊在反復試探時不能及時主動的報警。又如授權號為cn203947896u的實用新型專利“霍爾安全鎖”，該防盜鎖的鑰匙桿上設置有磁極和突起模塊，鎖體上分別設有對應的霍爾元件和壓電陶瓷感應裝置。鑰匙插入后，霍爾元件產生霍爾電壓，壓電陶瓷感應裝置生成壓電電壓，霍爾電壓和壓電電壓分別通過電壓比較器轉換成高低電平(即0、1數字信號)送至密碼識別電路完成密碼的識別，識別正確后開啟門鎖，錯誤后報警。但是這種方法不夠精確，因為電壓比較器只能轉換成高低電平，容易造成虛警誤報，導致正確鑰匙卻開不了門，多有不便。技術實現要素：本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種內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處理電路。鑰匙插入的過程中，超聲壓電振子陣列受到彈簧的壓力形變產生壓電電壓，壓電電壓經過信號處理電路后或開啟門鎖，或聲光報警。本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種內置超聲壓電振子陣列的安全電子密碼鎖，包括鑰匙和鎖芯，鑰匙可插入鎖芯內驅動鎖芯在鎖體3內轉動，鎖體內有鎖腔，鎖腔內有與鑰匙上的齒一一對應的彈子，彈子下連接有彈簧，彈簧下連接有超聲壓電振子，超聲壓電振子通過屏蔽導線與信號處理電路連接；鑰匙插入的過程中，超聲壓電振子受到彈簧的壓力形變產生壓電電壓，壓電電壓經過信號處理電路后或開啟門鎖，或聲光報警。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導電膠粘結起來做成彎曲圓盤式復合振子，壓電陶瓷圓片的負極和金屬圓片粘結起來，金屬圓片的另一面與支撐金屬環粘結。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。信號處理電路包括功率放大電路，功率放大電路與模數轉換器adc電連接，模數轉換器adc13與密碼檢測電路電連接，密碼檢測電路與聲光報警電路電連接，同時，功率放大電路、模數轉換器adc、密碼檢測電路、聲光報警電路均與電源電連接；超聲壓電振子形成的陣列產生的壓電電壓信號經過模數轉換器adc轉換為數字信號輸入密碼檢測電路，密碼檢測電路檢測收到的信號與已存入的密碼進行比對，看是否一致，一致的話開鎖，否則開啟聲光報警電路。本發明的有益效果為：本發明一種內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，可有效防止竊賊試探、防盜效果好。附圖說明圖1為本發明的開鎖結構示意圖。圖2為本發明的鑰匙圖。圖3為本發明的超聲壓電振子的結構示意圖。圖4為本發明的信號處理電路流程圖。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、11-屏蔽導線、12-功率放大電路、13-模數轉換器adc、14-密碼檢測電路、15-聲光報警電路、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。具體實施方式下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：本發明所述的這種內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，為簡單起見，僅畫了三個齒(17-鑰匙第一齒、18-鑰匙第二齒、19-鑰匙第三齒)，且從前到后依次設三個齒的高度分別為h1，h2，h3。鑰匙1可插入鎖芯2內驅動鎖芯2在鎖體3內轉動，鎖體3內有鎖腔4，鎖腔4內有與鑰匙1上的齒一一對應的彈子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通過屏蔽導線11與信號處理電路連接；鑰匙插入的過程中，超聲壓電振子7受到彈簧6的壓力形變產生壓電電壓，壓電電壓經過信號處理電路后或開啟門鎖，或聲光報警。所述每一個鎖腔內都有一只彈子、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，所有彈簧都是經過嚴格測試并精挑細選出來的，以保證彈簧的勁度(倔強)系數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經導電膠粘結起來做成彎曲圓盤式復合振子，壓電陶瓷圓片8的負極和金屬圓片9粘結起來，金屬圓片9的另一面與支撐金屬環10粘結，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牢靠。彎曲振動頻率fr取決于振子的徑厚比、材料性質以及邊界支撐條件。式中a為邊界支撐條件決定的常數：波節固定時a＝0.467；周邊固定時a＝0.233。本發明采用周邊固定法，故a取0.233。t為復合振子厚度，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x＝1時最佳。y為兩片材質的合成楊氏模量，ρ為兩片材質的合成密度，σ為兩片材質的合成泊松比。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，這類振子直徑多在φ10～φ50mm，總厚度在0.4～0.5mm的范圍內。本發明彎曲圓盤式復合振子的最佳直徑為φ3mm，即r＝1.5mm，復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診器偷聽。金屬圓片宜選擇線性膨脹系數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約為αl≈2.5×10-6/℃(20℃)，經查并驗證，牌號為4j36的殷鋼(invarsteel)在居里溫度tc(230℃)以下平均線性膨脹系數約為αl≈1.5×10-6/℃(20℃)，且殷鋼堅硬，導電性能好，故本發明的金屬圓片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。本發明的壓電陶瓷圓片8選用接收型p14壓電材料，因為該型材料具有較高的壓電應變常數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介電常數為式中，ε0為真空(或自由空間)的介電常數，ε0＝8.85×10-12(f/m)，ε為絕對介電常數，其中，f表示電容ct的單位法拉。絕對介電常數ε與元件的電容ct，電極面積s和電極間距t1之間的關系為式中s為電極面積m2，t1為電極間距m，ct為諧振電容f。下面以一個齒為例分析，當鑰匙插入鎖芯后，依據胡克定律，在彈性限度內，彈簧彈力f1＝-k△h(n)(式4)依據牛頓力學力的相互作用，則彎曲圓盤式復合振子受到壓力f＝-f1＝k△h(n)(式5)則彎曲圓盤式復合振子產生電荷q＝fd33＝k△hd33(c)(式6)對于本發明的彎曲圓盤式復合振子采用的是單片元件，則彎曲圓盤式復合振子產生電壓式3代入，得式2代入，并假設本發明的彎曲圓盤式復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。假設本發明的功放電路電壓放大倍數為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，本發明的電壓e僅與鑰匙齒的高度變化△h有關。所述信號處理電路如圖4所示，包括功率放大電路12，功率放大電路12與模數轉換器adc13電連接，模數轉換器adc13與密碼檢測電路14電連接，密碼檢測電路14與聲光報警電路15電連接，同時，功率放大電路12、模數轉換器adc13、密碼檢測電路14、聲光報警電路15均與電源16電連接；超聲壓電振子7形成的陣列產生的壓電電壓信號經過模數轉換器adc13轉換為數字信號輸入密碼檢測電路14，密碼檢測電路14檢測收到的信號與已存入的密碼進行比對，看是否一致，一致的話開鎖，否則開啟聲光報警電路15。彎曲圓盤式復合振子產生的電壓u非常微弱，先經過功放放大β倍為e后，再經過模數轉換器adc轉換為數字信號，輸入密碼檢測電路與已存密碼進行比對，匹配的話開鎖，不匹配的話聲光報警。整個電路需要電源供電，電源一方面接消防應急電路上，另一方面接獨立直流電池上。以防斷電造成無法開門，或者竊賊故意斷電造成聲光報警電路失效后再慢慢試探開鎖。在具體實施時，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經導電膠粘結起來做成彎曲圓盤式復合振子，壓電陶瓷圓片8的負極和金屬圓片9粘結起來，金屬圓片9的另一面與支撐金屬環10粘結。壓電陶瓷圓片8和金屬圓片9必須足夠平整才能粘結牢靠。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通過屏蔽導線11與信號處理電路連接。開鎖時，鑰匙1插入鎖芯2內，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，依據公式12，超聲壓電振子陣列7產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一齒e31＝bh1e21＝0e11＝0鑰匙進二齒e32＝b(h2-h1)e22＝bh1e12＝0鑰匙進三齒e33＝b(h3-h2+h1)e23＝b(h2-h1)e13＝bh1由此表可見，開鎖時，三齒振子產生的壓電電壓變化過程為：e31→e32→e33，同時二齒振子產生的壓電電壓變化過程為：0→e22→e23，一齒振子產生的壓電電壓變化過程為：0→0→e13。密碼檢測電路14就是檢測收到的信號與已存入的表中數據進行比對，看是否一致，一致的話開鎖，否則開啟聲光報警電路15。本發明超聲壓電振子陣列7產生的壓電電壓信號經過模數轉換器adc13轉換為數字信號輸入密碼檢測電路14進行比對，精度高，防竊賊試探效果非常理想。同時，原裝鑰匙精度高，有心之人惡意配的鑰匙加工相對粗糙，本發明也能及時識別并聲光報警，防盜效果極佳。可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本發明的技術方案及發明構思加以等同替換或改變都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。當前第1頁12