Eckdaten

Der Artikel vergleicht die Attribute einer IR-basierten Lösung mit denen älterer Gerätetypen und skizziert die Schritte, die mit der Implementierung einer Schaltung zur Manipulationskontrolle eines handelsüblichen und serienmäßig hergestellten Sensormoduls verbunden sind.

Bei medizinischen Geräten kann eine aus einer unbefugten Manipulation resultierende Leistungsbeeinträchtigung der elektronischen Systeme den Patienten ernsthaft schädigen. Für die Betreibergesellschaft von Verbrauchszählern können betrügerische Manipulationen zu Umsatzausfällen führen. Die Manipulationserkennung unter Verwendung eines IR-LED-Proximity-Moduls ist mechanisch einfach zu implementieren, da diese nur eine Seite des Gehäuses des Endprodukts betrifft. Zudem bietet das LED-Proximity-Modul den Vorteil eines zerstörungsfreien Betriebes, es ist resistent gegenüber Korrosion und unterstützt eine aktive Überwachung. Durch die Regulierung des IR-LED-Output kommt es zu keinen Beeinträchtigungen durch Umgebungslicht. Das Resultat ist eine dauerhafte, zuverlässige und robuste Möglichkeit, eine Trennung von  Abdeckung und Grundkörper jederzeit zu erkennen.

Um die Methoden für die Implementierung einer Manipulationserkennung beurteilen zu können, sind mehrere Aspekte bei der Planung zu berücksichtigen.

  • die Kosten
  • die Verbindung der einzelnen Komponenten
  • zerstörungsfreier oder destruktiver Betrieb
  • passive oder aktive Erkennung
  • mechanische oder Festkörper-Technik
Bild 1 Dargestellt ist eine Lösung, die auf einem IR-LED-Strahler und einem Photodioden-Detektor basiert. Sobald die Basis und die Bestandteile der Abdeckung am Ort montiert wurden, überlagert eine reflektierender Deckel oder ein anderer Verschluss den Photodioden-Detektor.

Bild 1 Dargestellt ist eine Lösung, die auf einem IR-LED-Strahler und einem Photodioden-Detektor basiert. Sobald die Basis und die Bestandteile der Abdeckung am Ort montiert wurden, überlagert eine reflektierender Deckel oder ein anderer Verschluss den Photodioden-Detektor. AMS

Dabei gilt es, einige Aspekte gegeneinander abzuwägen. Durch den zunehmenden Einsatz der Infrarot (IR) -Abstandsmessung in Mobiltelefonen hat sich in den letzten zwei Jahren die Verfügbarkeit von Modulen zur Abstandsmessung erhöht. Verbesserungen beim Stromverbrauch und die Verhinderung des optischen Übersprechens sind weitere Gründe für die Verbreitung dieser Technik. Ein integriertes IR-Sensor-Modul zur Manipulationserkennung ist inzwischen eine attraktive Option.

Konventionelle Methoden der Manipulationskontrolle

Im einfachsten Fall lässt sich eine Lösung zur Manipulationsverhinderung mit einem Streifen aus leitendem Material konstruieren, der, sofern intakt, einen elektrischen Stromkreis schließt. Sobald jemand die Abdeckung des zu schützenden Geräts öffnet, bricht der Streifen auseinander, was einen offenen Stromkreis zur Folge hat. Mittels eines Analog-Digital-Wandlers erkennt der Host-Controller die offene Schaltung und registriert ein Manipulationsereignis. Zwar ist diese Methode einfach und kostengünstig, aber destruktiv. Ist die Abdeckung wieder in ihrer ursprünglichen Position, bleibt der Anti-Manipulations-Mechanismus beschädigt und weitere Manipulationsereignisse können nicht mehr entdeckt werden. Für die meisten Produkte ist ein derartiger nur einmal einsetzbarer Erkennungsmechanismus unzureichend.

Ein gewöhnlicher elektromechanischer Schalter ist eine zerstörungsfreie Alternative. Hier überwacht der Host-Controller einen mit dem Schalter verbundenen GPIO- oder ADC-Zugang. Sobald das Gehäuse geöffnet wird, erkennt der Controller die veränderte Position des Schalters. Gegenüber der destruktiven Methode hat dieses System den Vorteil, dass das Gehäuse nach der Manipulation wieder zusammengesetzt und der Schalter wieder in seinen Ursprungszustand zurückgesetzt werden kann.

Allerdings ist ein mechanischer Schalter anfällig für Oxidation und Korrosion in Anwesenheit von atmosphärischem Sauerstoff und Feuchtigkeit. Im Laufe der Zeit kann Korrosion dazu führen, dass Metallschalter in einer Position verharren und  nicht umschalten, wenn die Abdeckung bewegt wird. Vor allem für Produkte wie Verbrauchszähler, mit einer Lebensdauer von vielen Jahren, ist deshalb von einem mechanischen Schalter abzuraten.

Hingegen ist die Schaltung bei der Festkörpertechnik (Solid-State-Technologie) gegenüber Korrosion dauerhaft resistent und nicht zerstörbar. Bild 1 illustriert eine solche Lösung, die auf einer IR-LED-Leuchte und einem Photodioden-Detektor basiert. Sobald das Basisteil und die Abdeckung montiert wurden, überlagert ein reflektierender Deckel oder ein anderer Verschluss den Photodioden-Detektor. Der Näherungssensor auf der Unterseite leuchtet regelmäßig auf, um zu überprüfen, ob sich die Abdeckung noch an ihrem Platz befindet. Erkennt die Photodiode, dass die Intensität des von der LED reflektierten Lichts oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt, zeigt sie an, dass sich die Abdeckung an ihrem Platz befindet. Wird die Abdeckung bewegt, sinkt die Intensität des auf die Photodiode einfallenden Lichts drastisch und der Sensor registriert eine potenzielle Manipulation. Diese Methode ist zerstörungsfrei: die IR-LED und die Photodiode werden in der Basis montiert und arbeiten kontinuierlich, vorausgesetzt sie sind an die Stromversorgung des Systems angeschlossen, unabhängig davon, ob sich die Abdeckung an ihrem Platz befindet oder bewegt wurde.

Mechanische Konstruktion und Montage dieser Lösung sind einfach, da sie nur Schaltungen an der Basis erfordern und keine an der Abdeckung. Magnetschalter sind eine weitere alternative kontaktlose Erkennungsmethode. Hier befindet sich an der Abdeckung ein permanenter Magnet, der auf den Schalter an der Basis ausgerichtet ist. Wird die Abdeckung verschoben, führt dies zur Schwächung des magnetischen Feldes, dem der Schalter ausgesetzt ist, was einen Alarm auslöst. Die Konstruktion der magnetischen Methode ist komplizierter und es kann zu Interferenzen durch magnetische Streufelder kommen.

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