如何在智能电表中实现有效篡改检测的垂直霍尔技术

本文讨论了可在智能电表中实现有效篡改检测的垂直霍尔技术。本文讨论的原理适用于多种系统。

各种机械和电子系统是磁篡改的潜在目标。不道德的个人可能会攻击已部署的电子设备，例如智能电表。自动柜员机，赌博/游戏机，售票机或电子锁，仅举几例，希望更改或禁用它们或窃取产品或服务。本文重点介绍智能电表，但是所讨论的原理也直接适用于其他系统。

智能电表已在全球范围内部署，以使能源使用情况报告和监控更加高效和准确。许多水表，煤气表和电表都包含智能电子设备，可以自动收集和传输使用情况。根据Navigant Research的数据，到2018年，全球每年将售出1.31亿只智能电表。电能盗窃是电网运营商和政府监管机构面临的主要问题。智能电表正受到磁铁的攻击，试图诱使电表读取零能耗或大幅降低能耗。据估计，由于智能电表的篡改，每年将近$ 90B的能量被盗。

典型的智能电表

篡改电子表的一种方法是使用强磁铁破坏电表检测功耗的能力。磁体通常非常坚固，并且可能相对较大和沉重。这样的磁铁可以在线购买，也可以从废弃的电子设备和计算机中回收（电子垃圾）。当这些磁铁靠近电表时，它们开始使用于检测通过电表的电流的电流互感器磁饱和。磁芯的饱和本质上使电表“盲”到有多少电流流过电表。

尽管对于仪表制造商而言，在使用时防止这种行为可能具有挑战性，但很有可能检测到篡改的企图，以便可以采取补救措施，例如派遣服务人员或远程禁用仪表。在全球范围内，有许多组织致力于定义智能电表规范，其中包括对电表进行检测企图篡改的要求。

为了有效，用于检测篡改的磁传感器必须具有以下功能：

高灵敏度–即使施加在系统外部的磁体可能很坚固，但磁体的磁场强度会随着它移得更远而呈指数衰减。传感器内部位置的场强可能远低于磁体表面的场强。如果灵敏度不够高，则仪表中使用的某些组件可能会使施加的磁场失真，从而在传感器的检测区域中形成“阴影”或“孔”。

高动态范围–某些磁感应技术在磁场上具有上限。霍尔效应技术对施加的磁场没有上限。

全极灵敏度–篡改尝试的执行者不太可能会特别注意将磁铁的哪个极应用于系统的情况，因为他们可能会简单地尝试全部找到一个有效的方法。无论磁体的方向如何，传感器都应检测到磁场。

全向灵敏度–可能遗留的磁传感器仅对单个方向或平面上的场敏感。由于可以沿任何方向将外部磁体应用于仪表表面（正面，顶部，底部或侧面）上的任何暴露点，因此传感器在所有三个方向（X，Y和Z）上均应具有相同的灵敏度。

一般而言，磁体的场强随着其远离磁体而呈指数衰减。例如，一个表面磁场强度为6000 G（600 mT）的大型（50 mm x 50 mm x 50 mm）稀土磁体在50 mm处测量时将具有大约600 G（60 mT）的磁场（厚度的一倍）。

编辑：hfy